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Elektrostatische Aufladung

Man spricht von einer statischen Aufladung, wenn sich an der Oberfläche eines Körpers Atome mit Elektronenmangel – positive Aufladung – oder Elektronenüberschuss – negative Aufladung – befinden. Bei Metallen, also elektrisch leitfähigem Material, können sich die Ladungen beliebig bewegen und demzufolge auch abfließen. Bei Nichtleitern, bleiben die Ladungen unbeweglich auf der Oberfläche sitzen, so dass letztere damit statisch aufgeladen ist (Abb. 1). Eine statische Aufladung des Papiers kann bei allen Druckverfahren zu Störungen im Druckprozess führen.

Abbildungen (von links nach rechts)

Abb. 1: Aneinanderhaftende Bogen aufgrund statischer Aufladung.
Abb. 2: Schräg einlaufender Bogen in die Druckmaschine.
Abb. 3: Gestörtes Schriftbild durch Elektrostatik.
Abb. 4: Gestörtes Schriftbild durch Elektrostatik.

    


Mögliche Ursachen

In der Papiermaschine tritt Reibung der Papierbahn an Leit-, Umlenk- und Glattstreichwalzen auf, ebenso auch in Umroll- und Rollenschneidmaschinen, sowie in besonders starkem Maße im Maschinenglättwerk bzw. im Satinierkalander. Zwar fließt ein großer Teil der entstehenden Aufladungen über die gut leitenden Metallteile der Maschinen wieder ab oder man trifft besondere Maßnahmen, um entstandene Aufladungen wieder zu beseitigen, dies jedoch nicht immer mit dem gewünschten Erfolg.

Aber auch beim Druckprozess finden sich Stellen, wo die Papierbahn oder der Papierbogen einer Reibung ausgesetzt ist. Auch hier sind Leitwalzen die Urheber, besonders wenn sie infolge hoher Lagerreibung mit der Papierbahn nicht richtig mitlaufen oder wenn sie mit Gummi oder Kunststoff überzogen sind und die statische Aufladung wegen ihrer hohen lsolationswirkung nicht abfließen lassen.

Papier ist als „Halbleiter" anzusehen. Seine Leitfähigkeit steigt in dem Maße, wie Wasser im Papiergefüge gebunden ist, so dass bei genügender Feuchtigkeit ein Abfließen der eventuell auftretenden statischen Elektrizität, sei es bei der Papierherstellung oder beim Durchlauf durch die Druckmaschine, erfolgen kann. Zu trocken gelieferte Papiere bzw. eine Austrocknung beim Druckprozess fördern die statische Aufladung durch Verminderung der Leitfähigkeit. Eine genügend hohe Stapelfeuchtigkeit von mindestens 40 % rel. Feuchte und eine genügend hohe relative Luftfeuchtigkeit von über 50 % Raumfeuchte sollten eingehalten werden, um das Entstehen statischer Aufladung zu verhindern bzw. beim Durchlauf durch die Druckmaschine durch Reibung entstehende statische Aufladung schneller abfließen zu lassen.


Mögliche Abhilfen

Bei einem optimalen Feuchtigkeitsgehalt des Papiers – Gleichgewichtsfeuchte im Stapel zwischen 45 % und 55 % – sind keine Schwierigkeiten beim Trennen der Bogen im Anlagestapel oder auf dem Anlegetisch zu erwarten.

Beim Rotationstiefdruck wird aus Gründen einer möglichst geringen Querschrumpfung der Papierbahn und beim Rollenoffsetdruck zur Vermeidung von Blasenbildung (siehe dort) meist eine verhältnismäßig niedrige Papierfeuchtigkeit von ca. 35 % rel. Feuchte bis 40 % rel. Feuchte verlangt.

Durch entsprechende maschinentechnische Maßnahmen, Vermeidung von Reibung, Ausschließen von kunststoffbezogenen Leitwalzen, Einbau von Entelektrisierungsgeräten, Konditioniereinrichtungen usw. muss dafür Sorge getragen werden, dass statische Aufladung nicht übermäßig auftritt. Eine Klimatisierung bzw. zumindest eine Befeuchtung der Arbeitsräume im Bereich von 50 % bis 55 % rel. Luftfeuchte trägt wesentlich dazu bei, die Gefahr der statischen Aufladung zu beseitigen bzw. zu vermindern.

In unklimatisierten Arbeitsräumen treten Arbeitsstörungen in verstärktem Maße in den Wintermonaten auf, denn bekanntlich lässt eine Erwärmung der kalten Außenluft die relative Luftfeuchte sehr stark absinken. Ohne zusätzliche Befeuchtung können in der kalten Jahreszeit in geheizten Räumen Feuchtigkeitswerte von 20 % rel. Feuchte bis 30 % rel. Feuchte beobachtet werden. Ähnlich wie unter solchen Bedingungen Passerdifferenzen, Rollneigung und Wellenbildung sowie übermäßiges Stauben zu erwarten sind, dürften auch Arbeitsstörungen wegen elektrischer Aufladung kaum zu vermeiden sein.

Mit meist auf die Dauer geringem Erfolg wurde in der Praxis eine Vielzahl von Methoden angewandt, um statische Aufladung des Papiers zu vermeiden bzw. zu beseitigen. Zum Beispiel: Anbringen von geerdeten Metalldrähten oder -ketten über der Papierbahn bzw. der Bogenanlage, lonisierung der Luft durch radioaktive Präparate, offene Gasflammen, Röntgenstrahlen und Ultraviolettstrahlung. Diese Methoden blieben wegen der Gefährlichkeit, der Kostspieligkeit und der verhältnismäßig geringen Wirkung ohne praktische Bedeutung. In der Praxis haben sich zur Vermeidung bzw. Beseitigung statischer Aufladungen Entelektrisierungsgeräte renommierter Firmen sehr gut bewährt. Diese lonisierungsgeräte bewirken eine Erhöhung der Leitfähigkeit der Luft und verhindern somit den Aufbau statischer Ladung, indem sie diese sofort wieder abfließen lassen. Die Lieferanten von auf dem Markt eingeführten Geräten können auch Hinweise geben, an welcher Stelle der Druckmaschine die Entelektrisierungsstäbe optimal eingesetzt werden können.

Außerdem trägt eine effiziente Rückbefeuchtung bei Heatset-Rollenoffset dazu bei, die statische Aufladung zu vermindern.


Beispiele

Oft wird die Ursache von Arbeitsschwierigkeiten nicht im Vorhandensein statischer Elektrizität gesucht. So können z. B. beim Rollendruck Registerstörungen durch An- oder Abstoßen von zwei parallel laufenden Bahnen auf statische Aufladung zurückgeführt werden.

Die Bildung von Farbnebeln, das Anziehen von Staubpartikeln durch die Papierbahn, Schwierigkeiten im Falztrichter und im Falzwerk durch Aneinanderhaften der Bahn bzw. der geschnittenen Bogen haben ebenfalls vielfach ihre Ursache in statischer Aufladung.

Beim Bogendruck lässt sich das gleichzeitige Anheben von zwei oder mehreren Bogen durch die Sauger der Anlage auf statische Elektrizität zurückführen. Passerdifferenzen beim Bogendruck können durch fehlerhaftes Anlegen der Bogen hervorgerufen werden, wenn das Gleiten des Papiers auf dem Anlegetisch durch statische Aufladung beeinträchtigt wird. Außerdem können schief einlaufende Bogen Maschinenstopper verursachen (Abb. 2).

Neben solchen Laufschwierigkeiten können elektrostatische Aufladungen die Druckqualität bzw. das Schriftbild eines Druckes stark beeinträchtigen (Abb. 3 und Abb. 4).

Auch das unerwünschte Abschmieren bzw. Ablegen der Farbe in frisch gedruckten Bogen im Auslegestapel kann seine Ursache in statischer Aufladung haben.


Allgemeine Hinweise

Für den Reklamationsfall

Unbedruckte Muster und Vergleichsmuster (klimadicht verpackt) sicherstellen. An diesen Mustern können verschiedene Untersuchungen, wie z. B. Messen des Oberflächenwiderstands, vorgenommen werden.

Protokollieren der Raumfeuchte.

Protokollieren der Papierfeuchte.


Ergänzende Literatur

WETTLERMANN, B.:
Electrostatic Charging.
In: Flexo, 22 (1997), Nr. 6, S. 62-65

HOMOLKA, S.:
Unerwünschte elektrostatische Aufladungen. Aktive Ionisatoren schaffen Abhilfe: Physikalische Grundlagen, Funktionsweise, Typen.
In: Papier und Kunststoff Verarbeitung, (1997), Nr. 1, S. 14-18

N.N.:
Befeuchtung gegen Aufladung.
In: Der Polygraph, 49 (1996), Nr. 21, S. 22-23

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