Wissen über Elektrizität
Schon die alten Ægypter kannten elektrostatische Aufladung, aber der erste, der Versuche damit machte, war der Grieche Thales von Milet (635 – 546 vor Christi). Er fand heraus, dass Bernstein (griech.ἤλεκτρονkleine Teilchen anzog, nachdem er es an Wolle gerieben hatte. Der Name Elektrizität stammt also vom Bernstein. Heute spekulieren viele Fachleute darüber, wie statische Elektrizität in unserem Zeitalter vermieden werden kann, denn fast jeder hat erlebt, dass man dadurch unangenehme, zum Teil gefährliche Stromschläge bekommt, z. B. wenn man auf einem Filzboden geht, die Kühltruhe im Supermarkt berührt und der Herzschrittmacher wegen des Stromschlags ausfällt.
Was ist Elektrizität
Jede Materie besteht aus Atomen in den verschiedensten oder gleichartigen Verbindungen, die man Moleküle nennt. Ein Atom besteht aus einem den Elektronen kreisen. Ein Elektron hat die kleinste negative elektrische Ladung, die es gibt. Der Atomkern aber besteht aus der gleichen Anzahl positiver Ladungen wie die Anzahl der Elektronen, die um den Atomkern kreisen. Diese positiven Ladungen nennt man Protonen. Außerdem hat der Kern auch Neutronen, wenn er mehrere Protonen besitzt. Sie haben die Aufgabe, die Protonen zusammenzuhalten, weil sich gleiche elektrische Ladungen sonst abstoßen würden. Die Neutronen haben aber keine elektrische Ladung.
Deshalb: Die elektrischen Kräfte in einem Atom oder Molekül mit der gleichen Anzahl Elektronen und Protonen halten sich elektrisch die Waage, gleichen sich aus, sind daher elektisch neutral.
Aber was geschieht, wenn irgend eine Materie zu wenig oder zu viele Elektronen in der Menge ihrer Atome oder Moleküle hat? Ganz einfach: bei zu wenig Elektronen ist sie elektrisch positiv geladen, bei zu vielen Elektronen aber elektrisch negativ. Zwei Körper mit positiver Ladung stoßen sich ab, das gleiche gilt für zwei Körper mit negativer Ladung. Aber zwei Körper mit entgegengesetzter elektrischer Ladung ziehen sich an, antistakleben praktisch aneinander.
Wenn sich die Elektronen in einem Material frei bewegen können, z. B. in Eisen oder Kupfer, dann nennt man dieses Material einen Leiter. Wasser z.B. ist ein recht guter Leiter, dagegen ist Luft kein guter Leiter. Ein Material, in dem die Elektronen sich kaum oder gar nicht frei bewegen können, nennt man Nichtleiter oder Isolatoren. Plastik, Bernstein, Porcellan sind gute Isolatoren.
WAS IST STATISCHE ELEKTRIZITÄT?
Statische Elektrizität besteht aus Ladungen (Elektronen), die auf der Oberfläche eines Isoliermaterials sitzen. Die Anzahl dieser unbeweglichen Elektronen nennt man das elektrische Potential. Ein anderes Material mit einem anderen Potential, wird von dem ersten Material angezogen. Den Potentialunterschied nennt man elektrische die in Volt gemessen wird. Berührt man das erste Material mit einem Leiter, gleichen sich die beiden Potentiale aus. Diesen Ausgleich nennt man Strom. Auf diese Weise kann ein Mensch einen Stromschlag erleiden. Bei sehr hoher Spannung kann sogar die Luft leiten, obwohl die Luft ein schlechter Leiter ist. Das kennen wir von einem Funken, der trifft, wenn er die Hand dicht an eine Kühltruhe im Supermarkt hält, oder von einem Blitz bei Gewitter.
Die ungleiche Anzahl Elektronen in zwei verschiedenen Stoffen mit geringer Leitfähigkeit entsteht durch Statische Elektrizität tritt daher in vielen Prozessen auf. Sie entsteht durch Arbeiten mit den verschiedensten Materialien, z.B. durch Kontakt zwischen zwei Materialien oder durch Trennen der Materialien, beispielsweise durch Ausrollen. Sie kann durch Druck auf zwei unterschiedliche Materialien oder durch Reibung auftreten.
Auch beim Heizen und Kühlen kann statische Elektrizität entstehen.
Wie bereits erwähnt, kennt die Menschheit seit mehr als zweitausend Jahren statische Elektrizität, aber besonders in unserer Zeit bereitet sie uns wegen des trockenen Raumklimas und der Verwendung von Plastik und anderen synthetischen Stoffen Probleme, weil die unterschiedlichen elektrischen Ladungen verschiedener Stoffe einen Stromschlag bewirken können. Noch einmal sei gesagt: Das kann sehr weh tun oder ernste Folgen haben.
Bei Prozessen, wo man mit verschiedenen, nicht leitenden Materialien arbeitet, typischerweise bei künstlichen Substanzen, ist statische Elektrizität üblich, und deshalb besteht Gefahr für Stromschläge.
Viele Prozesse sind unproblematisch, aber in einigen Fällen kann unterschiedliche statische Elektrizität große produktionstechnologische oder arbeitsmedizinische Probleme mit sich führen.
Zwei unterschiedlich elektrisch geladene Stoffe können versehentlich anhaften oder sich anziehen (z.B. Staub) oder zwei Stoffe mit gleicher elektrischer Ladung stoßen sich ab. Ersteres kann Funkenbildung, daraus resultierende Entzündungen oder Schock für das Personal bewirken, letzteres Produktionsstörungen.
DIE BEDINGUNGEN FÜR DAS AUFTRETEN STATISCHER ELEKTRIZITÄT HÄNGEN VON VIELEN FAKTOREN AB, ZB:
1) DEM MATERIAL
Je weniger leitend (isolierend) das Material ist, desto höher ist die Gefahr für statische Elektrizität. Und umgekehrt, je leitfähiger das Material ist, desto weniger tritt statische Elektrizität auf.
2) DEN PROZESSEN
Je größer die Änderung eines Materials und je höher die Geschwindigkeit der Änderung ist, desto mehr statische Elektrizität entsteht.
3) DEM RAUMKLIMA
Die Luftfeuchtigkeit ist von großer Bedeutung: je geringer die Luftfeuchtigkeit, desto größer ist die statische Elektrizität.
4) DEM WETTER
Oft beeinflusst die Luftfeuchtigkeit draußen auch das Raumklima.
WAS ZU TUN IST, UM DAS PROBLEM ZU LÖSEN
1) PRODUKTIONSFORM ÄNDERN
Dies kann schwierig sein, jedoch wäre eine mögliche Lösung, die Produktionsgeschwindigkeit zu verringern oder zu verändern.
2) MATERIAL WECHSELN
Man kann mehr leitfähiges Material verwenden, und ein nicht leitfähiges Material kann beispielsweise mit leitfähigen Additiven verbessert werden.
3) KLIMA ÄNDERN
Man kann die Luftfeuchtigkeit genauer und auf einem höheren Niveau steuern, wodurch bessere Eigenschaften der Leitfähigkeit des Materials und der Luft erreicht wird.
4) ERDUNG VERBESSERN
Man kann für eine gute Erdung aller Maschinenteile, teilweise mit sehr hohen Belastungen, sorgen.
Das Material sollte mit ordnungsgemäß durchgeführter Erdung passiv entladen werden.
5) DER LUFT IONEN HINZUFÜGEN
Eine sehr effektive Methode besteht darin, der Luft Ionen mit einer Ionisationsanlage geeigneter Größe zuzuführen.
Diese entlädt die entstandene statische Elektrizität des Materials.
WAS SIND ANTISTATISCHE PRODUKTE
Antistatische Produkte sind Produkte, die keine statische Elektrizität aufladen, d.h. leitfähig sind. Der Bereich umfasst Kleidung, Schuhe, Fußböden, Verpackungen, Werkzeuge und so weiter. Ein typisches antistatisches Produkt sind Plastikbeutel für die Elektronik.
Elektronische Komponenten sind sehr anfällig für statische Aufladungen. In einem normalen Plastikbeutel besteht Gefahr für ihre Zerstörung. Daher werden für solche Komponenten Beutel mit Zusätzen verwendet, die leitende Eigenschaften besitzen, damit keine statische Elektrizität auftritt. Man nennt diese Beutel antistatische Beutel.
WELCHE MÖGLICHKEITEN GIBT ES FÜR DIE NEUTRALISIERUNG
Eine Montagelinie verursacht Probleme bei der Platzierung von Gegenständen, die statisch elektrisch sind und aus diesem Grunde nicht korrekt platziert werden können.Lösung dieses Problems: Ein Ionengebläse, das eine einfache Ionisierung in einem größeren Bereich ermöglicht.
Ein Hersteller von sehr großen Glasfiberteilen hat Probleme mit statisch-elektrischen Ladungen in der Produktion. Dies führt zu schweren Stromschlägen für den Bediener, die gesundheitsschädlich sein können. Lösung: Ein LR-Ionenstab in Kombination mit tangentialem Gebläse, der zum Arbeitsplatz gebracht wird und den Bereich von 1 – 6 m deckt. Der Effekt ist von der Entfernung abhängig.
WAS IST EIN ION?
Das Wort Ion kommt aus dem Griechischen und bedeutet eigentlich „wandern“, wird aber in der Bedeutung: positiv oder negativ elektrisch geladenes Atom, Molekül oder Teilchen verwendet. Positiv geladene Ionen sind Atome oder Moleküle, von denen sich ein Elektron (oder mehrere Elektronen) losgerissen hat (haben).
