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ESD, als Abkürzung für das englische „Electro Static Discharge“ (dt. elektrostatische Entladung), bezeichnet den abrupten Ladungsaustausch zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen. Das Phänomen wird auch als transiente Überspannung bezeichnet und kann von Funkenflug oder Lichteffekten begleitet sein.

Im Alltag tritt die elektrostatische Entladung häufig auf, etwa wenn Kleidungsstücke ausgezogen werden, die aus Kunststofffasern bestehen. Auch beim Gehen über Teppiche aus Synthetikfasern und dem anschließenden Anfassen von metallischen Gegenständen kann es zu den elektrostatischen Entladungen kommen. Während im privaten Bereich die elektrostatische Entladung eher lästig als gefährlich ist, kann ESD im industriellen Bereich weitreichende – und vor allem kostenintensive – Folgen haben.

In Arbeitsbereichen, in denen empfindliche elektronische Geräte oder Messinstrumente genutzt werden, können durch ESD hohe Spannung erzeugt werden, die elektronische Bauteile und Geräte beschädigen oder gar zerstören. Auch die unkontrollierte Entzündung von brennbarem Gas kann die Folge einer elektrostatischen Entladung sein. Umso mehr gilt es, Arbeitsbereiche, Maschinen und Bauteile mit entsprechenden baulichen und administrativen ESD-Schutzmaßnahmen auszustatten.

Wie entsteht ESD?

Elektrostatische Entladungen entstehen immer dann, wenn zwei Materialien durch einen Kontakt (zum Beispiel durch Reiben) aufgeladen werden und anschließend voneinander getrennt werden. Durch die Reibung der unterschiedlichen Materialien entsteht ein Ungleichgewicht der elektrischen Ladung – die Materialien verfügen jeweils über ein unterschiedliches Ladungspotential. Nähern sich diese Materialien, kann es zu einem plötzlichen Ladungsausgleich über einen Elektronenfluss kommen: die elektrostatische Entladung (ESD).

Zur Entladung kann es jedoch auch kommen, wenn ein elektrostatisch aufgeladenes Objekt auf ein ungeladenes Objekt trifft. Ausschlaggebend ist hier nur das unterschiedliche Ladungspotential. Zusätzlich kann ESD auch über die Luft erfolgen, sodass für eine elektrostatische Entladung nicht immer ein direkter Kontakt zwischen zwei Objekten nötig ist. Die Spannungsniveaus, die sich hieraus ergeben, sind auch immer von der vorherrschenden Luftfeuchtigkeit abhängig und bei trockener Luft deutlich höher.

LadungsquelleLuftfeuchte bei 10 bis 20 %Luftfeuchte bei 65 bis 90 %
Reibung auf dem Arbeitstisch6.000 Volt100 Volt
Gehen auf Kunststoffboden12.000 Volt250 Volt
Plastiktüte vom Arbeitstisch angehoben20.000 Volt1.200 Volt
Gehen auf (synthetischem) Teppichboden35.000 Volt1.500 Volt
Arbeitsstuhl mit Schaumstoffsitzkissen18.000 Volt1.500 Volt

Der größte Verursacher von ESD ist der Mensch. Dieser spürt elektrostatische Entladungen jedoch erst ab einer Spannung von 3.500 Volt. In Arbeitsumgebungen mit elektronischen Geräten, in den elektrostatisch-sensitive Komponenten verbaut sind, kann jedoch schon eine geringe Spannung von 100 Volt zu weitreichenden Funktionsbeeinträchtigen oder Totalausfall führen, der ganze Systeme oder Anlagen betreffen kann. Daraus können teure Produktionsausfälle und hohe Kosten für Reparatur und eventuelle Haftungen entstehen. Umso wichtiger ist es, in solchen Arbeitsbereichen entsprechende ESD-Schutzmaßnahmen zu treffen, mit denen ESD vermieden werden kann.

Welche ESD-Schutzmaßnahmen schützen vor elektrostatischen Entladungen?

Elektrostatische Entladungen können am Arbeitsplatz in unterschiedlichen Bereichen auftreten. Zum Schutz von empfindlichen Bauteilen, die hierdurch beschädigt oder zerstört werden könnten, lassen sich entsprechende ESD-Schutzzonen (englisch: EPA, für „Electrostatic Protected Area“ steht) einrichten. Diese können für einzelne Arbeitsplätze, abgegrenzte Flächen oder ganze Räume und Gebäude auf Basis von drei Grundprinzipien installiert werden:

  • Erdung: Hierdurch werden elektrostatische Aufladungen von vornherein minimiert bzw. verhindert. Das kann beispielsweise durch ESD-gerechte Fußböden mit Erdungsleitungen über Kupferbänder sowie Arm- und Fußbänder erreicht werden.
  • Abschirmung: Mit der Erhöhung des Durchgangswiderstands kann die Entladungsgeschwindigkeit verringert werden. Das kann beispielsweise durch das Tragen entsprechender Arbeitshandschuhe erreicht werden.
  • Neutralisierung: Mit Ionisierungsgeräten kann die Ladung der Raumluft und von Oberflächen neutralisiert und damit die Grundlage für elektrostatische Entladungen vermieden werden.

Die Schutzmaßnahmen bzw. der Maßnahmenkatalog in EPAs umfassen dazu mehrere Komponenten:

KomponenteErläuterungMaßnahmen
ArbeitsbekleidungESD-gerechte Arbeitsbekleidung sorgt für eine gezielte Ladungsableitung und verhindert eine elektrostatische Aufladung.Kittel, Jacken und Hosen mit eingewebten, leitfähigen Fasern verwenden. ESD-Arbeitsschuhe mit durchleitender Sohle tragen. ESD-gerechte Schutzhandschuhe verwenden, die elektrostatisch gefährdete Bauteile schützen. Handgelenks- oder Armerdungsbänder tragen.  
Arbeitstische und -oberflächenLeitfähige Arbeitstische und -oberflächen leiten Ladung weiter und verhindern so eine elektrostatische Aufladung.  Verwendung von ESD-gerechten Arbeitstischen, Werkbänken, Regalen und Ablageflächen.
BodenbelagIn ESD-Schutzzonen müssen Bodenbeläge eine ausreichende Leitfähigkeit mit einem Ableitwiderstand von ca. 1 MΩ mitbringen.Fußbodenbeläge mit eingearbeiteten Kupferbändern, in Form von Rollenware, ESD-Bodenmatten oder mit ESD-Beschichtungen verlegen.
LuftfeuchtigkeitElektrostatische Entladungen können durch eine Luftfeuchtigkeit von unter 30 % verstärkt werden.   Luftfeuchtigkeit dauerhaft auf mindestens 45 % erhöhen.
TransportwagenESD-Transportgeräte sorgen dafür, dass durch ihre elektrisch leitfähige Konstruktion sowie den Ladeflächen aus ableitfähigen Dekorspanplatten und der ESD-Pulverbeschichtung empfindliche Waren vor z. B. Überspannungsschäden zu schützen  Räder mit TPE-ESD Bereifung (thermoplastisches Elastomer) elektrisch leitfähig ausstatten,  Naben mit Präzisions-Rillenkugellager nutzen
VerhaltensregelnESD-Schutzzonen dürfen nur von geschultem Personal betreten werden. Elektrostatisch empfindliche Geräte oder Bauteile dürfen zusätzlich nur von ausgebildetem und entsprechend autorisiertem Personal bedient oder berührt werden.Mitarbeiterschulungen vermitteln das nötige Fachwissen zu ESD.Zugangsbeschränkungen stellen sicher, dass nur geschulte Mitarbeiter die EPA betreten.
Verpackung Für die sichere Verpackung und den Versand von elektrostatisch empfindlichen Bauteilen ist Verpackungsmaterial nach DIN EN 61340-5-3 und ANSI/ESD S541-2018 zu verwenden.Elektrostatische Verpackungen sollten je nach Anwendungsbereich entweder Conductive (=C, dt. leitfähig), Dissipative (=D, dt. ableitend) oder Shielding (=S, dt. abschirmend) sein. Zusätzlich stehen Verpackungslösungen mit antistatischen Zusätzen zur Verfügung.
WerkzeugeIm Umgang mit elektrostatisch gefährdeten Teilen und Geräten sollte Werkzeug zum Einsatz kommen, das weitgehend leitfähig ist.Verwendung von speziellen ESD-Schraubendrehern, ESD-Zangen und ESD-Seitenschneidern.

Zusätzlich sollten in ESD-Schutzzonen nach Möglichkeit keine Isolatoren wie Klebebänder, Objekte aus Styropor oder Kunststofffolien genutzt werden, da sich auf diesen die elektrostatische Ladung besonders lange ablagern kann. Ionisierungsgeräte können in EPAs unvermeidliche elektrostatische Aufladungen neutralisieren.

Auch zur Reinigung von EPAs sollten ausschließlich Reinigungssubstanzen und Putzutensilien zum Einsatz kommen, die weder die elektrische Leitfähigkeit der Arbeitsoberflächen in ESD-Schutzzonen herabsetzen, noch anderweitig zu elektrostatischer Aufladung beitragen.

Normen und Prüfverfahren für ESD-Arbeitsbereiche

Um in EPAs verlässlich den Schutz vor elektrostatischen Entladungen zu gewährleisten, müssen alle hier installierten Arbeitsmittel, Materialien und Einrichtungsgegenstände entsprechend der geltenden Normen eingerichtet und von autorisiertem Fachpersonal abgenommen werden:

  • DIN EN 61340-5-1/IEC 61340-5-1: Elektrostatik Teil 5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – Allgemeine Anforderungen
  • DIN EN 61340-5-2/IEC 61340-5-2: Elektrostatik Teil 5-2: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – Benutzerhandbuch
  • DIN EN 61340-4-1/IEC 61340-4-1: Elektrostatik 4-1: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – Elektrischer Widerstand von Bodenbelägen und verlegten Fußböden
  • ANSI/ESD S20.20-2014: Entwicklung eines elektrostatischen Entladung-Steuerprogramms zum Schutz elektrischer und elektronischer Teile, Bauelemente und Geräte
  • ANSI/ESD S541-2018: Verpackungsmaterialien für ESD-empfindliche Bauteile

Kontrolluntersuchungen in regelmäßigen Abständen stellen zudem sicher, dass der ESD-Schutz unvermindert besteht.

FAQs zu ESD

Was ist ESD?

Bitte beachten Sie: Die hier erwähnten Vorschriften sind nur eine Auswahl der wichtigsten gesetzlichen Vorgaben. Detaillierte Informationen lesen Sie dazu in den aufgeführten und ggf. weiteren Vorschriftensammlungen und Gesetzestexten nach. Bei der konkreten Umsetzung im Betrieb können und sollten im Zweifel außerdem Sachverständige hinzugezogen werden.

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