Elektrostatischer Sensor

Ein Sensor für statische Elektrizität zur genauen Messung und Diagnose von elektrostatischer Aufladung an verschiedenen Orten. Das Sortiment umfasst ein mobiles Modell, das Messungen auch an schwer zugänglichen Stellen ermöglicht, sowie ein Inline-Modell, mit dem die elektrostatische Aufladung von Objekten direkt in der Fertigungslinie gemessen werden kann.

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Produktpalette

Modellreihe SK - Elektrostatik-Messgerät

Das Elektrostatik-Messgerät der Modellreihe SK misst gleichzeitig statische Elektrizität und Feuchtigkeit. Da die Erzeugung statischer Elektrizität eng mit der Luftfeuchtigkeit zusammenhängt, können die Messgeräte der Modellreihe SK die elektrische Ladung des Bereichs um das Messobjekt herum bestimmen und gleichzeitig die Umgebungsbedingungen erfassen. Während bisher verwendete Messgeräte für statische Elektrizität fehleranfällig sind, wenn sich der Abstand zum Messobjekt ändert, können Inline-Geräte der Modellreihe SK die Messung der statischen Elektrizität entsprechend dem Messobjektabstand korrigieren. Es stehen auch Handgeräte zur Verfügung, falls Messungen an mehreren Punkten entlang eines Prozesses erforderlich sind. Die verschiedenen Funktionen der Modellreihe SK ermöglichen es dem Benutzer, detaillierte und genaue Informationen über die Bedingungen in den Bereichen zu erhalten, in denen es häufig zu Problemen durch statische Elektrizität kommt.

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Ein Elektrostatischer Sensor ist ein Messgerät, das zur Überprüfung der statischen Elektrizität verwendet wird. Statische Elektrizität wird durch elektrostatische Induktion gemessen, bei der ein geladenes Objekt von einem nahe gelegenen Leiter angezogen wird. Die statische Elektrizität kann berührungslos gemessen werden, indem das Messgerät einfach auf das Messobjekt gerichtet wird.
Der Elektrostatische Sensor selbst besteht aus einem Sensorteil, das auf das Messobjekt gerichtet ist, und einer Auswerteeinheit, die das vom Sensor erhaltene Signal berechnet und anzeigt. Handmessgeräte enthalten diese beiden Teile in einer integrierten Einheit.

Sensor und Auswerteeinheit

Handgerät

Messprinzip des Elektrostatischen Sensors

Eine Messelektrode im Elektrostatischen Sensor dient zur Messung der elektrischen Feldstärke eines aufgeladenen Messobjekts, das eine induktive Ladung in der Messelektrode erzeugt. Diese induktive Ladung erzeugt einen Strom, der in ein Wechselspannungssignal umgewandelt wird. Aus diesem Signal wird dann das aufgeladene Potential ermittelt.
Die Messwerte werden kleiner, je weiter sich der Elektrostatische Sensor vom Messobjekt entfernt und größer, je näher das Messgerät an das Objekt gehalten wird (abstandsabhängige Messung). Eine genaue Messung ist möglich, wenn das Messobjekt größer als der Erfassungsbereich ist. Wenn das Messobjekt jedoch kleiner ist, ist der gemessene Wert geringer als er in Wirklichkeit ist (messobjektgrößenabhängige Messung).

Die Elektrostatik-Messgeräte der Modellreihe SK-050/1000 von KEYENCE verfügen über eine Abstands-Korrekturfunktion, die abstandsbedingte Fehler automatisch kompensiert. Anwender können Messfehler leicht vermeiden, indem sie den Montageabstand in die Auswerteeinheit eingeben.

Vorteile von Elektrostatischen Sensoren

Die Intensität der statischen Elektrizität kann je nach Standort sogar innerhalb desselben Raums variieren. Einzelne Teile können auch unterschiedlich aufgeladen sein. Mit einem Hand-Messgerät für statische Elektrizität kann diese überall da präzise gemessen werden, wo es auf eine genaue Messung der statischen Elektrizitätsmenge ankommt.

Selbst in einem Raum ohne statische Aufladung können sich Teile durch Reibung, Ablösen oder Berührung bei der Montage aufladen. Statische Elektrizität führt dazu, dass Staub und Partikel angezogen werden und an aufgeladenen Teilen haften bleiben. Wenn Schmutz an Teilen haftet, die zum nächsten Prozess geschickt werden, kann dieser Schmutz ins Innere des Produkts gelangen.
Handgeräte können verwendet werden, um die Menge der statischen Elektrizität des zu montierenden Teils zu messen. Wenn die Aufladung die zulässige Höhe überschreitet, ist das Teil anfällig für Staub und Schmutz. Zur Beseitigung der statischen Elektrizität müssen dann elektrostatische Entladungssysteme (Ionisatoren) oder andere Geräte verwendet werden. Auf diese Weise können Elektrostatik-Handmessgeräte eingesetzt werden, um das Anhaften von Staub, Schmutz und anderen Verunreinigungen von vornherein zu verhindern.

Um wirksame Gegenmaßnahmen gegen statische Elektrizität in einer Produktionslinie zu gewährleisten, ist eine genaue Messung der statischen Elektrizität erforderlich, die an verschiedenen Stellen durch Reibung, Ablösung und Berührung erzeugt wird. Solche Bedingungen für das Entstehen statischer Elektrizität können an verschiedenen Stellen im Fertigungsprozess auftreten. Durch die Verwendung mehrerer Elektrostatischer Sensoren kann die statische Elektrizität an mehreren Stellen gleichzeitig gemessen werden.

Durch die Installation zahlreicher Elektrostatischer Sensoren in der Produktionslinie zur Messung der erzeugten statischen Elektrizität an verschiedenen Stellen, können Benutzer sowohl eine genaue Steuerung der elektrostatischen Entladungssysteme (Ionisatoren) vornehmen, als auch eine Erfassung der Auswirkungen der elektrostatischen Entladung nutzen. Kontinuierliche Messungen der statischen Elektrizität und die Analyse der gesammelten Daten zeigen, wie sich die Menge der statischen Elektrizität aufgrund von Schwankungen der Luftfeuchtigkeit verändert und ermöglichen die Identifizierung neuer Bereiche, in denen Gegenmaßnahmen gegen statische Elektrizität erforderlich sind.
Mit anderen Worten: Die Messung der statischen Elektrizität an mehreren Stellen entlang der Produktionslinie, ermöglicht es dem Benutzer, durch statische Elektrizität verursachte Probleme zu vermeiden und zusätzlich die Wirksamkeit elektrostatischer Entladungssysteme und den Status aktueller Gegenmaßnahmen gegen statische Elektrizität zu überprüfen.

Es besteht ein offensichtlicher, enger Zusammenhang, zwischen Feuchtigkeit und statischer Elektrizität. Die genaue Bestimmung dieses Zusammenhangs ist jedoch schwierig. Mit einem Elektrostatischen Sensor kann dieser Zusammenhang jedoch genau bestimmt werden, da dieser Feuchtigkeit und statische Elektrizität gleichzeitig messen kann.

Die Erzeugung statischer Elektrizität ist weniger wahrscheinlich, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 60 % oder mehr beträgt. Da sich die Luftfeuchtigkeit jedoch mit der Temperatur ändert, kann die Luftfeuchtigkeit sogar im selben Raum von Stelle zu Stelle unterschiedlich sein. Zum Beispiel ist die Temperatur in der Umgebung von Fertigungsanlagen in der Regel relativ hoch und die Luftfeuchtigkeit niedrig. Das bedeutet, dass es wichtig ist, eine geeignete Luftfeuchtigkeit dort aufrechtzuerhalten, wo sich das Messobjekt befindet, anstatt den gesamten Produktionsbereich zu messen.
Durch den Einsatz eines Elektrostatischen Sensors zur gleichzeitigen Messung von statischer Elektrizität und Luftfeuchtigkeit kann der Benutzer feststellen, ob ein Bereich aufgrund trockener Luft wahrscheinlich Probleme mit statischer Elektrizität verursachen wird. Die vom Sensor gemessenen Daten können dann verwendet werden, um die am besten geeigneten Gegenmaßnahmen gegen statische Elektrizität zu bestimmen, z. B. indem verhindert wird, dass sich Messobjekte aufladen, oder indem statische Elektrizität mit einem elektrostatischen Entladungssystem (Ionisator) beseitigt wird.

Anwendungsbereiche von Elektrostatischen Sensoren

Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Ein großes Problem durch statische Elektrizität, für das in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eine Lösung gefunden werden muss, ist das „Herausspringen“. Beispielsweise können sich beim Transport von Tabletten in einer Teilezuführung die Führungsschienen durch Reibung aufladen. Wenn sich die Tabletten und eine aufgeladene Folie gegenseitig abstoßen, können die Tabletten aus ihren Taschen springen. Solche Probleme können mit einem Bildverarbeitungssystem oder anderen Vision-Sensoren zwar erkannt, aber nicht verhindert werden. Jedes Mal wenn ein Problem auftritt, muss die Produktionslinie gestoppt oder die fehlerhaften Produkte müssen entfernt werden, wodurch die Arbeitsleistung abnimmt.
Solche Probleme können jedoch durch den Einsatz eines Inline-Elektrostatik-Messgeräts der Modellreihe SK-050/1000 zur Messung der statischen Elektrizität während des Tranfers verhindert werden. Wenn die Messwerte den oberen Grenzwert erreichen, kann ein elektrostatisches Entladungssystem (Ionisator) eingesetzt werden, um die statische Elektrizität zu beseitigen.

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Elektrogeräteindustrie

Schäden, die durch elektrostatische Entladung (ESD) verursacht werden, sind ein großes Problem in der Elektrogeräteindustrie. Wenn beispielsweise ein Arbeiter (mit einem Handgelenkband geerdet) eine Leiterplatte anhebt, die an einem Handarbeitsplatz mit einem PCB-Reinigungsspray besprüht wurde, kann es zu einer elektrischen Entladung zwischen dem Arbeiter und der Leiterplatte kommen, wodurch die montierten IC-Komponenten beschädigt werden. Das liegt daran, dass sich die Leiterplatte beim Besprühen mit dem PCB-Reinigungsspray aufgeladen hat. Obwohl die Erdung eine gängige Gegenmaßnahme gegen statische Entladung ist, hat Erdung keine Wirkung auf Nichtleiter.
Um in solchen Fällen eine Entladung zu verhindern, kann die statische Elektrizität auf der Leiterplatte mit einem Elektrostatik-Handmessgerät der Modellreihe SK-H gemessen werden, und wenn die Bauteile aufgeladen sind, kann die Ladung mit einem elektrostatischen Entladungssystem (Ionisator) entfernt werden. Dadurch kann die Wirksamkeit antistatischer Maßnahmen an Handarbeitsplätzen erhöht und die Ertragsquote verbessert werden.

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Automobilindustrie

Ein großes Problem durch statische Elektrizität in der Automobilindustrie ist die Anhaftung von Staub und Schmutz. Auto-Stoßstangen laden sich nach dem Formen elektrisch auf, was dazu führt, dass Staub und andere Verschmutzungen an den Bauteilen haften bleiben, während diese in den Beschichtungsprozess übergeben werden. Durch statische Elektrizität haften diese Fremdpartikel stark an den Produkten und es sind externe Kräfte erforderlich, um sie zu entfernen. Auch Partikel, die mit einem Luftstoß entfernt werden, haften erneut an. Wenn die Partikel vor dem Auftragen der Farbe nicht richtig entfernt werden, kann dies zu ungleichmäßigen Beschichtungen oder Überständen führen.
Um dies zu verhindern, kann das Inline-Elektrostatik-Messgerät der Modellreihe SK-050/1000 verwendet werden, um die statische Elektrizität auf dem Stoßfänger nach dem Formen zu messen. Wenn die Messwerte den oberen Grenzwert übersteigen, kann ein elektrostatisches Entladungssystem (Ionisator) eingesetzt werden, um die statische Elektrizität zu beseitigen. Dadurch wird verhindert, dass Staub und Schmutz auch nach dem Entfernen mit einem Luftstoß wieder anhaften kann. Gleichzeitig wird so verhindert, dass die Beschichtung durch statische Elektrizität ungleichmäßig wird.

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Häufig gestellte Fragen zu Elektrostatischen Sensoren

Statische Elektrizität kann zu verschiedenen Problemen führen, z. B. zum Anhaften von Staub und anderen Fremdpartikeln, zu Transportproblemen, zu Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD), zu Fehlfunktionen in elektronischen Geräten und Anlagen sowie zu Beschichtungs-/Druckproblemen. Das Anhaften von Fremdpartikeln kann z. B. zu fehlerhaften Produkten führen. Förderprobleme hingegen können zu Verpackungsfehlern und einer niedrigeren Produktivität aufgrund von zeitweisen Unterbrechungen führen, und elektrostatische Entladungen können zu geringeren Erträgen oder erhöhten Kosten aufgrund von Schäden an elektronischen Komponenten führen.
Zusätzlich zu elektrostatischen Entladungssystemen (Ionisatoren) zur Beseitigung der erzeugten statischen Aufladung können Elektrostatik-Messgeräte, die an Orten mit statischer Elektrizität installiert werden, dazu beitragen, solche Probleme durch ständiges Messen der statischen Elektrizität zu vermeiden. Elektrostatische Sensoren können für die genaue Messung von Teilen und Geräten außerhalb der Produktionslinie eingesetzt werden, zusammen mit elektrostatischen Entladungssystemen zur effizienten Kontrolle der statischen Elektrizität.

Elektrostatische Induktion tritt in einem Leiter auf, der sich in der Nähe von elektrisch geladenen Substanzen (Staub oder anderen Fremdpartikeln) befindet, wodurch die Oberfläche des Leiters elektrisch aufgeladen wird. Durch diese elektrostatische Induktion und die statische Elektrizität der Fremdpartikel entsteht eine Kraft (Coulomb-Kraft), die bewirkt, dass diese an anderen Objekten haften. Je nachdem, ob es sich bei dem Objekt um einen Leiter oder einen Nichtleiter handelt, haften die Partikel unterschiedlich stark an.
Zum Beispiel ist die Coulomb-Kraft in Nichtleitern mit einem großen Verhältnis von Oberfläche zu Masse, wie Folien und Bahnenmaterial, viel größer als das Gewicht des Objekts. Die Größe der statischen Elektrizität ändert sich auch stark mit der Luftfeuchtigkeit. Um das Anhaften von Fremdpartikeln durch statische Elektrizität zu verhindern, ist es daher wichtig, sowohl die Luftfeuchtigkeit als auch die statische Elektrizität zu messen.

Elektrostatische Entladung (ESD) führt zu Schäden, wenn ein aufgeladenes elektronisches Bauteil mit einem geerdeten Leiter in Kontakt kommt. Wenn das aufgeladene elektronische Bauteil mit dem geerdeten Leiter in Berührung kommt, wird plötzlich ein Strom an die Schaltkreise im Inneren des Bauteils angelegt. Dieser Strom führt dazu, dass die Leiterbahnen im Inneren des Bauteils schmelzen, was zu einem Kurzschluss oder einer Unterbrechung des Stromkreises führt.
Elektrostatische Entladungen können auf unterschiedliche Weise verursacht werden, z. B. durch Entladungen von statisch aufgeladenen Mitarbeitern (Human Body Model), Entladungen von metallischen oder leitfähigen Gegenständen (Machine Model) und Entladungen durch das Gerät selbst (Charged-Device Model). Die Messung der statischen Elektrizität ist daher notwendig, um die durch diese „Modelle“ verursachten Probleme zu vermeiden.

Probleme mit statischer Elektrizität können je nach Branche oder Verfahren unterschiedlicher Art sein. Wir stellen typische Probleme der statischen Elektrizität in verschiedenen Branchen und Prozessen vor und zeigen einige Fälle von Verbesserungen durch die Einführung von Ionisatoren in der Praxis.

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