Schäden durch elektrostatische Entladungen vorbeugen
Kein Infarkt für die SPS
Die Folgen elektrostatischer Aufladung hat jeder schon einmal zu spüren bekommen, wenn man einen metallischen Gegenstand berührt und einen leichten elektrischen Schlag spürt. Was für den Menschen unangenehm, aber ungefährlich ist, kann bei Elektronikkomponenten in der Fertigung großen Schaden anrichten - so auch bei Steuerungen. Den Trends von Miniaturisierung und Digitalisierung folgend, sollte man diesem Thema unbedingt Aufmerksamkeit zuwenden.
Bild: IVG GöhringerDas Thema ESD (engl. für Electrostatic Discharge) ist zwar nicht neu, gewinnt jedoch immer mehr an Bedeutung. Denn es stellt Anlagenbetreiber vor echte Herausforderungen. So zeigt die Belastung einer SPS oder eines Sensors durch eine elektrostatische Entladung nur in seltenen Fällen sofort erkennbare Folgen. Häufiger werden Defekte vorerst nicht entdeckt. In der Praxis können die Geräte noch einige Zeit lang gut funktionieren und sogar Funktionstests und Prüfungen bestehen. Nach und nach zeigen sie aber unbestimmte Fehlersymptome oder versagen plötzlich komplett. Bei einem späteren Ausfall lässt sich der Zusammenhang meist nicht mehr herstellen. Solche versteckten Fehler sind besonders unangenehm. Es kommt durchaus vor, dass eine vorgeschädigte Anlage nach der Übergabe an den Kunden einige Monate einwandfrei läuft - und dann sporadisch unerklärliche Probleme auftreten, obwohl an der Anlagentechnik nichts verändert wurde.
Bild: IVG GöhringerEntstehung von 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 dafür sind:
- • Reibung verschiedener Materialien aneinander
- • Trennen von Folien, auch das Abziehen von Klebeband
- • Umfüllen von Flüssigkeiten und Schüttgütern
- • Spritzgussteile auf Transportband
- • Kunststoffteile beim Entformen aus dem Werkzeug
- • Mechanische Bearbeitung von Nichtleitern wie Glas, Gummi und Kunststoffen
- • Reibung beim trockenen Putzlappen
Kommt ein leitfähiges Material in die räumliche Nähe, erfolgt ein plötzlicher Ladungsausgleich, bei dem ein kurzer, aber hoher Strom fließt - die elektrostatische Entladung. Während Menschen die Entladung erst ab einer Spannung von rund 2.500V 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 unglaublich 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 in produktions- und fördertechnischen Anlagen zu einer immer größeren Anzahl an elektronischen Komponenten. Dazu kommt, dass die Komponenten durch die zunehmende Miniaturisierung zunehmend kleiner gebaut werden - und zudem immer dichter an das Geschehen rücken. "Durch diese Trends muss man dem Thema ESD immer mehr Aufmerksamkeit schenken", betont Hans-Ludwig Göhringer, Geschäftsführer der Firma IVG Göhringer. "Spätestens dann, wenn man aus unerklärlichen Gründen einen defekten Sensor oder eine kaputte Steuerung zum dritten Mal austauschen muss, drängen sich elektrostatische Ursachen auf".
Lokalisierung der elektrostatischen Aufladung
Um solche Entladungen aufzuspüren, hat IVG Göhringer den Quicktester ESD-QT 16 entwickelt. Das batteriebetriebene Diagnosegerät erkennt Magnetfelder, die durch die Entladeströme entstehen und signalisiert die Störimpulse über eine LED - aber auch akustisch über einen Signalton. Dadurch kann sich der Instandhalter komplett auf die Bewegungsabläufe in der Anlage konzentrieren und muss nicht ständig auf das Messgerät blicken. Der Tester ist batteriebetrieben und kann daher mit Transportkisten oder auf Werkstückträgern zusammen mit dem Material durch die Anlage fahren, um Problemstellen zu lokalisieren. Die Empfindlichkeit des Diagnosegeräts ist sehr fein einstellbar. Im stationären Einsatz kann der potentialfreie Alarmkontakt des Diagnosegeräts auch über eine übergeordnete Steuerung ausgewertet werden. Mit der Zusatzsoftware QT-Manager lassen sich die erfassten Störimpulse direkt dem Prozessabbild der SPS zuordnen.
Die Folgen elektrostatischer Aufladung hat jeder schon einmal zu spüren bekommen, wenn man einen metallischen Gegenstand berührt und einen leichten elektrischen Schlag spürt. Was für den Menschen unangenehm, aber ungefährlich ist, kann bei Elektronikkomponenten in der Fertigung großen Schaden anrichten - so auch bei Steuerungen. Den Trends von Miniaturisierung und Digitalisierung folgend, sollte man diesem Thema unbedingt Aufmerksamkeit zuwenden.
Bild: IVG GöhringerDas Thema ESD (engl. für Electrostatic Discharge) ist zwar nicht neu, gewinnt jedoch immer mehr an Bedeutung. Denn es stellt Anlagenbetreiber vor echte Herausforderungen. So zeigt die Belastung einer SPS oder eines Sensors durch eine elektrostatische Entladung nur in seltenen Fällen sofort erkennbare Folgen. Häufiger werden Defekte vorerst nicht entdeckt. In der Praxis können die Geräte noch einige Zeit lang gut funktionieren und sogar Funktionstests und Prüfungen bestehen. Nach und nach zeigen sie aber unbestimmte Fehlersymptome oder versagen plötzlich komplett. Bei einem späteren Ausfall lässt sich der Zusammenhang meist nicht mehr herstellen. Solche versteckten Fehler sind besonders unangenehm. Es kommt durchaus vor, dass eine vorgeschädigte Anlage nach der Übergabe an den Kunden einige Monate einwandfrei läuft - und dann sporadisch unerklärliche Probleme auftreten, obwohl an der Anlagentechnik nichts verändert wurde.
I-V-G Göhringer
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 8 2018 - 20.08.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
