Statische Aufladung - Berechnung Material

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

wir haben folgendes Problem bei der Vermeidung/Ableitung der statischer Aufladung.

Zur Erläuterung:
Wir haben ein Gerät A (was geschützt werden soll)
Wir haben ein Punkt D der unser Erdungspunkt wäre.
Der Strom soll von Punkt A über B,C auf Punkt D abgeleitet werden.
Des Weiteren liegen zwischen Punkt A und D ca. 3m. Aus technischen Gründen muss Punkt A mit Punk B über eine Leitung angeschlossen werden. Die Verbindung zwischen Punkt B & C wird mithilfe eines Bleches überwunden und zwischen Punkt C & D wird wieder eine Leitung verwendet.

Nun unsere Frage:
Wie kann man die Materialgröße (Stärke + Breite) Berechnen um sicher zu gehen, das sich das Material nicht erhitzt bzw. schaden nimmt bei einer eventuellen Ableitung?
Da wir den Strom/Spannung nicht wissen, die bei einer Statischen Aufladung erzeugt wird können wir auch einen Querschnitt berechnen.
Gibt es irgendeine Möglichkeit, wie so etwas berechnet werden kann?

Danke im Voraus

#2

Hallo, was für ein Gerät soll geschützt werden?
Wie entsteht die statische Aufladung?

Bei einer statischen Aufladung entstehen im Normalfall hohe Spannungen welche sich dann meist durch einen Überschlag > Entladung ausgleichen, hierbei fließt kein großer Strom. Es muss somit keine großartige Querschnittsberechnung durchgeführt werden. Wichtig ist nur eine gute Elektrische Verbindung an den Übergangsstellen eures Bleches. Ist ein leitfähiges Materiel mit einer besseren Erdung in der Nähe eures zu schützenden Gerätes wird dort die Entladung stattfinden und nicht an eurem Blech. Entscheidend ist der Potientialunterschied, er gibt an wo die Entladung stattfinden wird. Ich hoffe geholfen zu haben :smile:

Gruß Uwe

#3

Es handelt sich z.B. um einen Touchscreen mit einem Metallgehäuse. Die statische Aufladung könnte entstehen durch Reinigen bzw. wenn Personen diesen berühren könnte es zu Beschädigungen führen.

Bei einem früheren Projekt (bin noch im Studium) wurden uns Kundenseitig eine spezifikation vorgegeben, dass das Blech min. eine Abmasse von: Breite=25mm und eine Stärke=1mm haben soll. Irgendwie muss er auf diese Werte gekommen sein. Leider konnte es keine von uns nachvollziehen. Z.B. wurde uns auch vorgegeben das Leitungen min. 4mm³ haben sollen. Für mich mach das aber keinen Sinn, dass der Leitungs Querschnitt am ende Größer ist als das Blech.
Ist mir alles nicht ganz schlüssig. Es muss doch einen festgelegten Standardwert geben, damit man so etwas berechnen kann bzw. was man als Bezug nehmen kann.

Danke schon mal im Voraus.

#4

hi,
tut mir leid aber davon habe ich k.a.

gruß werner

#5

Hi!

wir haben folgendes Problem bei der Vermeidung/Ableitung der
statischer Aufladung.

Zur Erläuterung:
Wir haben ein Gerät A (was geschützt werden soll)
Wir haben ein Punkt D der unser Erdungspunkt wäre.
Der Strom soll von Punkt A über B,C auf Punkt D abgeleitet
werden.
Des Weiteren liegen zwischen Punkt A und D ca. 3m. Aus
technischen Gründen muss Punkt A mit Punk B über eine Leitung
angeschlossen werden. Die Verbindung zwischen Punkt B & C wird
mithilfe eines Bleches überwunden und zwischen Punkt C & D
wird wieder eine Leitung verwendet.

Nun unsere Frage:
Wie kann man die Materialgröße (Stärke + Breite) Berechnen um
sicher zu gehen, das sich das Material nicht erhitzt bzw.
schaden nimmt bei einer eventuellen Ableitung?
Da wir den Strom/Spannung nicht wissen, die bei einer
Statischen Aufladung erzeugt wird können wir auch einen
Querschnitt berechnen.
Gibt es irgendeine Möglichkeit, wie so etwas berechnet werden
kann?

ESD Entladungen werden in Joule, also der frei werdenden Energie, gemessen. Siehe dazu das nicht ganz ernst gemeinte Video
https://www.youtube.com/watch?v=RtlYi1yLTVQ

Ich kann dich aber beruhigen, die Energien sind so gering, dass du dir über den Leiterquerschnitt keine Gedanken machen brauchst. Das einzige Kriterium sollte sein, dass er nicht all zu leicht abreißt, also 1.5mm².

Bye
Hansi

#6

Hallo,

grundsätzlich kann man das statisch aufgeladene Teil als Kapazität C betrachten, die mit der statischen Ladung aufgeladen ist. Damit stellts sich eine bestimmte Spannung U gegen Erde ein. Beim Entladen fließt ein Strom, der durch den ohmschen Widerstand R der Leitung bestimmt wird, mit der die Kapazität entladen wird (sofern die Induktivität vernachlässigbar klein ist). Der Strom klingt mit der Zeitkonstante RC ab. Zu Beginn der Entladung fließt der maximale Strom I = U/R.
Ich bezweifle allerdings, dass diese theoretische Betrachtung dir tatsächlich weiterhilft - mir ist auch das Problem ehrlich gesagt nicht ganz klar. Die Energie, die beim Entladen abgebaut wird ist so klein, dass praktisch jede Leitung einen ausreichenden Querschnitt haben dürfte, dass sie nicht nennenswert erwärmt wird. Vielleicht kannst du deine Fragestellung noch etwas erläutern?

#7

Die statische Aufladung kann man nicht berechnen, die ist abhängig von der Boden Beschaffenheit, der Luftfeuchte,etc…!
Ist es nur eine statische Aufladung oder wird dabei magnetisch Leistung eingekoppelt?
Wenn es wirklich nur statische Aufladung ist ist keine Leistung dahinter, dann sollte ein 2,5qmm Leiter ausreichend sein (So habe ich in der Firma die Aufladung abgeleitet)! Es gibt extra Armbänder für Personen, und den Fussboden kann man auch antistatsch machen, dazu werden Matten in der Boden eingearbeitet( das ist auch nachträglich möglich) und die werden mit dem Erder verbunden!
Ist die Einkopplung magnetisch, würde ich malmindestens ein 16qmm vorsehen, da kann ich dann mit einer Stromzange den Ausgleichsstrom messen!

Ich hoffe das hilft Dir weiter?

Gruß
Reiner

#8

Danke für die Antwort, aber:

Bei einem früheren Projekt (bin noch im Studium) wurden uns Kundenseitig eine spezifikation vorgegeben, dass das Blech min. eine Abmasse von: Breite=25mm und eine Stärke=1mm haben soll. Irgendwie muss er auf diese Werte gekommen sein. Leider konnte es keine von uns nachvollziehen. Z.B. wurde uns auch vorgegeben das Leitungen min. 4mm³ haben sollen. Für mich mach das aber keinen Sinn, dass der Leitungs Querschnitt am ende Größer ist als das Blech.
Ist mir alles nicht ganz schlüssig. Es muss doch einen festgelegten Standardwert geben, damit man so etwas berechnen kann bzw. was man als Bezug nehmen kann oder?

#9

Hallo Pate-AD
da ich nicht genau weiss, wie eure Anwendung aussieht und was ihr gegen elektrostatische Entladungen (ESD) schützen wollt, gebe ich euch einen link, mit dessen Hilfe Ihr zurecht kommen könntet:

http://www.siegfriedmeier.de/Download/Files/ESD.pdf

Viel Erfolg
Stefan Regenscheit

#10

Hallo,

ich muss vorweg sagen, dass ich kein Experte im ESD-Schutz bin, aber aus elektrotechnischen Gesichtspunkten würde ich folgendes sagen:
Eine Leitung zum ESD-Schutz benötigt zunächst mal ausreichenden Querschnitt, um mechanischen Beanspruchungen standzuhalten (daher evtl. die 4 mm²). Für die Vorgabe der Abmessungen des Bleches (welches Material? Ich nehme mal Kupfer an) könnte ich mir höchstens vorstellen, dass ein breites Blech verwendet werden soll, da dieses gegenüber einer Leitung eine geringere Induktivität besitzt und somit bei schnellen Entladungen einen geringeren Widerstand darstellt.
Du müßtest allerdings auch mal erläutern was für ein Bauteil eigentlich geschützt werden soll und wie das Schutzkonzept aussieht, da mir noch nicht so ganz klar ist, welche Aufgabe diese Leitung konkret haben soll.

#11

Hallo,

ich muss vorweg sagen, dass ich kein Experte im ESD-Schutz bin, aber aus elektrotechnischen Gesichtspunkten würde ich folgendes sagen:
Eine Leitung zum ESD-Schutz benötigt zunächst mal ausreichenden Querschnitt, um mechanischen Beanspruchungen standzuhalten (daher evtl. die 4 mm²). Für die Vorgabe der Abmessungen des Bleches (welches Material? Ich nehme mal Kupfer an) könnte ich mir höchstens vorstellen, dass ein breites Blech verwendet werden soll, da dieses gegenüber einer Leitung eine geringere Induktivität besitzt und somit bei schnellen Entladungen einen geringeren Widerstand darstellt.
Du müßtest allerdings auch mal erläutern was für ein Bauteil eigentlich geschützt werden soll und wie das Schutzkonzept aussieht, da mir noch nicht so ganz klar ist, welche Aufgabe diese Leitung konkret haben soll.

Außerdem gibt es natürlich einschlägige Normen, für den ESD-Bereich, s. z.B. hier: http://www.esd-coach.de/esd-info/esd-norm
Hast du da schon Mal reingeschaut?

#12

Hallo Pate-AD,
deine Beschreibung ist leider unvollständig das ich dir da nicht die nötige Hilfe geben kann. Ich kann mir dein Problem nur ganz vage vorstellen so das ich ganz allgemein in meiner Antwort bleiben muss.
Statische Aufladungen erzeugen eine Spannung die in einem Kondensator bis zur Entladung gespeichert ist.
Dieser Kondensator kann die Oberfläche eines aufgeladenen Gegenstands sein. Diese Kapazität ist messbar. Die Spannung die entsteht hängt von der Entladungsstrecke ab, und zwar wann diese einen Überschlag verursacht (Luft: 33kV/cm). Kennt man die Ladung des Kondensators kann man auch die Energie bestimmen die in ihm enthalten ist. Über den Daumen kann man sagen das die Energie in 50µs abgebaut wird. Danach kann man den mittleren Strom abschätzen und den Querschnitt bestimmen.
Mehr kann ich dir dazu leider nicht sagen…
mfg NIrmer:

wir haben folgendes Problem bei der Vermeidung/Ableitung der
statischer Aufladung.

Zur Erläuterung:
Wir haben ein Gerät A (was geschützt werden soll)
Wir haben ein Punkt D der unser Erdungspunkt wäre.
Der Strom soll von Punkt A über B,C auf Punkt D abgeleitet
werden.
Des Weiteren liegen zwischen Punkt A und D ca. 3m. Aus
technischen Gründen muss Punkt A mit Punk B über eine Leitung
angeschlossen werden. Die Verbindung zwischen Punkt B & C wird
mithilfe eines Bleches überwunden und zwischen Punkt C & D
wird wieder eine Leitung verwendet.

Nun unsere Frage:
Wie kann man die Materialgröße (Stärke + Breite) Berechnen um
sicher zu gehen, das sich das Material nicht erhitzt bzw.
schaden nimmt bei einer eventuellen Ableitung?
Da wir den Strom/Spannung nicht wissen, die bei einer
Statischen Aufladung erzeugt wird können wir auch einen
Querschnitt berechnen.

#13

Guten Morgen,
diese Angaben sind nicht wirklich geeignet, irgend eine Berechnung anzustellen weil einfach alles fehlt mit dem man irgendwie rechnen könnte. Da kann man nur im Labor testen und: Versuch macht kluch!
Als es noch die „alte Fotographie“ mit Film und Chemikalien gab, wurden Fotogroßlabors mittels eines elektrischen Feldes ionisiert um statische Ladungen zu vermeiden und damit Staubbildung.
Später gab es dann kleine, leicht radioaktive Elemente aus Polonium 210 - die wurden punktförmig an Kopierautomaten eingesetzt.
Zum Ableiten und Potentialausgleich von statischen Spannungen würde ich erst mal die dicksten Kupferbänder einsetzen die verfügbar sind.
Mit freundlichen Grüßen

#14

Hallo,
das sind äußerst dürftige Informationen zur Lösung des Problems!!!
Was man für eine Abschätzung annehmen könnte (Größenordnungen): Elektrostatische Spannung U=10 kV. Querschnitt des Leitungsdrahts 1 mm^2. Leitungsdraht aus Kupfer. Spezifischen Widerstand für Kupfer aus Formelsammlung.
Was meiner Meinung nach auf jeden Fall fehlt: Länge des Blechs.
Wenn man die wüsste, könnte man für verschiedene Querschnitte des Blechs berechnen (schätzen), wie sich die Verlustleistung auf Draht und Blech verteilt.
Dann könnte man nach den Gesetzen der Thermodynamik berechnen, welche Temperatur sich (im stationären Zustand) im Bleck entwickelt (Annahme: Blech ist auch aus Kupfer). Das hängt von der Obefläche des Blechs ab.
Gruß
Baxbert

#15

Guten Tag,

Es ist schwer eine Aussage zu treffen welcher Querschnitt zu wählen ist… Ist denn bekannt wie oft eine Aufladung erfolgt? Ist es eine Dauerhafte Aufladung? Ohne die Bekannten Größen ist es mir nicht möglich eine Aussage zu treffen. Klar ist, um so größer um so besser :wink:

Sorry das ich nicht helfen konnte.

Mit freundlichen Gruß