Schäden durch elektrostatische Entladung vermeiden

Damit die SPS nicht der Schlag trifft

Man geht über den Teppich, die Luft ist trocken und beim Berühren der Türklinke bekommt man einen elektrischen Schlag. Was für den Menschen unangenehm, aber ungefährlich ist, kann Sensoren und elektronische Baugruppen komplett zerstören. Im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung kommt der elektrostatischen Entladung immer mehr Bedeutung zu. Ein Grund, sich mit der Entstehung, Lokalisierung und Beseitigung von Schwachstellen näher zu befassen.

Der Quicktester ESD-QT 16 signalisiert elektrostatische Entladungen visuell und akustisch. (Bild: I-V-G Göhringer)

Der Quicktester ESD-QT 16 signalisiert elektrostatische Entladungen visuell und akustisch. (Bild: I-V-G Göhringer)


Die Belastung einer SPS oder eines Sensors durch eine elektrostatische Entladung (Electrostatic Discharge, ESD) hat nur in seltenen Fällen einen sofort erkennbaren Ausfall zur Folge. Häufiger verbleiben die Defekte unerkannt in den Systemen. Bei einem späteren Ausfall lässt sich der Zusammenhang nicht mehr herstellen. Diese versteckten Fehler sind besonders unangenehm. In der Praxis können die Geräte noch einige Zeit lang gut funktionieren und sogar Funktionstests und Prüfungen bestehen. Nach und nach zeigen sie dann unbestimmte Fehlersymptome und versagen am Ende komplett. Es kommt durchaus vor, dass eine Anlage nach der Übergabe an den Kunden einige Monate einwandfrei läuft – und dann sporadisch unerklärliche Probleme auftreten, obwohl an der Anlagentechnik nichts verändert wurde.

Wie entstehen elektrostatische Entladungen?

Elektrostatische Ladungen entstehen durch die Reibung und anschließende mechanische Trennung zweier Materialien ohne oder mit nur geringer Leitfähigkeit. Man spricht hier auch von Reibungselektrizität oder dem triboelektrischen Effekt. Dadurch wird ein Elektronentransfer von einem Stoff zum anderen ausgelöst, was je nach Material zu positiver oder negativer Aufladung führt. Für die Höhe der Ladung ist die Temperatur, die Luft- und Oberflächenfeuchtigkeit sowie die Geschwindigkeit der Trennung ausschlaggebend. Je schneller die Trennung erfolgt, desto größer ist die entstehende Ladung. Beispiele sind:

  • • Reibung verschiedener Materialen aneinander
  • • Trennen von Folien, auch das Abziehen von Klebeband
  • • Umfüllen von Flüssigkeiten und Schüttgütern
  • • Mechanische Bearbeitung von Nichtleitern wie Glas, Gummi und Kunststoffen
  • • Gehen auf Kunststoffböden

Kommt ein leitfähiges Material in die räumliche Nähe, erfolgt ein plötzlicher Ladungsausgleich, bei dem ein kurzer Strom fließt – die elektrostatische Entladung. Während Menschen die Entladung ab einer Spannung von 2.000V spüren, können elektrische Bauteile schon bei einer Spannungsdifferenz von 10V beschädigt werden.

Kunststoffe sind Isolatoren

Speziell schlecht leitende Kunststoffe können sich extrem aufladen. Besonders in der Produktion und Logistik, aber auch in vielen anderen Produktionsbereichen, nimmt der Einsatz von Kunststoffen zu, sei es als hergestelltes Produkt oder als Teil der Anlage. Es gibt zwar sehr viele verschiedene Kunststoffe, aber eines haben die meisten gemeinsam – sie sind nicht leitfähig und können sich statisch auf mehrere 10.000V aufladen. Gleichzeitig führt die fortschreitende Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0 in produktions- und fördertechnischen Anlagen zu immer mehr elektronischen Baugruppen. Dazu kommt, dass die Sensoren und Geräte durch die zunehmende Miniaturisierung immer kleiner gebaut werden – und zudem immer dichter an das Geschehen rücken. „Bei der Betrachtung dieser Trends wird klar, dass man dem Thema ESD zukünftig mehr Aufmerksamkeit schenken muss“, sagt Hans-Ludwig Göhringer von IVG Göhringer. „Spätestens dann, wenn man aus unerklärlichen Gründen einen defekten Sensor oder eine kaputte Steuerung zum dritten Mal austauschen muss, drängt sich die Vermutung von elektrostatischen Ursachen auf.“

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