CH696102A5 - Ionisationsvorrichtung. - Google Patents

Description

  [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionisationsvorrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation elektrostatischer Aufladungen, mit einer Hochspannungsquelle, die ausgangsseitig eine beispielweise mehrere Kilovolt betragende Hochspannung liefert und die an eine oder mehrere Elektrodenanordnungen angeschlossen ist.

[0002] Ionisationsvorrichtungen dienen als Entladungsanlagen dem Ladungsausgleich elektrostatischer Ladungen, die zum Beispiel an Papieren, Folien, Textilien und anderen Stoffen bei der Herstellung und Verarbeitung auftreten können.

[0003] Die an der Ionisationsvorrichtung zur Verfügung stehende Hochspannung bewirkt einen Ladungsausgleich im direkten Umfeld.

   Ein Anwendungsbeispiel für solche Ionisationsvorrichtungen sind Bogenoffsetmaschinen.

[0004] Als Stand der Technik sind Ionisationsvorrichtungen bekannt, bei denen eine Wechsel-Hochspannung einerseits an die Elektrodenanordnung mit einer oder mehreren Elektroden und andererseits an Masse, also beispielsweise ein Maschinengestell oder dergleichen, angeschlossen ist. Die Wechselspannung beträgt beispielsweise 5kV bis 10 kV. Diese Hochspannung wird üblicherweise mit einem Hochspannungstransformator aus der Netzwechselspannung erzeugt.

[0005] Nachteilig ist hierbei, dass bedingt durch den zum Beispiel sinusförmigen Verlauf der Wechselspannung beim Nulldurchgang keine Ionen produziert werden und somit keine konstante Ionenproduktionsrate vorhanden ist.

   Ausserdem treten im Zuleitungskabel zu der Elektrodenanordnung Blindleistungsverluste auf.

[0006] Durch diese Blindleistungs-Verluste innerhalb des üblicherweise mehrere Meter langen Zuleitungskabels muss bei Verwendung eines Hochspannungstransformators eine entsprechende Ausgangsleistung zur Verfügung stehen, um diese Verluste zu kompensieren. Ein solcher Hochspannungstransformator ist vergleichsweise teuer. Hinzu kommt, dass bei Verwendung eines Hochspannungstransformators primärseitig auch noch eine Schutzschaltung erforderlich ist, die bei einem sekundärseitigen Kurzschluss anspricht.

   Diese verursacht zusätzliche Kosten.

[0007] Durch die kabelseitigen, elektromagnetischen Abstrahlungen sind bei solchen Ionisationsvorrichtungen auch verstärkt EMV-Aspekte (elektromagnetische Verträglichkeit) zu berücksichtigen.

[0008] Es ist auch eine Ionisationsvorrichtung bekannt, die eine Stromversorgungseinrichtung aufweist, an deren Ausgang Gleichspannung ansteht. Hierbei wird ein Hochspannungstransformator verwendet, an dessen Hochspannungsausgang eine Hochspannungs-Gleichrichterschaltung angeschlossen ist.

   Auch diese Ionisationsvorrichtung verursacht vergleichsweise hohe Kosten.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ionisationsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die kostengünstig ist, eine praktisch konstante Ionenproduktionsrate aufweist und die an eine kompakte Elektrodenanordnung anschliessbar ist.

[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss insbesondere vorgeschlagen, dass die Hochspannungsquelle eine Stromversorgungseinrichtung aufweist, die einen an eine Gleichspannung angeschlossenen Inverter zur Erzeugung einer Wechsel-Hochspannung hat und dass an den Inverter eine Vervielfacherschaltung zur Gleichrichtung, zur Spannungsvervielfachung und zur Erzeugung einer bipolaren Gleichspannung angeschlossen ist, die ausgangsseitig mit der Elektrodenanordnung verbunden ist.

   Eine mit einer solchen Stromversorgungseinrichtung ausgerüstete Ionisationsvorrichtung hat gegenüber einer mit einem Hochspannungstransformator ausgerüsteten einen wesentlichen Kostenvorteil. Die für die Elektrodenanordnung zur Verfügung gestellte Hoch-Gleichspannung ergibt eine weitgehend konstante Ionenproduktion.

[0011] Bei der erfindungsgemässen Ionisationsvorrichtung wird mit Hilfe des Inverters eine Eingangs-Gleichspannung in eine Wechsel-Spannung umgeformt. Eine nachgeschaltete Vervielfacherstufe bewirkt dann, dass diese Ausgangswechselspannung des Inverters auf die notwendige Hochspannung hochgesetzt, gleichgerichtet und eine bipolare Gleichspannung erzeugt wird.

   Es steht dann am Ausgang eine bipolare Gleichspannung mit Einzelspannungen von beispielsweise einigen KV zur Verfügung.

[0012] Bei dieser Ionisationsvorrichtung kann der sekundärseitige Ausgangsstrom wesentlich kleiner gehalten werden wegen der auf den Zuleitungen zu der Elektrodenanordnung nun nicht mehr vorhandenen Blindleistungsverluste. Es genügt hierbei ein Ausgangsstrom, der nur noch etwa 1 /5 beträgt von dem bisher notwendigen Ausgangsstrom. Dementsprechend kann die Stromversorgungseinrichtung kleiner dimensioniert und kompakter aufgebaut sein.

   Ausserdem ist durch die Gleichspannung keine elektromagnetische Abstrahlung vorhanden.

[0013] Um die Konstanz der Ionenproduktion noch zu verbessern, kann die Vervielfacherschaltung zur Erzeugung von auf Masse bezogen ungleichen (unsymmetrischen) Einzelspannungen ausgelegt sein, insbesondere zur Erzeugung einer gegenüber der negativen Einzelspannung höheren positiven Einzelspannung.

[0014] Mit der zum Nullpotential unsymmetrische Ausgangsgleichspannung wird eine negative Spannung erzeugt, die kleiner ist als die positive Spannung.

   Dadurch wird die sonst bei gleichen Einzelspannungen grössere Ionenproduktion an der negativen Spitze kompensiert, mit dem Ergebnis einer gleichen Ionenproduktionsrate an beiden Elektrodenarten der Elektrodenanordnung.

[0015] In Verbindung mit der von der erfindungsgemässen Stromversorgungseinrichtung erzeugten, bipolaren Gleich-Hochspannung mit vorzugsweise unsymmetrischen Einzelspannungen, ist der Einsatz einer an den Ausgang der Vervielfacherschaltung angeschlossene Elektrodenanordnung mit Elektroden für ein positives Potential und Gegen-Elektroden für ein negatives Potential besonders vorteilhaft,

   weil dadurch eine besonders effektive Abgabe sowohl von negativen als auch von positiven Ionen bei Verwendung einer bipolaren Gleichspannung möglich ist.

[0016] Eine zum Beispiel kammartige Elektrodenanordnung mit wenigstens einer Reihe von nebeneinander beabstandet angeordneten Elektroden und Gegen-Elektroden jeweils zwischen benachbarten Elektroden, vorzugsweise etwa mittig zwischen benachbarten Elektroden, ist hierfür besonders vorteilhaft.

[0017] Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

[0018] Es zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Ionisationsvorrichtung,


  <tb>Fig. 2<sep>eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Elektrodenanordnung für bipolare Gleichspannung,


  <tb>Fig. 3<sep>eine Stirnseitenansicht und


  <tb>Fig. 4<sep>eine Aufsicht der in Fig. 2 gezeigten Elektrodenanordnung.

[0019] Ein in Fig. 1 gezeigtes Blockschaltbild zeigt den Aufbau einer Hochspannungsquelle mit einer Stromversorgungseinrichtung 1 als Teil einer erfindungsgemässen Ionisationsvorrichtung. Diese Stromversorgungseinrichtung 1 dient zur Erzeugung einer bipolaren Gleichspannung von einigen Kilovolt.

[0020] Im Wesentlichen weist die Stromversorgungseinrichtung 1 einen Inverter 2 sowie eine diesem nachgeschaltete Vervielfacherschaltung 3 auf.

[0021] Mit dem Inverter 2 wird aus einer Gleichspannung eine höhere Wechselspannung erzeugt und die Vervielfacherschaltung 3 dient zur Spannungsvervielfachung, zur Gleichrichtung und zur Erzeugung der bipolaren Gleichspannung, die der in den Fig.

   2 bis 4 gezeigten Elektrodenanordnung 12 zugeführt wird.

[0022] Dem Inverter 2, der einen LC-Oszillator mit einem Wandlertransformator beinhalten kann, ist ein Spannungsregler 4 vorgeschaltet, der für eine Versorgung des Inverters 2 mit einer stabilisierten Gleichspannung sorgt. Die Eingangsspannung von beispielsweise 24 Volt Gleichspannung wird dem Spannungsregler 4 über ein Eingangsfilter 5 und eine Relais-Umschaltung 6 zugeführt.

[0023] Das Eingangsfilter 5 dient einerseits zur Pufferung der Eingangsspannung und es werden damit auch eventuelle Hochfrequenz-Störungen gefiltert.

[0024] Mit Hilfe der Relais-Umschaltung 6 kann eine Störmeldung durch den Funktionsblock 7 ausgegeben werden, wenn die Ausgangsspannung des Inverters durch Kurzschluss, Überstrom oder Übertemperatur auf einen bestimmten Schwellwert, beispielsweise 15 V, absinkt.

   Der Funktionsblock 8 zur Überstromerkennung ist eingangsseitig mit dem Inverter verbunden und andererseits zur Ansteuerung mit der Relais-Umschaltung 6.

[0025] Der Inverter 2 liefert ausgangsseitig eine Wechselspannung, die an die Vervielfacherschaltung 3 angeschlossen und als Doppel-Multiplier zur Erzeugung einer bipolaren Gleichspannung ausgebildet ist. Die Vervielfacherschaltung 3 dient zur Erzeugung von auf Masse bezogen zwei Einzelspannungen, nämlich einer negativen und einer positiven Einzelspannung. Eine Besonderheit besteht dabei darin, dass die Einzelspannungen, bezogen auf Masse ungleich sind, wobei die positive Einzelspannung beispielsweise +6 KV und die negative Einzelspannung -4,5 KV betragen kann.

   Damit wird erreicht, dass die mit dem positiven Potential verbundenen Elektroden und die mit dem negativem Potential verbundenen Gegen-Elektroden einer Elektrodenanordnung etwa gleiche Ionen-Produktionsraten aufweisen.

[0026] Die Vervielfacherschaltung 3 ist sowohl für den positiven als auch für den negativen Zweig jeweils mehrkaskadig insbesondere als Greinacher-Schaltung ausgebildet. Dabei ist die Anzahl der Kaskaden der Vervielfacherschaltung 3 für die positive Einzelspannung grösser als die Anzahl der Kaskaden für die negative Einzelspannung.

   In praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass die unterschiedliche Anzahl von Kaskaden für die Einzelspannungen zweckmässig so dimensioniert sind, dass sich eine um etwa 20 bis etwa 40 Prozent höhere, positive Einzelspannung ergibt.

[0027] Am Hochspannungsausgang der Vervielfacherschaltung 3 ist noch eine Strombegrenzung 9 vorgesehen, die in Reihe beziehungsweise parallel zu den Ausgangsklemmen des Hochspannungsausganges geschaltete, hochohmige Widerstände aufweist. Ausser zur Strombegrenzung dienen diese auch als Entladewiderstände für die Kondensatoren der Vervielfacherschaltung 3.

[0028] Der Inverter 2 weist einen beispielsweise mit einer Inverterfrequenz von 40 kHz arbeitenden Wandler-Transformator auf.

   Da für den Betrieb der Ionisation keine Masse als Gegenpotential notwendig ist, bleibt der Sekundärkreis dieses Wandler-Transformators im Normalfall floatend und ist über einen Widerstand an Masse angeknüpft. Erst wenn die Differenzspannung über diesen Widerstand beispielsweise etwa 90V überschreitet, zündet ein parallel zu diesem Widerstand geschalteter Überspannungsableiter und erdet diese Leitung. Dies dient zum Schutz des Wandler-Transformators, da dieser sonst auf ein unzulässig hohes Potenzial gehoben werden würde.

[0029] In die Verbindungsleitung zwischen Inverter 2 und Spannungs-Vervielfacherschaltung 3 kann eine hier nicht dargestellte Stromfluss-Anzeigevorrichtung insbesondere in Form von zwei antiparallel geschalteten Leuchtdioden vorgesehen sein.

   Die Leuchtintensität dieser Leuchtdioden ist ein Mass für den Laststrom.

[0030] An die Ausgangsklemmen 10 und 11 der Stromversorgungseinrichtung 1 kann die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte, bipolare Elektrodenanordnung 12 angeschlossen sein.

[0031] Diese Elektrodenanordnung 12 weist wegen der bipolaren Ausgangs-Gleichspannung der Stromversorgungseinrichtung 1 sowohl Elektroden 13 für ein positives Potenzial als auch Gegen-Elektroden 14 für ein negatives Potenzial auf.

[0032] Wie gut in Fig. 4 erkennbar, sind im Ausführungsbeispiel eine gerade Reihe von nebeneinander beabstandet angeordneten Elektroden 13 vorgesehen, wobei Gegen-Elektroden 14 jeweils etwa mittig zwischen benachbarten Elektroden 13 angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden 13, 14 sind jeweils Teil eines Basisteils 15 in Form eines gestreckten Leiters.

   Die Elektroden 13, 14 weisen, wie in Fig. 2 erkennbar, Spitzen 13a, 14a auf. Die Elektroden-Spitzen 13a, 14a sind in Reihe etwa fluchtend angeordnet und mit den streifenförmigen, seitlich beabstandeten Basisteilen 15 über Abwinklungen 16 verbunden. Insgesamt besteht das streifenförmige Basisteil 15, die zugehörigen Elektroden 13, 14 und die Abwinklungen 16 einstückig aus einem im Querschnitt etwa Z-förmigen Blechteil, wie dies gut in Fig. 3 erkennbar ist.

[0033] Die Elektrodenanordnung 12 weist ein Trägerteil 17 aus elektrisch isolierendem Werkstoff zur Aufnahme der Elektrodenteile auf. Insgesamt ist das Elektroden-Trägerteil 17 stabförmig ausgebildet und weist, wie in Fig. 3 erkennbar, eine in Längsrichtung verlaufende, schlitzartige Öffnung 18 auf, in der die Elektroden 13 und die Gegenelektroden 14 mit ihren zugehörigen Teilen jeweils angeordnet sind.

   Das Trägerteil 17 weist innerhalb der Öffnung 18 einen längs verlaufenden Auflagervorsprung 19 für die Elektroden-Spitzen 13a, 14a auf. Beidseitig des im Querschnitt etwa rechteckigen Auflagervorsprungs 19 sind Schlitze 20 vorgesehen. Die im Querschnitt etwa Z-förmigen Blechteile der Elektrodenanordnung sind an den Seitenflanken und der Aussenseite 21 des Auflagervorsprungs 19 angeordnet und greifen mit ihren streifenförmigen Basisteilen 15 jeweils in einen der beiden Schlitze 20 ein.

[0034] In Fig. 3 ist noch gut erkennbar, dass das Trägerteil 17 wenigstens einen längsverlaufenden Gaskanal 22 aufweist, der hier innerhalb des Auflagervorsprungs 19 angeordnet ist. In Fig. 3 und 4 sind mit diesem Gaskanal 22 verbundene und neben den Elektroden-Spitzen 13a, 14a mündende Ausströmkanäle 23 erkennbar.

   Die Mündungen 24 sind jeweils beidseits nahe der jeweiligen Elektroden-Spitze 13a, 14a angeordnet. Die Ausblasrichtung kann auch jeweils schräg gegen die Elektrodenspitzen gerichtet sein. Durch die Unterstützung vorzugsweise durch Luft wird die Wirkentfernung der Entladungseinrichtung vergrössert.

[0035] Die Elektrodenteile sind zweckmässigerweise bis auf die Elektroden-Spitzen 13a, 14a innerhalb des Elektroden-Trägerteiles 17 in Isoliermaterial 25 eingegossen.

[0036] Das als Blechstreifen ausgebildete Basisteil 15 jeder Elektrodenreihe ist über Hochspannungs-Anschlusskabel mit den Ausgangsklemmen 10 und 11 der Stromversorgungseinrichtung 1 zum Zuführen der bipolaren Gleichspannung verbunden. Die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Elektrodenanordnung 12 ist mit ihrer bipolaren Elektrodenanordnung auf die in Fig. 1 gezeigte Stromversorgungseinrichtung abgestimmt.

   Diese liefert eine passende, bipolare Gleichspannung, welche an die Gleichspannungselektroden der Elektrodenanordnung 12 angelegt ist.

[0037] Für die elektrische Funktion ist es bei dieser Konstellation nicht notwendig, eine separate Masse heranzuführen. Die Elektrodenanordnung kann elektrisch isoliert befestigt werden.

Claims (11)

1. Ionisationsvorrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation elektrostatischer Aufladungen, mit einer Hochspannungsquelle, die ausgangsseitig eine beispielweise mehrere Kilovolt betragende Hochspannung liefert, und die an eine oder mehrere Elektrodenanordnungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsquelle eine Stromversorgungseinrichtung (1) aufweist, die einen an eine Gleichspannung angeschlossenen Inverter (2) zur Erzeugung einer Wechsel-Hochspannung hat und dass an den Inverter (2) eine Vervielfacherschaltung (3) zur Gleichrichtung, zur Spannungsvervielfachung und zur Erzeugung einer bipolaren Gleichspannung angeschlossen ist, die ausgangsseitig mit der Elektrodenanordnung (12) verbunden ist.

2. Ionisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vervielfacherschaltung (3) zur Erzeugung von auf Masse bezogen ungleichen, d.h. unsymmetrischen Einzelspannungen ausgelegt ist, insbesondere zur Erzeugung einer gegenüber der negativen Einzelspannung höheren positiven Einzelspannung.

3. Ionisationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Vervielfacherschaltung (3) eine mehrkaskadige Vervielfacherschaltung (3), insbesondere eine Greinacher-Schaltung, vorgesehen ist.

4. Ionisationsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kaskaden der Vervielfacherschaltung (3) für die positive Einzelspannung grösser ist als die Anzahl der Kaskaden für die negative Einzel-Spannung und insbesondere für eine um 20% bis 40% höhere, positive Einzelspannung dimensioniert ist.

5. Ionisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlererkennung und vorzugsweise eine Fehlerschutzschaltung für Übertemperatur und/oder für Kurzschluss und/oder Überstrom des Ausgangskreises und/oder für Falschpolung der Eingangsspannung vorgesehen sind.

6. Ionisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Verbindungsleitung zwischen Inverter (2) und Vervielfacherschaltung (3) eine Stromfluss-Anzeigevorrichtung geschaltet ist, insbesondere zwei antiparallel geschaltete Leuchtdioden.

7. Ionisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Ausgang der Vervielfacherschaltung (3) angeschlossene Elektrodenanordnung (12) wenigstens eine Elektrode (13) für ein positives Potential und wenigstens eine Gegen-Elektrode (14) für ein negatives Potential aufweist.

8. Ionisationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (12) wenigstens eine Reihe von nebeneinander beabstandet angeordneten Elektroden (13) aufweist und dass Gegen-Elektroden (14) jeweils zwischen benachbarten Elektroden (13), vorzugsweise etwa mittig zwischen benachbarten Elektroden (13) angeordnet sind.

9. Ionisationsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (12) ein Trägerteil (17) aus elektrisch isolierendem Werkstoff zur Aufnahme der Elektroden (13, 14) aufweist.

10. Ionisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (17) wenigstens einen längs verlaufenden Gaskanal (22) aufweist, der vorzugsweise innerhalb eines Auflagervorsprungs (19) angeordnet ist und bei oder zwischen den vorzugsweise als Elektroden-Spitzen (13a, 14a) ausgebildeten Elektroden (13, 14) mündende Ausströmkanäle (23) aufweist.

11. Ionisationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Ausströmkanäle jeweils beidseits nahe der Elektrodenspitzen (13a, 14a) angeordnet sind und dass die Ausblasrichtung der Ausströmkanäle (23) vorzugsweise jeweils schräg gegen die Elektrodenspitzen (13a, 14a) gerichtet ist.