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Die Erfindung betrifft ein Luftionisationsgerät mit einem Isolierkörper, an dem mehrere mit positivem elektrischen Potential beaufschlagbare erste Spitzenelektroden und mehrere mit negativem elektrischen Potential beaufschlagbare zweite Spitzenelektroden angeordnet sind.
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Mittels derartiger Luftionisationsgeräte können elektrostatische Aufladungen von dielektrischen Objekten, beispielsweise von Flachmaterialien, insbesondere von Folien, beseitigt werden. Hierzu kann zwischen den ersten Spitzenelektroden und den zweiten Spitzenelektroden eine Koronaentladung erzeugt werden, wobei vor den ersten Spitzenelektroden, die mit positivem elektrischen Potential beaufschlagt sind, freie positive Ladungsträger und vor den zweiten Spitzenelektroden, die mit negativem elektrischen Potential beaufschlagt sind, freie negative Ladungsträger erzeugt werden. Die freien Ladungsträger können zur Beseitigung störender elektrischer Aufladungen auf das zu entladende Objekt aufgebracht werden.
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Die Erzeugung der positiven und negativen Ladungsträger beruht auf Stoßprozessen, die zwischen Elektronen und in der Luft enthaltenen Gasmolekülen in den starken elektrischen Feldern unmittelbar vor den ersten und zweiten Spitzenelektroden stattfinden. Hierbei werden üblicherweise mehr freie negative Ladungsträger erzeugt als freie positive Ladungsträger. Dies führt häufig bei einem zu entladenden Objekt, beispielsweise einer zu entladenden Folie, zu einer so genannten Überkompensation dergestalt, dass sich das Objekt leicht negativ auflädt.
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Aus der Veröffentlichung
DE 10 2009 035 066 A1 ist ein Luftionisationsgerät bekannt, bei dem mehrere Paare von Spitzenelektroden radial in eine Luftausblasöffnung hineinragen, die von einer Luftströmung durchsetzt wird. Die Luftströmung wird von einem Gebläse erzeugt. Jedes Paar von Spitzenelektroden weist eine erste Spitzenelektrode auf, die mit positivem elektrischen Potential beaufschlagt wird, und eine zweite Spitzenelektrode, die mit negativem elektrischen Potential beaufschlagt wird. Jeweils eine der beiden Spitzenelektroden überragt die andere Spitzenelektrode, so dass die Entstehungsorte von positiven und negativen Ionen in radialer Richtung bezogen auf die kreisförmige Luftblasöffnung versetzt zueinander angeordnet sind. Dies soll sicherstellen, dass die Ionenrekombinationsrate verringert wird.
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Aus der
DE 600 18 049 T2 ist ein Ionisationsstab bekannt, bei dem mehrere erste Spitzenelektroden in einer ersten Reihe und mehrere zweite Spitzenelektroden in einer zweiten Reihe angeordnet sind.
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Die
DE 20 2007 005 063 U1 beschreibt ein Ionisationsgerät mit einer einzigen Reihe von Spitzenelektroden, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftionisationsgerät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass an einem zu entladenden Objekt die Gefahr einer Überkompensation verringert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Luftionisationsgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Luftionisationsgerät kommt zur Entladung dielektrischer Objekte zum Einsatz. Hierzu kann das Luftionisationsgerät in einem Abstand von üblicherweise 20 mm bis 30 mm zu dem zu entladenden Objekt positioniert werden. Die an den Spitzenelektroden erzeugten freien positiven und negativen Ladungsträger können sich auf die Oberfläche des zu entladenden Objektes bewegen und diese dadurch elektrisch neutralisieren. Die freien positiven Ladungsträger werden vor den ersten Spitzenelektroden erzeugt und die freien negativen Ladungsträger werden vor den zweiten Spitzenelektroden erzeugt. Hierbei entstehen mehr negative wie positive Ladungsträger. Beim erfindungsgemäßen Luftionisationsgerät sind die freien Enden der ersten und zweiten Spitzenelektroden in Längsrichtung der Spitzenelektroden, d. h. in Richtung auf das zu entladende Objekt, versetzt zueinander angeordnet. Und zwar ragen die freien Enden der Spitzenelektroden in Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden über die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden hervor. Dies bedeutet, dass der Abstand, den die freien Enden der ersten Spitzenelektroden zu dem zu entladenden Objekt einnehmen, geringer ist als der Abstand, den die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden zu dem zu entladenden Objekt aufweisen. Die negativen Ladungsträger, die an den freien Enden der zweiten Spitzenelektroden erzeugt werden, müssen folglich einen größeren Weg zurücklegen als die positiven Ladungsträger, die an den freien Enden der ersten Spitzenelektrode erzeugt werden. Auf dem Weg vom freien Ende der jeweiligen Spitzenelektrode bis zu dem zu entladenden Objekt unterliegen die freien Ladungsträger mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Rekombinationsprozessen, bei denen die Ladungsträger neutralisiert werden. Aufgrund der längeren Wegstrecke, die die negativen Ladungsträger bis zu dem zu entladenden Objekt zurücklegen müssen, unterliegen diese Ladungsträger einer höheren Rekombinationswahrscheinlichkeit als die positiven Ladungsträger. Somit werden zwar in der Koronaentladung mehr negative Ladungsträger erzeugt, der Überschuss an negativen Ladungsträgern wird aber durch deren längere Wegstrecke kompensiert. Die zurückgesetzte Anordnung der freien Enden der zweiten Spitzenelektroden gegenüber den freien Enden der ersten Spitzenelektroden führt somit letztlich dazu, dass am zu entladenden Objekt ungefähr gleich viele freie positive Ladungsträger wie freie negative Ladungsträger ankommen, so dass die Gefahr einer Überkompensation deutlich verringert ist.
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Das Luftionisationsgerät umfasst mehrere erste Spitzenelektroden und mehrere zweite Spitzenelektroden, wobei die freien Enden der ersten Spitzenelektroden in einer ersten Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden ausgerichtet ist, und wobei die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden in einer zweiten Ebene angeordnet sind, die parallel zur ersten Ebene ausgerichtet ist, wobei die erste Ebene bezogen auf die Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden vor der zweiten Ebene angeordnet ist, wobei alle ersten Spitzenelektroden einen ersten Abstand zu dem zu entladenden Objekt einnehmen und alle zweiten Spitzenelektroden einen zweiten Abstand zu dem zu entladenden Objekt einnehmen und der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand. Wird das Luftionisationsgerät in der Nähe eines zu entladenden Objektes positioniert, so nehmen alle ersten Spitzenelektroden einen ersten Abstand zum Objekt ein und alle zweiten Spitzenelektroden nehmen einen zweiten Abstand zum Objekt ein. Der zweite Abstand ist größer als der erste Abstand, so dass die Rekombinationswahrscheinlichkeit der an den zweiten Spitzenelektroden erzeugten negativen Ladungsträger größer ist als die Rekombinationswahrscheinlichkeit der an den ersten Spitzenelektroden erzeugten positiven Ladungsträger. Somit kann auch bei einer flächigen Ausdehnung des zu entladenden Objektes über dessen gesamte dem Luftionisationsgerät zugewandte Oberfläche eine Überkompensation vermieden werden.
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Vorteilhafterweise sind die ersten Spitzenelektroden in einer ersten Reihe angeordnet, und die zweiten Spitzenelektroden sind in einer zweiten Reihe angeordnet, wobei die beiden Reihen von Spitzenelektroden über ihre gesamte Länge einen gleich bleibenden Abstand zueinander aufweisen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Luftionisationsgerät einen stabförmigen oder ringförmigen Isolierkörper aufweist, der zwei Reihen von Spitzenelektroden trägt.
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Von Vorteil ist es, wenn die zweiten Spitzenelektroden in Längsrichtung der ersten Reihe versetzt zu den ersten Spitzenelektroden angeordnet sind. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zweiten Spitzenelektroden in Längsrichtung der ersten Reihe jeweils mittig zwischen zwei ersten Spitzenelektroden positioniert sind.
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Wie bereits erläutert, kann durch die versetzte Anordnung der freien Enden der ersten und zweiten Spitzenelektroden eine Überkompensation am zu entladenden Gegenstand vermieden werden. Hierbei weisen die mit negativem elektrischen Potential beaufschlagbaren zweiten Spitzenelektroden einen größeren Abstand zu dem zu entladenden Objekt auf als die mit positivem elektrischen Potential beaufschlagbaren ersten Spitzenelektroden. Günstig ist es, wenn die freien Enden der ersten Spitzenelektroden um mindestens 1 mm über die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden hervorragen, Von besonderem Vorteil ist es, wenn die freien Enden der ersten Spitzenelektroden um 2 mm bis 5 mm über die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden hervorragen, Insbesondere bei einem Abstand zwischen dem Luftionisationsgerät und dem zu entladenden Objekt von etwa 20 mm bis circa 30 mm hat sich eine um etwa 3 mm versetzte Anordnung der freien Enden der Spitzenelektroden als vorteilhaft erwiesen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftionisationsgerätes weist dieses eine rinnenförmige erste Aufnahme auf, in der die ersten Spitzenelektroden angeordnet sind, sowie eine rinnenförmige zweite Aufnahme, in der die zweiten Spitzenelektroden angeordnet sind, wobei die zweite Aufnahme tiefer ist als die erste Aufnahme. Die Aufnahmen können beispielsweise als Nuten ausgebildet sein, die in einen Isolierkörper eingeformt sind. Hierbei weist die erste Nut eine geringere Tiefe auf als die zweite Nut. In den Nuten können die Spitzenelektroden positioniert werden, wobei aufgrund der größeren Tiefe der zweiten Nut auf konstruktiv einfache Weise eine Anordnung erzielbar ist, bei der die freien Enden der ersten Spitzenelektroden in Längsrichtung der Spitzenelektroden über die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden hervorragen.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn die ersten und zweiten Spitzenelektroden identisch ausgestaltet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die ersten und zweiten Spitzenelektroden gleich lang sind. Bei gleicher Elektrodenlänge kann die versetzte Anordnung der freien Enden der Spitzenelektroden auf einfache Weise durch unterschiedliche Tiefen der ersten und zweiten Aufnahmen erzielt werden, in denen die Spitzenelektroden angeordnet sind.
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Günstigerweise ist am Boden der ersten Aufnahme eine erste Hochspannungsversorgungsleitung angeordnet, die von einer ersten Isoliermasse abgedeckt und mit den ersten Spitzenelektroden elektrisch verbunden ist, wobei die ersten Spitzenelektroden die erste Isoliermasse durchgreifen, und am Boden der zweiten Aufnahme ist günstigerweise eine zweite Hochspannungsversorgungsleitung angeordnet, die von einer zweiten Isoliermasse abgedeckt und mit den zweiten Spitzenelektroden elektrisch verbunden ist, wobei die zweiten Spitzenelektroden die zweite Isoliermasse durchgreifen und sich bezogen auf die Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden nur bis in Höhe der ersten Isoliermasse erstrecken. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist in den Aufnahmen jeweils eine Hochspannungsversorgungsleitung angeordnet, über die die jeweiligen Spitzenelektroden mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar sind. Die in der ersten Aufnahme angeordnete erste Hochspannungsversorgungsleitung ist von einer ersten Isoliermasse abgedeckt. Die ersten Spitzenelektroden sind mit der ersten Hochspannungsversorgungsleitung elektrisch verbunden und durchgreifen die erste Isoliermasse, so dass sie mit ihren freien Enden über die erste Isoliermasse hervorstehen. In entsprechender Weise ist die zweite Hochspannungsversorgungsleitung in der zweiten Aufnahme angeordnet und mit den zweiten Spitzenelektroden verbunden, wobei letztere die zweite Isoliermasse durchgreifen, die die zweite Hochspannungsversorgungsleitung abdeckt. Die freien Enden der zweiten Spitzenelektroden ragen somit über die zweite Isoliermasse hervor. Bezogen auf die Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden erstrecken sich allerdings die zweiten Spitzenelektroden lediglich bis in Höhe der ersten Isoliermasse, nicht aber über die erste Isoliermasse hinaus. Dadurch kann besonders zuverlässig eine stabile Koronaentladung zwischen den ersten und zweiten Spitzenelektroden erzielt werden, wobei aufgrund der versetzten Anordnung der ersten und zweiten Spitzenelektroden eine Überkompensation am zu entladenden Objekt vermieden werden kann.
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Die erste und die zweite Isoliermasse können jeweils als Vergussmasse ausgebildet sein.
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Günstig ist es, wenn die erste und zweite Isoliermasse dieselbe Materialstärke aufweisen.
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Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1: eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Luftionisationsgerät;
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2: eine teilweise aufgetrennte Seitenansicht des Luftionisationsgerätes aus 1 und
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3: eine Schnittansicht des Luftionisationsgerätes längs der Linie 3-3 in 2;
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In der Zeichnung ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegtes erfindungsgemäßes Luftionisationsgerät dargestellt, das zur Beseitigung elektrostatischer Aufladung von Objekten verwendet wird. Einsatzgebiete des Luftionisationsgerätes 10 sind beispielsweise die kunststoffverarbeitende Industrie, die Textilindustrie, die grafische Industrie und auch Lackierbetriebe. Das Luftionisationsgerät 10 kann in einem Abstand von vorzugsweise 20 mm bis 30 mm zu dem zu entladenden Objekt positioniert werden. Mittels des Luftionisationsgerätes 10 können in nachfolgend noch näher erläuterter Weise freie positive und negative Ladungsträger erzeugt werden, die auf die Oberfläche des zu entladenden Objektes aufgebracht werden können, um dieses zu entladen.
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Das Luftionisationsgerät 10 umfasst einen länglichen Isolierkörper 12, der aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, beispielsweise aus einem PEEK-Material. An seiner Oberseite 14 weist der Isolierkörper 12 eine erste rinnenförmige Aufnahme in Form einer ersten Nut 16 und eine zweite rinnenförmige Aufnahme in Form einer zweiten Nut 18 auf. Die zweite Nut 18 erstreckt sich parallel zur ersten Nut 16. Die beiden Nuten 16, 18 werden durch eine Zwischenwand 20 voneinander getrennt und weisen im identischen Abstand zur Zwischenwand 20 eine erste Außenwand 22 bzw. eine zweite Außenwand 24 auf. Die erste Außenwand 22 ist über eine erste Bodenwand 26 mit der Zwischenwand 20 verbunden und die zweite Außenwand 24 ist über eine zweite Bodenwand 28 mit der Zwischenwand 20 verbunden. Die erste Bodenwand 26 weist über ihre gesamte Länge mittig zwischen der ersten Außenwand 22 und der Zwischenwand 20 eine erste Vertiefung 30 auf. In entsprechender Weise umfasst die zweite Bodenwand 28 mittig zwischen der zweiten Außenwand 24 und der Zwischenwand 20 eine zweite Vertiefung 32. In der ersten Vertiefung 30 ist eine erste Hochspannungsversorgungsleitung 34 angeordnet, die von einer ersten Isoliermasse in Form einer ersten Vergussmasse 36 abgedeckt ist. In der zweiten Vertiefung 32 ist eine zweite Hochspannungsversorgungsleitung 38 positioniert, die von einer zweiten Isoliermasse in Form einer zweiten Vergussmasse 40 abgedeckt ist. An einer Querseite 42 des Isolierkörpers 12 sind die beiden Hochspannungsversorgungsleitungen 34 und 38 aus dem Isolierkörper 12 herausgeführt. An ihrem dem Isolierkörper 12 abgewandten freien Ende tragen die beiden Hochspannungsversorgungsleitungen 34 und 38 einen gemeinsamen Anschlussstecker 44, der an eine an sich bekannte Gleichspannungsquelle angeschlossen werden kann. Dies gibt die Möglichkeit, an die erste Hochspannungsversorgungsleitung 34 ein positives elektrisches Potential und an die zweite Hochspannungsversorgungsleitung 38 ein negatives elektrisches Potential anzuschließen.
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An die erste Hochspannungsversorgungsleitung 34 sind in gleich bleibendem Abstand zueinander mehrere erste Spitzenelektroden 46 angeschlossen, die die erste Vergussmasse 34 durchgreifen und mit ihren freien Enden 48 in die der ersten Hochspannungsversorgungsleitung 34 abgewandte Richtung nach oben über die erste Vergussmasse 36 hervorstehen.
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In entsprechender Weise sind an die zweite Hochspannungsversorgungsleitung 38 eine Vielzahl von zweiten Spitzenelektroden 50 angeschlossen, die in gleich bleibendem Abstand zueinander angeordnet sind. Die zweiten Spitzenelektroden 50 durchgreifen die zweite Vergussmasse 40 und ragen mit ihren freien Enden 52 in die der zweiten Hochspannungsversorgungsleitung 38 abgewandte Richtung nach oben über die zweite Vergussmasse 40 hervor. Die ersten Spitzenelektroden 46 sind parallel zueinander und parallel zu den zweiten Spitzenelektroden 50 ausgerichtet. Die freien Enden 48 der ersten Spitzenelektroden 46 definieren eine erste Ebene 54, die senkrecht zur Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden 46 ausgerichtet ist, und die freien Enden 52 der zweiten Spitzenelektroden 50 definieren eine zweite Ebene 56, die parallel zur ersten Ebene 54 ausgerichtet ist. In Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden 46 erstrecken sich die zweiten Spitzenelektroden 50 lediglich bis in den Bereich der ersten Vergussmasse 36. Dies wird aus 3 deutlich. Die freien Enden 48 der ersten Spitzenelektroden 46 ragen somit in Längsrichtung der ersten Spitzenelektroden 46 über die freien Enden 52 der zweiten Spitzenelektroden 50 hervor. Die zweite Ebene 56 ist unterhalb der ersten Ebene 54 angeordnet.
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Wie aus 1 deutlich wird, sind die ersten Spitzenelektroden 46 in einer ersten Reihe 58 hintereinander angeordnet, die sich praktisch über die gesamte Länge des Isolierkörpers 12 erstreckt. In entsprechender Weise sind die zweiten Spitzenelektroden 50 in einer zweiten Reihe 60 hintereinander angeordnet, die sich praktisch über die gesamte Länge des Isolierkörpers 12 erstreckt. Die zweiten Spitzenelektroden 50 sind in Längsrichtung der ersten Reihe 58 versetzt zu den ersten Spitzenelektroden 46 angeordnet, und zwar befinden sich die zweiten Spitzenelektroden bezogen auf die Längsrichtung der ersten Reihe 58 jeweils mittig zwischen zwei ersten Spitzenelektroden 46. Der Abstand, den die ersten Spitzenelektroden 46 zueinander einnehmen, ist identisch mit dem Abstand, den die zweiten Spitzenelektroden 50 zueinander einnehmen.
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Um elektrostatische Aufladungen auf einem dielektrischen Objekt zu beseitigen, kann der Isolierkörper 12 mit seiner Oberseite 14 in einem Abstand von etwa 20 mm bis 30 mm zu dem Objekt positioniert werden. Über den Anschlussstecker 44 und die erste Hochspannungsversorgungsleitung 34 können die ersten Spitzenelektroden 46 mit einem hohen positiven elektrischen Potential beaufschlagt werden, und die zweiten Spitzenelektroden 50 können über die zweite Hochspannungsversorgungsleitung 38 mit einem hohen negativen elektrischen Potential beaufschlagt werden. Dadurch bildet sich zwischen den ersten Spitzenelektroden 46 und den zweiten Spitzenelektroden 50 eine Koronaentladung, wobei an den freien Enden 48 der ersten Spitzenelektroden 46 freie positive Ladungsträger und an den freien Enden 52 der zweiten Spitzenelektroden 50 freie negative Ladungsträger gebildet werden. Die Erzeugung der Ladungsträger beruht auf Stoßprozessen, die in den starken elektrischen Feldern unmittelbar vor den freien Enden 48 und 52 der Spitzenelektroden 46 bzw. 50 zwischen Elektronen und in der Luft enthaltenen Gasmolekülen stattfinden. Hierbei werden zahlenmäßig mehr negative als positive Ladungsträger erzeugt. Da jedoch der Abstand, den die freien Enden 52 der zweiten Spitzenelektroden 50 zu dem zu entladenden Objekt einnehmen, größer ist als der Abstand, den die freien Enden 48 der ersten Spitzenelektroden 56 zu dem zu entladenden Objekt aufweisen, unterliegen die freien negativen Ladungsträger auf ihrem Weg zu dem zu entladenden Objekt einer höheren Rekombinationswahrscheinlichkeit und damit einer stärkeren Neutralisierung als die positiven freien Ladungsträger. Die zurückgesetzte Anordnung der freien Enden 52 der zweiten Spitzenelektroden bezogen auf die freien Enden 48 der ersten Spitzenelektroden 46 führt deshalb letztlich dazu, dass auf dem zu entladenden Objekt pro Zeiteinheit ungefähr gleich viele positive und negative Ladungsträger ankommen. Damit kann durch die versetzte Anordnung der freien Enden der zweiten Spitzenelektroden 50 bezogen auf die freien Enden der ersten Spitzenelektroden 46 trotz der höheren Wahrscheinlichkeit für die Bildung negativer Ladungsträger eine Überkompensation am zu entladenden Objekt vermieden werden.
