Statische Aufladung in der Metallverarbeitung beseitigen: Späne, Blech, Schutzfolie und Pulverbeschichtung

Metall leitet. Trotzdem haften Späne im frisch gesägten Profil, die Papierlage klebt an der Aluminiumplatte, und wer ein Blech von der Rollenbahn nimmt, bekommt einen Schlag. Mit solchen Beobachtungen wenden sich Produktions-, Instandhaltungs- und Qualitätsingenieure aus Zerspanung, Blechverarbeitung, Umformung und Beschichtung an KEYENCE. Dieser Leitfaden folgt dem Metallteil durch den Betrieb: von Säge und Fräse über Rollenbahn und Stapel, Schutzfolie und Verpackung bis vor und hinter die Pulverbeschichtung. Am Ende steht die Frage, ob Elektrostatik überhaupt die Ursache ist. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen. Erzählt werden Anfragen, Konzepte, geplante Tests, ein Test in der Produktion und ein technischer Befund; laufende Installationen sind nicht darunter.

Wichtige Punkte im Überblick

Was sich im Metallbetrieb auflädt, ist selten das geerdete Werkstück selbst, sondern Späne, Kunststoffreste aus Verbundprofilen, Schutzfolie, Papierzwischenlage, Beutel und Beschichtungspulver sowie Metallteile, die auf Rollen oder in einer Kunststoffbox den Erdkontakt verlieren.
Eine Entladungsbürste leitet nur dort ab, wo sie das Blech berührt, deshalb möchte ein Betrieb an Aluminiumblechen auf der Rollenbahn einen berührungslos entladenden Effizienten High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-E im laufenden Betrieb testen.
Schutzfolie lädt sich beim Abwickeln stark auf und wird dort entladen, wo sie die Rolle verlässt und bevor sie auf das Blech trifft, denn Staub zwischen Folie und Platte lässt sich nicht mehr abblasen.
Vor dem Pulverbeschichten beschreibt der Anwendungsleitfaden für die Metallindustrie ionisierte Luft in Kombination mit einem Gebläse, weil ein Gebläse ohne Ionisierung die Ladung nicht abbaut und sie sogar erhöhen kann.
Wer vor der Auswahl misst, wo die Ladung sitzt und wie hoch sie ist, spart Fehlinvestitionen: An Aluminium-Umformteilen ergab eine Messung mit dem Elektrostatik-Messgerät der Modellreihe SK-H etwa ±80 V, und Elektrostatik war nicht die Ursache der Verschmutzung.

Metall ist leitend, und trotzdem haften Späne und Staub: was sich im Metallbetrieb auflädt

Ein geerdetes Metallteil liegt bei 0 V. Vor Staub schützt das nicht. Ein geladenes Partikel influenziert auf der Oberfläche des Leiters eine Gegenladung und wird angezogen; der Technical Guide von KEYENCE zur Elektrostatik hält fest, dass die Erdung eines Leiters dieses Anhaften von Fremdkörpern nicht verhindert. Wie Erden und Ionisieren zusammenwirken, behandelt der Beitrag zu Elektronik und Halbleiter.

Was sich im Metallbetrieb auflädt, ist selten das geerdete Werkstück selbst. Es sind Späne, die sich beim Trennen lösen und isoliert liegen, Reste aus den Kunststoffanteilen eines Verbundprofils, die Schutzfolie, die Papierzwischenlage, der Beutel um das fertige Teil und das Beschichtungspulver. Dazu kommt das Metallteil, das den Erdkontakt verliert, weil es über Rollen transportiert wird oder in eine Kunststoffbox fällt. Ein solcher isolierter Leiter behält seine Ladung. Der Anwendungsleitfaden von KEYENCE für die Metallindustrie nennt als häufigste Folgen anhaftende Fremdkörper, Störungen bei Zuführung und Transport sowie Beeinträchtigungen der Mitarbeitenden.

Nach Sägen, Fräsen und Stanzen: Späne am Profil und in der Anlage

Nach dem Sägen, Bohren und Senken von Profilen lagern sich Späne in und um das Profil an, und die Anlage verschmutzt. In einem dokumentierten Konzept soll das Entfernen der Späne verbessert werden, um die Qualität zu steigern und Reklamationen zu verringern. Vorgesehen ist eine Abstufung:

Für die händische Reinigung und die ersten Versuche: Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG.
Für Profile im Durchlauf: Effizienter High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-E.
Direkt an der Säge, um im Schnitt zu entladen, als Test vorgesehen: Kompakter Düsen-Ionisator der Modellreihe SJ-LM.
Als Alternative, die den ganzen Sägebereich ionisiert: Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700.

Ähnliche Anfragen kommen zum Fräsen der Enden von Fensterprofilen, dort mit Punktentladung am stehenden Teil und Abständen von 200 bis 400 mm, und von einem Fenster- und Türenbauer, der Kunststoff- und Aluminiumprofile bearbeitet; dort kommen Pistole und Messgerät als erster Schritt in Frage. Aluminiumplatten laufen nach dem Fräsen in einer Anwendung langsam durch; eine Montage in rund 100 mm Abstand ist dort möglich, ein Testaufbau ist geplant. Beim Zuschnitt von Aluminiumblöcken bleibt Staub am Teil, obwohl eine Luftleiste ohne Ionisierung abbläst; auch hier ist ein Test mit Musterteilen angedacht. Gesägte Rohre, an denen Späne haften, werden in einem weiteren Fall von Hand abgewischt; dort wurde die Pistole in der Produktion getestet.

Der Anwendungsleitfaden für die Metallindustrie führt zwei passende Katalogbeispiele: Späne beim Schneiden von Fensterrahmenprofilen und Späne beim Zuschnitt von Aluminiumwerkstoffen auf feste Größe, die bisher von Hand mit Luft oder Tuch entfernt wurden. Welche Bauform an eine Bearbeitungsstation passt, hängt davon ab, ob das Teil steht oder im Durchlauf bearbeitet wird und wie nah der Ionisator an den Schnitt heranreicht. Eine Düse entlädt punktuell dort, wo die Späne entstehen. Ein Stab deckt die Breite eines durchlaufenden Profils ab, ein Gebläse einen Bereich, in dem sich Späne verteilen.

Abblasen allein bewegt die Späne, nimmt ihnen aber die Ladung nicht. Der Anwendungsleitfaden beschreibt, dass sie sich danach erneut anlagern; das Prinzip erläutert der Beitrag zur Roboterzelle mit Kunststoffteilen. Beim Stanzen für Metallverpackungen gibt es das Konzept, die Absaugluft zu ionisieren, damit Partikel nicht am Teil bleiben. Reine Kunststoffplatten und Kunststoffprofile behandelt der Beitrag zu Kunststoff und Gummi.

Bleche und Platten auf Rollen und im Stapel: wenn das Teil den Erdkontakt verliert

Aluminiumbleche auf Transportrollen werden in einem Werk an mehreren Stellen mit Bürsten von unten entladen. Eine Bürste leitet nur dort ab, wo sie das Blech berührt. Ein gebogenes Blech liegt nicht überall auf, und wer es anfasst, kann einen Schlag bekommen. Der Betrieb möchte einen Stabionisator der Modellreihe SJ-E, der ohne Berührung entlädt, im laufenden Betrieb testen. Vor der Auswahl ist zu klären, an welchen Stellen der Rollenbahn Mitarbeitende eingreifen, wie breit die Bleche sind und ob von oben, von unten oder von beiden Seiten ionisiert werden muss. Den Schutz von Personal an Paletten und Förderanlagen behandelt der Beitrag zu Logistik und Lager.

Zwischen Aluminiumplatten liegt in einer anderen Anfrage eine Lage Papier als Schutz. Im Winter, bei niedriger Luftfeuchte, bleibt sie an der Platte kleben. Für diese Stelle ist ein Test mit dem Ionisator der Modellreihe SJ-F700 gewünscht.

Auch kleine Teile verlieren den Erdkontakt. Aluminiumkapseln, die in eine Kunststoffbox fallen, laden sich so auf, dass Bedienpersonal beim Anfassen einen Schlag bekommt. In dieser Anfrage sollen zunächst andere Behälter ausprobiert und die Ladung gemessen werden.

Schutzfolie und Beutel: Ladung beim Abwickeln, Überziehen und Öffnen

Folie lädt sich beim Abwickeln stark auf. Der Anwendungsleitfaden für die Metallindustrie zeigt zwei Beispiele: Beim Kaschieren von Stahlplatten zieht die abgewickelte Folie Staub an, der zwischen Folie und Platte eingeschlossen wird. Beim Verpacken kaltgewalzter Coils in Schutzfolie ist die Folie so geladen, dass sie zerknittert und Mitarbeitende Schläge bekommen können. Für die Position heißt das: entladen, wo die Folie die Rolle verlässt und bevor sie auf das Blech trifft, denn Staub, der einmal zwischen Folie und Platte liegt, lässt sich nicht mehr abblasen.

Die dokumentierten Anfragen passen dazu. Paneele aus Stahl- und Aluminiumblech erhalten einen Folienüberzug, der sich sehr stark auflädt; eine Entladungsbürste ist bereits vorhanden. Ein Drahtgestrick aus Nickel wird mit Folie überzogen, dabei kommt es wiederholt zu Überschlägen, die Anfrage nennt rund 5 kV. Sobald dort mehr produziert wird, ist ein Test mit einem Entladungsgebläse angedacht.

Beim Verpacken kann die Ladung an der Hülle sitzen statt am Metall. Blechpakete werden in Beuteln verpackt und zur Messung geschickt. Nach dem Öffnen trägt der Beutel in einer Anwendung rund 36 kV mit negativer Polarität, was Partikel wie Fusseln von Kleidung anziehen kann; wegen Fusseln bestehen Teile die Messung teilweise nicht. Gewünscht ist ein Test. Folie, Etiketten und Bögen an Folienstanzen gehören zum Beitrag über Verpackung und Druck.

Vor und nach dem Pulverbeschichten: Staub vom Teil entfernen

Haften beim Pulverbeschichten Fremdkörper an der Oberfläche, können Unebenheiten entstehen. Der Anwendungsleitfaden für die Metallindustrie beschreibt deshalb ionisierte Luft in Kombination mit einem Gebläse vor dem Beschichten: Die Ladung wird abgebaut, und die Fremdkörper lassen sich abblasen. Ein Gebläse ohne Ionisierung baut die Ladung nicht ab und kann sie erhöhen. In einem dokumentierten Konzept wurde dafür ein Entladungsportal vor der Pulverbeschichtung besprochen, durch das die Teile laufen.

Auch nach dem Beschichten trägt das Teil Ladung. In einer Anwendung wird Stahl erst sandgestrahlt und dann pulverbeschichtet; die Beschichtungsanlage arbeitet mit rund 20 kV, damit das Pulver haftet. Gemessen wurden etwa 300 V vor und etwa 3,5 kV nach dem Beschichten. Die Gehänge sind unterschiedlich, die Rohre haben verschiedene Durchmesser. Die Idee aus der Anfrage: zwei Stäbe von etwa 2 m Länge nach dem Pulverbeschichten. Für ein Portal oder einen Stab an dieser Stelle gehören die Länge der Teile am Gehänge, der Abstand zwischen Ionisator und Teil und die Frage, ob Druckluft verfügbar ist, in das Lastenheft.

Das Pulver selbst lädt sich ebenfalls auf. In einer Anfrage zu Pulverbeschichtungslinien legt es sich bei starker Ladung in Linien ab. Eine Beschichtungsabteilung beobachtet, dass Pulver mit einer Feinheit um 150 µm beim Befüllen trotz Erdung Ladung aufnimmt, am Behälterrand haftet und die Form nicht vollständig füllt; dort besteht Interesse am Elektrostatik-Messgerät der Modellreihe SK-H. Alle beschriebenen Ansätze liegen vor oder hinter der Kabine. Wie Beschichtungsfehler und Verschmutzung auf Metall erkannt werden, behandelt der Beitrag zur Oberflächenprüfung in der Metallverarbeitung.

Elektrostatik als Ursache oder nicht: wenn Schmutz am Metallteil andere Gründe hat

Nicht jeder Schmutz kommt von Ladung. Aluminium-Umformteile sind in einem dokumentierten Fall teils schon nach ein bis zwei Tagen im Lager stark mit Schmutzpartikeln bedeckt. Vermutet wurde eine Aufladung der Teile. Mit dem Messgerät der Modellreihe SK-H wurden Werte im Bereich von etwa ±80 V gemessen, und der Befund lautet: Elektrostatik ist nicht ursächlich für die Schmutzanhaftung. Für den Vergleich war vorgesehen, ein Teil mittig abzukleben, eine Hälfte mit der Pistole der Modellreihe SJ-LG zu behandeln und über regelmäßige Messungen zu sehen, ob die Anhaftung auf dieser Seite geringer wird.

Ein anderer Fall ist offen. Kleine Kupferspäne nach einer Stanze werden durch einen Schlauch abgesaugt, der an unbestimmter Stelle verstopft. Ladung ist dort nur ein Verdacht, die Ionisierung eine Idee unter mehreren. Und beim Blechpaket im Beutel wurde die Ladung an der Hülle gemessen. Wer vor der Auswahl eines Ionisators misst, wo die Ladung sitzt und wie hoch sie ist, spart Fehlinvestitionen. Wie eine Ladung entlang einer Anlage kartiert wird, beschreibt der Beitrag zum Verpackungsdruck.

Häufige Fragen

F Warum haften Späne an Aluminium, obwohl Metall leitet?

Ein geladenes Partikel influenziert auf einem Leiter eine Gegenladung und wird angezogen, auch wenn das Teil geerdet ist. Späne, die sich beim Trennen lösen, liegen zudem oft isoliert und halten ihre Ladung. Erden allein verhindert dieses Anhaften laut Technical Guide nicht.

F Reicht Abblasen mit Druckluft, um Späne zu entfernen?

Druckluft bewegt die Späne, baut ihre Ladung aber nicht ab, sodass sie sich erneut anlagern können. Ionisierte Luft entlädt und bläst in einem Schritt. Für die händische Reinigung gibt es dafür die Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion, für feste Stellen Düsen- und Stabionisatoren.

F Hilft eine Entladungsbürste an Blechen auf der Rollenbahn?

Eine Bürste leitet nur dort ab, wo sie das Blech berührt. Gebogene oder unebene Bleche liegen nicht überall auf. Ein Stabionisator über der Rollenbahn arbeitet berührungslos und erreicht die Oberfläche auch ohne Kontakt.

F Wo wird vor dem Pulverbeschichten entladen?

Nach der Vorbehandlung und vor der Kabine, etwa in einem Portal, durch das die Teile laufen. Der Anwendungsleitfaden für die Metallindustrie kombiniert dort ionisierte Luft mit einem Gebläse, damit sich Fremdkörper ablösen. Länge des Portals und Abstand richten sich nach Gehängen und Teilegeometrie.

F Woran erkennt man, ob Schmutz am Metallteil von statischer Aufladung kommt?

Durch Messen am Teil und an Folie oder Beutel, bevor ein Ionisator ausgewählt wird. In einem dokumentierten Fall lagen Umformteile bei etwa ±80 V, und Elektrostatik war nicht die Ursache der Verschmutzung. Ein Vergleich mit einer entladenen und einer unbehandelten Hälfte desselben Teils zeigt, ob Entladung etwas ändert.

F Gehören Kunststoffprofile und Folienstanzen zu diesem Thema?

Nein. Reine Kunststoffplatten und Kunststoffprofile gehören zur Kunststoffverarbeitung, Folie, Etiketten und Bögen an Stanzen zur Verpackung und Veredelung. Fensterprofile aus Aluminium oder aus Metall und Kunststoff im Verbund sowie das Stanzen von Metall bleiben in der Metallverarbeitung.

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Übergeordnete Themenseite: Statische Aufladung in der Produktion: Ladung erkennen, messen und mit dem passenden Ionisator entladen

Weiterer Artikel im Thema: Späne nach Sägen, Fräsen und Bohren entladen: saubere Aluminium- und Fensterprofile ohne Nacharbeit