Ionisator

Als Ionisatoren (auch Ionisierer) werden Geräte sehr geringer Leistung bezeichnet, die Ionen erzeugen. Die Ionen sind damit nicht natürlichen Ursprungs und werden durch die Ionisation von Atomen oder Molekülen erzeugt.

Typen und Bauweisen

Ionisatoren sind Geräte zur partiellen Ionisierung von Luft. Wird diese ionisierte Luft auf Oberflächen geblasen, kann man Materialien auf- bzw. entladen. Die entstehenden freien Radikale fördern chemische Abbauprozesse (Geruchsbeseitigung, Desinfektion).

Ionisatoren arbeiten entweder mit Hochspannung von einigen tausend Volt und einer Koronaentladung an Spitzen oder sie enthalten Quellen ionisierender Strahlung (Ultraviolettstrahler, radioaktive Isotope). Die erreichbaren Ströme betragen meist etwa 1 µA, das entspricht einigen Milliarden Ionen pro Sekunde.

Ionisatoren mit Koronaentladung

Ionisierer mit Koronaentladung

Solche Ionisatoren besitzen mit Hochspannung versorgte leitfähige Spitzen, die durch Koronaentladung und Feldemission in der unmittelbaren Umgebung Ionen erzeugen. Es gibt Ausführungen, die ungeregelt ständig Ionen erzeugen und andere, bei denen das elektrische Feld durch Messung und gezielte Nachstellung der Hochspannung geregelt wird (geregelter Ionisator).

Geregelte und ungeregelte Ionisatoren werden sowohl zum Aufbau definierter Ladungen als auch zur Ableitung unerwünschter Ladungen (Verhinderung von elektrostatischen Aufladungen und ESD) eingesetzt.

Um zu erreichen, dass die Ionisatoren in größerem Abstand zum zu entladenden Material aufgestellt werden können (bis zu ca. 2 m), werden Ionisatoren auch mit Blasluftdüsen angeboten oder an vorhandene Düsen angebaut. Hierdurch werden die Ionen zusammen mit der Luft zur Wirkstelle hingeblasen (z. B in Druckmaschinen).

Korona-Ionisatoren sind oft als kammartige Leisten ausgebildet. Sie werden mit Wechselspannung oder Gleichspannung gespeist. Bei Wechselspannung werden alle Kammspitzen gemeinsam an die Spannungsquelle angeschlossen. Bei Gleichspannung sind die dicht nebeneinander angeordneten Metallspitzen abwechselnd positiv und negativ geladen.

U. a. in Xerox-Kopierern und Laserdruckern wird mit wechselspannungsüberlagerter Gleichspannung gearbeitet. Hier dienen die Ionisatoren der berührungslosen elektrostatischen Aufladung der Bildtrommel vor der Belichtung.

Ionenerzeugung durch Strahlung

Ultraviolettstrahlung und andere ionisierende Strahlung (Alpha-, Beta-, Röntgen- und Gammastrahlung) erzeugt ebenfalls Ionen. Ultraviolettstrahler wurden früher im Dauerbetrieb in Krankenhäusern zur Desinfektion eingesetzt. Heute findet man sie in der Trinkwasser-Aufbereitung sowie zur Aushärtung von Lacken, Harzen und Kunststoffen. Die Hauptwirkung entsteht dabei nicht durch Ionen. Vielmehr zerstören die energiereichen Photonen Moleküle und wirken keimtötend.

Radioaktive Isotope (Radionuklide) werden u. a. in Ionisationsrauchmeldern zur Detektierung Ionen absorbierender Substanzen (Rauchgase, Aerosole) eingesetzt. Dabei wird die durch Ionisierung hervorgerufene Leitfähigkeit der Luft gemessen. Diese Leitfähigkeit sinkt bei Anwesenheit von organischen Gasen oder Aerosolen.

Anwendungen

Beseitigung von elektrostatischer Aufladung

Eine Anwendung von Ionisatoren ist die Beseitigung elektrostatischer Aufladungen (Gefahr elektrostatischer Entladungen, Brandgefahr, Personenschutz). Sie wird eingesetzt, wenn die aufgeladenen Teile durch Erdung allein nur unzureichend entladen werden können.

Elektrostatische Entladungen sind eine Gefahr an Anlagen, bei denen elektrisch isolierende Produkte bewegt werden (Folieherstellung, Folieverpackung, Papierherstellung, Druckmaschinen, Textilienherstellung, Getreidemühlen, Abfüllanlagen). Hier besteht Brand- und ggf Explosionsgefahr. Mit Ladungsableitung bzw. mittels Ionisatoren schwach leitfähig gemachter Luft wird auch verhindert, dass das Verarbeitungsgut aufgrund elektrostatischer Aufladung aneinander oder an den Transportbahnen haftet, was den Transport behindern würde. Weiterhin kann so das Anziehen von unerwünschten Partikeln verhindert werden. In Papierbögen verarbeitenden Maschinen wird elektrostatisches Verkleben bei der Trennung der Bögen vom Stapel, beim Transport des Bogens innerhalb von Maschinen, sowie auch beim Abstapeln am Ende der Maschine mit Ionisatoren verhindert. In Bogenoffsetdruckmaschinen wird durch Ionisation verhindert, dass Farbtropfen vorzeitig vom Druckzylinder auf den Bogen des Gegendruckzylinders überspringen.

An Arbeitsplätzen zur Herstellung und Verarbeitung elektronischer Bauelemente (Wafer, Schaltkreise, Leuchtdioden, Laserdioden, Leiterplatten-Bestückung) werden Ionisatoren verwendet, um einerseits den ESD-Schutz der Komponenten zu gewährleisten und andererseits Verschmutzung durch elektrostatisch angezogene Staubpartikel zu vermeiden.

Zur Kontrolle der Wirkung der zum ESD-Schutz eingesetzten Ionisatoren gibt es den sog. Charged Plate Monitor (CPM), ein Messgerät, mit dem das Ladungsfeld, als Abbild der Ladung, zwischen zwei definierten Platten bestimmt werden kann.

Koronabehandlung von Kunststoffflächen

Koronabehandlung ist das oberflächliche Aufrauen und Aktivieren nichtleitender Oberflächen mittels Koronaentladungen, meist um die Verklebbarkeit oder Haftung zu verbessern. Nach einer solchen Behandlung können Kunststoffflächen besser oder (bei manchen Kunststoffen) überhaupt erst laminiert oder beschichtet werden.

Luftreiniger

Geräte zur Ionisierung der Raumluft gibt es als Kleingeräte mit geringer Leistung ca. 10 m² und große mit der Reichweite bis zu 270 m². Die über den staubbindenden Effekt hinausgehenden Wirkungen der Kleingeräte für den Hausgebrauch (Steigerung des Wohlbefindens, frischere Raumluft), die auf der Erzeugung von Anionen beruhen sollen, sind wissenschaftlich nicht nachgewiesen und werden kontrovers diskutiert.

Das bei einer Raumluft-Ionisation entstehende Ozon bewirkt eine Spaltung den meisten geruchsbildener Moleküle. Einige wisssenschaftliche Tests haben gezeigt, dass Ionisatoren können die Partikelanzahl in den Räumen bis zu 200 mal besser reduzieren, als es unter natürlichen Umständen geschieht (Schwerkraft). Die Luftreiniger mit Ionisierung sind besonders effektiv gegen Rauch.

Ionisatoren in elektrischen Haushaltsgeräten

Im Handel sind auch Haartrockner, Staubsauger und Notebooks mit Ionisatoren erhältlich, die eine antistatische Wirkung versprechen.

Sogenannte Wasser-Ionisatoren für den Haushalt sollen angeblich die Qualität des Trinkwassers verbessern. Schadstoffe und Bakterien sind jedoch im Trinkwasser ohnehin kaum vorhanden.

Sicherheit

Elektrische Sicherheit

Die Betriebsspannungen der Korona-Ionisatoren bilden bei fachgerechter Isolation oder einer Fehlerstromschutzschaltung keine Gefahr. Die Ströme bei Laserdruckern und Kopierern sind meist zu klein, um Gesundheitsschäden bei Berührung hervorzurufen.

Da die zu beseitigenden elektrischen Felder von vielen Faktoren wie z. B. natürlichen Ionenwolken, offenem bewegtem Wasser, offenem Feuer, Luftfeuchtigkeit usw. beeinflusst werden, treten sie in der Praxis vollkommen unvorhersehbar auf. So kann beispielsweise vollkommen gleich behandeltes Verarbeitungsgut ein und derselben Charge unterschiedlich aufgeladen sein. Selbst das gleiche Verarbeitungsgut kann bei wiederholter Verarbeitung unterschiedlich geladen sein. Gleichspannungs-überlagerte Ionisatoren zur elektrostatischen Entladung können unter diesen Umständen funktionell umkippen und dann aufladen statt zu entladen. Der Abstand der Spitzen und die anliegende Spannung, gegebenenfalls Luftströmung und Pulszeiten, müssen deshalb aufeinander abgestimmt sein.

Auswirkung auf die Gesundheit

Durch die Ionenerzeugung entstehen freie Radikale, die zu chemischen Reaktionen und u.a. zur Bildung von Ozon, Stickoxiden und anderen Schadstoffen führen. Das erzeugte Ozon kann die menschlichen Atmungsorgane beeinträchtigen und fördert Korrosion.

Siehe auch

• Ionenimplanter