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Was ist Elektrostatik?

Die Elektrostatik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit ruhenden elektrischen Ladungen, Ladungsverteilungen und den elektrischen Feldern geladener Körper befasst.

Die Phänomene der Elektrostatik rühren von den Kräften her, die elektrische Ladungen aufeinander ausüben. Diese Kräfte werden vom Coulombschen Gesetz beschrieben. Ein klassisches Beispiel ist der aufgeblasene Luftballon der an den Haaren gerieben wird und sich so auflädt. Auch wenn die Kräfte klein erscheinen, ist die elektrische Kraft z. B. im Vergleich zur Gravitationskraft außerordentlich stark. So ist die elektrische Kraft zwischen einem Elektron und einem Proton (beide bilden zusammen ein Wasserstoffatom) um ungefähr 40 mal größer als ihre gegenseitige Anziehung aufgrund der Gravitationskraft.

Die Elektrostatik ist ein Spezialfall der Elektrodynamik für unbewegte elektrische Ladungen und statische (sich nicht mit der Zeit ändernde) elektrische Felder. Die Elektrostatik findet ihr Analogon in der Magnetostatik, die sich mit stationären (zeitlich konstanten) Strömen und Magnetfeldern befasst.


Wie entsteht Elektrostatik?

Alle Materialien egal in welchem Agregatzustand enthalten immer positive und negative elektrische Ladungen. In der Regel sind die Ladungen ausgeglichen und somit elektrisch neutral. Immer wenn zwei Stoffe (egal welcher Agregatzustand) in Berührung kommen oder Reibung zwischen ihnen stattfindet, kommt es zum Überspringen eines Elektrons von einem Atom eines Stoffs zu dem Atom eines anderen Stoffs. In einem solchen Fall springen die Elektronen vom Stoff mit der schwächeren Bindung zum Stoff mit der stärkeren Bindung über.

Aufgrund dieses Überspringens von Elektronen verlieren die Stoffe ihre elektrische Neutralität, so dass sich statische Aufladung ansammelt. Der Stoff, der das Elektron eingefangen hat, ist nun negativ aufgeladen, während der Stoff, dem das Elektron abhanden gekommen ist, positiv aufgeladen ist. So entsteht statische Aufladung.

Grundsätzlich ist diese Phänomen im normalen Alltag nur lästig, kann aber in vielen Bereichen der Industrie schwerwiegende Probleme mit ensprechenden Kosten und Schäden vom Material sowie humanitär nach sich ziehen.

Das Bild zeigt eine Originalaufnahme vom Kunden aus einer folienverarbeitenden Maschine. Hier wurden Spannungen bis ca. 200 KV gemessen!

Können Menschen durch elektrostatische Entladungen verletzt werden?

Die Entladung von aufgeladenen Gegenständen, wie z. B. Trichtern, Kannen oder Handwerkzeugen, und elektrostatische Entladungen von Personen führen in der Regel nicht zu Verletzungen.

Bei energiereichen Funken- oder bei Gleitstielbüschelentladungen sind jedoch gesundheitliche Beeinträchtigungen nicht auszuschließen. Personen mit Herzschrittmacher und einem generell schwachem Herzen können gefährdet werden.

Unabhängig von der Energie der Entladung kann eine Unfallgefahr durch Schreckreaktionen gegeben sein.

Siehe auch TRBS 2153 Anhang C.

Als generelle Antwort zum Thema, "Wann wird der Strom gefährlich für den Menschen?"  kann gesagt werden, dass hier die Wissenschaft folgende Werte angibt. Die maximale Spannung mit 50 V AC (AC= alternating current/ Wechselspannung) und 120 V DC (DC= direct current/ Gleichspannung) mit der Kombination aus  der Stromstärke von ca. 10 mA AC und  300mA DC unter Umständen können aber auch schon vorher Schäden auftreten. Der menschliche Körper hat ca. einen Isolationswert von ca. 1000 Ohm / 1 KOhm was aber durch verschieden Faktoren beeinflußt werden kann. Daher ist es möglich, das der Mensch, hohe bis sehr hohe elektrostatische Entladung folgenlos übersteht, da hier in der Regel nur sehr kleine Stromstärken zu finden sind. Umgekehr ist es auch möglich, das man eine 100 Ampere Schweißelektrode anfassen kann ebenfalls ohne Schäden zu erleiden. Die Kombination als Spannung & Strom in jeweils ausreichender Höhe führt dann in der Regel zu Verletzungen oder Tod durch den elektrischen Strom!


Also ist es Zeit zu handeln, wenn Sie sich mit diesem Problem beschäftigen müssen.

Kontaktieren Sie mich! Mobil: 0176-34029541 oder info@wke-handelsvertretung.de


Große Auswirkungen entstanden aus einer Kleinigkeit.

Weil die elektrostatischen Ladungen immer und überall auftreten, nehmen wir diese meist garnicht mehr bewußt war und nur dann noch wenn wir mal wieder einen elektrostatischen Schlag an der nächsten (Auto-)Tür bekommen.Daher gehen wir eher gelassen mit elektrostatischen Entladungen um. Wir spüren sie körperlich erst ab etwa 2.000 Volt, was ein vergleichsweise hoher Wert ist, wenn man bedenkt, dass empfindliche Bauteile bereits bei unter 40 Volt zerstört werden können. Schließlich empfinden wir ESD (electro static discharge)bestenfalls als unangenehm, selten aber als unerträglich oder eventuell (lebens-)bedrohlich.

Welche katastrophalen Folgen eine stattische Ladung haben kann, kann man in der heutigen Zeit leicht über das Internet herausfinden.

Elektrostatik ist nicht vermeidbar. Man kann sie aber beherrschbar machen.

Eine Ladung kann auf zwei Wegen erfolgen. Immer wenn zwei Stoffe miteinander in Kontakt treten, findet ein Ladungsaustausch statt. Ist einer der Stoffe isolierend, treten bei der Trennung hohe Spannungen auf. Tribo-Elektrizität (vom griechischen tribeia = reiben) wird dieser Effekt bzw. im Alltag auch Reibungselektrizität genannt, zum Beispiel wenn man sich die Haare an einem Luftballon reibt. Die "statische" Aufladung ergibt sich aus einem einfachen Grund. sie verbleibt auf der Oberfläche des Materials und erzeugt so ein elektrisches Gleichspannungsfeld in Form einer "ruhenden Ladung" Ein statisches elektrisches Feld ist ein Kraftfeld. Dieses Kraftfeld bewirkt, dass Felder aus gleichpoligen Ladungen von einander abgestoßen werden und positive und negative Ladungen von einander angezogen werden. Dieses Kraftfeld (Feldstärke E) kann man mit Hilfe von Messgeräten erfasst werden. Eine Berechnung ist durch die Spannung (V) auf der Materialoberfläche in Verbindung mit dem Abstand (A) zu dem aufgeladenen Material berechnet werden. Mit der Formel V=E x A.  Seltener tritt der Effekt der Influenz auf, der durch die Ladungstrennung innerhalb eines ungeladenen Leiters unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes entsteht.

Ein interessanter Ansatz ist auch die Tatsache, dass sich organische Materialien wie z.B. Wolle/ Papier etc.mit einer hohen Permittivität (vom lateinischen permittere = erlauben, durchlassen) fast immer positiv aufladen eine solche Aufladung wird als Elektronenmangel bezeichnet. Während hingegen der Elektronenüberschuß mit einer negativen Aufladung fast immer einhergeht. Die negative Aufladung betrifft oft künstlich erzeugte Stoffe wie z.B. PE PTFE, PS die auch eine geringe Permittivität.

Folgende Faktoren bestimmen die Höhe der elektrostatischen Ladungen im Betrieb, die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Produktionsgeschwindigkeit!

Eine wichtige Rolle können auch die klimatischen Bedingungen vor Ort spielen.Denn eine statische Ladung baut sich auch wieder von selbst ab/ neutralisiert sich in Abhänigkeit von klimatischen Bedingungen und Zeit. Da wir aber auf die Rahmenbedingungen und die Zeit in der sich eine Ladung selbst neutralisieren würde nur bedingt Einfluss darauf haben und in der Arbeitswelt im Zuge des weltweiten Wettbewerbs in der Regel nicht die Zeit haben aud diesen Effekt zu warten, muß man also handeln!

In den meisten Fällen ist eine elektrostatische Entladung relativ unproblematisch und wird lediglich als unangenehm empfunden, sodass die Schreckreaktion die größte Gefahr darstellt. Ein Funkenschlag kann bereits ab einer Aufladung von etwa 10.000 Volt entstehen und in sensiblen Bereichen zu Explosionen führen ( EX-Zonen im Betrieb, siehe auch hier zu die Technische Regel zur Betriebssicherheit 2153, da auch hier die Elektrostatik eine der 13 möglichen Zündquellen darstellt), zum Beispiel beim Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten, Gasen oder wie verschieden Stäube und Pulvern. Es sollte deshalb angestrebt werden, die Aufladungen so zu beherrschen, dass sie keinen Schaden anrichten können.

Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten die Elektrostatik zu beherrschen. Siehe auch die folgenden Links/ Videos zur Beherrschung der Elektrstatik in den EX-Zonen.

Nur konsequente Umsetzung führt zum gewünschten Ergebnis

Besuchen Sie auch unsere Facebook-Seite! Dort finden Sie auch weitere Informationen/ Links zur Thematik der Elektrostatik.

 


Für die EX-Zonen im Betrieb gelten besondere Vorschriften (siehe z.B. auch Kompendium Explosionsschutz Band 1 & 2)! Eine Ionisierung in welcher Form (aktive oder passive Entladung) auch immer ist in der Regel fast immer umsetzbar und führt auch dann zum gewünschten Ergebnis, Eleminierung der elektrostatischen Spannung in der Produktion/ Betrieb.


Die Elektrostatik kann aber auch zur Steigerung der Qualität gezielt eingesetzt werden!

Elektrostatik kann aber auch in der Produktion behilflich sein:

- Arbeitsabläufe verbessern/vereinfachen

- Qualitätssteigerung herbeiführen (Filter werden aufgeladen, um deren Filterwirkung zu verbessern)

- kleberfreies verbinden zweier Materialien

- etc.


Sprechen Sie mich an, wenn Sie zu diesem Thema Unterstützung benötigen!


Weitere Infomationen finden Sie z.B. auch in der Buchempfehlung im Verlauf oder besuchen Sie doch auch mal eine Weiterbildung bei der IHK oder TÜV?

TÜV Saarland bietet hier z.B. die Fachkraft für Explosionsschutz an, in der auch das Thema der Elektrostatik aufgegriffen wird.