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ESD-Arbeitsplatz einrichten: Entscheidende Aspekte

Vom Arbeitstisch und Stuhl über Kleidung bis hin zu Zubehör wie einem ESD-Armband und Werkzeugen: So wird der ESD-Arbeitsplatz optimal ausgestattet.  

ESD ist die Abkürzung für „electrostatic discharge“ (elektrostatische Entladung). Dabei handelt es sich um den unkontrollierten Ausgleich von elektrischer Ladung zwischen zwei Objekten, die unterschiedlich stark aufgeladen sind. Menschen spüren ESD erst ab der Schwelle von 3.500 Volt – empfindliche elektronische Bauteile, wie etwa Leseköpfe von Magnet-Festplatten, können jedoch schon bei einer Entladung von nur 5 Volt beschädigt werden. Zudem genügt eine Spannung von gerade einmal 100 Volt, um alle Daten auf einem magnetischen Datenträger zu löschen oder einen elektronischen Speicherbaustein zu zerstören. Mit bloßem Auge ist ein Schaden durch ESD zudem nicht erkennbar. Hinzu kommt, dass gefährliche Entladungen an zahlreichen Punkten in der Prozesskette auftreten können und dafür kein direkter Kontakt nötig ist.

Hierbei reicht das Spektrum von der Annahme elektronischer Bauteile über sämtliche Schritte in der Produktion bis hin zur Auslieferung beim Kunden. Häufig sind betroffene Bauteile auch nicht unmittelbar unbrauchbar, sodass ihre Beschädigung bei der Qualitätssicherung nicht auffällt und sie weiterwendet oder ausgeliefert werden. Dementsprechend können ESD-Schäden Reklamationen und Imageschäden nach sich ziehen. Die Entstehung von ESD wird durch zahlreiche Faktoren hervorgerufen. Hierzu gehören Bewegung und Reibung, sofern Arbeitsflächen, Zubehör, Werkzeuge und Transportwagen nicht auf ESD-Schutz ausgelegt sind. Doch worauf kommt es konkret bei der Planung und Einrichtung eines ESD-Arbeitsplatzes für die manuelle Montage an?

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Relevanz der ESD-Schutzzone/Electrostatic Protected Area (EPA)

Bei Maßnahmen für den ESD-Schutz hat eine ESD-Schutzzone beziehungsweise Electrostatic Protected Area (EPA) zentrale Bedeutung. Das Auspacken, die Handhabung oder die Montage von elektrostatisch sensiblen Bauteilen (ESDS) darf nur innerhalb einer EPA erfolgen. Ausschließlich in diesem Bereich herrschen nämlich die idealen Voraussetzungen, um ESD zu vermeiden: Alle verwendeten Materialien sind ableitfähig und auf gleichem Potenzial geerdet. Dies betrifft Komponenten, Betriebsmittel, Flächen und Kleidung, die allesamt in einem abgegrenzten, eindeutig gekennzeichneten Bereich eingesetzt werden. Auf diese Weise werden elektrostatische Aufladungen und Potenzialunterschiede gezielt vermieden. Grundsätzlich kann eine EPA aus einem einzelnen Arbeitsplatz, einer definierten Fläche oder sogar einem ganzen Gebäude bestehen. Alle Regeln für die EPA gelten entsprechend auch für die Arbeitsplätze innerhalb der EPA. In anderen Worten: Ein ESD-Arbeitsplatz befindet sich in der EPA und muss daher die für sie geltenden Anforderungen erfüllen.

Die EPA muss durch eine Markierung klar von ungeschützten Bereichen (UPA) abgegrenzt sein.

Elektrostatische Entladungen vermeiden: Arbeitstische für den ESD-Schutz

Elementarer Bestandteil beim Einrichten eines ESD-Arbeitsplatzes ist ein speziell ausgestatteter ESD-Arbeitstisch mit volumenleitfähiger Tischplatte. Falls Bauteile nur in einem kleinen Bereich des Tischs gehandhabt werden, lässt sich auch eine ESD-Tischauflagematte aus ableitfähigem Material einsetzen. In jedem Fall sollte der Mitarbeiter an einem solchen Arbeitstisch über ein ESD-Armband zur Personenerdung verfügen. Dieses Armband ist, wie sämtliche Schutzelemente, mit der Erde verbunden. Um dies zu gewährleisten, werden die ESD-Schutzelemente mit dem Tischgestell in Kontakt gebracht. Dieses verfügt über einen Anschluss an eine separat verlegte Erdleitung, die Schutzerde der Stromversorgung oder ein Potenzialausgleichssystem. Für den ESD-Schutz essenziell ist die Einhaltung der von der Norm IEC 61340 geforderten Grenzen der Ableit- und Oberflächenwiderstände. Dabei haben alle Arbeits- und Ablageflächen eine besondere Bedeutung. Sie stellen neben dem vorgegebenen Maximalwiderstand zusätzlich eine Mindestanforderung. Somit können potenzielle Ladungen nicht zu schnell abfließen und dadurch zu Schäden führen.

Unter den konfigurierten Modellen für den Arbeitsplatz-Konfigurator befindet sich ein Arbeitstisch mit umfassendem Schutz vor ESD, der flexibel angepasst werden kann.

Als Kunde sollte man bei jedem neuen ESD-Arbeitstisch auf einer Messung der ESD-Sicherheit bestehen, da diese nicht immer berücksichtigt wird. Pauschale Aussagen oder Bescheinigungen sind für verlässlichen Schutz nicht ausreichend. Bei item zählt diese Messung zum Standard: Ein spezielles ESD-Protokoll bescheinigt den Kunden, dass ihr ESD-Tisch an den ESD-Messpunkten geprüft wurde. Dabei handelt es sich um Standardpunkte, also die ESD-Tischplatte und Ablageflächen, und individuelle Punkte, die gemeinsam mit dem Kunden festgelegt wurden. Dadurch ist eine ordnungsgemäß ausgeführte Lösung mit korrekten Ableitwiderständen garantiert. Regelmäßige Überprüfungen vor Ort sind zudem durch die IEC 61340 ausdrücklich vorgeschrieben. Eine besonders komfortable und zeitsparende Planung von ESD-Arbeitstischen ermöglicht übrigens der Arbeitsplatz-Konfigurator von item. Unter den vorkonfigurierten Modellen befindet sich unter anderem ein Arbeitstisch mit umfassendem ESD-Schutz, der flexibel angepasst werden kann.

Arbeitstisch und -stuhl, Materialbereitstellung sowie Arbeitskleidung sind hier ganz auf den ESD-Schutz ausgerichtet.

Schutz am Arbeitsplatz durch ESD-Stühle und weitere Betriebsmittel

Generell sind Produkte wie Arbeitsstühle für die Verwendung in der Industrie in verschiedenen Qualitäts- und Preisklassen erhältlich. Aufgrund ihrer Relevanz für die Gesunderhaltung der Mitarbeiter empfiehlt es sich, bereits bei normalen Arbeitsstühlen für Fertigung, Werkstatt oder Labor auf hochwertige Lösungen zu achten. Im Zusammenhang mit ESD-Schutzmaßnahmen ist dies noch wichtiger. Daher sollten spezielle ESD-Arbeitsstühle verwendet werden. Diese lassen sich zusätzlich mit ableitfähigen Armlehnen ausstatten, was die Entlastung von Armen, Nacken und Schultern sowie ESD-Schutz gleichermaßen gewährleistet. Werden Bürostühle genutzt, stellen diese aus der Perspektive des ESD-Schutzes einen erheblichen Risikofaktor dar. Aufgrund der eingesetzten Materialien gewährleisten sie häufig keine Ableitfähigkeit.

Werkzeuge wie Schraubendreher, Lötkolben oder Messgeräte, die in direkten Kontakt mit ESDS kommen, sollten immer ableitfähig sein.

Mitarbeiter, die in einer ESD-Schutzzone arbeiten, benötigen daher spezielle ESD-Stühle. Dass ESD-Schutz und Ergonomie im Einklang funktionieren können, zeigen darüber hinaus elektrostatisch ableitende Fußstützen. Auch für andere Betriebsmittel an einem ESD-Arbeitsplatz gelten entsprechende Anforderungen: So müssen Komponenten wie Greifschalen und Werkzeughalterungen, aber auch Werkzeuge elektrostatisch ableitend sein, falls der Abstand zu einem ESDS weniger als 30 Zentimeter beträgt. Ähnliche Vorschriften gelten auch für Regale oder Maschineneinhausungen. Werkzeuge wie Schraubendreher, Lötkolben oder Messgeräte, die in direkten Kontakt mit ESDS kommen, sollten immer ableitfähig sein. Darüber hinaus gilt es den Arbeitsplatz innerhalb der EPA sicher in die Intralogistik einzubinden. Dabei handelt es sich um ein eigenes Kapitel der ESD-Schutzmaßnahmen, bei dem etwa Zubehör wie eine ESD-Schleppkette oder antistatische Rollen für Transportwagen eine wichtige Rolle spielen.

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ESD-Böden sowie spezielle Schuhe und Arbeitskittel am ESD-Arbeitsplatz

Auch der passende Boden gehört zu einem ordnungsgemäßen ESD-Arbeitsplatz. Da spezielle ESD-Böden leitfähig und an ausreichend vielen Stellen mit der Erde verbunden sind, werden elektrische Aufladungen gezielt abgeleitet. Hierbei wird zwischen fest installierten und temporären ESD-Böden unterschieden. Letztere werden bei kleineren Zonen in Form von puzzleartig zusammengesetzten Matten aufgelegt. Fest installierte, insgesamt elektrostatisch ableitfähige Böden hingegen kommen in größeren Arealen zum Einsatz. Die DIN EN 61340-5-1 ff. sieht vor, dass sich ein fest installierter Boden aus mehreren Schichten zusammensetzt. Mehrere Kupferbänder gewährleisten dabei eine kontrollierte Ableitung zur Erde.

Wer leitfähige ESD-Schuhe trägt, verbindet den eigenen Körper mit dem ESD-Boden. Somit werden beim Gehen Aufladungen sicher abgeleitet.

Wenn Mitarbeiter jedoch keinen elektrischen Kontakt zum Boden haben, vermögen auch ESD-Böden nur wenig auszurichten. Dies hängt damit zusammen, dass herkömmliche Schuhe häufig wie Isolatoren wirken. Wer leitfähige ESD-Schuhe trägt, verbindet den eigenen Körper mit dem ESD-Boden. Somit werden beim Gehen Aufladungen sicher abgeleitet. Täglich ist zu überprüfen, ob diese Verbindung der Mitarbeiter über die Schuhe zum Boden korrekt erfolgt. Hierbei kommen Personal Ground Tester (PGT) zum Einsatz. Zur ESD-sicheren Arbeitskleidung gehört auch ein ESD-Arbeitskittel. Zubehör wie Schuhe und Arbeitskittel in einer ESD-Schutzzone sollte einen Maximalwiderstand von 35 Megaohm aufweisen, um sicher vor ESD zu schützen.

Nach Einrichten des ESD-Arbeitsplatzes: Passende Gegenstände und Reinigung

Neben dem eigentlichen Einrichten des ESD-Arbeitsplatzes kommt es auch auf das Verhalten der Mitarbeiter an. So ist es für die Vermeidung von ESD entscheidend, keine isolierenden Werkstoffe an den Arbeitsplatz zu bringen. Dazu zählen etwa Gegenstände wie Frischhalteboxen und Kaffeetassen sowie Mappen oder Schutzhüllen aus Kunststoff. Gegenstände aus Styropor sollten ebenfalls vermieden werden. Auch gründliches Reinigen des Arbeitsbereichs ist ein Muss. Wenn sich Schmutz und Staub auf den Arbeitsplatzoberflächen, einem ESD-Stuhl oder dem ESD-Boden ablagern, wirkt sich das schnell negativ auf den ESD-Schutz aus. Werden isolierende und transparente Materialien eingesetzt, die ihre Ableitfähigkeit speziellen Beschichtungen verdanken, dann gelten bei der Reinigung besondere Anforderungen. Der Einsatz unpassender Reinigungsmittel oder ein zu starker Druck können zur Beschädigung oder vollständigen Entfernung der Beschichtung führen, was das Auftreten von ESD begünstigt.

Nur spezielle Oberflächenreiniger eignen sich für die Reinigung von Oberflächen auf ESD-sicherer Ausstattung.

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