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 ESD (Electrostatic Discharge) |
SonicAudio 
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Dabei seit: 02.04.2009
Beiträge: 192
Spezialist: Audiotechnik, Elektroakustik
Herkunft: Liechtenstein
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 ESD (Electrostatic Discharge) |
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Was ist eigentlich ESD (Electrostatic Discharge)?
Sicherlich kennt Ihr das unangenehme Zwicken beim Berühren einer Türklinke, besonders dann, wenn Ihr im Winter über einen Teppich geht. In diesem Moment bekommt Ihr einen elektrischen Schlag mit einem Potential (einer Spannung) von über 2 kV! Ein natürliches Phänomen, das aus der modernen Welt gar nicht mehr wegzudenken ist und das an Bedeutung nicht verliert. Nicht, weil das Zwicken so unangenehm ist, sondern weil ESD (Electrostatic Discharge), wie wir diese Übertragung oder Entladung von elektrostatischer Ladung auch nennen, jährlich Schäden in unübersehbarer Höhe verursacht. Dieser Vorgang hätte großen Schaden angerichtet, wenn Sie statt der Türklinke ein Elektronik-Bauteil berührt hätten. Denn empfindliche Bauteile (ESDS= Electrostatic Discharge Sensitive Devices) können schon mit Potentialen von weniger als 100 Volt beschädigt werden. ESD mit Spannungen unter 2000 Volt sind für Menschen jedoch nicht wahrnehmbar.
Kann ESD bei defekten elektronischen Geräten die Ursache sein?
Defekte in elektronischen Geräten können durch verschiedene Ursachen zustandekommen. Einen Defekt eindeutig auf einen ESD-Stress zurückzuführen, ist schwierig. Eine Fehlerursachenanalyse ist zudem teuer und wird in der Regel erst dann durchgeführt, wenn es zu einer Häufung von Fehlern kommt. Darum ist Vorbeugen auch hier immer besser als Reparieren. Konsumenten können nur im Rahmen der Garantieleistung reagieren. Viele beschädigen ihre Geräte zudem selber durch unprofessionelles Öffnen der Gehäuse. Denn auch, wenn am Schluss jede Schraube wieder am richtigen Ort ist, bleibt der Umgang mit sensiblen elektronischen Geräten, wie HiFi-Anlagen, Computern u.ä., sehr heikel und sollte nur an einem elektrostatikfreien Arbeitsplatz erfolgen!
Wie entstehen elektrostatische Ladungen?
Elektrostatische Ladung ist vorhanden, wenn an einer Materialoberfläche ein Überschuss oder ein Mangel an Elektronen herrscht. Dieses Ungleichgewicht kann zum Beispiel auf folgende Weise entstehen:
Wenn sich die Oberflächen zweier Materialien berühren, tauschen sie in Abhängigkeit von ihren physikalischen Eigenschaften mal mehr mal weniger Elektronen aus, weil die Moleküle dieser Flächen in engem Kontakt in elektrische Wechselwirkung zueinander treten. Dies geschieht auch, wenn die Materialien Isoliereigenschaften haben. Wenn die Oberflächen wieder getrennt werden, fließen die Elektronen wieder an ihren ursprünglichen Platz aber nur zurück, wenn die Materialien elektrisch leitfähig sind. Da dies bei einem isolierenden Material wie Kunststoff nicht möglich ist, entsteht bei dem einen Material ein Überschuss und bei dem anderen ein Mangel an Elektronen - beide Materialien tragen nun eine gleich große elektrostatische Ladung, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen.
Wie entstehen elektrostatische Aufladungen beim Gehen über einen Teppich?
Wie bei der vorherigen Frage erläutert, entstehen elektrostatische Aufladungen durch den Kontakt und anschließender Trennung zwischen den Schuhen, besser den Schuhsohlen und dem Teppich. Beim „Gehen über einen Teppich“ wechseln Elektronen auch hier in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der „Kontaktpartner“ ihre Plätze von den Schuhsohlen zum Teppich oder umgekehrt. Durch die Ladung auf den Schuhsohlen (nicht auf der Haut!) entsteht eine Ladungsverschiebung auf der Haut der Fußsohlen, wodurch wiederum ein elektrisches Potential entsteht, das z.B. an den Händen messbar ist. Beim Berühren einer Türklinke kommt es nur dann zu einem spürbaren Ladungsausgleich mit der Türklinke, wenn dieses Potential Werte von >2000 Volt erreicht hatte.
Warum häufen sich die Entladungsschläge an der Türklinke oder der Autotür im Winter?
Elektrostatische Aufladungen sind stark abhängig von den elektrischen Leitfähigkeiten der Körper, die sich durch den Kontakt- und Trennungsvorgang aufladen können (beim Gehen über einen Teppich, oder beim Aussteigen aus dem Auto). Diese elektrischen Leitfähigkeiten werden durch die relative Luftfeuchte beeinflusst: Je feuchter die Luft ist, um so besser ist die Leitfähigkeit, je trockener die Luft ist, um so schlechter ist sie. Je schlechter die Leitfähigkeit ist, um so höher sind die elektrostatischen Aufladungen, da nicht mehr so viel Elektronen beim Trennvorgang zurückfließen können (die „Rückkehr“ der Elektronen ins Ursprungsmaterial ist abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit!). Das Wasser-Aufnahmevermögen der Luft ist direkt abhängig von der Temperatur der Luft - kalte Luft kann weniger Wasser aufnehmen als warme. Im Winter lüften wir unser Räume mit der wenig Wasser tragenden kalten Außenluft und heizen sie üblicherweise auf. Dadurch wird die relative Luftfeuchtigkeit geringer, die spürbaren Entladungen an der Türklinke oder der Tür des Autos nehmen zu.
Beispiel: Wintertag, Außenluft mit 0°C und 50% rel. Luftfeuchte wird in einem Innenraum auf 20°C aufgeheizt, die rel. Luftfeuchte sinkt dabei auf ca. 14%.
Wie entstehen elektrostatische Aufladungen durch „Influenz“?
Influenz ist eins der größten Elektrostatik-Problem-Phänomene in der Elektronikindustrie, wenn nicht gar das größte. Hierbei sind elektrische Leiter jedweder Art direkt betroffen, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. In einem elektrischen Feld werden Elektronen (das sind die Ladungsträger) in diesen Leitern nach Maßgabe der Polarität des Feldes angezogen (gebunden) oder abgestoßen (positive Ladungen der Molekülrümpfe werden gebunden), die Ladung wird in dem Leiter „verschoben“. Im ersten Fall entsteht durch diese Ladungsverschiebung eine positive Ladung des Leiters, im zweiten eine negative, wenn dieser Leiter keine galvanische Verbindung zu anderen elektrischen Leitern hat. In sich selbst bleibt dieser Leiter elektrisch neutral (von einem zum anderen Ende können wir ein Potential nicht nachweisen!). Dieser Leiter hat aber nach Maßgabe der Ladungsverschiebung ein Potential gegen Erde, das selbstverständlich auch durch Kontakt mit einem anderen elektrischen Leiter mit einem kurzen Stromstoß abgebaut werden kann. In einem Experiment ist das sehr schön demonstrierbar.
Wenn Ihr diese Erläuterung auf das Zwicken an der Türklinke übertragt, versteht Ihr diesen „Türklinken-Mechanismus“: Die elektrostatische Ladung der Kleidung (egal ob Pullover, Hose, Kittel oder Schuhe) erzeugt ein elektrisches Feld, das in dem „elektrischen Leiter Haut“ eine Ladungsverschiebung bewirkt (siehe oben).
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"By the end of today, another day is gone forever. You will never get it back. We must never let up for a second. Work harder at every single thing." - Terry Manning
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20.12.2010 08:32 |
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