DE102005048002B4

DE102005048002B4 - Hochspannungselektrodenanordnung

Info

Publication number: DE102005048002B4
Application number: DE200510048002
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Ludwig (FH); Lukas Hahne
Original assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Current assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: DE502006000326D1; EP1772933A1; DE102005048002A1; EP1772933B1

Abstract

Hochspannungselektrodenanordnung, enthaltend eine Hochspannungszuführung (101) und mindestens eine Hochspannungselektrode (102) in einem Elektrodenprofil (103),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochspannungselektrodenanordnung Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung der mindestens einen Hochspannungselektrode (102) aufweist,
dass diese Mittel (106) mindestens ein auf den Betriebsstrom oder eine hieraus abgeleitete Größe ansprechendes Bauelement (203, 204) aufweisen, welches in dem Elektrodenprofil (103) in der Hochspannungszuführung (101) derart angeordnet ist, dass es vom Betriebsstrom durchflossen wird, wobei das Bauelement (203, 204) gegenüber einem Bezugspotential, insbesondere Erde, isoliert ist,
dass die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung intermittierend mit einer über den Betriebsstrom angesammelten Ladung betreibbar sind, und
dass die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung als optische und/oder als akustische Anzeigemittel ausgebildet sind oder ihnen solche Anzeigemittel (201, 202) am Elektrodenprofil (103) zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungselektrodenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Anordnungen werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, etwa in der Druck- und Verpackungstechnik.
Eine Hochspannungselektrodenanordnung dieser Art ist aus der DE 37 25 142 A1 bekannt und wird dort als Hochspannungselektrode bezeichnet, die mindestens zwei Einzelelektroden aufweist. Die bekannte Hochspannungselektrodenanordnung ist von einer Spannungsversorgungs- und Strommesseinrichtung räumlich getrennt angeordnet und über elektrische Leitungen verbunden.
Die DE 28 14 546 A1 betrifft ein sachfremdes Gebiet und zeigt einen elektrischen Spannungsprüfer, in dessen Stromkreis ein menschlicher Körper liegt. Der Spannungsprüfer enthält Kondensatoren, die mittels spannungsabhängiger elektronischer Schalter (zum Beispiel Diac, Thyristor und Vierschichtdiode) über ein Anzeigegerät (LEDs) periodisch entladen werden.
Die EP 0 783 451 B1 beschreibt eine Hochspannungselektrodenanordnung in einer Vorrichtung zum Bilden eines Zeitungs- oder Zeitschriftenstapels, als Vorstufe zur Verpackung des Stapels in einer Schrumpffolie.
Die EP 0 837 824 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Ablösen der gasförmigen laminaren Grenzschicht bei einer in einer Druckmaschine schnell laufenden Materialbahn.
Aus der EP 1 034 078 B2 ist eine elektrostatische Hochspannungselektrodenanordnung für ein Tief- und Flexodruckwerk bekannt.
Die EP 1 233 834 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Befeuchten einer Materialbahn, etwa aus Papier oder Textil, die eine Hochspannungselektrodenanordnung umfasst.
Zu einer konkreten konstruktiven Ausführung einer solchen Hochspannungselektrodenanordnung wird hingewiesen auf die EP 0 384 022 B1 , die ebenso wie mehrere der vorgenannten Druckschriften von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung stammt. Die Hochspannungselektrode ist bei derartigen Anordnungen über ein Hochspannungskabel (eine Hochspannungszuführung) mit einem Hochspannungsnetzgerät verbunden.
Bei solchen Anordnungen kann man an der Elektrode selbst nicht erkennen, ob Hochspannung anliegt oder nicht. Daher sind in der Regel die Hochspannungsnetzgeräte mit Funktionsanzeigen ausgestattet, die einen Bediener über den Betriebszustand der Hochspannungselektrode informieren. Eine solche Information ist schon aus Sicherheitsgründen, aber auch mit Blick auf reibungslose Arbeitsabläufe von Bedeutung.
Häufig ist jedoch die Funktionsanzeige des Hochspannungsnetzgerätes vom Einsatzort der Hochspannungselektrode nicht einsehbar.
Es ist auch möglich, dass am Netzgerät zwar eingeschaltete Hochspannung angezeigt wird, diese jedoch aufgrund einer Unterbrechung im Hochspannungskabel nicht an der Elektrode ankommt. Bei Anwendungen mit mehreren Hochspannungselektroden, die an mehreren Hochspannungsnetzgeräten betrieben werden, kann es schwierig sein, den Betriebszustand einer bestimmten Elektrode zu erkennen.
Aus diesen Gründen hat der Bediener und Betreiber einer solchen Anlage ein Interesse an einer Betriebs- und Funktionsanzeige direkt an der Elektrode.
Die technischen Probleme einer Betriebsanzeige an der Elektrode sind zum einen die hohe Betriebsspannung der Elektrode in Höhe von mehreren kV, zum anderen das Fehlen eines Gegenpotentials, wenn Elektroden unipolar betrieben werden und der Betriebsstrom von der Elektrode über eine Koronaentladung abfließt.
Daher ist bis heute keine den praktischen Anforderungen genügende Betriebsanzeige für Hochspannungselektroden verfügbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungselektrodenanordnung bereitzustellen, die eine einfach und kostengünstig auszuführende Betriebszustandserfassung umfasst, welche ihrerseits die Realisierung einer für das Bedienpersonal unter praktisch allen Einsatzbedingungen leicht wahrnehmbaren Anzeige des Betriebszustandes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochspannungselektrodenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung löst die Aufgabe auf überraschend einfache Weise. Sie schließt zunächst das Abgehen von dem etablierten Konzept ein, eine Betriebszustandserfassung und -anzeige ausschließlich am Netzgerät vorzusehen. Weiter schließt sie den Gedanken ein, Mittel zur Betriebszustandserfassung vorzusehen, die ein auf den Betriebsstrom oder eine hieraus abgeleitete Größe im Bereich der eigentlichen Elektrode(n) ansprechendes Bauelement aufweisen. Es wird vorgeschlagen, dieses Bauelement in der Elektrode oder den Elektroden selbst derart anzuordnen, dass es einerseits vom Betriebsstrom durchflossen wird und andererseits gegenüber dem Bezugspotential (speziell Erde) isoliert ist.
Dabei ist vorgesehen, dass die Mittel zur Betriebszustandserfassung als optische und/oder akustische Anzeigemittel wirken oder ihnen solche Anzeigemittel zugeordnet sind. Beim Vorsehen optischer Anzeigemittel sind diese so in die Elektrode integriert, dass sie in Gebrauchslage der Elektrode vom Bediener leicht einzusehen ist. Zudem wird die Anzeige in ihren optischen Parametern (Farbe, Helligkeit, Größe etc.) so ausgeführt, dass sie, in Anpassung auf typische Umgebungsbedingungen, auch eine hinreichende Signalwirkung entfaltet.
In einer weiteren Fortbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass den Mitteln zur Betriebszustandserfassung Verarbeitungs- oder Speichermittel zur Verarbeitung bzw. Speicherung eines Betriebszustandssignals der Hochspannungselektrodenanordnung zugeordnet sind. Diese Variante kann mit der vorgenannten bevorzugten Ausführung kombiniert sein, so dass einerseits eine unmittelbare Anzeige vor Ort und andererseits eine Weiterverarbeitung, Fern-Anzeige oder Speicherung der direkt an den Elektroden erfassten Betriebszustandsdaten für andere Zwecke verfügbar wird.
Da der Betriebsstrom der Elektroden gattungsgemäßer Anordnungen in der Regel sehr niedrig ist und häufig im μA-Bereich liegt und damit zur direkten Ansteuerung der meisten hier einsetzbaren Anzeigemittel zu klein ist, ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Mittel zur Betriebszustandserfassung intermittierend, insbesondere periodisch, mit einer über den Betriebsstrom angesammelten Ladung betreibbar sind. Es ist insbesondere ein Ladungszwischenspeicher vorgesehen, der mit dem Betriebsstrom gelieferte Ladung zunächst akkumuliert, um sie dann in ”Paketen” mit ausreichender Stromstärke an das eingesetzte Anzeigeelement abzugeben. Eine solche Betriebsanzeige kommt also in vorteilhafter Weise ohne Hilfsenergie aus.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung dieses letztgenannten Konzeptes weisen die Mittel zur Betriebszustandserfassung ein Ladungsspeicherelement, eine diesem nachgeordnete, ladungsabhängig arbeitende Zündeinrichtung und ein durch die Zündeinrichtung angesteuertes Anzeigeelement, insbesondere eine LED, auf. Als Ladungsspeicherelement kommt ein gemäß den Einsatzbedingungen (insbesondere dem verfügbaren Betriebsstrom der Elektroden und dem benötigen Betriebsstrom des Anzeigeelementes) ausgewählter Kondensator eines Standard-Typs, als Zündeinrichtung ein Diac o. ä. kostengünstiges Standard-Bauelement und als Anzeigeelement insbesondere eine LED in Betracht.
Eine weitere Fortbildung des Erfindungsgedankens zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zur Betriebszustandserfassung zur Erfassung der Polarität einer zum Betrieb der Hochspannungselektrodenanordnung benutzten Gleichspannung ausgebildet sind. Auch hier ist in vorteilhafter Weise weiterhin vorgesehen, dass die Mittel zur Betriebszustandserfassung als Anzeigemittel wirken oder ihnen solche zugeordnet sind – wobei deren Anzeigesignal polaritätsabhängig ist. Diese Polaritätsabhängigkeit kann durch Einsatz von als solche unidirektional arbeitenden Bauele menten oder auch durch Zuschaltung eines zusätzlichen Bauelementes mit ”Ventilfunktion” realisiert werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anzeigemittel in ihrer Farbe, Grafik, Fläche und/oder Helligkeit sich unterscheidende optische Anzeigemittel, insbesondere verschiedenfarbige LEDs und/oder LED-Anzeigen mit unterschiedlichen Leuchtflächenkonturen, aufweisen, welche polaritätsabhängig selektiv betrieben werden. Alternativ hierzu oder für spezielle Anwendungsfälle auch in Kombination hiermit können die Anzeigemittel ferner akustische Anzeigemittel mit unterschiedlicher Tonhöhe oder -zusammensetzung und/oder unterschiedlich intermittierender Tonausgabe aufweisen, welche polaritätsabhängig selektiv betrieben werden. Mit diesen Varianten lassen sich die mit der vorgeschlagenen Betriebszustandsanzeige zu erreichenden Warn- und Informationswirkungen allen wesentlichen praktischen Anforderungen anpassen.
Eine weitere Fortbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, dass die Anzeigemittel eine vom Betrag des Betriebsstromes abhängige Anzeige bereitstellen. Dies kann in der praktischen Ausführung in besonders einfacher und plausibler Weise so aussehen, dass die Anzeigemittel eine intermittierende Anzeige bereitstellen, deren Frequenz oder Tastverhältnis vom Betrag des Betriebsstromes abhängig ist. Es kann also etwa eine betriebsstromabhängig langsamer oder schneller blinkende LED oder ein in kürzeren oder längeren Abständen ertönender Summer dem Bediener erforderlichenfalls Auskunft über die Größenordnung des Betriebsstromes geben.
Zur Gewährleistung der erforderlichen hochspannungsfesten elektrischen Isolation sind die Mittel zur Betriebszustandserfassung (optional zugleich die Anzeigemittel bildend) insbesondere in die Vergussmasse der Elektrode(n) eingebettet. Dies macht zusätzliche Isolationsmittel überflüssig und wirkt somit kostensparend.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden im übrigen deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Hochspannungselektrodenanordnung in schematischer Darstellung und
2 Einzelheiten des Anzeigeelementes dieser Anordnung.
1 zeigt eine Hochspannungselektrodenanordnung 100 (deren Netzteil hier nicht dargestellt ist), die eine Hochspannungszuführung (ein Hochspannungskabel) 101 und mehrere Korona-Hochspannungselektroden 102 in einem Elektrodenprofil 103 aufweist. Den Elektroden 102 sind jeweils Hochspannungswiderstände 104 zugeordnet, und gemeinsam mit ihnen ist in eine Vergussmasse 105 eine Einrichtung 106 zur Betriebszustandserfassung und -anzeige eingebettet.
Die Hochspannungszuführung 101 ist innerhalb der Vergussmasse 105 über einen ersten Zuleitungsabschnitt 107a mit der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 106 verbunden, und diese wiederum ist über einen zweiten Zuleitungsabschnitt 107b über die Hochspannungswiderstände 104 mit den Elektroden 102 verbunden. Die Einbettung in die Vergussmasse 105 sichert die hochspannungsfeste Isolierung der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 106, die somit auf dem Potential der angeschlossenen Hochspannung liegt, gegenüber dem Bezugspotential (Erde). In der Figur ist symbolisch dargestellt, dass die Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 106 zwei (hier nicht gesondert bezeichnete) Anzeigeelemente aufweist, die im Wahrnehmungsbereich eines Bedieners angeordnet sind.
2 zeigt ein Beispiel des Aufbaus der Erfassungs- und Anzeigeeinrichtung 106, mit zwei verschiedenfarbigen Leuchtdioden (LED) 201 und 202. Die Einrichtung 106 liegt, wie bereits in 1 dargestellt, zwischen den Leitungsabschnitten 107a und 107b der Hochspannungszuführung zu den Elektroden und enthält im dazwischenliegenden Strompfad einen Kondensator 203 als Ladungsspeicherelement. Die LEDs 201 und 202 sind in Reihe mit einem Diac 204 und einem Vorschaltwiderstand 205 in einem Parallelzweig zum Kondensator 203 angeordnet.
Der Betriebsstrom der Hochspannungselektrodenanordnung fließt vom Eingang HV IN der Einrichtung 106 auf den Kondensator 203, und die Spannung am Kondensator steigt an. Wird die Zündspannung des Diac 204 erreicht, entlädt sich der Kondensator über den Diac 204, den Vorschaltwiderstand 205 (zur Strombegrenzung) und – je nach Polarität – selektiv eine der Dioden 201 oder 202. Dabei leuchtet die jeweils angesteuerte Diode in der ihr eigenen Farbe auf.
Je größer der Elektrodenstrom und damit der Ladestrom des Kondensators 203 ist, desto schneller wird die Zündspannung des Diac 204 erreicht, und desto höher wird folglich die Blinkfrequenz der jeweils angesteuerten LED 201 oder 202. Bei angemessener Dimensionierung ergibt sich bereits ab ca. 10 μA Elektrodenstrom eine Blinkfrequenz von ca. 0,5 Hz und damit ein für den Bediener deutlich wahrnehmbares Anzeigesignal. Bei 1 mA Elektrodenstrom steigt diese Blinkfrequenz auf etwa 5 Hz. Bei noch deutlich höheren Betriebsströmen würde sich in der Wahrnehmung des Bedieners praktisch ein Dauer-Signal ergeben. Die Blinkfrequenz gibt also Auskunft über die Größenordnung des Betriebsstromes. Mit geeigneter Dimensionierung der o. g. Bauelemente kann für unterschiedliche Betriebsstrom-Konstellationen eine gut wahrnehmbare Anzeige realisiert werden.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Solche Abwandlungen betreffen insbesondere die Art und sinnvolle Kombinationen der eingesetzten Anzeige- und zusätzlichen Bauelemente.

Claims

Hochspannungselektrodenanordnung, enthaltend eine Hochspannungszuführung (101) und mindestens eine Hochspannungselektrode (102) in einem Elektrodenprofil (103), dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektrodenanordnung Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung der mindestens einen Hochspannungselektrode (102) aufweist, dass diese Mittel (106) mindestens ein auf den Betriebsstrom oder eine hieraus abgeleitete Größe ansprechendes Bauelement (203, 204) aufweisen, welches in dem Elektrodenprofil (103) in der Hochspannungszuführung (101) derart angeordnet ist, dass es vom Betriebsstrom durchflossen wird, wobei das Bauelement (203, 204) gegenüber einem Bezugspotential, insbesondere Erde, isoliert ist, dass die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung intermittierend mit einer über den Betriebsstrom angesammelten Ladung betreibbar sind, und dass die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung als optische und/oder als akustische Anzeigemittel ausgebildet sind oder ihnen solche Anzeigemittel (201, 202) am Elektrodenprofil (103) zugeordnet sind.
Hochspannungselektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei den Mitteln (106) zur Betriebszustandserfassung Verarbeitungs- oder Speichermittel zur Verarbeitung bzw. Speicherung eines Betriebszustandssignals der Hochspannungselektrodenanordnung zugeordnet sind.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung periodisch mit einer über den Betriebsstrom angesammelten Ladung betreibbar sind.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung ein Ladungsspeicherelement (203), eine von der Ladung des Ladungsspeicherelements (203) ladungsabhängig arbeitende Zündeinrichtung (204) und ein durch die Zündeinrichtung angesteuertes Anzeigeelement aufweisen.
Hochspannungselektrodenanordnung nach Anspruch 4, wobei die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung als Anzeigeelement eine LED (201, 202) aufweisen.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung zur Erfassung der Polarität einer zum Betrieb der Hochspannungselektrodenanordnung benutzten Gleichspannung ausgebildet sind.
Hochspannungselektrodenanordnung nach Anspruch 6, wobei die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung als Anzeigemittel wirken oder ihnen solche (201, 202) zugeordnet sind, deren Anzeigesignal polaritätsabhängig ist.
Hochspannungselektrodenanordnung nach Anspruch 7, wobei die Anzeigemittel (201, 202) in ihrer Farbe, Grafik Fläche und/oder Helligkeit sich unterscheidende optische Anzeigemittel aufweisen, welche polaritätsabhängig selektiv betrieben werden.
Hochspannungselektrodenanordnung nach Anspruch 8, wobei die Anzeigemittel (201, 202) verschiedenfarbige LEDs und/oder LED-Anzeigen mit unterschiedlichen Leuchtflächenkonturen aufweisen, welche polaritätsabhängig selektiv betrieben werden.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Anzeigemittel akustische Anzeigemittel mit unterschiedlicher Tonhöhe oder -zusammensetzung und/oder unterschiedlich intermittierender Tonausgabe aufweisen, welche polaritätsabhängig selektiv betrieben werden.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzeigemittel (201, 202) eine vom Betrag des Betriebsstromes abhängige Anzeige bereitstellen.
Hochspannungselektrodenanordnung nach Anspruch 11, wobei die Anzeigemittel (201, 202) eine intermittierende Anzeige bereitstellen, deren Frequenz oder Tastverhältnis vom Betrag des Betriebsstromes abhängig ist.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mittel (106) zur Betriebszustandserfassung zu ihrer elektrischen Isolation in eine Vergussmasse (105) der oder jeder Hochspannungselektrode (102) eingebettet sind.
Hochspannungselektrodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzeigemittel (201, 202) von den Mitteln (106) zur Betriebszustandserfassung mit elektrischer Energie der Hochspannungszuführung (101) betrieben werden, ohne Hilfsenergie.