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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenvorrichtung zur kontaktlosen
Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten oder
einem zu fördernden
elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Steuern einer Elektrodenvorrichtung zur kontaktlosen
Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten
oder einem zu fördernden
elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 12.
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Unter „im Wesentlichen
isolierende Materialien" sind
derartige Materialien zu verstehen, die mindestens über den
größeren Bereich
ihrer Oberfläche als
Isolator bzw. schlechter elektrischer Leiter wirken, z. B. Druck-
oder Verpackungspapiere, Kunststofffolien, folienkaschierte Papiere,
kunststoff-kaschierte Metallfolien oder aber auch Schüttgut wie
beispielsweise Kunststoffgranulat oder dergleichen. In verschiedenen
Industriezweigen, die insbesondere die vorstehend beschriebenen Materialien
mit hohen Geschwindigkeiten handhaben bzw. verarbeiten, sind elektrostatische
Aufladungserscheinungen bekannt und gefürchtet. Die elektrostatischen
Aufladungen können
neben einer Funkenbildung auch zu einer Zerstörung des Materials und zu anderen
ungewünschten
Folgen führen.
Zur Beseitigung elektrostatischer Aufladungen von geförderten
Materialien der oben erwähnten
Art sind kontaktlos arbeitende Elektrodenvorrichtungen bekannt und
kommerziell verfügbar.
Diese haben sich in vielen Anwendungssituationen bewährt.
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Die
bekannten Entladesysteme bzw. Elektrodenvorrichtungen nutzen das
von dem aufgeladenen Material zur Elektrodenvorrichtung ausgehende
elektrische Feld zum Ladungsausgleich, indem sie Gasionen und freie
Elektronen in das elektrische Feld zuführen. Diese werden auf Grund
der Kraftwirkung des elektrischen Felds zu gegenpoligen Ladungen
auf dem aufgeladenen Material hin angezogen und bewirken dort eine
Neutralisierung bzw. eine Kompensation der Aufladung.
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Die
elektrostatische Aufladung kann im Material selbst, d. h. also beispielsweise
bei der Verarbeitung von Rollenmaterial, von Abschnitt zu Abschnitt
des auf der Rolle aufgewickelten Materials variieren, sodass eine
den jeweiligen elektrostatischen Aufladungsverhältnissen angepasste Beseitigung der
elektrostatischen Aufladung wünschenswert
wäre. Die
Parameter, mit der die Beseitigung der Aufladung beeinflusst werden
kann, sind einerseits die an der oder den Elektroden) der Elektrodenvorrichtung anliegende
Spannung sowie ein Tastverhältnis
der Elektroden. Ferner kommen als Parameter die Frequenz, mit welcher
die Elektrode mit Spannung gegensätzlicher Polarität versorgt
werden, oder der Strom, welcher durch die Elektroden fließt, in Frage. Die
beiden Parameter greifen jedoch zumindest indirekt spannungsregulierend
ein, da bei hohen Frequenzen aufgrund der im Stromkreis befindlichen
Kapazitäten
die Höchstspannung
nicht mehr erreicht werden kann. Auch bei einer Stromregulierung
wird effektiv die Spannung entsprechend begrenzt. Das Tastverhältnis der
Elektroden ist das Verhältnis
der Zeitintervalle, in welchen an der Elektrode bzw. den Elektroden
der Elektrodenvorrichtung eine positive Spannung und in welchen
eine negative Spannung anliegt. Bis zum heutigen Tage werden diese
Parameter (entweder die Elektrodenspannung und/oder das Tastverhältnis) überwiegend
manuell an der Apparatur eingestellt. Dies ist arbeitsaufwändig, personalintensiv
und damit relativ teuer, darüber
hinaus ggf. sehr ungenau.
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Demnach
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodenvorrichtung
zur kontaktlosen Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von
einem geförderten
oder einem zu fördernden elektrisch
im Wesentlichen isolierenden Material anzugeben, bei welcher ein
gutes Entladungsergebnis mit einem möglichst geringen (Personal-)Aufwand und
damit in einer kostengünstigen
Art und Weise erzielbar ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung einer Elektrodenvorrichtung
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Elektrodenvorrichtung gemäß dem Patentanspruch
1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch
12 gelöst.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
anhand von bevorzugten Ausführungsformen
beispielhaft beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung
in schematischer Darstellung;
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2 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung,
ebenfalls in schematischer Darstellung;
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3 eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung,
wiederum in schematischer Darstellung;
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4 die
Darstellung der dritten bevorzugten Ausführungsform in einem möglichen
Einsatzbereich, nämlich über einem
Folienwickel;
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5 eine
vierte bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung,
ebenfalls in einem möglichen
Einsatzbereich, nämlich über einer
Materialbahn; und
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6 den
Aufbau eines Elektrodenprofils in Form einer Elektrodenkaskade in
einer schematischen Darstellung.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt ist, umfassen
die erste und die zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung 1,
welche für
eine kontaktlose Beseitigung bzw. Entladung einer elektrostatischen
Aufladung von einem geförderten
oder zu fördernden
elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material gedacht sind, ein
Elektrodenprofil 2 in Form einer Elektrodenkaskade, in
welchem bzw. in welcher eine Vielzahl von Elektroden 3,
welche Elektrodenspitzen 4 aufweisen, angeordnet sind.
Weiterhin umfasst die Elektrodenvorrichtung 1 eine Spannungszuführung 5, welche
mit einem Schalter 6 in elektrisch leitender Verbindung
steht. Der Schalter 6 kann zwischen zwei gegensätzlich gepolten
Spannungsquellen in Form von Hochspannungserzeugern, zum Beispiel
Hochspannungskaskaden 7, 7a hin- und herschalten.
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Der
Schalter 6 ist mit einem variablen Taktgeber 9 über eine
Steuer- und Datenleitung 10 verbunden, welcher die Umschaltung
bzw. die Anbindung der Elektroden 3 an die jeweiligen Hochspannungsquellen 7, 7a und
damit deren Polarität
steuert. Weiterhin ist der Taktgeber 9 über eine Steuer- und Datenleitung 11 mit
einer Steuervorrichtung 12 (in der Folge kurz als Steuerung 12 bezeichnet)
verbunden, welche den Taktgeber 9 steuert. Mit der Steuerung 12 steht
weiterhin über
eine Steuer- und Datenleitung 13 eine Messvorrichtung 14 zur
Messung eines Stromverhältnisses
in Verbindung. Das Stromverhältnis
ist dabei definiert als das Verhältnis
aus einem durch die Spannungszuführung 5 bei
positiver Polung der Elektroden 3 und einem durch die Spannungszuführung 5 bei
negativer Polung der Elektroden 3 fließenden Strom. Dieses Verhältnis ist
mit einem Oberflächenpotential
eines Materials bzw. einer Ladung des Materials, welche durch die
Elektrodenvorrichtung beseitigt werden soll, korreliert. Das Verhältnis wird
somit vorzugsweise durch in den Elektroden fließende Ströme bestimmt. Die Messvorrichtung
besitzt einen internen Speicher, um die jeweiligen Stromwerte speichern
zu können
und ferner eine interne Rechenvorrichtung, welche das Verhältnis bildet
und dieses dann über
die Steuer- und Datenleitung 13 an die Steuerung 12 weitergibt.
Diese Aufgabe kann auch in die Steuerung integriert sein.
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Neben
dem Parameter Stromverhältnis
sind auch andere Parameter mit dem Oberflächenpotential bzw. der Ladung
des zu entladenden Materials korreliert. Insbesondere handelt es
sich hierbei um ein Wirkstromverhältnis, eine Wirkstromdifferenz,
die absolute Stromdifferenz oder das bereits vorstehend beschriebene
(absolute) Stromverhältnis.
Weiterhin stehen auch ein Strom durch die Elektrode nach einem Abschalten
der Spannungszuführung
und/oder eine Ladungsverschiebung, welche z. B. im Bereich des Elektrodenprofils
gemessen werden kann, als geeignete Parameter bzw. Maßgrößen zur
Verfügung.
Die zu bestimmenden Parameter sind also vorzugsweise diejenigen,
die in den Elektroden entstehen bzw. bereits dort messbar sind.
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In
Abhängigkeit
von dem gemessen Parameter, d. h. in der bevorzugten ersten Ausführungsform
also in Abhängigkeit
vom gemessenen Stromverhältnis
steuert die Steuerung 12 dann unter Berücksichtigung der Entfernung
des Elektrodenprofils 2 bzw. der Elektrodenspitzen 4 vom
zu entladenden Material die an den Elektroden anliegende Spannung und/oder
das anliegende Tastverhältnis.
Dieses ist definiert als das Verhältnis aus dem Zeitintervall,
in welchem an der Elektrode eine positive Spannung anliegt, und
dem Zeitintervall, in welchem an der Elektrode eine negative Spannung
anliegt. Zum Beispiel ist demnach bei einer gleichförmigen Sinusschwingung
das Tastverhältnis 1,
wohingegen das Tastverhältnis 2 wäre, wenn
doppelt so lange eine positive Spannung als eine negative Spannung
an den Elektroden anliegt. Alternativ oder zusätzlich zu einer Steuerung der
Spannung oder des Tastverhältnisses
wäre eine
Steuerung der Frequenz, mit welcher die Polarität der Elektroden geändert wird, und/oder
eine Steuerung des durch die Elektroden fließenden Stromes denkbar.
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Die
Steuerung der Elektrodenspannung und/oder des Tastverhältnisses
(und ggf. der Frequenz bzw. der Stromstärke) erfolgt auf Basis von Werte-
bzw. Kalibrations tabellen bzw. -kurven und/oder von Fit-Parametern,
welche eine Bestimmung bzw. eine Berechnung der auf die gemessenen Parameter
sowie auf die Distanz zwischen dem zu entladenden Material und dem
Elektrodenprofil 2 hin optimierten Werte für die Elektrodenspannung und/oder
das Tastverhältnis
(bzw. Frequenz oder Stromstärke)
zulassen.
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Die
Distanz zwischen dem Elektrodenprofil 2 bzw. den Elektroden 4 und
dem zu entladenden Material beeinflusst nämlich bekanntermaßen sämtliche vorstehend
aufgezählten
Parameter (diese variieren in Abhängigkeit vom Abstand von der
Quelle des elektrischen Feldes). In der ersten bevorzugten Ausführungsform
wird die Distanz, in der das Elektrodenprofil 2 bzw. die
Elektroden 4 von dem zu entladenden Material angebracht
sind, über
ein Eingabegerät 15,
welches mit der Steuerung 12 wiederum über eine Steuer- und Datenleitung 13a (denkbar
wäre hier
auch nur eine Datenleitung) in Verbindung steht. Alternativ hierzu
könnte
die Distanz auch als fester Wert in einem Speicher vorgegeben sein.
Die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform stellt also eine
Elektrodenvorrichtung 1 dar, welche mit einem hohen Komfort
und zu einem kostengünstigen
Anschaffungspreis in Anlagen betrieben werden kann, in welchen sich
die Distanzverhältnisse zwischen
der Elektrodenvorrichtung 1, und hier insbesondere zwischen
dem Elektrodenprofil 2 bzw. den Elektrodenspitzen 4 und
dem zu entladenden Material nicht wesentlich bzw. nicht kontinuierlich ändern, sodass
bei gelegentlichen Änderungen
eine Umkalibrierung des Geräts
in Form der Eingabe eines neuen Distanz-Parameters an die Steuerung 12 über das Eingabegerät 15 erfolgen
kann.
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Alternativ
zu der in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Möglichkeit,
einen Parameter für
die Distanz über
ein Eingabegerät 15 zu
geben, besteht auch die Möglichkeit,
der Steuerung eine Distanz praktisch quasi kontinuierlich oder auch
in vorbestimmten diskreten Abständen über einen
Signaleingang zur Aufnahme eines Signals mitzuteilen, wobei das
Signal Informationen über
die Distanz zwischen der Elektrodenvorrichtung 1 bzw. dem
Elektrodenprofil 2 bzw. den Elektrodenspitzen 4 und
dem zu entladenden Material enthält
(Ausführungsform
in den Figuren nicht dargestellt).
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In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
welche in 2 dargestellt ist, wird die
Distanz zwischen der Elektrodenvorrichtung 1 und dem zu entladenden
Material durch eine in die Elektrodenvorrichtung 1 integrierte
Distanzbestimmungsvorrichtung in Form zweier Ultraschalldistanzmessvorrichtungen 17 ermittelt.
Alternativ ist auch die Verwendung nur einer Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung denkbar
(vgl. 3 und 4). Dieser Aufbau ist insbesondere
zur Entladung von Bahnen bzw. Materialien, welche ihre Entfernung
zur Elektrodenvorrichtung verändern,
gedacht. Zum Beispiel ist die zweite bevorzugte Ausführungsform
optimiert für
eine Entladung von Materialien im Bereich von Wickeln, deren Wickeldurchmesser
mit zunehmender Abwickel-Dauer geringer wird. An Stelle der Ultraschalldistanzmessvorrichtungen 17 sind
jegliche andere Distanzbestimmungsvorrichtungen, welche beispielsweise auf
optischer oder auf akustischer Basis arbeiten, sowie Kombinationen
aus diesen Vorrichtungen denkbar. Insbesondere sind Distanzbestimmungsvorrichtungen
denkbar, welche eine Laser- oder eine Radar-Distanzmessvorrichtung
umfassen. Wie bereits vorstehend erwähnt, sind auch Kombinationen
aus optischen und/oder akustischen Distanzmessvorrichtungen wie
z. B. Kombinationen aus Ultraschall- und Laser- und/oder Radar-Distanzmessvorrichtungen denkbar.
Die Ultraschall-Distanz-Messvorrichtungen 17 umfassen
jeweils einen Ultraschall-Sender und einen Ultraschall-Empfänger, um
so die Laufdauer von emittierten und reflektierten Ultraschallimpulsen
bestimmen zu können.
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Die
zweite bevorzugte Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten bevorzugten Ausführungsform
weiterhin dadurch, dass sie eine variable (Hoch-)Spannungsquelle
bzw. -versorgungsquelle 18 aufweist, welche wiederum mit
der Steuerung bzw. Steuervorrichtung 12 über eine
Steuer- und Datenleitung in Verbindung steht. Damit kann die Spannungsquelle
einerseits durch die Steuerung 12 gesteuert werden und
andererseits können über die Steuer-
und Datenleitung 19 Daten über den Betriebszustand der
Spannungsquelle 18 zur Verfügung gestellt werden. Da in
der vorliegenden zweiten bevorzugten Ausführungsform der Schalter 6 entfallen kann,
ist der Taktgeber über
jeweils Steuer- und Datenleitungen 20 und 21 mit
der variablen Spannungsquelle 18 und der Steuerung 12 verbunden,
um somit eine optimale Taktung der abgegebenen Spannung zu gewährleisten.
Die beiden Ultraschall-Distanz-Messvorrichtungen stehen über jeweils
Steuer- und Datenleitungen 22, 23 mit einer ihnen
zugeordneten Steuereinheit 24 in Verbindung, welche die Distanzbestimmung
vornimmt. Diese steht wiederum über
eine Steuer- und
Datenleitung 25 mit der Steuerung 12 zur Anforderung
und Übermittlung
der Distanz in Verbindung. Ansonsten entspricht die zweite bevorzugte
Ausführungsform
gemäß 2 der
ersten bevorzugten Ausführungsform
gemäß 1,
wobei noch zu erwähnen
bleibt, dass auf Grund der integrierten Distanzbestimmung gegenüber der
ersten bevorzugten Ausführungsform
das Eingabegerät 15 wegfällt.
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In 3 ist
eine dritte bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung 1 dargestellt,
welche im Gegensatz zu der Elektrodenvorrichtung 1 gemäß 2 ein
zweites Elektrodenprofil 2a umfasst. Das Elektrodenprofil 2 steht
mit dem positiven Ausgang einer Spannungsquelle, welche in der bevorzugten
dritten Ausführungsform
in die Steuerung 12 integriert ist, in Verbindung, während das
Elektrodenprofil 2a mit dem negativen Ausgang einer weiteren
Spannungsquelle, welche ebenfalls in die Steuerung 12 integriert
ist, in Verbindung steht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass
selbstverständlich
auch nur eine oder eine oder mehrere Spannungsversorgungen, welche
außerhalb
der Steuerung 12 angeordnet sind, denkbar und der Funktionalität der Elektrodenvorrichtung 1 nicht abträglich wären. Im
Unterschied zur ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform
wird bei der dritten bevorzugten Ausführungsform ein Wirkstromverhältnis als
der Parameter, welcher in Abhängigkeit vom
Oberflächenpotential
auf dem geförderten
oder zu fördernden
Material variiert, bestimmt. Der Wirkstrom bzw. das Wirkstromverhältnis ist
in der Lage, einen in den Elektroden bzw. den Elektrodenprofilen entstehenden
Parameter zu liefern. Dabei ist das Wirkstromverhältnis als
das Verhältnis
aus einem positiven Wirkstrom und einem negativen Wirkstrom definiert.
Der positive Wirkstrom ist die Summe der Ströme, welche durch das positive
aktive Elektrodenprofil 2 und das passive negative Elektrodenprofil 2a fließen. Der
negative Wirkstrom ist als die Summe der Ströme, welche durch das aktive
negative Elektrodenprofil 2a und das passive positive Elektrodenprofil 2 fließen, definiert.
Zur Bestimmung des Wirkstroms bzw. des Wirkstromverhältnisses
stehen die beiden Elektrodenprofile 2, 2a bzw.
genauer gesagt die Elektroden 3 über jeweils Mess-, Daten- und Steuerleitungen 26, 27 mit
einer Vorrichtung 28 zur Bestimmung des Wirkstromverhältnisses
in Verbindung.
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Ebenso
ist im Unterschied zur ersten und zweiten bevorzugen Ausführungsform
nur eine Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung vorhanden. Sie ist
in der Mitte zwischen den beiden Elektrodenprofilen 2, 2a auf
jeweils der halben Länge
derselben angeordnet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 24 für die Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung 17 steht über eine Steuer-
und Datenleitung 29 mit der den Elektrodenprofilen 2 und 2a zugeordneten
Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung 17 in Verbindung. Auf
der anderen Seite steht die Steuer- und Auswerteinheit 24 über eine
weitere Steuer- und Datenleitung 31 mit der Steuerung 12 in
Verbindung.
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Der
Vorteil einer Elektrodenvorrichtung 1 mit zwei Elektrodenprofilen 2 und 2a liegt
darin, dass die Polarität,
welche an den Elektroden 3 bzw. den Elektrodenspitzen 4 anliegt,
nicht geschaltet werden muss und dass auch die Spannungsquelle nicht
unbedingt variabel sein muss. Dadurch können nachspannungsseitige Schaltelemente
(wie beispielsweise der Schalter 6), welche insbesondere
für hohe Spannungen
teuer in der Herstellung sind, eingespart werden. Ferner ist das
Wirkstromverhältnis
bei dieser Konstruktion ein gut zugänglicher, in der Elektrodenvorrichtung
entstehender Parameter, welcher leicht und vorzugsweise bereits
dort messbar ist. Auf Grund der Verhältnisbildung spielen ferner
Eigenschaften der Elektrodenprofile 2, 2a, wie
beispielsweise deren Länge
keine Rolle für
die Steuerung 12. Dadurch kann mit relativ wenigen in der
Steuerung 12 gehaltenen Wertetabellen bzw. Kalibrationstabellen
bzw. -werten und/oder Fit-Parametern
ein für sämtliche
Elektrodenprofile optimales Steuerungsergebnis erzielt werden. D.
h. also, die Daten, die die Steuerung 12 speichern muss,
müssen
weder der Elektrodenlänge
noch der Anzahl der Elektroden angepasst werden.
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Das
Haupteinsatzgebiet der dritten bevorzugten Ausführungsform befindet sich wie
das der zweiten bevorzugten Ausführungsform
im Bereich von Wickeln, wie dies in 4 dargestellt
ist, d. h. also in Bereichen, in denen das zu entladene Material seine
Distanz zu der Elektrodenvorrichtung 1 variiert.
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In 5 ist
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung
dargestellt. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um dieselbe Ausführungsform,
wie sie in den 3 und 4 dargestellt
ist, wobei jedoch bei der vierten bevorzugten Ausführungsform
keine Distanzmessung stattfindet. In dieser Hinsicht entspricht sie
der ersten bevorzugten Ausführungsform,
wobei jedoch gegenüber
der ersten bevorzugten Ausführungsform
ein zweites Elektrodenprofil 2a vorhanden ist. Einsatzgebiet
einer solchen Vorrichtung ist beispielsweise die Entladung in einem
wohl definierten konstanten oder nicht oft wechselnden Abstand zu dem
zu entladenden Material.
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Auch
die vierte bevorzugte Ausführungsform könnte einen
Signaleingang für
ein Signal, welches Distanzinformationen enthält oder eine Eingabevorrichtung
für die
Distanz aufweisen oder aber eine feste Distanz vorprogrammiert haben.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei dem zu entladenden
Material nicht nur, wie in den Zeichnungen dargestellt, um Material,
welches auf Wickeln angeordnet ist, handeln kann, sondern auch durchaus
um Bogen, welche in Form eines Stapels vorliegen, oder um andere
Materialansammlungen bzw. Schüttgut.
Es sei ferner an dieser Stelle darauf verwiesen, dass sämtliche
Kombinationen von Einzelteilen, insbesondere der verschiedenen Spannungsquellen
bzw. der verschiedenen Maß-,
Steuer- und Taktgebervorrichtungen denkbar sind. So ist beispielsweise
denkbar, dass zwei Hochspannungsquellen 7, 7a gemäß 1 auch
in den anderen bevorzugten Ausführungsformen
vorliegen können. Auch
eine Kombination eines Schalters 6 gemäß 1 mit den
anderen Ausführungsformen
ist beispielsweise denkbar. Dasselbe gilt für den Taktgeber 9 und
die weiteren Vorrichtungen. Sämtliche
Kombinationen sind in diesem Zusammenhang denkbar.
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Letztendlich
sei noch auf 6 verwiesen, welche eine Detaildarstellung
eines Elektrodenprofils 2, bzw. eines Elektrodenprofils 2a (beide
Elektrodenprofile sind identisch ausgebildet) zeigt. Aus 6 erkennt
man, dass die Spannungszuführung 5 mit
einer Vielzahl von Corona-Hochspannungselektroden 3, welche
Elektrodenspitzen 4 umfassen, in Verbindung steht. Den
Elektroden 3 sind jeweils Hochspannungswiderstände 32 zugeordnet,
welche der Begrenzung eines Stromflusses durch die Elektroden 3 dienen,
was beispielsweise bei einer Berührung durch
einen Menschen von Vorteil sein kann. Es sei an dieser Stelle angemerkt,
dass alternativ zu den Widerständen 32 auch
ein direkter Anschluss der Elektroden 3 an die zugeführte Hochspannung
denkbar ist. Dadurch kann das Entladungsergebnis ggf. nochmals etwas
verbessert werden. Die Elektroden sind zusammen mit den Widerständen 32 in
dem Elektrodenprofil 2, 2a (das Elektrodenprofil 2, 2a stellt den
Trägerkörper dar)
mittels einer Poly-Urethan-Masse vergossen. An Stelle von Poly-Urethan-Masse kommen
sämtliche
weitere für
diesen Handlungszweck denkbaren Harze oder Kunststoffe in Frage.
Die Einbettung in die Vergussmasse sichert die Hochspannungsisolierung
gegen das Gehäuse bzw.
das Elektrodenprofil 2, 2a.
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Um
ein möglichst
hohes elektrisches Feld um die Elektrodenspitzen 4 zu erreichen,
ist neben den Elektroden 3 auch ein Draht 8, welcher
geerdet ist, im Bereich der Elektrodenspitzen 4 in das
Elektrodenprofil 2, 2a eingegossen.
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Es
sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass sämtliche Steuerungselemente,
Eingabegeräte, Spannungsquellen
und dergleichen, d. h. also sämtliche
Elemente, die in den schematischen Darstellungen außerhalb
der Elektrodenprofile 2, 2a dargestellt sind,
in Realität
selbstverständlich
in bevorzugten Ausführungsformen
auch in den Elektrodenprofilen 2, 2a integriert
sein können,
sodass die gesamte Vorrichtung lediglich aus den Elektrodenprofilen 2, 2a bzw.
dem Elektrodenprofil 2 mit integrierten Bauteilen besteht.
Dadurch wird die Montagefreundlichkeit nochmals erhöht.
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Im
Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren
zum Steuern der Elektrodenvorrichtung 1 bzw. einer beliebigen
Elektrodenvorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung einer elektrostatischen
Aufladung von einem geförderten
oder einem zu fördernden
flächigen,
elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material umfasst. In der
einfachsten Ausführungsform,
welche z. B. bei der ersten bevorzugten apparativen Ausführungsform
gemäß 1 zum
Einsatz kommt, umfasst das Verfahren zum Steuern der Elektrodenvorrichtung
zwei Schritte, nämlich:
Bestimmung eines Parameters, welcher in Abhängigkeit vom Oberflächenpotential
des geförderten
oder zu fördernden
Materials variiert, wobei es sich bei diesem Parameter, wie bereits
im Zusammenhang mit dem apparativen Aufbau erwähnt, z. B. um absolute Stromdifferenzen,
absolute Stromverhältnisse
sowie ein Wirkstromverhältnis
und/oder die weiteren aufgezählten
Parameter handeln kann. Es kann sich, in anderen Worten gesagt,
um einen beliebigen Parameter handeln, welcher mit der Oberflächenladung
bzw. dem Oberflächenpotential
des zu entladenden Materials korreliert ist. Der Parameter entsteht
vorzugsweise in den im jeweiligen Elektrodenprofil aufgenommenen
Elektroden der Elektrodenvorrichtung. Nach der Bestimmung dieses
Parameters werden die an den Elektroden anliegende Spannung sowie
das Tastverhältnis
in Abhängigkeit von
dem im ersten Schritt bestimmten Parameter gesteuert. In diesem
Fall kennt die Steuerung entweder die Distanz durch eine Eingabe
oder die Distanz ist ein fixer Wert. Auch im Zusammenhang mit dem
Verfahren sei angemerkt, dass sowohl eine Steuerung der Elektrodenspannung
(z. B. positive Spannung in Höhe
von 1.500 V und negative Spannung in Höhe von 3.000 V) als auch eine
Steuerung des Tastverhältnisses
(z. B. Anlegen einer positiven Spannung an die Elektrode in einer
Länge von
50 Millisekunden, einer negativen Spannung an die Elektroden in
einer Länge
von 200 Millisekunden) denkbar ist. Denkbar und insbesondere bevorzugt
ist eine Steuerung der beiden Parameter.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zusätzlich
die Distanz, welche Eingang in die Steuerung der Elektrodenspannung
und das Taktverhältnis
findet, bestimmt. Um den zu bestimmenden Parameter zu ermitteln,
welcher mit der Oberflächenspannung
korreliert ist, wird alle 20 Sekunden eine Messung zur Bestimmung
des Parameters mit einem Tastverhältnis, welches sicherstellt,
dass der durch die Elektroden fließende Strom seinen Endwert
erreicht hat, beispielsweise mit einem Tastverhältnis von 50 zu 50 und einer
Frequenz, welche ebenfalls sicherstellt, dass der durch die Elektroden
fließende
Strom seinen Endwert erreicht hat, beispielsweise mit einer Frequenz
von 5 bis 10 Hz ausgeführt.
Bei einer entsprechend leistungsfähigen Spannungsquelle sind auch
höhere
Frequenzen bis beispielsweise 300 Hz oder sogar darüber hinaus
denkbar. Denkbare andere Zeitintervalle zwischen zwei Bestimmungen
des Parameters liegen im Bereich von 5 bis 60 Sekunden, insbesondere
von 10 bis 40 Sekunden, und weiterhin insbesondere von 15 bis 30
Sekunden. Diese Messung zur Bestimmung des Parameters sowie der Distanz
geht vorzugsweise über
einen Zeitraum von 2 Sekunden, d. h. also über mehrere Perioden. Denkbar
wäre auch
eine Messung über
nur eine Periode, eine Messung über
mehrere Perioden ermöglicht aber
eine Filterung der gemessenen Werte und erhöht somit die Präzision der
Messung. Das Abtastintervall der Messung ist dabei an folgende Parameter des
Endsystems angepasst: Geschwindigkeit der Änderung der Distanz und Geschwindigkeit
der Änderung
der Oberflächenladung.
Je langsamer diese Veränderungen
sind, desto größer kann
auch das Abtastintervall gewählt
werden. Die Distanzmessung wird bevorzugt simultan oder zumindest
quasi-simultan zur Parameterbestimmung durchgeführt.
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Letztendlich
sei angemerkt, dass typische Elektrodenspannungen bei den vorliegenden
bevorzugten Ausführungsformen
bis zu 50 kV betragen. Typische Materialgeschwindigkeiten bzw. Bahngeschwindigkeiten,
mit welchen sich das Material, das entladen werden soll, bewegt,
liegen bei 1 bis 20 m/sec. Der Stromfluss durch die Elektroden 3 eines Elektrodenprofils 2, 2a der
Länge 1
m beträgt
typischerweise zwischen 50 μA
und 500 μA.
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Zusammenfassend
lässt sich
festhalten, dass durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen kontinuierlich
die vorhandene Aufladung des zu entladenden Objekts erfasst wird
und die Ausgangsleistung automatisch an die gerade vorliegenden
Bedingungen angepasst wird. Bei variablen Distanzen zwischen dem
zu entladenden Objekt und der Entladevorrichtung wird weiterhin
kontinuierlich ebenfalls der Abstand zwischen zu entladendem Material
und der Elektrodenvorrichtung 1 bestimmt, sodass die Ausgangsleistung
automatisch an die wechselnden Distanzverhältnisse und die wechselnden
Ladungsverhältnisse
bzw. Oberflächenladungsverhältnisse
des Objekts angepasst werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Hochspannungsnetzteil in die Elektrodenvorrichtung 1 integriert
und in der Lage, auch hohe Aufladungen in kürzester Zeit zu kompensieren,
da bis zu 2 × 50
kV Ausgangsspannung zur Verfügung
stehen. Verschleißfreie Emissionsspitzen 4,
welche in allen bevorzugten Ausführungsformen
zum Einsatz kommen und eine robuste, einfach zu reinigende Geometrie,
welche durch die Form (in den bevorzugten Ausführungsformen eine U-profilförmige Form
der Elektrodenprofile 2, 2a) bedingt ist, sorgen
für einen
minimalen Wartungsaufwand. Auf der den Elektrodenspitzen 4 abgewandten
Seite des Elektrodenprofils 2, 2a sind Schiebemuttern,
welche die einfache Montage auch in anspruchsvollen Einbausituationen ermöglichen. Demnach
sind die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen sowohl bei festen
Distanzen zwischen dem zu entladenden Material und der Elektrodenvorrichtung 1 als
auch bei variablen Distanzen, d. h. also insbesondere im Bereich
der Auf- und Abwicklung von Materialien, insbesondere Folienbahnen,
in Rollenschneidern, bei Beutelmaschinen oder vielen anderen anspruchsvollen
Anwendungen universell einsetzbar.
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Obwohl
die Erfindung anhand von Ausführungsformen
mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch
auch wie bereits vorstehend angedeutet, die denkbaren weiteren vorteilhaften
Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch
die Unteransprüche
gegeben sind. Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.