CN117715741A - 用于向导电或非导电原料的表面进行加载的方法和电极 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于向导电或非导电原料(102)、特别是塑料材料的表面加载电位的电极(100)，所述电位特别是引起电极化，其中该电极具有：至少部分地平行于所述表面延伸的第一导电材料、特别是金属导线(101)；至少部分地平行于所述表面延伸的第二导电材料(103)；将所述第一导电材料(101)与所述第二导电材料(103)连接的至少一个电连接(106)，其中所述第一导电材料(101)具有比所述第二导电材料(103)更大的电导率。

Description

用于向导电或非导电原料的表面进行加载的方法和电极

技术领域

本发明涉及一种用于向导电或非导电原料的表面加载电位的方法以及电极。

背景技术

通常对各种原料，特别是塑料材料并且在此优选地对塑料膜加载电位，以便影响它们的性能。

对此，所述原料通过具有电位的电极而受到影响。该电极通常不接触所述原料。原料被放置到物体上或经由所述物体而被引导，对其加载其他电位。该物体通常接地，使得所述其他电位为零。在塑料膜的情况下，该物体通常是如下的滚筒或辊，所述塑料膜经由所述滚筒或辊而运转。

为了能够在原料中，特别是在塑料膜中产生明显效果，有必要在电极和物体、特别是滚筒或辊之间产生高电位差。通常使用针电极，在所述针电极中，多个针布置成一排，其中该排平行于原料的表面延伸。这些针本身通常与原料表面正交地取向。因此，可以从每个针尖都发出非常强的电场。

然而，在此情况下的问题是，在材料表面处还存在着不均匀的电场，使得所述原料受到不均匀的影响。原则上，所述电场可以引起电荷转移，从而至少在材料的表面上产生电荷。在不均匀电场的情况下，原料中的电荷转移局部不同。可能在原料中留有永久的痕迹，这对于原料的后续加工步骤可能是不利的。当材料是塑料材料并且特别是表面通常非常敏感的塑料膜时，这通常是可见的。

因此，本发明的目的是提出一种用于避免上述缺点的电极和方法。

发明内容

根据本发明，该目的通过权利要求1的所有特征来实现。本发明可能的设计方案在从属权利要求中被说明。

该目的通过一种用于向导电或非导电原料、特别是塑料材料的表面加载电位的电极来实现，所述电位特别是引起电极化，其中该电极具有：至少部分地平行于所述表面延伸的第一导电材料、特别是金属导线；至少部分地平行于所述表面延伸的第二导电材料；将所述第一导电材料与所述第二导电材料连接的至少一个电连接，其中所述第一导电材料具有比第二导电材料更大的电导率。

在本发明的意义上，导电材料是可以包括各种化学物质的构件。构件可以是例如金属导线，其中所使用的金属可以包括合金。然而，构件还可以包括具有各种导电和/或电绝缘材料的层结构。

第一导电材料平行于原料的表面延伸。如果所述原料、例如在被传送的塑料膜的情况下经由辊等被移动，则可以说是切向平面而不是表面。在这种情况下，导电材料优选地横向于原料的传送或移动方向延伸，即，在辊的情况下平行于其旋转轴线而延伸。

第二导电材料也平行于表面延伸，其中第二导电材料布置在原料表面和第一导电材料之间。优选地，第二导电材料的一个边缘面向该原料，使得在该边缘与该原料之间形成电场。

此外，本发明的电极包括电连接，利用该电连接可以在第一导电材料和第二导电材料之间建立电线路，使得可以使第二电材料达到一个电位。该电连接可以通过使第一导电材料和第二导电材料电接触而建立。该接触在此可以在接触点处进行，其中可以设置多个接触点和/或该接触点在第一导电材料的方向上延伸，使得经一段距离建立接触。还可以通过电连接线路建立电连接。

根据本发明还规定：第一导电材料具有比第二导电材料更大的电导率。在这种情况下，第二导电构件可以相应地成形以增大电场，但并没有在第二导电材料中可能造成损坏的大电流流动。用于产生均匀电场的导线在现有技术中是已知的，但是这样的导线通常具有轻微的不均匀性，这种不均匀性在电流太高的情况下会导致加热并因此烧毁导线。通过本发明避免了这种影响。第一导电材料可以具有大的横截面以获得更高的电导率，使得电流不会引起过热。至少一个连接线路可以将电流引导到第二导电材料上。在本发明的范畴内，“电导率”并不意味着具体的取决于材料的特定电导率，而是指绝对电导率，其除了相应材料中包含的物质的特性之外，还取决于材料横截面积。

为了现在再次将第二导电材料中的电流保持较低，有利地规定：设置多个分别彼此间隔开的电连接线路，这些电连接线路将第一导电材料与第二导电材料连接。

有利的是，使第一导电材料的电导率比第二导电材料大至少10³倍。在这种情况下表现出：所期望的效果特别好。

在本发明的优选设计方案中规定：第一导电材料包括至少一种金属。由此，第一导电材料不仅可以很好地传输高电流，而且特别是在设置多条连接线路的情况下，应观察到两个连接线路之间的电压没有降低或仅以非常小的程度降低。

此外有利的是，使第二导电材料包括至少一种塑料。相对较高的电流在这里遇到电阻并同时分布在整个材料中。特别是在设置多条连接线路的情况下，则发生电流的均衡。

在本发明的另一有利的扩展方案中规定，电连接线路至少部分地包括第一导电材料。这意味着特别是可以在这里找到相同的物质，从而连接线路的该部分内的特定电导率不会降低。

此外可以规定，电连接线路至少部分地包括第二导电材料。这特别是在连接线路内产生第一导电材料和第二导电材料之间的过渡。在此特别是与下文描述的第二导电材料的形式相结合地得出优点。

特别有利的是，第二导电材料成形为至少一个板、层和/或覆层，其中平行于表面的延伸明显大于材料的厚度。在这种情况下，电流不仅一维地在导电材料中分布，而且基本上二维地分布，使得平行于原料表面地产生在工件上的电流的特别好的均衡以及由此发生的电场的特别好的均衡。板、层或覆层优选地与原料正交地布置。在原料经由辊或滚筒而被引导的情况下，其因此基本上沿着辊的径向方向布置。该板可以包括至少一种导电材料。但它也可以包括至少一种塑料材料，例如，其已经设置有导电漆。这可以是喷漆。对于以这种方式处理的塑料材料，基本上应观察表面电流。也可以设置其他非导电材料来代替塑料材料。原本绝缘的材料的电导率也可以此外或替代地通过掺杂物引起。掺杂物是导电材料的原子，例如金属原子，其被引入到非导电材料的结构中。例如，晶体基础材料中的金属原子可以在晶体结构中占据一些位置。于是，金属原子的价电子在晶体结构中可自由移动，这产生电导率。

绝缘材料也可以是玻璃或陶瓷，其同样可以构造成板状的。

为了产生电导率，绝缘材料可以设有覆层或与层、例如导电膜连接。可以通过气相沉积或借助溅射沉积来进行覆层，其中分别通过材料的汽化/雾化产生材料蒸汽，该材料蒸汽被沉积在载体材料上。在气相沉积中，在溅射沉积的情况下，通过用高能离子轰击材料来热学地产生材料蒸汽。

层可以是没有自身稳定性的膜。该膜可以是金属箔、金属化箔或已经以类似于上述方法之一而使其能导电的绝缘箔。这种膜可以布置、特别是固定在载体上，该载体优选地由绝缘材料组成。例如，这可以是玻璃板或陶瓷板。

在优选实施方式中，可以将分别设有层或覆层的两种绝缘材料平放到彼此之上，其中这些层或覆层面向彼此。在此有利的是，人们不能与第二导电材料接触。

第二导电材料的厚度优选为1nm至1000nm。当第二导电材料包括层和/或覆层时则尤其是这种情况。

如果使用上述方法之一来施加覆层，则这优选在存在预定的氧份额的真空环境中进行。材料蒸汽优选包含金属，其中一部分金属原子与氧反应并因此氧化。这些金属氧化物沉淀为绝缘分子，而未氧化的原子则沉淀为导电材料。第二电材料的电阻可以通过真空环境中的氧份额和/或通过覆层的厚度来调整。例如，钛可以用作导电金属。一些钛原子在氧气的影响下氧化形成氧化钛，氧化钛不导电，但也沉积在绝缘材料上。其他可设想的材料是锌或铟。

板、层和/或覆层优选具有电导率，其中电阻在10至500MOhm(兆欧)之间。

现在为了增加作用到原料上的电场强度而规定：第二导电材料成形为板，其中该板基本上具有彼此平行布置的两个表面，其中这些表面向原料的方向上楔形地逐渐收窄。因此，可以说是锋利的边缘，使得此处的电场强度特别大。与已知电极的针相比，这里的电场强度也由于逐渐变得尖细而增加，但在平行于原料表面的方向上均匀化。

此外，有利的是，第二导电材料成形为板，其中该板具有指向第一电材料的方向的外翻部，该外翻部特别是构成电连接线路的组成部分。换言之，第二导电材料的面向第一导电材料的边缘可具有凹部或凸出部，其例如部分为楔形或部分包括圆弧。利用这种特殊的形式，电导率可以在不同的坐标方向上设计得不同。因此，可以在相对于原料表面的垂直方向上产生与平行方向上的电导率不同的电导率。

上述目的还通过一种用于向导电或非导电原料、特别是塑料材料的表面加载电位的方法而得以实现，其中所述电位引起电极化，其中向至少部分地平行于所述表面延伸的第一导电材料、特别是金属导线加载电位，其中通过至少部分地平行于所述表面延伸的第二导电材料而至少部分地向原料加载电位，其中通过将所述第一导电材料与所述第二导电材料连接的至少一个电连接线路而使第二导电材料至少部分地达到该电位，其中所述第一导电材料具有比第二导电材料更大的电导率。

因此得出了与已经在根据本发明的电极的上下文中所描述的相同的优点。

附图说明

本发明的进一步优点、特征和细节从以下描述中得出，其中参考附图详细解释了各种实施例。在此，权利要求和说明书中提到的特征单独地或以所提到的特征的任意组合的形式对于本发明来说是重要的。在整个公开的范围内，在根据本发明的方法的上下文中描述的特征和细节自然也在根据本发明的电极的上下文中适用，并且反之亦然，从而关于本发明的各个方面所公开的内容总是被相互参考或者总是可以相互参考。各图中：

图1示出了电极装置的图示；

图2示出了图1中电极的侧视图II-II；

图3示出了电极装置的等效电路图；

图4示出了另一种电极装置的图示；

图5示出了根据本发明的电极的另一侧视图；

图6示出了根据本发明的电极的另一侧视图；

图7示出了根据本发明的电极的另一侧视图；

图8示出了根据本发明的电极的另一侧视图；

图9示出了根据本发明的电极的另一侧视图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的具有导线101的电极100，导线101代表第一导电材料。使用未示出的发电机可以使该导线101达到相对于地电位、即零的电位。因此，在电极和地之间产生有利地大于1千伏(kV)、优选地大于10kV的电压。优选地由一种或多种金属组成的导线101可以具有高电导率，使得即使电荷流走，在所有点上的电位也都是同样高的。代替导线，还可以设置第一导电材料的另一种形式，例如棒或管，它们分别都是有抗弯刚性的。

具有比第一导电材料更低的电导率的第二导电材料布置在导线101和原料102之间。在本实施例中，第二导电材料被设计为板103。这种设计方案意味着：其宽度B及其高度H明显大于厚度D。宽度B优选地平行于用于原料102的支承件104延伸，在本示例中也即平行于被设计为辊的支承件的旋转轴线105而延伸。高度H可以垂直于此延伸。板的优选厚度最大可达5mm。板的优选高度在1cm至20cm之间。板的优选宽度在50cm至400cm之间。

还可以借助于发电机使支承件达到一个电位。然而在当前特别有利的情况下，支承件104是接地的。

板103可以例如是不具有电导率或仅具有最小电导率的塑料板。然后可以用导电物质或物质混合物、例如以气相沉积的方式对该塑料板覆层，以实现表面电导率。

板103通过一个、但特别是通过多个连接106与导线103连接。这些连接可以由与导线101相同的材料组成。然而，通过使这些连接具有比导线101更小的横截面积和/或包括另一材料，这些连接可以分别具有比导线101更低的电导率。

从图2还可以看出，板向原料102的方向上逐渐变尖细，例如以楔形107的形式。在边缘108处因此产生了大的电场强度。

图3现在示出了根据图1和图2的电极100的优选实施方式的所谓的等效电路图。

导线101作为线被示出，这意味着：所述导线对电流不提供电阻。所以导线上的每一点都存在着相同的电压。这些连接106包括引起电压降的电阻R1。板103可以被视为一排电阻R2，其中在每个电阻R2之间都有连接106的馈电点。电阻R2意味着：电流不能无阻碍地平行于支承件104流动。由此而防止了局部过热并因此防止了对板103和/或原料102的损坏。

图4示出了根据本发明的另一电极，其构造类似于图1中所示的电极。主要区别在于，其上布置有连接106的边缘现在被设计为凹部109。这意味着板103的高度在每两个连接之间减小。在本示例中，这些是弧形凹部109，其中曲线走向是连续的。然而，也可以设想另一形式，例如楔形凹部。利用所述凹部而改变由板103引起的电阻。因此，这些形式的适合的设计影响到板103在由其所展开的平面内或沿由其所展开的平面的电导率。因此，可以使边缘108处的电场强度经整个宽度B均匀化。

图5示出了根据本发明的电极100的另一实施方式的侧视图。其最初包括两个绝缘板120、121，例如两个玻璃板。这些绝缘板分别带有层130、131，例如胶合膜和/或例如通过气相沉积或通过溅射所施加的覆层。层或覆层的厚度优选最大为500nm。绝缘板布置成使得层和/或覆层130、131面向彼此并且至少部分地接触。

如在结合图1至图4所解释的实施例那样，由导线101确保电流或电压的输送，其中所述导线101优选地以夹紧方式被保持在绝缘板之间并且与一个层或这两个层或覆层130、131导电接触。背离导线的边缘108面向图5中未示出的原料，如图2所示。相同的布置也适用于图6至图9。

为了将绝缘板120、121彼此固定，可以设置未示出的夹具，其夹具臂可以放置在绝缘板的外侧并且将指向彼此的力作用到绝缘板上。代替夹紧装置或者除了夹紧装置之外，可以设置至少一个螺纹连接，其中绝缘板可以设有通孔，特别是贯通孔，螺钉、螺纹杆、螺栓等可以通过所述通孔而穿通。

为了不产生与层或覆层的接触，可以规定：层或覆层在绝缘板130、131的通孔区域中保持留空而没有层或覆层。然而，该留空也可以出于其他原因而进行，并且因此无关于图5的实施例。为了产生这种留空，层可以在与绝缘板连接之前被设有一个或多个空隙，所述空隙特别是被设计为，当其被放置在绝缘板上时距相应通孔有一定距离和/或该层具有所期望的外围形状。在覆层时，可以在覆层过程之前遮盖要留空的区域。在覆层过程结束后，必须再次移除遮盖物，从而使应保持无覆层的区域不包括任何覆层。

图6示出了根据本发明的电极的与图5类似的结构。显著的区别在于，绝缘板120和121在其上部区域中具有凸出部140和141，凸出部140和141面向彼此并且分别包括层或覆层。可以如所示地设计为斜坡的凸起因此可以形成在所示横截面中可见的槽状凹陷，导线101被嵌入到该凹陷中。在此的优点是层或覆层130、131现在大面积地平放到彼此之上。

图6中示出但可以与该图的实施例无关地与本公开的所有其他实施例相结合的另一个方面是电极的面向未示出的原料的尖端朝该原料的方向的缩窄。利用这个特征，可以增加边缘108区域中的电场强度。

图7示出了根据本发明的电极的另一实施例，其中仅绝缘板120带有层或覆层130。本发明的这个方面还可以与本公开中所示的所有其他实施例相结合。

图7示出了可以与其他实施例自由结合的本发明的第二方面。因此，第二绝缘板121经由粘合连接150与第一绝缘板121连接，从而可以省去机械连接。

图7示出了可以与示例性实施例自由结合的本发明的第三方面。因此，与绝缘板120相比，第二绝缘板121在其高度方面是减小的。导线101平放在绝缘板121的平台122上，其中该导线与层或覆层130接触。导线101通过粘合剂外罩152相对于环境绝缘。

图8示出了本发明的一个实施例，其设计类似于图5的实施例。在此情况下，再次如已经结合图7所解释的，省去绝缘板120和121的机械连接，并且通过粘合连接来设置连接。又可以通过粘合剂外罩152从环境屏蔽导线101。

图9示出了本发明的又一个其他实施例，其中层或覆层130和131围绕上方内边缘124和125周围而卷边，并因此延伸到绝缘板120、121的上方表面。在这种情况下，导线101也可以被设计为扁平带，其以导电方式接触这两个层或覆层。这里，也可以通过粘合剂外罩152从环境屏蔽导线101。

在未在任何附图中示出的本发明的另一方面中，可以在两个绝缘板120、121之间布置另外的绝缘板，所述另外的绝缘板可以分别在一侧或两侧上不带有层或覆层。通过这种方式可以进一步增加边缘108区域中的电场强度。

Claims (11)

1.一种向导电或非导电原料、特别是塑料材料的表面加载电位的电极，所述电位特别是引起电极化，其中所述电极具有：至少部分地平行于所述表面延伸的第一导电材料、特别是金属导线；至少部分地平行于所述表面延伸的第二导电材料；将所述第一导电材料与所述第二导电材料连接的至少一个电连接，其中所述第一导电材料具有比所述第二导电材料更大的电导率。

2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，作为电连接而设置多个分别彼此间隔开的电连接线路，所述电连接线路将所述第一导电材料与所述第二导电材料连接。

3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述第一导电材料的电导率比所述第二导电材料大至少10³倍。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述第一导电材料包括至少一种金属。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述第二导电材料包括至少一种塑料。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电连接至少部分地包括所述第一导电材料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电连接至少部分地包括所述第二导电材料。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述第二导电材料成形为至少一个板、层和/或覆层，其中特别是平行于表面的延伸明显大于所述材料的厚度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述第二导电材料成形为板，其中所述板基本上具有彼此平行布置的两个表面，其中所述表面特别是向原料的方向上楔形地逐渐收窄。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述第二导电材料成形为板，所述板具有指向第一电材料的方向的外翻部，所述外翻部特别是构成电连接线路的组成部分。

11.一种用于向导电或非导电原料、特别是塑料材料的表面加载电位的方法，其中所述电位引起电极化，其中向至少部分地平行于所述表面延伸的第一导电材料、特别是金属导线加载电位，其中通过至少部分地平行于所述表面延伸的第二导电材料而至少部分地向所述原料加载电位，其中通过将所述第一导电材料与所述第二导电材料连接的至少一个电连接而使第二导电材料至少部分地达到所述电位，其中所述第一导电材料具有比第二导电材料更大的电导率。