Statische Aufladung visualisieren. Nur wie?

[jan]

Hallo Gemeinde,

wir haben auf der Arbeit einen ESD-Geschützten Bereich. Heute habe ich die Aufgabe bekommen, eine ESD-Schulung für alle Mitarbeiter vorzubereiten, bei der ich unter anderem statische Aufladung sichtbar machen soll.
Das ganze soll so aussehen, dass ein Versuch vorgeführt werden soll, in dem einmal ohne und einmal mit ESD-Schutzkleidung etwas getan / gemessen werden soll, wobei ein unterschied zu erkennen sein muss. Am besten noch logisch nachvollziehbar.

Meine recht unspektakuläre Idee bisher war, einen Mitarbeiter mit einem Elektrofeldmeter zu messen, mit und ohne ESD-Kleidung.

Leider arbeiten in der ESD-Produktion eher ungelernte Kräfte, die mit einem bloßen Messwert nichts anfangen können.

Meine nächste Idee war, einen Bandgenerator zu besorgen (das Teil bei dem man eine Kugel anfasst wobei einem dann die Haare zu Berge stehn). Die Haare müssten ja theoretisch mit ESD-Kleidung liegen bleiben, oder?
Leider kostet so ein Bandgenerator ~500€, da wird mein Chef nicht jubeln.

Könnt ihr mir mit kreativen Ideen helfen?

Dankbare Grüße, Jan

 

[Alfred]

Hallo,
einen Mitarbeiter ein paar m² Verpackungsfolie zusammenknüllen lassen und dann an die blanke Heizung fassen, einmal mit ESD und einmal ohne. Ohne zuletzt

 

[burnie86]

den Generator in einer Schule ausleihen.

die brauchen den sicher nicht täglich, und entweder ganz ohne gegenleistung oder in der physik können sie häufig kleine Bauteile gebrauchen, die für ein fertigendes Unternehmen keine schwierigkeit darstellen (Lehrling + Drehmaschine/Fräsmaschine)

So nach dem Motto: Eine Hand wäscht die Andere

 

[jan]

Danke schonmal für eure Vorschläge!

Den Generator in einer Schule auszuleihen ist eine gute Idee. Da werde ich mal nachfragen.
Die Idee mit der Folie hat leider nur für den Arbeiter Lerneffekt, der an die Heizung fasst.
Wie war denn das nochmal mit dem PVC-Stab und dem Fell? Wenn ich den PVC-Stab lad zieht er ja auch Haare an, wie bei ein Lufballon, den man am Pulli reibt, nur stärker. Liege ich richtig, wenn ich sage, mit ESD-Kleidung zieht er keine Haare an, weil die Ladung abfließt?

 

[Dirk]

Nimm' eine Katze (Geschlecht egal) mit und lass' die Jungs daran reiben

 

[jan]

Danke Dirk, sehr kreativ. Ich könnte ja auch den Katzenmotor
-(man klebe einer Katze ein Butterbrot auf den Rücken, sie wird sich immer drehen, weil eine Katze immer auf den Beinen landet und ein Butterbrot immer auf der Butterseite)-
nehmen, an einen Bandgenerator anschließen, Trennschichttransformator an eine R2D2-Verkupplung anflanschen und schon hat man die Lösung.


Spaß bei Seite, hat noch jemand eine andere Idee, oder kann mir jemand das Experiment mit dem PVC-Stab und dem Fell erklären? Ist schon so lange her....

 

[Evel Knievel]

Hallo,

man reibt mit dem Katzenfell über den Stab. Danach kann man mit dem Stab Haare anziehen. Weiterhin könnte man auch mit dem "aufgeladenen" Stab einen Wasserstrahl ablenken um das Phänomen zu verdeutlichen.

Mfg

 

[Thomas.B]

@ Jan:
Grundsätzlich geht man solche Messungen meistens mit einer Umladung der elektrostatischen Ladung an. Grundaufbau etwa:
- Elektrode, die berührt werden muß
- diese ist mit einem Widerstand (damit die Entladung nicht weh tut) mit einem Kondensator verbunden
- dessen Kapazität ist bekannt und die Maximalspannung elektronisch begrenzt (Z-Dioden, Varistoren)
- die Ladungsmenge bleibt überschlägig konstant
- man setzt die Ladung in einen gut messbaren Spannungsbereich um und schafft sich mit der definierten Kapazität eine Referenz
- dem folgt ein möglichst hochohmiger Meßverstärker

Danach geht es nach Belieben weiter. Am besten und zugleich günstig geht es mit einem Mikrocontroller mit schnellem A/D-Wandler. Es ist idealerweise ab einer Triggerschwelle das Integral zu berechnen und ggf. nach der Messung der Kondensator wieder zu entladen.

Danach kann man einen Wert anzeigen oder ein akustisches Signal ausgeben. Vielleicht gelingt es Dir akustisch die Katze zu simulieren...

Der angesprochene Vorwiderstand muß eine Spannungsfestigkeit von etlichen kV haben. Am besten viele Standardwiderstände in Reihe schalten und in ein gut isoliertes Kunststoffrohr einbauen.

Gruß
Thomas

 

[jan]

Hallo Thomas,

danke. Ich habe gerade mal versucht, aus Deiner Textaufgabe einen Schaltplan zu zeichnen, bin aber nicht so richtig schlau daraus geworden. Kannst Du es nochmal Industrieelektroniker-gerecht erklären ? Oder hättest Du gar die Zeit, kurz eine Skizze zu zeichnen ???

@Evel Knievel, danke, ein Katzenfell wars. Werde mal kucken wo man ein Katzenfell auf legale Weise herbekommt .

 

[henniee]

mal kucken wo man ein Katzenfell auf legale Weise herbekommt .

Vielleicht bei der Straßenmeisterei?
Nur das Fell, oder funktioniert das auch mit "Katze dran"? - denn dann solltest Du im lokalem Tierheim fündig werden...
Kannst ja sagen, Du möchtest nur mal mit ihr Gassi gehen, um zu schauen ob so eine Katze überhaupt etwas für Dich ist

 

[jan]

Genau, einfach am Reifenprofil entlangreiben .

Es gibt doch diese Plasmakugeln. Meint ihr man sieht einen Unterschied, wenn man die mit oder ohne ESD-Kleidung anfasst?

 

[Thomas.B]

@ jan:
Also ein isolierter Mensch hat ca. 200pF Kapazität gegen Erde. Hat der sich jetzt auf 5kV aufgeladen, ist folgende Energie gespeichert:

E = 2/ C * U² = 2/ 200 * 10^-12 F * 5000V² = 2,5mWs

Wenn diese Ladung nun verlustarm ein einen größeren Kondensator (z.B. 1µF) umgeladen wird, ergibt sich an diesem (theoretisch) folgende Spannung:

U = Wurzel (2E / C) = Wurzel (2 * 0,0025Ws / 1 * 10^-6 F) = 70,7V

Ganz so einfach ist es nicht bzw. einige Faktoren beeinflussen die Genauigkeit. Das kann man einigermaßen rausrechnen, wenn man sowieso einem Controller verwendet.
5kV ist auch schon viel. Bei 1kV sind es nun noch 100µWs und 14,1V an 1µF. Aber immerhin ist das Verhalten linear.
Natürlich hat man an einem 1µF-C auch mit ziemlich hochohmiger Anschaltung nicht viel Zeit zum Messen. Deshalb der Vorschlag mit µC und (ggf. integriertem) ADC. Klassisch wäre es vielleicht mit einem S&H-IC (Sample&Hold) lösbar.
Am besten schaust Du Dir mit einem DSO erst einmal an, was bei so einer Entladung am Zielkondensator passiert.

Ich würde einen Controller verwenden und mit zwei Schaltransistoren den Eingangsspannungsteiler und die Entladung zuschalten. Zum triggern muß man sich noch etwas einfallen lassen - etwas mit einem MOSFET und sehr hochohmiger Anschaltung, würde ich sagen.

Gruß
Thomas

 

[Bastel-Ralle]

Ich weiß ja nicht ob das Problem noch aktuelle ist aber hier meine Idee.

Das mit der Verpackungsfolie auf Rolle ist doch schon eine Möglichkeit. Ich würde auf einem Holzbrett eine Maschine bauen die solch eine Rolle Verpackungsfolie abwickelt. (Zur Not Handangetrieben) damit hat man schonmal einen tollen Bandgenerator. ( Spreche da aus Erfahrung ).
Dann zur Visualisierung einfach einen schönen altmodischen Spannungsprüfer mit Glimmlampe.

Ich glaube günstiger gehts nicht mehr.

 

[jan]

Hallo,

das Thema ist noch aktuell. Ich habe einige Dinge bestellt und werde kommende Woche Versuche starten.
Darunter auch Piezozünder und ein paar Lehrmittel zur statischen Elektrizität. Wenn das alles nicht funktionieren sollte, wird ein Bandgenerator bestellt.
Das Thema mit der Folie werde ich auch testen. Ich berichte dann kommende Woche. Wenn ich genug Zeit haben sollte, mache ich auch ein paar Fotos, wenns euch interessiert.

Danke schonmal bis hierher.

 

[fphfph]

Wenn du die Spannungen messen willst, machst du das mit einem kapazitiven Spannungsteiler. Der "erste" Kondensator ist ein Metallrohr das über eine Koaxleitung geschoben wurde. Dort wo das Rohr sitzt ist die Abschirmung natürlich entfernt. Sie darf auch nicht zu nahe am Rohr sein, weil es sonst Überschläge gibt. So ein Gerät mit Riesenanzeige für Messen habe ich mal gebaut. Messbereich war bis +/- 30kV.
Wenn du es richtig krachen lassen willst, besorgst du dir einen noch unbehandelten Teppich bei einem Hersteller. Es dürfen natürlich auch keine leitenden Fasern eingewebt sein. Damit erzeugst du beim rüberschluffen beliebige Spannungen. Wenn die Anzeige dann z.B. nur 5kV ist, dann steigst du auf einen vorher bereitgestellten umgedrehten Papierkorb... und lässt dir dann vom Publikum erklären was passiert ist.

PS:
Um dich zu entladen hältst du einfach das Kabel in die Nähe deines Beines, keine Angst der Funken durchschlägt den Mantel des Koaxkabels und auch deine Hose mühelos. Am schönsten natürlich im Dunkeln.