In vielen Produktionsprozessen entsteht eine statische Aufladung von Produkten oder Anlagenkomponenten. Normalerweise wird die elektrische Ladung im Laufe des weiteren Produktionsprozesses durch Entladung ausgeglichen oder stellt kein größeres Risiko dar.

Probleme mit statischer Aufladung gibt es, wenn …

  • es um die Lagerung, Produktion oder Weiterverarbeitung von Gefahrenstoffen geht, die leicht entzündlich sind. Kohle, Mehl, Kaffee, Holz, Cellulose und viele mehr entwickeln hochbrennbare Gase, wenn sie als Staub in trockener Umgebung vorkommen.
  • die Anziehungskräfte von aufgeladenen Produkten, wie Folie oder Papier, die Verarbeitung erschweren und unnötigen Ausschuss erzeugen.
  • elektronische Bauteile Schaden nehmen oder bereits gefertigte Platinen zerstört würden.

Durch die Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit auf über 65% werden Potenzialunterschiede nahezu abgebaut. Der Ionenflug wird bei der statischen Aufladung reduziert und die Neuaufladung minimiert. Ihre Folien “kleben” nicht mehr aneinander, Staub haftet sich nicht an Ihre Produkte und die Verarbeitung von Granulaten und Pulver wird wieder vereinfacht.

Elektrostatische Aufladung

Man spricht von einer statischen Aufladung, wenn an der Oberfläche eines Körpers entweder ein Elektronenmangel oder ein Elektronenüberschuss besteht. Bei elektrisch leitfähigen Materialien wie Metallen, können sich die positiven- oder negativen Atome durch Ionenwanderung ausgleichen und somit abbauen. Bei nicht leitenden Materialien kann dieser Austausch von Ionenüberschuss und Ionenmangel nicht oder unzureichend ausgeglichen werden – die elektrostatische Aufladung entsteht.

Folgen der elektrischen Ladung:

  • Farbverläufe im Druckbild
  • Papier und Folien haften aneinander
  • Bahnen laufen schräg
  • Elektrische Schläge für Mensch und Bauteile

 

Ursachen der statischen Aufladung

In modernen Fertigungsprozessen werden Materialien über Rollen und Walzen geführt um eine gleichbleibend hohe Qualität in kürzester Zeit fertigen zu können. Ist das zu verarbeitende Material wie z. B. Papier oder Holzprodukte sehr trocken, also läuft das Papier nicht sauber über die Rollen, muss von einer noch höheren statischen Aufladung ausgegangenen werden. Kommt hier noch erhöhtes Staubaufkommen durch zu geringe Luftfeuchtigkeit hinzu, ist die Fertigungsqualität nicht mehr gewährleistet. In der Textil- oder Garnindustrie muss zusätzlich mit reißendem Material gerechnet werden, was häufig zu enormen Produktionsausfall führt.

statische Aufladung

So funktioniert die statische Aufladung

Papier ist als „Halbleiter” anzusehen. Seine Leitfähigkeit steigt in dem Maße, wie Wasser im Papiergefüge gebunden ist, so dass bei genügender Feuchtigkeit ein Abfließen der eventuell auftretenden statischen Elektrizität, sei es bei der Papierherstellung oder beim Durchlauf durch die Druckmaschine, erfolgen kann. Zu trocken gelieferte Papiere bzw. eine Austrocknung beim Druckprozess fördern die statische Aufladung durch Verminderung der Leitfähigkeit. Eine genügend hohe Stapelfeuchtigkeit von mindestens 40 % rel. Feuchte und eine genügend hohe relative Luftfeuchtigkeit von über 50 % Raumfeuchte sollten eingehalten werden, um das Entstehen statischer Aufladung zu verhindern bzw. beim Durchlauf durch die Druckmaschine durch Reibung entstehende statische Aufladung schneller abfließen zu lassen.

 

Mögliche Abhilfen gegen statische Aufladungen

Bei einem optimalen Feuchtigkeitsgehalt des Papiers – Gleichgewichtsfeuchte im Stapel zwischen 45 % und 55 % – sind keine Schwierigkeiten beim Trennen der Bögen im Anlagestapel oder auf dem Anlegetisch zu erwarten.

Beim Rotationstiefdruck wird aus Gründen einer möglichst geringen Querschrumpfung der Papierbahn und beim Rollenoffsetdruck zur Vermeidung von Blasenbildung (siehe dort) meist eine verhältnismäßig niedrige Papierfeuchtigkeit von ca. 35 % rel. Feuchte bis 40 % rel. Feuchte verlangt.

Durch entsprechende maschinentechnische Maßnahmen, Vermeidung von Reibung, Ausschließen von kunststoffbezogenen Leitwalzen, Einbau von Entelektrisierungsgeräten, Konditioniereinrichtungen usw. muss dafür Sorge getragen werden, dass statische Aufladung nicht übermäßig auftritt. Eine Klimatisierung bzw. zumindest eine Befeuchtung der Arbeitsräume im Bereich von 50 % bis 55 % rel. Luftfeuchte trägt wesentlich dazu bei, die Gefahr der statischen Aufladung zu beseitigen bzw. zu vermindern.

In unklimatisierten Arbeitsräumen treten Arbeitsstörungen in verstärktem Maße in den Wintermonaten auf, denn bekanntlich lässt eine Erwärmung der kalten Außenluft die relative Luftfeuchte sehr stark absinken. Ohne zusätzliche Befeuchtung können in der kalten Jahreszeit in geheizten Räumen Feuchtigkeitswerte von 20 % rel. Feuchte bis 30 % rel. Feuchte beobachtet werden. Ähnlich wie unter solchen Bedingungen Passerdifferenzen, Rollneigung und Wellenbildung sowie übermäßiges Stauben zu erwarten sind, dürften auch Arbeitsstörungen wegen elektrischer Aufladung kaum zu vermeiden sein.

Mit meist auf die Dauer geringem Erfolg wurde in der Praxis eine Vielzahl von Methoden angewandt, um statische Aufladung des Papiers zu vermeiden bzw. zu beseitigen. Zum Beispiel: Anbringen von geerdeten Metalldrähten oder -ketten über der Papierbahn bzw. der Bogenanlage, lonisierung der Luft durch radioaktive Präparate, offene Gasflammen, Röntgenstrahlen und Ultraviolettstrahlung. Diese Methoden blieben wegen der Gefährlichkeit, der Kostspieligkeit und der verhältnismäßig geringen Wirkung ohne praktische Bedeutung. In der Praxis haben sich zur Vermeidung bzw. Beseitigung statischer Aufladungen Entelektrisierungsgeräte renommierter Firmen sehr gut bewährt. Diese lonisierungsgeräte bewirken eine Erhöhung der Leitfähigkeit der Luft und verhindern somit den Aufbau statischer Ladung, indem sie diese sofort wieder abfließen lassen. Die Lieferanten von auf dem Markt eingeführten Geräten können auch Hinweise geben, an welcher Stelle der Druckmaschine die Entelektrisierungsstäbe optimal eingesetzt werden können.

Außerdem trägt eine effiziente Rückbefeuchtung bei Heatset-Rollenoffset dazu bei, die statische Aufladung zu vermindern.

 

Beispiele zum Einsatz der statischen Aufladung

Oft wird die Ursache von Arbeitsschwierigkeiten nicht im Vorhandensein statischer Elektrizität gesucht. So können z. B. beim Rollendruck Registerstörungen durch An- oder Abstoßen von zwei parallel laufenden Bahnen auf statische Aufladung zurückgeführt werden.

Die Bildung von Farbnebeln, das Anziehen von Staubpartikeln durch die Papierbahn, Schwierigkeiten im Falztrichter und im Falzwerk durch Aneinanderhaften der Bahn bzw. der geschnittenen Bogen haben ebenfalls vielfach ihre Ursache in statischer Aufladung.

Beim Bogendruck lässt sich das gleichzeitige Anheben von zwei oder mehreren Bogen durch die Sauger der Anlage auf statische Elektrizität zurückführen. Passerdifferenzen beim Bogendruck können durch fehlerhaftes Anlegen der Bögen hervorgerufen werden, wenn das Gleiten des Papiers auf dem Anlegetisch durch statische Aufladung beeinträchtigt wird. Außerdem können schief einlaufende Bögen Maschinenstopper verursachen (Abb. 2).

Neben solchen Laufschwierigkeiten können elektrostatische Aufladungen die Druckqualität bzw. das Schriftbild eines Druckes stark beeinträchtigen (Abb. 3 und Abb. 4).

Auch das unerwünschte Abschmieren bzw. Ablegen der Farbe in frisch gedruckten Bogen im Auslegestapel kann seine Ursache in statischer Aufladung haben.

 

Ergänzende Literatur

WETTLERMANN, B.:
Electrostatic Charging.
In: Flexo, 22 (1997), Nr. 6, S. 62-65

HOMOLKA, S.:
Unerwünschte elektrostatische Aufladungen. Aktive Ionisatoren schaffen Abhilfe: Physikalische Grundlagen, Funktionsweise, Typen.
In: Papier und Kunststoff Verarbeitung, (1997), Nr. 1, S. 14-18

N.N.:
Befeuchtung gegen Aufladung.
In: Der Polygraph, 49 (1996), Nr. 21, S. 22-23