Typische Fehler bei der Ionisation: Warum Entladeelektroden nicht immer die gewünschte Wirkung erzielen

Einer der häufigsten Fehler ist gleichzeitig einer der unscheinbarsten.

Die Entladeelektrode funktioniert technisch einwandfrei, befindet sich aber an einer ungünstigen Stelle im Prozess.

Elektrostatische Ladung entsteht beispielsweise beim:

• Abwickeln von Folien

• Trennen zweier Materialien

• Transportieren über Walzen

• Schneiden oder Stanzen

• Fördern von Kunststoffteilen

• Abziehen von Schutzfolien

Wird die Entladung weit entfernt von der eigentlichen Problemstelle installiert, kann sich das Material anschließend erneut aufladen.

Ein typisches Beispiel ist eine Folienbahn: Sie wird zunächst entladen, läuft danach aber noch über mehrere Walzen. Durch den erneuten Kontakt und die anschließende Trennung kann wieder elektrostatische Aufladung entstehen.

Praxis-Tipp:
Entladung sollte möglichst dort stattfinden, wo die Ladung entsteht oder unmittelbar bevor sie im nächsten Prozessschritt Probleme verursacht.

Viel hilft nicht immer viel.

Das gilt auch für den Abstand zwischen Entladeelektrode und Material.

Eine häufige Annahme lautet: Je näher die Elektrode an der Oberfläche sitzt, desto besser muss die Wirkung sein.

Das ist nicht grundsätzlich richtig.

Entladeelektroden besitzen je nach Bauart einen definierten Arbeitsbereich. Wird dieser unterschritten oder überschritten, kann die Entladeleistung abnehmen. Bei bestimmten Systemen kann ein zu geringer Abstand sogar zu einer unerwünschten Umladung führen.

Gleichzeitig verliert eine Elektrode bei zu großem Abstand zunehmend an Wirkung, wenn sie nicht speziell für große Distanzen ausgelegt ist.

Deshalb gibt es nicht den einen optimalen Abstand für jede Anwendung.

Er hängt unter anderem ab von:

• dem eingesetzten Ionisationssystem

• der Höhe der elektrostatischen Aufladung

• der Prozessgeschwindigkeit

• dem Material

• den Einbauverhältnissen

• dem Abstand, der sich während des Prozesses verändert

Gerade bei Wickelprozessen ist der letzte Punkt wichtig. Während sich der Rollendurchmesser verändert, verändert sich auch der Abstand zur Elektrode.

Hier muss bereits bei der Auswahl des Systems berücksichtigt werden, welcher Arbeitsbereich tatsächlich erforderlich ist.

Eine Entladeelektrode arbeitet nicht isoliert von ihrer Maschinenumgebung.

Metallische und geerdete Maschinenteile in unmittelbarer Nähe können das elektrische Feld beeinflussen und damit die Wirksamkeit der Ionisation verändern.

Genau deshalb kann eine Elektrode, die auf dem Teststand sehr gute Ergebnisse liefert, nach dem Einbau in die Maschine plötzlich deutlich schlechter funktionieren.

Besonders kritisch sind beispielsweise Einbaupositionen direkt an:

• Walzen

• Metallrahmen

• Maschinenverkleidungen

• Führungselementen

• anderen leitfähigen Komponenten

Die bequemste Einbauposition ist deshalb nicht automatisch die beste.

Praxis-Tipp:
Bereits bei der Planung sollte nicht nur geprüft werden, ob ausreichend Platz für die Elektrode vorhanden ist. Entscheidend ist auch, welche leitfähigen Bauteile sich im Wirkbereich befinden.

Nicht jede Entladeelektrode eignet sich für jede Aufgabe.

Eine langsam laufende Folie in geringem Abstand stellt andere Anforderungen als ein schnell laufender Wickler oder Kunststoffteile, die frei in einen Behälter fallen.

Wichtige Auswahlkriterien sind beispielsweise:

• Arbeitsabstand

• Prozessgeschwindigkeit

• Höhe der vorhandenen Aufladung

• Geometrie des Bauteils

• Bewegungsrichtung des Materials

• Einbauraum

• erforderliche Reichweite

• Umgebungsbedingungen

Bei größeren Abständen kann beispielsweise eine luftunterstützte Ionisation sinnvoll sein. In anderen Anwendungen ist eine kompakte Entladeelektrode unmittelbar am Material die bessere Lösung.

Auch stark wechselnde Abstände können ein anderes System erforderlich machen als eine Anwendung mit konstantem Abstand.

Die Auswahl sollte deshalb immer von der konkreten Anwendung ausgehen, anstatt von der Frage, welche Elektrode gerade verfügbar ist.

„Wir messen dort 30 kV.“

Diese Information ist wichtig. Für die richtige Auslegung reicht sie aber nicht aus.

Die Höhe der elektrostatischen Spannung allein beschreibt eine Anwendung nur unvollständig.

Mindestens genauso wichtig sind Fragen wie:

Wo entsteht die Ladung?

Wie schnell bewegt sich das Material?

Wie groß ist die Fläche?

Ist der Abstand konstant?

Welche Polarität liegt vor?

Wann genau verursacht die Ladung ein Problem?

Eine Folie mit hoher gemessener Spannung kann eine völlig andere Lösung benötigen als viele kleine Kunststoffteile mit einer scheinbar geringeren Einzelaufladung.

Deshalb beginnt eine gute Auslegung nicht mit der Elektrode, sondern mit der Analyse des Prozesses.

Dieser Fehler tritt besonders häufig bei Anlagen auf, die über Monate oder Jahre zuverlässig laufen.

Eine Entladeelektrode kann ihre Leistung schleichend verlieren.

Staub, Abrieb, Fasern, Farbnebel oder andere Produktionsrückstände können sich auf den Emissionsspitzen ablagern. Dadurch kann die Ionisationsleistung nachlassen.

Das Tückische daran:

Die Elektrode fällt meist nicht plötzlich aus.

Stattdessen verschlechtert sich die Wirkung langsam.

Typische Anzeichen können sein:

• zunehmende Staubanhaftung

• Materialien beginnen wieder stärker zu kleben

• Restladungen steigen

• Prozesse werden unruhiger

• Bediener bemerken wieder Entladungen

Dann wird häufig zunächst nach Veränderungen im Produktionsprozess gesucht, obwohl die Ursache schlicht eine verschmutzte Entladeelektrode sein kann.

Praxis-Tipp:
Entladeelektroden sollten Bestandteil der regelmäßigen Anlagenwartung sein. Sichtprüfung und Reinigung können einen erheblichen Einfluss auf eine dauerhaft stabile Entladeleistung haben.

Moderne Ionisationssysteme können den Zustand und die Verschmutzung der angeschlossenen Entladekomponenten teilweise zusätzlich überwachen.

Produktionsprozesse bleiben selten über Jahre identisch.

Geschwindigkeiten werden erhöht, Materialien gewechselt, neue Folien eingesetzt oder Maschinen umgebaut.

Die Ionisation bleibt dabei häufig unverändert.

Das kann problematisch werden.

Eine Entladung, die bei 100 Metern Bahngeschwindigkeit zuverlässig funktioniert hat, muss bei einer erheblich höheren Prozessgeschwindigkeit nicht automatisch das gleiche Ergebnis liefern.

Gleiches gilt bei:

• Materialwechseln

• neuen Beschichtungen

• veränderten Bahnführungen

• höheren Produktionsgeschwindigkeiten

• neuen Walzen

• verändertem Abstand zum Produkt

Deshalb sollte bei relevanten Prozessänderungen immer geprüft werden, ob die bestehende Ionisation noch zur aktuellen Anwendung passt.

Elektrostatik kann sich an einer Stelle bemerkbar machen, obwohl sie an einer ganz anderen Stelle entstanden ist.

Ein klassisches Beispiel:

Kunststoffteile gelangen in einen Behälter und Mitarbeiter bekommen beim späteren Hineingreifen einen elektrostatischen Schlag.

Naheliegend wäre es, den Behälter selbst als Problemstelle zu betrachten.

Die eigentliche Aufladung kann jedoch bereits zuvor beim Fördern, Rutschen, Trennen oder Fallen der Kunststoffteile entstanden sein.

Ähnliches gilt für Staubprobleme.

Die sichtbare Staubanhaftung ist häufig nur die Folge der elektrostatischen Aufladung. Um das Problem dauerhaft zu lösen, muss verstanden werden, wann und wodurch die Ladung entsteht.

Genau deshalb ist eine Betrachtung des gesamten Prozesses wichtiger als die isolierte Betrachtung einer einzelnen Stelle.

Typische Hinweise auf eine nicht optimal arbeitende Entladung sind:

• weiterhin hohe Restladungen

• erneute Aufladung kurz nach der Elektrode

• starke Unterschiede über die Materialbreite

• zunehmende Staubanhaftung

• unkontrollierte Materialbewegungen

• Folien oder Bauteile kleben weiterhin

• elektrostatische Schläge treten erneut auf

• die Wirkung nimmt mit steigender Maschinengeschwindigkeit deutlich ab

Treten diese Probleme auf, bedeutet das nicht automatisch, dass die Entladeelektrode defekt ist.

Häufig lohnt sich zunächst eine Überprüfung von Position, Abstand, Verschmutzung und Prozessbedingungen.

Eine zuverlässige elektrostatische Entladung beginnt mit einigen grundlegenden Fragen:

1. Wo entsteht die elektrostatische Aufladung?

2. Wo verursacht sie das eigentliche Problem?

3. Wie hoch ist die Ladung vor und nach der geplanten Entladung?

4. Welche Geschwindigkeit hat das Material?

5. Wie groß und wie konstant ist der Arbeitsabstand?

6. Welche metallischen oder geerdeten Bauteile befinden sich in der Umgebung?

7. Kann sich das Material nach der Entladung erneut aufladen?

8. Welche Verschmutzung ist im Prozess zu erwarten?

Erst wenn diese Punkte bekannt sind, lässt sich sinnvoll entscheiden, welches Ionisationssystem und welche Einbauposition geeignet sind.

Bei elektrostatischen Problemen ist es verlockend, möglichst schnell eine Entladeelektrode einzubauen.

Doch eine wirkungsvolle Ionisation besteht aus mehr als der Auswahl eines Produkts.

Entscheidend ist das Zusammenspiel aus Elektrode, Position, Abstand, Prozessgeschwindigkeit, Maschinenumgebung und regelmäßiger Wartung.

Unsere Erfahrung zeigt: Viele vermeintlich komplizierte Probleme mit Elektrostatik lassen sich lösen, sobald nicht nur die sichtbare Auswirkung, sondern der gesamte Entstehungsprozess der Ladung betrachtet wird.

Deshalb analysieren wir Anwendungen gemeinsam mit unseren Kunden direkt am Prozess, messen vorhandene elektrostatische Ladungen und prüfen, an welcher Stelle eine Entladung sinnvoll eingesetzt werden kann.

Denn das Ziel ist nicht, irgendwo eine Entladeelektrode zu montieren.

Das Ziel ist ein stabiler Prozess, in dem Elektrostatik nicht mehr zum Problem wird.

Wo sollte eine Entladeelektrode montiert werden?

Idealerweise wird die elektrostatische Ladung möglichst kurz nach ihrer Entstehung oder unmittelbar vor dem Prozessschritt neutralisiert, an dem sie Probleme verursacht. Die optimale Position hängt jedoch von Material, Maschinengeometrie, Geschwindigkeit und eingesetztem Entladesystem ab.

Wie groß sollte der Abstand zwischen Entladeelektrode und Material sein?

Dafür gibt es keinen allgemeingültigen Wert. Unterschiedliche Entladeelektroden sind für unterschiedliche Arbeitsabstände ausgelegt. Entscheidend sind die Herstellerangaben sowie die Bedingungen der jeweiligen Anwendung.

Warum lässt die Wirkung einer Entladeelektrode nach?

Eine häufige Ursache ist Verschmutzung der Emissionsspitzen durch Staub, Fasern, Abrieb oder andere Prozessrückstände. Auch veränderte Produktionsbedingungen, höhere Geschwindigkeiten oder eine veränderte Materialführung können die Wirkung beeinflussen.

Kann man Kunststoff durch Erdung entladen?

Bei elektrisch isolierenden Materialien wie vielen Kunststoffen reicht eine Erdung in der Regel nicht aus, da die Ladung nicht frei über das Material zur Erde abfließen kann. Hier wird häufig eine aktive Ionisation eingesetzt, um die Ladung auf der Oberfläche zu neutralisieren.

Wie kann man feststellen, ob die Ionisation richtig funktioniert?

Elektrostatische Ladungen sollten vor und nach der Entladung gemessen und unter realen Produktionsbedingungen beurteilt werden. Zusätzlich sollte geprüft werden, ob sich das Material nach der Ionisation erneut auflädt und ob die Entladeleistung über den gesamten relevanten Bereich ausreichend ist.