DE102016101497B3

DE102016101497B3 - Luftionisationsgerät

Info

Publication number: DE102016101497B3
Application number: DE102016101497.4A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Metzger
Original assignee: Haug GmbH and Co KG
Current assignee: Haug GmbH and Co KG
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftionisationsgerät (10, 110) mit einer Steuerschaltung (12), einem Hochspannungstransformator (20) und einer Ausgangsschaltung (24, 124), wobei die Primärspule (21) des Hochspannungstransformators (20) von der Steuerschaltung (12) mit einer Wechselspannung beaufschlagbar ist, und wobei die Ausgangsschaltung (24, 124) von der Sekundärspule (22) des Hochspannungstransformators (20) mit einer Ausgangsspannung beaufschlagbar ist, und mit mindestens einer ersten Spitzenelektrode (38) und mindestens einer zweiten Spitzenelektrode (40), die von der Ausgangsschaltung (24, 124) mit einem ersten Elektrodenpotential bzw. einem zweiten Elektrodenpotential beaufschlagbar sind. Das erste Elektrodenpotential wird in einem ersten Strompfad zwischen einem ersten Kondensator (26, 126) und einem in Reihe zu diesem geschalteten ersten Gleichrichter (28, 128) abgegriffen, und das zweite Elektrodenpotential wird in einem zweiten Strompfad zwischen einem zweiten Kondensator (34, 134) und einem in Reihe zu diesem geschalteten zweiten Gleichrichter (36, 136) abgegriffen. Die beiden Gleichrichter (28, 36; 128, 136) sind entgegengesetzt zueinander gepolt. Um das Luftionisationsgerät (10, 110) derart weiterzubilden, dass die Gefahr einer Überkompensation auch unter Berücksichtigung von Montagetoleranzen auf einfache Weise verringert werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung einstellbar ist, wobei die Steuerschaltung (12) eine frequenzveränderliche Oszillatorschaltung (16) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftionisationsgerät mit einer Steuerschaltung, einem Hochspannungstransformator und einer Ausgangsschaltung, wobei die Primärspule des Hochspannungstransformators von der Steuerschaltung mit einer Wechselspannung beaufschlagbar ist, und wobei die Ausgangsschaltung von der Sekundärspule des Hochspannungstransformators mit einer Ausgangsspannung beaufschlagbar ist, und mit mindestens einer ersten Spitzenelektrode, die von der Ausgangsschaltung mit einem ersten Elektrodenpotential beaufschlagbar ist, und mit mindestens einer zweiten Spitzenelektrode, die von der Ausgangsschaltung mit einem zweiten Elektrodenpotential beaufschlagbar ist, wobei das erste Elektrodenpotential in einem ersten Strompfad abgegriffen wird zwischen einem ersten Kondensator und einem in Reihe zum ersten Kondensator geschalteten ersten Gleichrichter, die der mindestens einen ersten Spitzenelektrode zugeordnet sind, und wobei das zweite Elektrodenpotential in einem zweiten Strompfad abgegriffen wird zwischen einem zweiten Kondensator und einem in Reihe zum zweiten Kondensator geschalteten zweiten Gleichrichter, die der mindestens einen zweiten Spitzenelektrode zugeordnet sind, und wobei der erste Gleichrichter umgekehrt gepolt ist wie der zweite Gleichrichter.
Luftionisationsgeräte sind beispielsweise aus den Offenlegungsschriften DE 101 57 524 A1 und DE 26 46 798 A1 bekannt. Mit ihrer Hilfe können elektrostatische Aufladungen von dielektrischen Objekten beseitigt werden. Hierzu kann zwischen mindestens einer ersten Spitzenelektrode und mindestens einer zweiten Spitzenelektrode eine Koronaentladung erzeugt werden. Aufgrund des Einsatzes entgegengesetzt zueinander gepolter Gleichrichter wird die mindestens eine erste Spitzenelektrode mit einem ersten Elektrodenpotential beaufschlagt, dessen Polarität der Polarität des zweiten Elektrodenpotentials entgegengesetzt ist, mit dem die mindestens eine zweite Spitzenelektrode beaufschlagt wird. Vor den ersten und zweiten Spitzenelektroden werden freie Ladungsträger unterschiedlicher Polarität erzeugt. Vor der mindestens einen ersten Spitzenelektrode, die beispielsweise mit negativem elektrischen Elektrodenpotential beaufschlagt wird, werden freie negative Ladungsträger erzeugt, und vor der mindestens einen zweiten Spitzenelektrode, die in diesem Fall mit positivem elektrischen Elektrodenpotential beaufschlagt wird, werden freie positive Ladungsträger erzeugt. Die freien Ladungsträger können zur Beseitigung störender elektrischer Aufladungen auf das zu entladende Objekt aufgebracht werden.
Aus der DE 22 15 852 A sind ein Verfahren und ein Gerät zum Erzeugen von Ionen und zum Steuern elektrostatischer Potentiale bekannt mit einer Ionengeneratorschaltung, deren Eingangsklemmen an ein Wechselstromnetz angeschlossen werden können und die zusätzlich eine Masseklemme aufweist. Eine Gleichrichterschaltung formt die eingangsseitige Netzwechselspannung in eine Gleichspannung um. An die Gleichrichterschaltung schließt sich eine Sperrschwingerschaltung an, in die die Primärwicklung eines Transformators integriert ist. Die an der Primärwicklung auftretende Spannung wird hochtransformiert und kann an Ausgangsklemmen der Sekundärwicklung abgegriffen werden. Die Ausgangsklemmen können mit Spitzenelektroden verbunden werden zur Erzeugung von positiven und negativen Ladungsträgern. Die Sekundärwicklung weist eine Anzapfung auf, an die eine positive Kaskadenspannungsverdopplerschaltung und eine negative Kaskadenspannungsverdopplerschaltung angeschlossen sind. Die Kaskadenspannungsverdopplerschaltungen weisen jeweils einen Kondensator auf, dem ein Netzwerk aus Hochspannungsgleichrichtern und einem weiteren Kondensator nachgeschaltet ist. Die Hochspannungsgleichrichter der positiven Kaskadenspannungsverdopplerschaltung sind umgekehrt gepolt wie die Hochspannungsgleichrichter der negativen Kaskadenspannungsverdopplerschaltung. Die Ausgangsspannungen der Kaskadenspannungsverdopplerschaltungen können an weiteren Ausgangsklemmen abgegriffen werden, die ebenfalls mit Spitzenelektroden verbunden werden können.
Aus der JP 2004-288429 A ist ein Ionengenerator bekannt, bei dem ein piezoelektrischer Transformator zum Einsatz kommt, der über eine Ausgangsschaltung eine erste Spitzenelektrode und eine zweite Spitzenelektrode mit Elektrodenpotential versorgt. Ein erstes Elektrodenpotential wird zwischen einem ersten Kondensator und einem in Reihe zum ersten Kondensator geschalteten ersten Gleichrichter abgegriffen, und ein zweites Elektrodenpotential wird zwischen einem zweiten Kondensator und einem in Reihe zum zweiten Kondensator geschalteten zweiten Gleichrichter abgegriffen, wobei der erste Gleichrichter umgekehrt gepolt ist wie der zweite Gleichrichter.
Die Erzeugung der negativen und positiven Ladungsträger beruht auf Stoßprozessen, die in den starken elektrischen Feldern unmittelbar vor den Spitzenelektroden zwischen Elektronen und in der Luft enthaltenen Gasmolekülen stattfinden. Hierbei werden üblicherweise mehr freie negative Ladungsträger erzeugt als freie positive Ladungsträger. Dies führt häufig bei einem zu entladenden Objekt zu einer sogenannten Überkompensation dergestalt, dass sich das Objekt leicht negativ auflädt.
Um einer Überkompensation entgegenzuwirken, wird in der DE 10 2010 043 331 B4 vorgeschlagen, die freien Enden der ersten und zweiten Spitzenelektroden in Richtung auf das zu entladende Objekt derart versetzt zueinander anzuordnen, dass der Abstand, den die freien Enden der mit positivem elektrischen Elektrodenpotential beaufschlagten Spitzenelektroden zu dem zu entladenden Objekt aufweisen, kleiner ist als der Abstand, den die freien Enden der mit negativem elektrischen Elektrodenpotential beaufschlagten Spitzenelektroden zu dem zu entladenden Objekt aufweisen. Die negativen Ladungsträger, die an den mit negativem elektrischen Elektrodenpotential beaufschlagten Spitzenelektroden erzeugt werden, müssen folglich auf ihrem Weg zu dem zu entladenden Objekt eine längere Strecke zurücklegen als die positiven Ladungsträger, die an den mit positivem elektrischen Elektrodenpotential beaufschlagten Spitzenelektroden erzeugt werden. Auf dem Weg von den Spitzenelektroden zu dem zu entladenden Objekt unterliegen die freien Ladungsträger mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Rekombinationsprozessen, bei denen die Ladungsträger neutralisiert werden. Aufgrund der längeren Strecke, den die negativen Ladungsträger bis zu dem entladenden Objekt zurücklegen müssen, unterliegen diese Ladungsträger einer höheren Rekombinationswahrscheinlichkeit als die positiven Ladungsträger. Somit werden zwar in der Koronaentladung mehr negative Ladungsträger erzeugt als positive Ladungsträger, der Überschuss an negativen Ladungsträgern wird aber durch deren längere Wegstrecke kompensiert. Durch die versetze Anordnung der Spitzenelektroden kann folglich das Risiko einer Überkompensation reduziert werden. Dies erfordert allerdings eine sorgfältige Positionierung der Spitzenelektroden, wobei Toleranzen während der Montage der Spitzenelektroden sehr gering gehalten werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftionisationsgerät derart weiterzubilden, dass die Gefahr einer Überkompensation auch unter Berücksichtigung von Montagetoleranzen auf einfache Weise verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Luftionisationsgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Es hat sich gezeigt, dass die Überkompensation durch Einstellung/Justierung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung verringert werden kann. Dies hat seine Ursache in den nicht-linearen Übertragungseigenschaften des Hochspannungstransformators. Das Übertragungsverhalten wird von den ohmschen Widerständen der Primär- und Sekundärspule, den Haupt- und Streuinduktivitäten und der Wickelkapazität des Hochspannungstransformators und auch von dessen kapazitiver Last beeinflusst. Bei hohen Übersetzungsverhältnissen, wie sie bei dem hier in Rede stehenden Hochspannungstransformator vorliegen, spielen schon kleine Wickelkapazitäten und kapazitive Lasten im Zusammenwirken mit den Haupt- und Streuinduktivitäten eine beachtliche Rolle. So bildet beispielsweise die Hauptinduktivität der Primärspule zusammen mit der transformierten Hauptinduktivität der Sekundärspule, dem ohmschen Widerstand und der Wickelkapazität der Primärspule einen Schwingkreis mit einem Resonanzverhalten bei einer Frequenz, die im Folgenden als Hauptresonanzfrequenz bezeichnet wird, und die Streuinduktivität der Primärspule bildet zusammen mit der transformierten Streuinduktivität der Sekundärspule, dem ohmschen Widerstand und der Wickelkapazität der Primärspule einen Schwingkreis mit einem Resonanzverhalten bei einer Frequenz, die im Folgenden als Streuresonanzfrequenz bezeichnet wird. Das Übertragungsverhalten des Hochspannungstransformators wird durch seine Resonanzeigenschaften bestimmt, die von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung abhängig sind.
Bei dem in Rede stehenden Luftionisationsgerät werden die elektrischen Elektrodenpotentiale, die den Spitzenelektroden zugeführt werden, jeweils zwischen einem Kondensator und einem Gleichrichter abgegriffen, wobei der der mindestens einen ersten Spitzenelektrode zugeordnete erste Gleichrichter umgekehrt gepolt ist wie der der mindestens einen zweiten Spitzenelektrode zugeordnete zweite Gleichrichter. Aufgrund der einander entgegengesetzten Polung der ersten und zweiten Gleichrichter sind die Polaritäten der den ersten und zweiten Spitzenelektroden bereitgestellten Elektrodenpotentiale einander entgegengesetzt. Beispielsweise kann der mindestens einen ersten Spitzenelektrode ein negatives Elektrodenpotential und der mindestens einen zweiten Spitzenelektrode ein positives Elektrodenpotential bereitgestellt werden.
Zur Bereitstellung der Wechselspannung für den Hochspannungstransformator weist das erfindungsgemäße Luftionisationsgerät eine Steuerschaltung auf, die eine frequenzveränderliche Oszillatorschaltung umfasst. Dem Eingang der Oszillatorschaltung kann eine Gleichspannung bereitgestellt werden, die von der Oszillatorschaltung in eine Wechselspannung umgewandelt wird, wobei die Frequenz der Wechselspannung veränderbar ist.
Durch eine Änderung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung können die den Spitzenelektroden bereitgestellten positiven und negativen Elektrodenpotentiale auf einfache Weise verändert werden, und dies wiederum ermöglicht es, durch eine Frequenzänderung die Erzeugung der positiven und negativen Ladungsträger an den Spitzenelektroden zu beeinflussen. Einer Überkompensation kann folglich durch eine Frequenzänderung entgegengewirkt werden.
Zur Bestimmung der Überkompensation kann eine Messplatte zum Einsatz kommen, die in einem Abstand zu den Spitzenelektroden positioniert wird und deren elektrostatische Aufladung gemessen wird. Der Abstand kann derart gewählt werden, dass er dem Abstand entspricht, den die Spitzenelektroden bei Einsatz des Luftionisationsgeräts zu dem zu entladenden Objekt einnehmen. Beim erfindungsgemäßen Luftionisationsgerät kann die Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung derart eingestellt werden, dass die Messplatte praktisch keiner elektrostatischen Aufladung unterliegt.
Mittels des erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts kann somit eine Aufladung eines dielektrischen Objekts, das heißt eine Überkompensation, vermieden werden. Das Luftionisationsgerät benötigt hierbei nur einen einzigen Hochspannungstransformator und nur eine einzige Steuerschaltung, die dem Hochspannungstransformator eine Wechselspannung mit einstellbarer Frequenz bereitstellt. Durch Einstellung der Frequenz kann die elektrostatische Aufladung eines dielektrischen Objekts sehr fein justiert und auf null gesetzt werden.
Vorzugsweise umfasst der Hochspannungstransformator sekundärseitig einen Hochspannungsausgang und einen mit einem Bezugspotential, insbesondere mit Erdpotential, verbundenen Bezugspotentialausgang. Am Hochspannungsausgang kann die vom Hochspannungstransformator bereitgestellte Hochspannung abgegriffen werden, und der Bezugspotentialausgang steht über eine Bezugspotentialleitung, beispielsweise über eine Erdungsleitung, mit einem Bezugspotential in Verbindung. Der zweite Strompfad ist günstigerweise parallel zum ersten Strompfad geschaltet, und über den ersten Strompfad und über den zweiten Strompfad steht der Hochspannungsausgang mit dem Bezugspotential in elektrischer Verbindung, wobei der erste Kondensator und der erste Gleichrichter in den ersten Strompfad geschaltet sind, und wobei der zweite Kondensator und der zweite Gleichrichter in den zweiten Strompfad geschaltet sind. Das der mindestens einen ersten Spitzenelektrode bereitgestellte erste Elektrodenpotential wird im ersten Strompfad abgegriffen, und das der mindestens einen zweiten Spitzenelektrode bereitgestellte zweite Elektrodenpotential wird im zweiten Strompfad abgegriffen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts sind die mindestens eine erste Spitzenelektrode und die mindestens eine zweite Spitzenelektrode über den jeweils zugeordneten Kondensator mit dem Hochspannungsausgang und über den jeweils zugeordneten Gleichrichter mit dem Bezugspotential verbunden. Bei einer derartigen Ausgestaltung bildet die Ausgangsschaltung eine Klemmschaltung aus, die zwei parallel zueinander geschaltete Strompfade aufweist, in denen jeweils ein Elektrodenpotential abgegriffen wird, wobei die am Hochspannungsausgang des Hochspannungstransformators anliegende Ausgangsspannung für die mindestens eine erste Spitzenelektrode beispielsweise auf ein negatives Potential und für die mindestens eine zweite Spitzenelektrode beispielsweise auf ein positives Potential angehoben wird. Die Spitzenelektroden werden somit mit einem negativen bzw. positiven pulsierenden Elektrodenpotential versorgt. Es hat sich gezeigt, dass die Pulsbreite der positiven und negativen Halbwellen der Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators und folglich auch die Pulsbreiten der den Spitzenelektroden bereitgestellten pulsierenden Elektrodenpotentiale von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung abhängig sind. Durch eine Veränderung der Frequenz kann das Verhältnis der Pulsbreiten verändert werden, und dies wiederum ermöglicht es, dass Verhältnis der zeitlichen Mittelwerte der den Spitzenelektroden bereitgestellten Elektrodenpotentiale und damit auch das Verhältnis der Erzeugungsraten der positiven und negativen Ladungsträger zu verändern. Je mehr sich die Frequenz der primärseitig bereitgestellten Wechselspannung bei Einsatz einer Klemmschaltung der Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators annähert, desto mehr nähern sich die Beträge der zeitlichen Mittelwerte der den Spitzenelektroden bereitgestellten Elektrodenpotentiale einander an. Stimmt die Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung mit der Streuresonanzfrequenz überein, dann ist der zeitliche Mittelwert des positiven Erdungspotentials praktisch identisch mit dem Betrag des zeitlichen Mittelwerts des negativen Elektrodenpotentials.
Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts sind die mindestens eine erste Spitzenelektrode und die mindestens eine zweite Spitzenelektrode über den jeweils zugeordneten Gleichrichter mit dem Hochspannungsausgang und über den jeweils zugeordneten Kondensator mit dem Bezugspotential verbunden. Bei einer derartigen Ausgestaltung bildet die Ausgangsschaltung eine Einweggleichrichterschaltung aus, die zwei parallel zueinander geschaltete Strompfade aufweist, in denen jeweils ein Elektrodenpotential abgegriffen wird, wobei die positiven und negativen Halbwellen der Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators in den Strompfaden gleichgerichtet werden. Die Gleichrichtung ermöglicht es, den Spitzenelektroden positive bzw. negative Elektrodenpotentiale bereitzustellen. Die Maximalwerte der positiven und negativen Halbwellen der Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators und folglich auch die durch die Gleichrichtung erzeugten positiven und negativen Elektrodenpotentiale, die den Spitzenelektroden bereitgestellt werden, sind von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung abhängig. Durch eine Veränderung der Frequenz kann das Verhältnis der Maximalwerte der positiven und negativen Halbwellen der Ausgangsspannung verändert werden, und dies wiederum ermöglicht es, das Verhältnis der den Spitzenelektroden bereitgestellten Elektrodenpotentiale und damit auch das Verhältnis der Erzeugungsraten der positiven und negativen Ladungsträger zu verändern. Eine Annäherung der Frequenz der primärseitig bereitgestellten Wechselspannung an die Hauptresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators hat bei Einsatz einer Einweggleichrichterschaltung eine besonders starke Änderung des Verhältnisses der gleichgerichteten positiven und negativen Elektrodenpotentiale zur Folge. Dies wiederum ermöglicht es, Verhältnis der Erzeugungsrate positiver und negativer Ladungsträger zu verändern, um einer Überkompensation entgegenzuwirken.
Günstig ist es, wenn die dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellte Wechselspannung eine Rechteckspannung ist, insbesondere eine Rechteckspannung mit konstantem Tastverhältnis.
Die Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung um bis zu 20% einer vorgegebenen oder vorgebbaren Nennfrequenz veränderbar. Die Frequenz kann somit zur Justierung der elektrostatischen Aufladung eines dielektrischen Objekts vorteilhafterweise ausgehend von einer Nennfrequenz, die von der Haupt- und Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators abhängig ist, um maximal 20% verändert werden.
Bei dem zum Einsatz kommenden Hochspannungstransformator ist die Hauptresonanzfrequenz kleiner als die Streuresonanzfrequenz. Die Frequenz der dem Hochspannungstransformator bereitgestellten Wechselspannung ist bevorzugt größer als die Hauptresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators und kleiner als die Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators. Es hat sich gezeigt, dass durch Frequenzänderungen im Frequenzbereich zwischen der Hauptresonanzfrequenz und der Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators die den Spitzenelektroden bereitgestellten positiven und negativen Elektrodenpotentiale besonders wirkungsvoll in der Weise verändert werden können, dass einer Überkompensation entgegengewirkt werden kann.
Bei Ausgestaltung der Ausgangsschaltung als Klemmschaltung beträgt die Frequenz der dem Hochspannungstransformator bereitgestellten Wechselspannung vorteilhafterweise mindestens das 0,7-fache der Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators. Frequenzänderungen im Bereich unterhalb dem 0,7-fachen der Streuresonanzfrequenz haben bei Einsatz einer Ausgangsschaltung in Form einer Klemmschaltung einen verhältnismäßig geringen Einfluss auf die Größe der zeitlichen Mittelwerte der den Spitzenelektroden bereitgestellten positiven und negativen Elektrodenpotentiale. Demgegenüber führen Frequenzänderungen oberhalb des 0,7-fachen der Streuresonanzfrequenz bei Einsatz einer Klemmschaltung zu deutlichen Änderungen der zeitlichen Mittelwerte der Elektrodenpotentiale und damit auch zu deutlichen Änderungen der Erzeugungsraten der an den Spitzenelektroden erzeugten positiven und negativen Ladungsträger.
Bei Ausgestaltung der Ausgangsschaltung als Einweggleichrichterschaltung beträgt die Frequenz der dem Hochspannungstransformator bereitgestellten Wechselspannung vorteilhafterweise höchstens das 1,4-fache der Hauptresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators. Frequenzänderungen im Bereich oberhalb des 1,4-fachen der Hauptresonanzfrequenz haben bei Einsatz einer Ausgangsschaltung in Form einer Einweggleichrichterschaltung einen verhältnismäßig geringen Einfluss auf die Größe der den ersten und zweiten Spitzenelektroden bereitgestellten positiven und negativen Elektrodenpotentiale. Demgegenüber führen Frequenzänderungen unterhalb des 1,4-fachen der Hauptresonanzfrequenz zu deutlichen Änderungen der positiven und negativen Elektrodenpotentiale und damit auch zu deutlichen Änderungen der Erzeugungsraten der an den Spitzenelektroden erzeugten positiven und negativen Ladungsträger.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung vom Hersteller des Luftionisationsgeräts einstellbar ist. Die Einstellung der Frequenz kann somit im Herstellerwerk des Luftionisationsgeräts vorgenommen werden. Insbesondere kann die Einstellung nach einer Montage der Spitzenelektroden und somit unter Berücksichtigung etwaiger Lagetoleranzen erfolgen. Hierzu kann ein Testlauf des Luftionisationsgeräts durchgeführt werden, wobei die elektrostatische Aufladung einer in einem Abstand zu den Spitzenelektroden positionierten Messplatte gemessen wird und die Frequenz der dem Hochspannungstransformator bereitgestellten Wechselspannung derart eingestellt wird, dass die elektrostatische Aufladung der Messplatte minimal ist. Der Abstand der Messplatte kann so gewählt werden, dass er dem Abstand entspricht, den die Spitzenelektroden beim realen Einsatz des Luftionisationsgeräts zu dem zu entladenden dielektrischen Objekt einnehmen. Nach Auslieferung des Luftionisationsgeräts ist eine weitere Einstellung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator bereitgestellten Wechselspannung nicht mehr erforderlich.
Zur Einstellung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung weist die Steuerschaltung bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein manuell betätigbares Stellglied auf.
Das Stellglied kann beispielsweise als Potentiometer ausgestaltet sein, insbesondere als Trimmpotentiometer.
Günstigerweise ist das Stellglied nach einer Einstellung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung fixierbar. Dadurch lässt sich eine spätere unbeabsichtigte Veränderung der eingestellten Frequenz vermeiden. Die Fixierung des Stellglieds kann beispielsweise mittels Lack erfolgen.
Günstig ist es, wenn die Steuerschaltung eine Überlastschaltung aufweist, mit deren Hilfe der den Spitzenelektroden bereitgestellte Strom begrenzt werden kann. Dadurch kann einem Kurzschluss an den Spitzenelektroden entgegengewirkt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Überlastschaltung mit einer Endstufe des Luftionisationsgeräts gekoppelt, die die Primärspule des Hochspannungstransformators mit Wechselspannung versorgt.
An den Ausgang der Überlastschaltung kann die frequenzveränderliche Oszillatorschaltung angeschlossen sein, und an den Ausgang der Oszillatorschaltung kann die Endstufe angeschlossen sein, deren Ausgang mit der Primärspule der Hochspannungstransformators verbunden ist.
Bevorzugt stellt die Endstufe dem Hochspannungstransformator eine Rechteckspannung bereit. Hierbei ist es günstig, wenn die Endstufe mindestens zwei steuerbare Schaltelemente aufweist. Als Schaltelemente können beispielsweise Transistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, zum Einsatz kommen. Die steuerbaren Schaltelemente können an die Primärspule des Hochspannungstransformators angeschlossen sein.
Die Gleichrichter sind bevorzugt als Dioden ausgestaltet.
Die nachfolgende Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
1: ein Blockschaltbild einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts, das einen Hochspannungstransformator aufweist, der von einer Steuerschaltung mit einer frequenzveränderlichen Wechselspannung versorgt wird und an dessen Ausgang eine erste Spitzenelektrode und eine zweite Spitzenelektrode angeschlossen sind;
2: die zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung des in 1 dargestellten Hochspannungstransformators sowie der negativen und positiven Elektrodenpotentiale, die an der ersten Spitzenelektrode bzw. an der zweiten Spitzenelektrode anliegen, wenn die dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellte Wechselspannung eine erste Frequenz aufweist;
3: die zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung des in 1 dargestellten Hochspannungstransformators sowie der negativen und positiven Elektrodenpotentiale, die an der ersten Spitzenelektrode bzw. an der zweiten Spitzenelektrode anliegen, wenn die dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellte Wechselspannung eine zweite Frequenz aufweist;
4: die Verläufe der zeitlichen Mittelwerte der negativen und positiven Elektrodenpotentiale, die bei der in 1 dargestellten Ausführungsform an der ersten Spitzenelektrode bzw. an der zweiten Spitzenelektrode anliegen, in Abhängigkeit von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung;
5: ein Blockschaltbild einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts, das einen Hochspannungstransformator aufweist, der von einer Steuerschaltung mit einer frequenzveränderlichen Wechselspannung versorgt wird und an dessen Ausgang eine erste Spitzenelektrode und eine zweite Spitzenelektrode angeschlossen sind;
6: die zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung des in 5 dargestellten Hochspannungstransformators sowie der positiven und negativen Elektrodenpotentiale, die an der ersten Spitzenelektrode bzw. an der zweiten Spitzenelektrode anliegen, wenn die dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellte Wechselspannung eine erste Frequenz aufweist;
7: die zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung des in 5 dargestellten Hochspannungstransformators sowie der negativen und positiven Elektrodenpotentiale, die an der ersten Spitzenelektrode bzw. an der zweiten Spitzenelektrode anliegen, wenn die dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellte Wechselspannung eine zweite Frequenz aufweist;
8: die Verläufe der zeitlichen Mittelwerte der negativen und positiven Elektrodenpotentiale, die bei der in 5 dargestellten Ausführungsform an der ersten Spitzenelektrode bzw. an der zweiten Spitzenelektrode anliegen, in Abhängigkeit von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator primärseitig bereitgestellten Wechselspannung.
In 1 ist schematisch ein Blockschaltbild einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts dargestellt, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt ist.
Das Luftionisationsgerät 10 weist eine einzige Steuerschaltung 12 auf, die von einer in der Zeichnung nicht dargestellten, dem Fachmann an sich bekannten Gleichspannungsquelle mit Gleichspannung versorgt wird. Die Steuerschaltung 12 weist eine an die Gleichspannungsquelle anschließbare und regelbare Überlastschaltung 14 auf, die an den Eingang einer frequenzveränderlichen Oszillatorschaltung 16 angeschlossen ist, die wiederum an den Eingang einer Endstufe 18 angeschlossen ist.
Das Luftionisationsgerät 10 weist außerdem einen einzigen Hochspannungstransformator 20 auf, dessen Primärspule 21 an den Ausgang der Endstufe 18 angeschlossen ist. An die Sekundärspule 22 des Hochspannungstransformators 20 ist eine Ausgangsschaltung 24 angeschlossen, die in der in 1 dargestellten Ausführungsform als Klemmschaltung 25 ausgestaltet ist. Sekundärseitig weist der Hochspannungstransformator 20 einen Hochspannungsausgang 27 und einen Bezugspotentialausgang 29 auf. Der Bezugspotentialausgang 29 ist an eine Erdungsleitung 30 angeschlossen, die mit Erdpotential 32 verbunden ist.
Die Klemmschaltung 25 weist einen ersten Strompfad auf mit einem ersten Kondensator 26 und einem in Reihe zum ersten Kondensator 26 geschalteten ersten Gleichrichter. Der erste Gleichrichter ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als erste Diode 28 ausgestaltet. Der erste Kondensator 26 ist an den Hochspannungsausgang 27 angeschlossen, und die erste Diode ist kathodenseitig über die Erdungsleitung 30 mit dem Erdpotential 32 verbunden. Die Klemmschaltung 25 weist außerdem einen zweiten Strompfad auf mit einem zweiten Kondensator 34 und mit einem in Reihe zum zweiten Kondensator 34 geschalteten zweiten Gleichrichter. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Gleichrichter als zweite Diode 36 ausgestaltet. Der zweite Kondensator 34 ist ebenfalls an den Hochspannungsausgang 27 angeschlossen und die zweite Diode 36 ist anodenseitig über die Erdungsleitung 30 mit dem Erdpotential 32 verbunden. Der erste Strompfad ist parallel zum zweiten Strompfad geschaltet. Über beide Strompfade ist der Hochspannungsausgang 27 mit dem Erdpotential 32 verbunden.
Das Luftionisationsgerät 10 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Spitzenelektrode 38 und eine zweite Spitzenelektrode 40 auf. Das der ersten Spitzenelektrode 38 bereitgestellte erste Elektrodenpotential wird im ersten Strompfad zwischen dem ersten Kondensator 26 und der ersten Diode 28 abgegriffen, und das der zweiten Spitzenelektrode 40 bereitgestellte zweite Elektrodenpotential wird im zweiten Strompfad zwischen dem zweiten Kondensator 34 und der zweiten Diode 36 abgegriffen.
Die Endstufe 18 stellt der Primärspule 22 des Hochspannungstransformators 20 eine Wechselspannung bereit. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Wechselspannung um eine Rechteckspannung. Die Endstufe 18 weist hierzu ein erstes steuerbares Schaltelement in Form eines ersten Feldeffekttransistors 42 und ein zweites steuerbares Schaltelement in Form eines zweiten Feldeffekttransistors 44 auf.
Die Frequenz der von der Endstufe 18 bereitgestellten Wechselspannung kann verändert werden. Hierzu weist die Oszillatorschaltung 16 ein manuell betätigbares und fixierbares Stellglied auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als Trimmpotentiometer 46 ausgestaltet ist.
Die regelbare Überlastschaltung 14 ist an den Eingang der Oszillatorschaltung 16 angeschlossen und steht über eine Steuerleitung 48 unmittelbar mit der Endstufe 18 in elektrischer Verbindung.
Das Luftionisationsgerät 10 kommt zur Beseitigung elektrostatischer Aufladungen von dielektrischen Objekten zum Einsatz. Hierzu wird dem Hochspannungstransformator 20 von der Steuerschaltung 12 eine Wechselspannung bereitgestellt, deren Frequenz mit Hilfe des Trimmpotentiometers 46 eingestellt werden kann. Die bereitgestellte Wechselspannung wird vom Hochspannungstransformator 20 auf eine Hochspannung transformiert. In 2 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung U_aus des Hochspannungstransformators 20 bei einer ersten Frequenz der eingangsseitigen Wechselspannung in einem eingeschwungenen Zustand dargestellt. Bei der primärseitig bereitgestellten Wechselspannung handelt es sich um eine Rechteckspannung. Die Ausgangsspannung U_aus zeigt nicht den idealen Verlauf einer Rechteckspannung. Dies hat seine Ursache in den nicht-linearen Übertragungseigenschaften des Hochspannungstransformators 20. Die Übertragungseigenschaften werden durch die ohmschen Widerstände, die Wickelkapazität und die Haupt- und Streuinduktivitäten des Hochspannungstransformators 20 beeinflusst und auch durch die kapazitive Last des Hochspannungstransformators 20. Die Übertragungseigenschaften sind von der Frequenz der primärseitig bereitgestellten Wechselspannung abhängig und führen zu einer Verformung der Ausgangsspannung U_aus. Die Ausgangsspannung U_aus weist eine positive Halbwelle 50 und eine negative Halbwelle 52 auf, deren Pulsbreiten unterschiedlich sind. Die Pulsbreite der positiven Halbwelle 50 ist in der in 2 dargestellten Situation deutlich größer als die Pulsbreite 52 der negativen Halbwelle. Das Verhältnis der Pulsbreite der positiven Halbwelle 50 zur Pulsbreite der negativen Halbwelle 52 ist von der Frequenz der primärseitig bereitgestellten Wechselspannung abhängig.
Aufgrund der Verbindung der ersten Spitzenelektrode 38 über den ersten Kondensator 26 mit dem Hochspannungsausgang 27 und der bei Anliegen einer positiven Halbwelle 50 in Durchlassrichtung geschalteten ersten Diode 28, über die die erste Spitzenelektrode 38 mit Erdpotential verbunden ist, verschiebt sich im eingeschwungenen Zustand das an der ersten Spitzenelektrode 38 wirksame Elektrodenpotential zu negativen Werten, wohingegen das an der zweiten Spitzenelektrode 40 wirksame Elektrodenpotential aufgrund der entgegengesetzt zur ersten Diode 28 geschalteten zweiten Diode 36 im eingeschwungenen Zustand zu positiven Halbwellen verschoben wird. 2 zeigt im eingeschwungenen Zustand den zeitlichen Verlauf des an der ersten Spitzenelektrode 38 anliegenden negativen Elektrodenpotentials U_ sowie den zeitlichen Verlauf des an der zweiten Spitzenelektrode 40 anliegenden positiven Elektrodenpotentials U₊, wobei die dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellte Wechselspannung eine erste Frequenz aufweist. Aufgrund der unterschiedlichen Pulsbreiten der positiven und negativen Halbwellen 50, 52 der Ausgangsspannung U_aus und der kapazitiven Kopplung der Spitzenelektroden 38, 40 mit dem Hochspannungsausgang der Sekundärspule des Hochspannungstransformators 20 ergeben sich für die zeitlichen Mittelwerte M_ und M₊ der an den Spitzenelektroden 38, 40 anliegenden negativen bzw. positiven Elektrodenpotentiale unterschiedliche Werte. In der in 2 dargestellten Situation ergibt sich für das negative Elektrodenpotential U_ ein zeitlicher Mittelwert M_ von etwa –1,8 kV, wohingegen der zeitliche Mittelwert M₊ des positiven Elektrodenpotentials U₊ etwa +3,8 kV beträgt.
Wird die Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 eingangsseitig bereitgestellten Wechselspannung ausgehend von der in 2 dargestellten Situation erhöht, so ergeben sich bei einer zweiten Frequenz die in 3 dargestellten zeitlichen Verläufe der Elektrodenpotentiale. Während die Frequenz der eingangsseitigen Wechselspannung bei den in 2 dargestellten Potentialverläufen deutlich kleiner ist als die Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators 20, zeigt 3 eine Situation, bei der die Frequenz der eingangsseitigen Wechselspannung nur geringfügig kleiner ist als die Streuresonanzfrequenz. Die Resonanzeigenschaften des Hochspannungstransformators 20 haben bei der in 3 dargestellten Situation die Folge, dass die Ausgangsspannung U_aus des Hochspannungstransformators 20 nahezu sinusförmig verläuft. In 3 zeigt die Ausgangsspannung U_aus eine positive Halbwelle 54, deren Pulsbreite nur geringfügig größer ist als die Pulsbreite der negativen Halbwelle 56. Dies hat zur Folge, dass der zeitliche Mittelwert M_ des an der ersten Spitzenelektrode 38 anliegenden Elektrodenpotentials etwa –2,4 kV und der zeitliche Mittelwert M₊ des an der zweiten Spitzenelektrode 40 anliegenden Elektrodenpotentials etwa +3,0 kV beträgt.
Eine Änderung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung hat somit eine Änderung der zeitlichen Mittelwerte M_ und M₊ der an den Spitzenelektroden 38 und 40 anliegenden Elektrodenpotentiale zur Folge, und dies wiederum bedingt, dass sich die Erzeugungsraten der an den Spitzenelektroden 38, 40 erzeugten positiven und negativen Ladungsträger in Abhängigkeit von der Frequenz verändern.
In 4 sind die Verläufe der zeitlichen Mittelwerte M_ und M₊ der Elektrodenpotentiale in Abhängigkeit von der Frequenz der den Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung dargestellt. Mit zunehmender Frequenz erhöht sich der Betrag des zeitlichen Mittelwerts M_ des an der ersten Spitzenelektrode 38 anliegenden negativen Elektrodenpotentials, wohingegen sich der zeitliche Mittelwert M₊ des an der zweiten Spitzenelektrode 40 anliegenden positiven Elektrodenpotentials verringert. Die Veränderung der zeitlichen Mittelwerte der Elektrodenpotentiale führt zu einer Veränderung der Erzeugungsrate der positiven und negativen Ladungsträger an den Spitzenelektroden 38, 40, und dies wiederum hat zur Folge, dass sich die Anzahl der auf ein zu entladendes dielektrisches Objekt auftreffenden positiven und negativen Ladungsträger in Abhängigkeit von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 bereitgestellten Wechselspannung ändert. Treffen mehr positive als negative Ladungsträger auf das Objekt, so führt dies zu einer positiven Aufladung des Objekts, treffen dagegen mehr negative als positive Ladungsträger auf das Objekt, so führt dies zu einer negativen Aufladung des Objekts.
Die elektrostatische Aufladung des Objekts kann durch eine Messplatte simuliert werden, die in einem Abstand zu den Spitzenelektroden 38 und 40 positioniert wird, der dem Abstand entspricht, den die Spitzenelektroden 38, 40 bei Einsatz des Luftionisationsgeräts 10 zu dem zu entladenden Objekt einnehmen. Der Abstand kann beispielsweise 10 cm betragen. Als Maß für die Aufladung der Messplatte kann die Messspannung U_Mess herangezogen werden, die die Messplatte bezogen auf Erdpotential aufweist. Der Verlauf der Messspannung U_Mess in Abhängigkeit von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 bereitgestellten Wechselspannung ist in 4 ebenfalls dargestellt. Es wird deutlich, dass sich die Messspannung U_Mess im dargestellten Frequenzbereich von positiven zu negativen Werten ändert. Während die Messspannung bei kleineren Frequenzen positive Werte aufweist, zeigt sie bei größeren Frequenzen negative Werte. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Messspannung bei einer Frequenz von etwa 24,7 kHz 0 V, bei dieser Frequenz liegen also an der Messplatte keine überschüssigen Ladungsträger einer Polarität vor. Durch Einstellung der Frequenz kann somit eine Aufladung der Messplatte und folglich im realen Einsatz des Luftionisationsgeräts 10 auch eine Aufladung eines dielektrischen Objekts vollständig vermieden werden.
Die Einstellung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung mittels des Trimmpotentiometers 46 kann im Herstellerwerk des Luftionisationsgerätes 10 erfolgen. Nach der Einstellung der Frequenz auf einen Wert, bei dem praktisch keine elektrostatische Aufladung eines dielektrischen Objekts zu befürchten ist, kann das Trimmpotentiometer 46 mittels Lack fixiert und das Luftionisationsgerät 10 kann anschließend ausgeliefert werden.
In 5 ist schematisch ein Blockschaltbild einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts dargestellt, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 110 belegt ist.
Das Luftionisationsgerät 110 ist weitgehend identisch ausgestaltet wie das voranstehend unter Bezugnahme auf 1 erläuterte Luftionisationsgerät 10. Für identische Bauteile werden daher in 5 dieselben Bezugszeichen verwendet wie in 1 und bezüglich dieser Bauteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden Erläuterungen Bezug genommen.
Das Luftionisationsgerät 110 weist ebenfalls eine Steuerschaltung 12 auf mit einer regelbaren Überlastschaltung 14, einer frequenzveränderlichen Oszillatorschaltung 16 und einer Endstufe 18. Außerdem weist das Luftionisationsgerät 110 in Übereinstimmung mit dem in 1 schematisch dargestellten Luftionisationsgerät 10 einen Hochspannungstransformator 20 auf mit einer Primärspule 21 und einer Sekundärspule 22 und mit einem Hochspannungsausgang 27 und einem Bezugspotentialausgang 29.
Das in 5 dargestellte Luftionisationsgerät 110 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Luftionisationsgerät 10 dadurch, dass statt der Ausgangsschaltung 24 in Form der Klemmschaltung 25 eine Ausgangsschaltung 124 in Form einer Einweggleichrichterschaltung 125 zum Einsatz kommt. Die Einweggleichrichterschaltung 125 weist einen ersten Strompfad auf mit einem ersten Gleichrichter in Form einer ersten Diode 128 und mit einem in Reihe zur ersten Diode 128 geschalteten ersten Kondensator 126. Die erste Diode 128 ist kathodenseitig an den Hochspannungsausgang 27 des Hochspannungstransformators 20 angeschlossen, und der erste Kondensator 126 ist über die Erdungsleitung 30 mit dem Erdpotential 32 verbunden. Die Einweggleichrichterschaltung 125 weist außerdem einen parallel zum ersten Strompfad geschalteten zweiten Strompfad auf mit einem zweiten Gleichrichter in Form einer zweiten Diode 136 und einem in Reihe zur zweiten Diode 136 geschalteten zweiten Kondensator 134. Die zweite Diode 136 ist anodenseitig an den Hochspannungsausgang 27 angeschlossen, und der zweite Kondensator 134 ist über die Erdungsleitung 30 mit dem Erdpotential 32 verbunden.
Das in 5 dargestellte Luftionisationsgerät 110 weist ebenso wie das in 1 dargestellte Luftionisationsgerät 10 eine erste Spitzenelektrode 38 und eine zweite Spitzenelektrode 40 auf. Das der ersten Spitzenelektrode 38 bereitgestellte erste Elektrodenpotential wird im ersten Strompfad zwischen der ersten Diode 128 und dem ersten Kondensator 126 abgegriffen, und das der zweiten Spitzenelektrode 40 bereitgestellte zweite Elektrodenpotential wird im zweiten Strompfad zwischen der zweiten Diode 136 und dem zweiten Kondensator 134 abgegriffen.
Auch beim Luftionisationsgerät 110 stellt die Endstufe 18 der Primärspule 22 des Hochspannungstransformators 20 eine Wechselspannung bereit. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Wechselspannung um eine Rechteckspannung. Die Frequenz der bereitgestellten Wechselspannung kann mittels der Oszillatorschaltung 16 verändert werden. Die nicht-linearen Eigenschaften des Hochspannungstransformators 20 haben zur Folge, dass sich der Verlauf der Ausgangsspannung sowie auch die positiven und negativen Maximalwerte der Ausgangsspannung, die vom Hochspannungstransformator 20 der Einweggleichrichterschaltung 125 bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Frequenz der primärseitig bereitgestellten Wechselspannung ändern. Aufgrund der unmittelbar mit dem Hochspannungsausgang 27 verbundenen ersten und zweiten Dioden 128, 136 und der jeweils in Reihe geschalteten Kondensatoren 126, 134 wird den ersten und zweiten Spitzenelektroden 38, 40 ein gleichgerichtetes, zeitlich im Wesentlichen konstantes negatives bzw. positives Elektrodenpotential bereitgestellt. In 6 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung U_aus des Hochspannungstransformators 20 des Luftionisationsgeräts 110 im eingeschwungenen Zustand bei einer ersten Frequenz dargestellt, und in 7 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung U_aus des Hochspannungstransformators 20 des Luftionisationsgeräts 110 im eingeschwungenen Zustand bei einer zweiten Frequenz dargestellt, wobei die zweite Frequenz größer ist als die erste Frequenz. Die Frequenzänderung hat eine Änderung des zeitlichen Verlaufs und auch eine Änderung der positiven und negativen Maximalwerte der Ausgangsspannung U_aus zur Folge. Dies wiederum bedingt, dass sich auch das negative Elektrodenpotential U_ und das positive Elektrodenpotential U₊ verändern. Die jeweiligen Elektrodenpotentiale U_ und U₊ sind in den 6 und 7 ebenfalls dargestellt, wobei die jeweiligen zeitlichen Mittelwerte M_ und M₊ im Wesentlichen identisch sind mit den Werten U_ und U₊.
Die Veränderung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung führt auch bei der in 5 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftionisationsgeräts zu einer Änderung der den ersten und zweiten Spitzenelektroden 38, 40 bereitgestellten negativen und positiven Elektrodenpotentiale U_ und U₊, und dies wiederum hat auch bei der in 5 dargestellten Ausführungsform zur Folge, dass sich die Erzeugungsraten der mittels des Luftionisationsgerätes 110 erzeugten negativen und positiven Ladungsträger ändern. Dies gibt auch bei der in 5 dargestellten Ausführungsform die Möglichkeit, die Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung derart einzustellen, dass eine Aufladung eines zu entladenden Objekts vermieden werden kann.
In 8 ist für das Luftionisationsgerät 110 der Verlauf der zeitlichen Mittelwerte M_ und M₊ der den ersten und zweiten Spitzenelektroden 38, 40 bereitgestellten Elektrodenpotentiale in Abhängigkeit von der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung dargestellt. 8 zeigt darüber hinaus die Frequenzabhängigkeit einer Messspannung U_Mess, die in der voranstehend unter Bezugnahme auf das Luftionisationsgerät 10 bereits im Einzelnen erläuterten Weise gemessen wird. Die Messspannung U_Mess stellt ein Maß für die Aufladung einer in einem Abstand von beispielsweise 10 cm zu den Spitzenelektroden 38, 40 des Luftionisationsgeräts 110 positionierten Messplatte dar. Wie aus 8 unmittelbar ersichtlich, kann die Messspannung U_Mess durch Wahl einer entsprechenden Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 bereitgestellten Wechselspannung auf einen Wert von 0 V eingestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Messspannung U_Mess bei einer Frequenz von etwa 26 kHz 0 V, bei dieser Frequenz liegen also an der Messplatte keine überschüssigen Ladungsträger einer Polarität vor.
Auch beim Luftionisationsgerät 110 kann die Einstellung der Frequenz der dem Hochspannungstransformator 20 primärseitig bereitgestellten Wechselspannung im Herstellerwerk des Luftionisationsgeräts 110 mittels des Trimmpotentiometers 46 erfolgen. Nach Einstellung der Frequenz auf einen Wert, bei dem praktisch keine elektrostatische Aufladung eines dielektrischen Objekts zu befürchten ist, kann das Trimmpotentiometer 46 mittels Lack fixiert und das Luftionisationsgerät 110 anschließend ausgeliefert werden.

Claims

Luftionisationsgerät mit einer Steuerschaltung (12), einem Hochspannungstransformator (20) und einer Ausgangsschaltung (24, 124), wobei die Primärspule (21) des Hochspannungstransformators (20) von der Steuerschaltung (12) mit einer Wechselspannung beaufschlagbar ist, und wobei die Ausgangsschaltung (24, 124) von der Sekundärspule (22) des Hochspannungstransformators (20) mit einer Ausgangsspannung beaufschlagbar ist, und mit mindestens einer ersten Spitzenelektrode (38), die von der Ausgangsschaltung (24, 124) mit einem ersten Elektrodenpotential beaufschlagbar ist, und mit mindestens einer zweiten Spitzenelektrode (40), die von der Ausgangsschaltung (24, 124) mit einem zweiten Elektrodenpotential beaufschlagbar ist, wobei das erste Elektrodenpotential in einem ersten Strompfad abgegriffen wird zwischen einem ersten Kondensator (26, 126) und einem in Reihe zum ersten Kondensator (26, 126) geschalteten ersten Gleichrichter (28, 128), die der mindestens einen ersten Spitzenelektrode (38) zugeordnet sind, und wobei das zweite Elektrodenpotential in einem zweiten Strompfad abgegriffen wird zwischen einem zweiten Kondensator (34, 134) und einem in Reihe zum zweiten Kondensator (34, 134) geschalteten zweiten Gleichrichter (36, 136), die der mindestens einen zweiten Spitzenelektrode (40) zugeordnet sind, und wobei der erste Gleichrichter (26, 126) umgekehrt gepolt ist wie der zweite Gleichrichter (36, 136) und die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) primärseitig bereitgestellten Wechselspannung einstellbar ist, wobei die Steuerschaltung (12) eine frequenzveränderliche Oszillatorschaltung (16) aufweist.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 1, wobei der Hochspannungstransformator (20) sekundärseitig einen Hochspannungsausgang (27) und einen mit einem Bezugspotential (32) verbundenen Bezugspotentialausgang (29) aufweist, wobei der zweite Strompfad parallel zum ersten Strompfad geschaltet ist und der Hochspannungsausgang (27) über den ersten Strompfad und über den zweiten Strompfad mit dem Bezugspotential (32) in elektrischer Verbindung steht.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine erste Spitzenelektrode (38) und die mindestens eine zweite Spitzenelektrode (40) über den jeweils zugeordneten Kondensator (26, 34) mit dem Hochspannungsausgang (27) und über den jeweils zugeordneten Gleichrichter (28, 36) mit dem Bezugspotential (32) verbunden sind.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine erste Spitzenelektrode (38) und die mindestens eine zweite Spitzenelektrode (40) über den jeweils zugeordneten Gleichrichter (128, 136) mit dem Hochspannungsausgang (27) und über den jeweils zugeordneten Kondensator (126, 134) mit dem Bezugspotential verbunden sind.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 3, wobei die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung mindestens das 0,7-fache der Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators (20) beträgt.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 4, wobei die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung höchstens das 1,4-fache der Hauptresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators (20) beträgt.
Luftionisationsgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellte Wechselspannung eine Rechteckspannung ist.
Luftionisationsgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung um bis zu 20% einer vorgegebenen oder vorgebbaren Nennfrequenz veränderbar ist.
Luftionisationsgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung größer ist als die Hauptresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators (20) und kleiner ist als die Streuresonanzfrequenz des Hochspannungstransformators (20).
Luftionisationsgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung vom Hersteller des Luftionisationsgeräts (10) einstellbar ist.
Luftionisationsgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (12) ein manuell betätigbares Stellglied zum Einstellen der Frequenz der dem Hochspannungstransformator (20) bereitgestellten Wechselspannung aufweist.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 11, wobei das Stellglied als Potentiometer (46) ausgestaltet ist.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Stellglied fixierbar ist.
Luftionisationsgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (12) eine Überlastschaltung (14) aufweist.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung (12) eine Endstufe (18) aufweist, die mit der Überlastschaltung (14) gekoppelt ist.
Luftionisationsgerät nach Anspruch 15, wobei die Endstufe (18) mindestens zwei steuerbare Schaltelemente (42, 44) aufweist.