Alles über statische Elektrizität

Was ist statische Elektrizität in einfachen Worten:

Statisch bedeutet unbeweglich. Statische Elektrizität ist eine elektrische, statische Ladung, die sich nicht bewegt.

Alle Materialien sind aus Atomen aufgebaut. Ein Atom ist das kleinste Teilchen eines Stoffes, das noch die Eigenschaften des Stoffes enthält. Jedes Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern, um den sich ein, oder mehrere negative Elektronen bewegen. Im stationären Zustand ist die positive Ladung des Kerns gleich der Summe der negativen Ladung der Elektronen, die sich um denselben Kern (Kerntyp) bewegen. Die Ladung ist also neutral (siehe Abbildung 1). Wenn der Kern Elektronen verliert oder gewinnt, entsteht ein Ungleichgewicht.

Ein Atom, das ein oder mehrere Elektronen verloren hat, ist positiv geladen. Ein Atom, das ein oder mehrere Elektronen gewonnen hat, ist negativ geladen, beide werden als Ionen bezeichnet (Abbildung 2). Es gibt nur zwei Arten von Ladungen: positive und negative. Ionen mit der gleichen Ladungsart stoßen sich gegenseitig ab, während sich Ionen mit der entgegengesetzten Ladungsart gegenseitig anziehen. Der Unterschied zwischen geladenen Teilen wird in kV (Kilovolt) gemessen und als statische Elektrizität bezeichnet. Dies ist auch die Bedeutung des Begriffs statische Elektrizität.

Statische Elektrizität ist das Ergebnis eines Ungleichgewichts zwischen negativen und positiven Ladungen in einem Objekt. Statische Elektrizität wird in KiloVolt (kV) gemessen. Diese elektrischen Ladungen können sich auf der Oberfläche eines Objekts ansammeln, bis sie einen Weg finden, die statische Energie zu entladen. Dies kann z. B. mit Statik-Eliminatoren geschehen.

Wie wird statische Elektrizität erzeugt?

Statische Elektrizität ist ein Oberflächenphänomen und entsteht, wenn zwei oder mehr Oberflächen miteinander in Kontakt kommen und wieder voneinander getrennt werden. Dabei kommt es zu einer Art Aufspaltung, d. h. zu einer Übertragung negativer Elektronen von einem Atom auf das andere. Die Höhe der Ladung (die Feldstärke) hängt von einer Reihe von Faktoren ab: dem Material und seinen physikalischen und elektrischen Eigenschaften, der Temperatur, der Feuchtigkeit, dem Druck und der Geschwindigkeit der Trennung. Je größer der Druck oder die Trennungsgeschwindigkeit, desto größer ist die Ladung (siehe Abbildung 3). Die Höhe der Aufladung, die Feldstärke, kann mit einem Feldmessgerät, dem FMX-004, gemessen werden.

Die statische Aufladung, gemessen als statische Spannung, ist in den Wintermonaten aufgrund der niedrigen Luftfeuchtigkeit höher. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit hoch ist, können einige Materialien Feuchtigkeit aufnehmen, wodurch die Oberfläche halbleitend wird und einen Teil der Ladung abgibt. Die statische Aufladung bleibt dann gering oder verschwindet durch die (halb-) leitfähige Oberfläche sogar ganz. In der triboelektrischen Reihe sind eine Reihe von Materialien aufgeführt (siehe Abbildung 4). Infolge der Reibung nehmen diese Materialien eine positive oder negative Ladung an, je nachdem, wo sie auf der triboelektrischen Skala zu finden sind. Das Ausmaß und die Polarität der statischen Elektrizität oder statischen Ladung hängen von der Position in der Reihe ab.

Leitende und/oder isolierende Materialien verhalten sich unterschiedlich

Materialien können in zwei grundlegende Gruppen eingeteilt werden: Leiter und Isolatoren. In einem Leiter können sich die Elektronen frei bewegen. Im Prinzip kann ein isolierter Leiter (der nicht mit der Erde verbunden ist) eine statische Ladung annehmen. Diese Ladung kann leicht beseitigt werden, indem der Leiter mit der Erde verbunden wird (siehe Abbildung 5). Nichtleitendes Material kann statische Ladung lange Zeit halten, selbst wenn sich entgegengesetzte Polaritäten an verschiedenen Stellen auf derselben Oberfläche und direkt nebeneinander befinden. Die Elektronen können sich nicht frei bewegen (d. h. sie sind statisch). Dies erklärt, warum sich Materialien in einigen Bereichen anziehen (statische Haftung) und in anderen abstoßen. Diese Abstoßungs- bzw. Anziehungskraft kann auch bei verschiedenen Prozessen von Nutzen sein, z.B. wenn ein Etikett mit Hilfe statischer Elektrizität auf eine Form geklebt wird. Die Verbindung dieser Isolatoren mit der Erde (Erdung) funktioniert nicht, da das Material nichtleitende Eigenschaften hat (siehe Abbildung 6). Hier bietet nur die aktive Ionisierung mit Hilfe von Entladungsgeräten eine Lösung.

In Produktionsprozessen kann statische Elektrizität oft eine schwerwiegende Prozessstörung darstellen (Beispiele), da sie dazu führt, dass Materialien an Maschinenteilen oder aneinander haften bleiben. Bediener bekommen ungern einen elektrischen oder statischen Schlag. Der Staub in der Umgebung wird von der elektrischen Ladung angezogen. In explosionsgefährdeten Bereichen kann die statische Aufladung einen Funken verursachen, der wiederum einen Brand oder sogar eine Explosion auslösen kann.

Kontrolle der statischen Elektrizität

In Fertigungsprozessen kann statische Elektrizität oft eine ernsthafte Prozessstörung darstellen (Beispiele), da sie dazu führt, dass Materialien an Maschinenteilen oder aneinander haften bleiben. Bediener bekommen ungern einen elektrostatischen oder statischen Schock. Der Staub in der Umgebung wird von der elektrischen Ladung angezogen. In explosionsgefährdeten Bereichen kann die statische Aufladung einen Funken erzeugen, der wiederum einen Brand oder sogar eine Explosion verursachen kann.

Wie kann man statische Elektrizität neutralisieren? Die Neutralisierung oder Beseitigung der statischen elektrischen Energie oder Ladung auf Nichtleitern erfolgt durch aktive Ionisierung. Simco ist weltweit bekannt als der größte Hersteller von Ionisationsgeräten. Der Hochspannungsgenerator erzeugt an den Punkten dieses Geräts eine hohe Spannung, die Luftmoleküle werden in positive und negative Ionen aufgespalten. Die statische Ladung auf dem Produkt zieht Ionen der entgegengesetzten Polarität an und neutralisiert das Material.

Simco bietet eine breite Palette von Geräten an, je nachdem, welcher Typ für bestimmte Produktionsprozesse oder Anwendungen am besten geeignet ist. Die Wahl des richtigen Gerätetyps hängt von vielen Faktoren ab, vor allem aber von der Entfernung zu dem zu neutralisierenden Material. Statische Elektrizität kann aber auch nützlich sein. Mit Hilfe von Hochspannung können Materialien statisch aufgeladen werden, so dass sie vorübergehend aneinanderhaften (statisches Haften), was die Produktionsprozesse vereinfacht.

Simco stellt Geräte zur Messung, Beseitigung und Kontrolle statischer Elektrizität her, die auf einem einzigartigen Konzept beruhen, die IQ Easy Plattform. Bis zu dreißig Ionisations- und Aufladegeräte können vernetzt werden und bieten die volle Kontrolle über alle Auf- und Entladeparameter. Die IQ Easy Plattform ist vollständig für Industrie 4.0-Anwendungen vorbereitet und wurde bereits in viele Anlagen weltweit integriert. Alle Geräte kommunizieren miteinander, um die Effizienz zu optimieren und eine optimale Steuerung zu ermöglichen. Simco-ION hat eine kurze Videoreihe zu diesem Thema erstellt, die auf Youtube zu finden ist; einen Link zum ersten Video finden Sie hier.

• Converting: Die statische Aufladung führt dazu, dass Staub und Schmutz von der Bahn angezogen werden. Das Material wird zurückgewiesen, und/oder es gibt Probleme beim Aufwickeln.
• Verpackung: Statische Aufladung zieht Verunreinigungen an, so dass klare Etiketten nicht haften. Die Produktion geht zurück.
• Kunststoffe: Spritzgegossene Teile ziehen aufgrund statischer Aufladung Verunreinigungen an und das Personal kriegt elektrische Schläge während der Verarbeitung. Die Effizienz sinkt.
• Textilien: Statische Aufladung führt dazu, dass sich Fäden in Gattern und Schärmaschinen binden und reißen. Es führt zur Maschinenstillstand.
• Vliesstoffe: Abfallsammelsysteme verstopfen aufgrund der zunehmenden statischen Aufladung von Materialien in pneumatischen Förderanlagen. Erhöhter Wartungsaufwand.
• Drucken: Zuführung und Auslage von Bogendruckmaschinen sind aufgrund statischer Elektrizität schwierig. Unpünktliche Auslage Tampondruck.
• Grafische Industrie: Statische Aufladung bei der Filmentwicklung führt zu kostspieligen Retuschen oder Neuauflagen. Dadurch unzufriedene Kunden.
• Herstellung medizinischer Geräte: Statische Aufladung zieht Verunreinigungen an kleinen Kunststoffteilen vor der Verpackung an. Qualitätseinbußen.
• Elektronik: Zerstörerische elektrostatische Entladungen (ESD) verursachen latente Schäden an Leiterplattenbaugruppen. Ausfall im Feld.

• Converting: Neutralisiertes Material bleibt beim Aufwickeln frei von Staub und Schmutz. Weniger Ausfallzeiten.
• Verpackung: Die Beseitigung statischer Aufladungen auf Etiketten und/oder Flaschen ermöglicht das erfolgreiche Aufbringen von Produktetiketten. Gesteigerte Produktion.
• Kunststoffe: Nach der Neutralisierung kleben Spritzgussteile beim Transport nicht mehr zusammen. Die Effizienz der Linie steigt.
• Textilien: Fäden laufen reibungslos durch Gatter und Schärmaschinen laufen mit optimaler Geschwindigkeit und ohne übermäßige Wartung. Keine unnötigen Ausfallzeiten.
• Vliesstoffe: Das Beschnittsammelsystem arbeitet ohne Unterbrechung, da die Ladungen vor dem Eintritt in den Zyklon statisch eliminiert werden. Gesteigerte Produktion.
• Drucken: Die Bögen werden sauber und ordentlich gestapelt angeliefert und sind ohne Anpassung bereit für die Bindung. Pünktliche Auslieferung.
• Grafische Industrie: Der verarbeitete Film bleibt staubfrei, so dass keine Neuauflagen erforderlich sind. Zufriedene Kunden.
• Herstellung medizinischer Geräte: Kontaminationsfreie Verpackung von kleinen Kunststoffteilen durch Beseitigung statischer Aufladung von Teilen und Verpackungsmaterial. Erhöhte Qualität.
• Elektronik und Halbleiter: Schutz vor ESD bei Montagevorgängen gewährleistet die Einhaltung von Qualitätsstandards. Weniger Produktausfälle.

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