DE1007416B - Be- und Entladungseinrichtung fuer elektrostatische Maschinen - Google Patents

Be- und Entladungseinrichtung fuer elektrostatische Maschinen

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Publication number
DE1007416B
DE1007416B DEL16680A DEL0016680A DE1007416B DE 1007416 B DE1007416 B DE 1007416B DE L16680 A DEL16680 A DE L16680A DE L0016680 A DEL0016680 A DE L0016680A DE 1007416 B DE1007416 B DE 1007416B
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DE
Germany
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spray
tips
loading
charge transport
shell
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Pending
Application number
DEL16680A
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English (en)
Inventor
Dr Rer Techn Ulrich Neubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Publication of DE1007416B publication Critical patent/DE1007416B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06Influence generators
    • H02N1/10Influence generators with non-conductive charge carrier

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)

Description

  • Be- und Entladungseinrichtung für elektrostatische Maschinen Für elektrostatische Maschinen nach Töpler, Holz, Van de Graaff, Kossel, Felici u. a. gibt es Ionisationsbeladungseinrichtungen aller möglichen Art. Sie bestehen im wesentlichen immer aus einer Influenz- oder Induktionsplatte, der auf der anderen Seite der Dielektrikumfläche oder Ladungsträgerfläche eine Sprühspitze oder ein Sprühdraht gegenübersteht. Hierbei sind zwei Gruppen von Schaltungen zu unterscheiden, und zwar diejenigen, die mit Fremderregung arbeiten, und diejenigen, die mit Selbsterregung arbeiten. Die mit Selbsterregung arbeitenden Schaltungen sind meist auf einem anfänglichen Reibungseffekt angewiesen. Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, für eine elektrostatische Maschine mit dielektrischen ladungstragenden Flächen eine mit ihr gekuppelte Erregermaschine mit metallenen Ladungsflächen zu verwenden. Die dabei benutzte Schaltung hat allerdings noch den Nachteil, daß die Erregermaschine nach anfänglicher Erregung der Hauptmaschine über einen für die hohe Spannung von etwa 100 kV eingerichteten Schalter abgeschaltet werden muß.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Be- und Entladungseinrichtung bei elektrostatischen Maschinen mit gegenläufig zueinander bewegten Ladungstransportflächen aus Isolierstoff. Diese Einrichtung ermöglicht es, die Erregung, die entweder von einer Erregermaschine oder auch einer dauernd eingeschalteten Erregerstromquelle geliefert wird, ständig unverändert zu lassen, ohne sie also abzuschalten. Die Erfindung geht hierbei von den bekannten Beladungseinrichtungen für Van-de-Graaff-Generatoren aus, bei denen die Sprühspitzen von einer leitenden Hülle derart umgeben sind, daß die Spitzen gegen jeden fremden Einfluß, wie bei einem Faradav-Käfig, geschützt sind, selbst aber ihre Sprühfähigkeit nach der dielektrischen Fläche hin nicht verlieren. Um zu einem sehr einfachen Aufbau der Be- und Entladungseinrichtung zu gelangen, ist diese gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Sprühspitzen von der Hülle elektrisch isoliert sind und die Hülle selbst auf der einen Seite wesentlich verbreitert ist und daß zwei Hüllen mit Sprühspitzen auf beiden Seiten der Ladungstransportflächen so einander gegenübergestellt sind, daß ihre verbreiterten Stirnseiten gleichzeitig als Influenzplatten der ihnen gegenüberliegenden Spitzen dienen. Auf diese Weise werden die üblichen Influenz- oder Induktionsplatten für die Erregung erspart.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besitzen die die Sprüheinrichtung umgebenden und als Erreger- bzw. Induktionsplatten wirkenden Hüllen eine in Bewegungsrichtung der zugewandten Ladungstransportfläche verlängerte, nach außen schwach abgekrümmte Form. Zweckmäßig sind die die Spitzen umgebenden Hüllflächen aus Metall und ganz oder teilweise mit isolierendem Lack überzogen.
  • Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
  • Die Fig. 1 und 1 a sind ein schematisch gehaltener Schnitt bzw. eine schaubildliche Ansicht einer elektrostatischen Maschine mit zwei gegenläufigen Isolierstoffflächen F1 und F2. Die Be- und Entladungseinrichtung besteht aus den Sprühspitzen oder Sprühdrähten 1 und den Hüllen Hl bzw. H2. Legt man in Fig. 1 an die Punkte 2 und 3 die Erregerspannung, die einer Fremdquelle oder einer Erregermaschine entnommen wird, so wird die Maschine von den einen Pol bildenden Be- und Entladungseinrichtungen oder, falls von der gleichen Polarität mehrere Pole vorhanden sind, Polgruppen erregt. Jede Hüllelektrode, z. B. Hl und H2, ist auf der dem Dielektrikum zugewandten Seite planparallel zu dieser ausgebildet. Dabei wird der durch ihre Spitze abgetrennte größere Teil als Induktionsfläche für die ihr gegenüberliegende Spitze verwandt. Auf diese Art tritt an dieser Stelle eine Beladung beider gegenläufig be-,vegten Flächen ein, sofern än den Punkten 2 und 3 die Erregerspannung liegt. Nach dieser anfänglichen Fremderregung erregt sich die Maschine vermöge der angewandten Schaltung durch die an den Widerständen 4 und 5 hervorgerufenen Spannungsabfälle des Verbraucherstromes oder eines Teiles desselben, der durch den Verbraucher h und in Richtung der Pfeile fließt, selbst weiter. Dadurch tritt an den Sprühdrähten oder Sprühspitzen eine Abnahme der Ladung von der ihr gegenüberliegenden Isolierfläche des einen Vorzeichens und ein Aufbringen der Ladung des anderen Vorzeichens ein. Es kommt also zu einer Umladung. Die Widerstände 4 und 5 können sowohl Ohmsche Widerstände als auch Widerstände sein, die als Glimm- und Sprühstrecken ausgebildet sind. Die Erregerspannung der Fremdquelle braucht nicht abgeschaltet zu werden, da nach Einsetzen der Selbsterregung diese Selbsterregerspanmung durch die Widerstände 4 bzw. 5 so begrenzt wird, daß sie die Werte der Fremderregerspannung nicht übersteigt.
  • Bei einem Trommelanker muß ein solches Beladungssystem etwa längs der Mantellinie, bei Scheibenankern etwa radial dazu wirksam werden. Die Beladungseinrichtung hat in letzterem Fall dann die Form eines. Kreissektors. Am Umfang sollen stets 2 za. Pole der Hauptspannung angeordnet sein und gleichnamige Pole durch elektrisch leitende Verbindungen zusammengefaßt werden. Hierbei ist genau zu unterscheiden zwischen Polen der Hauptspannung und Polen der Erregerspannung. Eine Erregereinrichtung, wie sie z. B. in Fig. 1 oberhalb der gestrichelten Linie .4-B dargestellt ist, bildet hier einen der negativen Pole der Hauptspannung, aber ein Polpaar für die Erregerspannung.
  • Kehrt man die Drehrichtung. um, so erhält man eine Umpolung an den Hauptpolen. Man muß dann aber die Erregerspannung verdoppeln, da anderenfalls eine Auslöschung der Erregerspannung durch das Feld der Ladungstransportflächen erfolgen würde. Man kann diese Verdoppelung der Erregerspannung vermeiden, wenn man die beiden Hälften eines Hauptpols drehbar oder verschiebbar gegeneinander gestaltet und beide Stirnseiten der Beladungseinrichtung verbreitert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Dann wirkt jeweils die entsprechende Hälfte der Hülle H als Influenzelektrode. Die Verschiebung der Elektroden kann entweder von Hand oder aber auch selbsttätig mit Umkehr der Drehrichtung erfolgen.
  • Liegt die Polarität fest und soll die Drehrichtung sich nicht umkehren, dann kommt man zu einer Formgebung der Hüllflächen, wie die Fig. 3 sie zeigt. Dieser Gestaltung liegt ein Gedanke zugrunde, der schon früher von den Erbauern der alten Glasplatten-Reibelektrisiermaschinen angewandt wurde. Bei diesen schloß sich an die amalgamierten Lederreibkissen ein Stück Seidentaft an. Sofern man diesen wegließ, kam die Maschine nicht richtig auf Spannung und lieferte nur wenige Funken (Strom). Die Seidenlappen hatten die Aufgabe, ausgleichend auf das Feld zu wirken, indem sich auf ihnen Ladung »verschmierte« und somit ein allmählich sich entlang der Glasplatte verminderndes Feld entstand. Es wurde auch bereits an diesen Maschinen der Seidentaft durch gekrümmte Aluminiumfolie ersetzt.
  • Bei der vorliegenden elektrostatischen Beladungseinrichtung erhalten nun gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung die als' Induktionsflächen wirkenden Hüllen der Abnehmer eine durch die Feldverteilung besonders bestimmte Form, die die tangentiale Beanspruchung entscheidend herabsetzt. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ebener Scheiben als Ladungsträger führen diese Überlegungen zu schalenförmigen Hüllelektroden, die sich allmählich von den ladungstragenden Flächen in schwacher Krümmung entfernen. Dadurch wird eine Feldverteilung mit einer starken, tangential zu den Ladungsflächen gerichteten Komponente, wie sie bei gestreckt angeordneten Hüllen entsprechend Fig. 4 auftritt, vermieden. In Fig. 3 ist eine solche mit gekrümmten Hüllelektr oden arbeitende elektrostatische Maschine schematisch dargestellt. F1 und F2 sind wieder die als Ladungsträger wirkenden Isolierflächen, die sich im entgegengesetzten Sinne zueinander be%vegen. Die Beladungseinrichtungen besitzen Sprühspitzen, die von den Hüllelektroden isoliert sind. Für das Erreichen einer hohen Spannung sind die Beladungseinrichtungen als gekrümmte Schalen ausgebildet, wodurch sich eine wesentlich günstigere Feldverteilung als bei nicht gekrümmten Flächen einstellt. Auf diese Weise wird die erzeugte Spannung nicht durch Gleitentladungen herabgesetzt. Die sonstige Wirkungsweise dieser Maschine ist die gleiche wie die nach Fig.1. Die Erregerelektroden brauchen nicht als Hüllflächen ausgebildet zu sein, sie können auch massiv gehalten werden, wenn nur alle Ränder eingeringelt werden, um Kanten oder starke Krümmungen zu vermeiden. Der Isolationseinsatz besitzt zweckmäßig eine sehr große Dielektrizitätskonstante, während die Oberflächen der Schalen vorteilhafterweise auf ihrer der Beladungsfläche zugewandten Seite mit einem gut isolierenden Lack oder einem anderen Isolierüberzug - besonders in der Nähe der Sprühspitzen - versehen sind, um Überschläge von den Spitzen zu ihrer umgebenden Hüllfläche zu verhindern. In Fig. 3 sind die Isolierkörper J zwischen den in der Schnittebene getrennt erscheinenden Elektrodentei.len einer Schale dargestellt. h ist wieder der Verbraucher, und 4 und 5 sind die Widerstände zur Erzeugung des Spannungsabfalles für die Erregerspannung, wobei von 2n Polen der Übersichtlichkeit halber nur zwei angeschlossen sind.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Be- und Entladungseinrichtung für elektrostatische Maschinen mit gegenläufig zueinander bewegten Ladungstransportflächen aus Isolierstoff und mit von einer Hülle (Faraday-Käfig) umgebenen Sprühspitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühspitzen von der Hülle elektrisch isoliert sind und die Hülle selbst auf der einen Seite wesentlich verbreitert ist und daß zwei Hüllen mit Sprühspitzen auf beiden Seiten der Ladungstransportflächen so einander gegenübergestellt sind, daß ihre verbreiterten Stirnseiten gleichzeitig als Influenzplatten der ihnen gegenüberliegenden Spitzen dienen.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sprüheinrichtung umgebenden und. als Influenzplatten wirkenden Hüllen eine in Bewegungsrichtung der zugewandten Ladungstransportfläche verlängerte, nach außen schwach abgekrüminte Form besitzen (Fig. 3).
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spitzen umgebenden Hüllflächen aus Metall und ganz oder teilweise mit isolierendem Lack überzogen sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Erregerspannung zwischen Hülle und Sprühsatz einer fremden Erregerspannungsquelle oder einer miteingebauten Erregermaschine entnommen ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach anfänglicher Erregung diese durch vom Verbraucherstrom oder Teilen von ihm hervorgerufene Spannungsabfälle selbst vorgenommen ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladungseinrichtungen symmetrisch angeordnet und je nach dem Drehsinn gegeneinander um kleine Beträge verschiebbar sind (Fig. 2).
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der beiden Hälften der Beladungseinrichtung von Hand oder aber selbsttätig bei Änderung des Drehsinns erfolgt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5461272A (en) * 1993-10-28 1995-10-24 Nippon Mektron, Ltd. Planar micro-actuator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5461272A (en) * 1993-10-28 1995-10-24 Nippon Mektron, Ltd. Planar micro-actuator

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