• ESD ausgestatteter Fussschutz

    schützt vor allem sensible Geräte

    Denise Pollex, 22.07.2016

ESD: Kleine Ladung, grosse Wirkung

Habt ihr euch auch schon gefragt, was dieses „ESD“ auf dem gelben Zeichen in euren Sicherheitsschuhen bedeuten soll? Wir erklären es in diesem Beitrag.

Sicherheitsschuhe sind heute Hightech-Produkte, die viele verschiedene Herausforderungen bestehen müssen. Mancher von euch hat beispielsweise bereits von einer Zehenschutzkappe oder einer durchtritthemmenden Sohle profitiert, durch die eure Füße unverletzt blieben – trotz eines auf sie herabfallenden Gegenstands oder eines Nagels, in den ihr getreten seid. Über ESD-geprüften Fußschutz (ESD steht für ElectroStatic Discharge) ist hingegen weniger bekannt, obwohl er in vielen Arbeitsbereichen eine wichtige Rolle spielt.

Schon mal über einen fehlerhaften USB-Stick gewundert, der eigentlich noch recht neu war? Oder über ein Smartphone, bei dem nach einigen Monaten einzelne Funktionen ausfielen? Den irreparablen Absturz einer Festplatte mit wichtigen Daten erlebt und Glück gehabt, dass ein funktionierendes Backup existierte? Fehlfunktionen, verkürzte Lebensdauer oder der Totalausfall elektronischer Geräte – all das kann auf die fehlende Ableitfähigkeit von Schuhen zurückzuführen sein.

ESD im Selbstversuch: kleine Blitze am Pulli

Wie kommt es dazu? Elektrostatische Entladungen entstehen, wenn sich zwei oder mehrere elektrostatisch unterschiedlich geladene Körper berühren. Kommt dann der statisch geladene Körper mit einem anderen Körper in Kontakt, wenn etwa die statisch aufgeladene Person mit der Hand eine Türklinke berührt, so kommt es zu einer plötzlichen Entladung. Ihr kennt sicher das Knistern beim Ausziehen eines Pullovers über den Kopf, im Dunkeln könnt ihr sogar kleine Blitze sehen. Eine elektrostatische Entladung kann man auch spüren und zuckt dabei vielleicht leicht zurück.

Zwar kann die Spannung bei elektrostatischen Entladungen mehr als 10.000 Volt betragen. Aber wegen ihres niedrigen Energiegehalts sind solche ESD-Effekte für den Menschen in der Regel ungefährlich. Viele dieser alltäglichen ESD-Ereignisse nehmen wir noch nicht einmal wahr. Denn erst ab einer Spannung von 3.000 Volt machen sich elektrostatische Entladungen für uns bemerkbar.

Empfindliche elektronische Bauteile, wie sie in der Automobilindustrie, der Kommunikations- oder Computertechnik vielfältig eingesetzt werden, sind hingegen sensibler als der Mensch. So reichen schon 100 Volt, um eine Information auf magnetischen Datenträgern zu löschen. Bereits eine elektrostatische Entladung von 30 Volt kann dort Schäden verursachen, ab 5 Volt können hochempfindliche Leseköpfe von Festplatten noch während ihrer Herstellung beeinträchtigt werden.

Bauteilschutz durch Schuhe mit ESD

In elektronisch sensiblen Arbeitsbereichen ist es deshalb notwendig, die elek­trostatische Aufladung von Menschen und Gegenständen so weit wie möglich zu vermeiden, um Schäden an den empfindlichen Bauteilen vorzubeugen. Hier steht also tatsächlich der Schutz der Bauteile vor Berührung durch den elektrostatisch geladenen Körper eines Menschen im Vordergrund. Denn dieser besteht zu rund 70 Prozent aus Wasser und ist daher optimaler Speicher für elektrostatische Ladungen. Also ist Erdung nötig. Diese Erdung erfolgt teils mittels Antistatikbänder, die am Armgelenk angebracht werden. In Elektrostatisch gefährdeten Bereichen (EGB-Bereich) sind teils auch geerdete Arbeitsplätze, Stühle und Böden vorhanden. Und nicht zuletzt ist eine Erdung mittels ESD-Schuh auf ableitfähigen Böden ein probates Mittel, statische Aufladungen des Menschen kontrolliert abzuleiten.  

Dazu muß der ganze Schuhunterbau eine Ableitung der statischen Elektrizität gewährleisten. Nach der Norm DIN EN 61340-5-1 (VDE0300-5-1):2017-07, in der die Anforderungen für den Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene definiert sind, soll der elektrische Widerstand bei der Prüfung des Systems Mensch/Schuhwerk kleiner als 108 Ohm sein, also weniger als 100 Megaohm betragen. Daher wird etwa der Laufsohle, die meist aus Polyurethan (PU), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Gummi oder einer Kombination der Materialien bei mehrschichtigen Laufsohlen gefertigt ist, ein spezielles Antistatikum zugegeben, das die geforderte Materialeigenschaft bewirkt. Auch die in ESD-Schuhen verwendeten Einlegesohlen, Kleber und Garne müssen besondere antistatische Eigenschaften haben.

Klingt kompliziert, nicht wahr? Daher findet ihr unten links zum besseren Verständnis eine Grafik, bei der wir uns auf den mittleren Teil konzentrieren: Der gelb unterlegte Teil der Grafik zeigt den beschriebenen ESD-Bereich. Der mit grünen Pfeilen gekennzeichnete Bereich in der Mitte der Grafik bezieht sich auf antistatische Sicherheitsschuhe nach EN ISO 20345. Bei Sicherheitsschuhen gehören die antistatischen Eigenschaften bereits ab der Schutzklasse S1 zu den Grundanforderungen. Hiermit soll zum Beispiel eine elektrostatische Aufladung durch Ableiten der elektrischen Ladungen weitestgehend verhindert werden, Ein Schuh ist antistatisch, wenn sich der gemessene Durchgangswiderstand im Bereich zwischen 105 und 109 befindet. Einen Schutz hochempfindlicher Bauteile gewähren jedoch nur ESD-geprüfte Schuhe, die das gelbe ESD-Zeichen tragen. Für den Hinterkopf: Jeder ESD-Schuh ist somit antistatisch, aber nicht jeder antistatische Schuh ist auch ESD-fähig.

ESD: Klimaklassen nach DIN EN 61340-4-3

Viele von euch werden sich jetzt sicherlich fragen: „Und was verbirgt sich hinter der Norm DIN EN 61340-4-3?“  Diese Norm beschreibt das „Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen; Schuhwerk“. Gemessen wird hier ausschließlich der elektrische Durchgangswiderstand der Schuhe. Dies erfolgt mittels einer Kugelschüttung, d. h. die Schuhe werden für die Messung mit Metallkugeln befüllt. Bei diesem Prüfverfahren ist ein maximaler Grenzwert von 100 MΩ (108 Ω) einzuhalten. Vor der Prüfung des Schuhwerks erfolgt eine klimatische Vorkonditionierung der Schuhe bei max. 15 % relativer Luftfeuchte. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei schwierigen klimatischen Bedingungen, wie sie insbesondere in der kalten Jahreszeit vorkommen können, die ELTEN ESD-Schuhe einen hohen Schutz gegen ungewollte elektrostatische Phänomene bieten.

Drei Buchstaben, eine Menge Normen – und hoffentlich jetzt etwas mehr Klarheit, wenn es um Sicherheitsschuhe mit dem kleinen, gelben Symbol geht.

22. Juli 2016 / von Denise Pollex