DE102021130189B3

DE102021130189B3 - Ionisationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021130189B3
Application number: DE102021130189.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lázár
Original assignee: Swedex Ind GmbH; Swedex Industrieprodukte GmbH
Current assignee: Swedex Ind GmbH; Swedex Industrieprodukte GmbH
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: WO2023088741A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionisationsvorrichtung (1) umfassend eine Hochspannungsquelle (2), die dazu ausgelegt ist, eine gepulste Gleichspannung im Hochvoltbereich bereitzustellen, und die eine positive Hochspannungskaskade (7) und eine negative Hochspannungskaskade (8) aufweist, und zumindest eine Elektrodenanordnung (3) mit Elektroden (9), die an die positive Hochspannungskaskade (7) angeschlossen sind, und Gegenelektroden (10), die an die negative Hochspannungskaskade (8) angeschlossen sind, wobei zwischen den Hochspannungskaskaden (7,8) und der Elektrodenanordnung (3) eine wenigstens einen Kondensator (13) aufweisende Kondensatoreinrichtung (12) vorgesehen ist, welche die positive Hochspannungskaskade (7) und die negative Hochspannungskaskade (8) ausgangsseitig miteinander verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lonisationsvorrichtung umfassend eine Hochspannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, eine gepulste Gleichspannung im Hochvoltbereich bereitzustellen, und die eine positive Hochspannungskaskade und eine negative Hochspannungskaskade aufweist, und zumindest eine Elektrodenanordnung mit Elektroden, die an die positive Hochspannungskaskade angeschlossen sind, und Gegenelektroden, die an die negative Hochspannungskaskade angeschlossen sind.
Ionisationsvorrichtungen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielhaft seien in diesem Zusammenhang die Druckschriften DE 27 24 118 A1 , DE 29 44 951 A1 , DE 102 11 429 C1 und DE 29 30 902 A1 genannt. Sie werden dazu eingesetzt, unerwünschte elektrostatische Aufladungen und mit diesen einhergehende Probleme zu eliminieren, wie beispielsweise elektrostatische Verschmutzung, elektrostatische Anziehung und/oder elektrostatische Entladungen. Grundsätzlich wird zwischen AC-Systemen (Wechselstromsystemen) und DC-Systemen (Gleichstromsystemen) unterschieden. Bei den AC-Systemen wird die Netzwechselspannung unter Einsatz eines Transformators auf die erforderliche Hochspannung transformiert, normalerweise im Bereich von 5 bis 8 kV. Die Elektrodenanordnung ist an den Transformator angeschlossen, so dass an den Spitzen sämtlicher Elektroden nacheinander positive und negative Ionen generiert werden. Bei den DC-Systemen, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist, wird aus einer Gleichspannung eine gepulste Gleichspannung im Hochvoltbereich generiert, an welche Elektroden und Gegenelektroden angeschlossen sind, die im Wechsel einerseits positive und andererseits negative Ionen generieren. Zur Erzeugung der Hochspannung kommen in beiden Systemen so genannte Hochspannungskaskaden zum Einsatz, die auch als Spannungsvervielfacher-Kaskaden, Cockcroft-Walton-Generator, Villard-Vervielfacherschaltung oder Siemens-Schaltung bezeichnet werden. Derartige Hochspannungskaskaden sind beispielsweise Gegenstand der Druckschriften DE 25 33 720 A1 und DE 23 14 674 A . DC-Systeme sind dahingehend von Vorteil, dass die Arbeitsabstände zu denjenigen Bereichen, in denen elektrostatische Aufladungen eliminiert werden sollen, aufgrund höherer Entladungsstärken größer als bei AC-Systemen sein können. Darüber hinaus entsteht bei der Umschaltung der Polarität anders als beim Nulldurchgang der Wechselspannung keine Pause, so dass ständig Ionen generiert werden.
Weitere Ionisierungsvorrichtungen sind in den Druckschriften DE 23 63 284 A1 , und DE 698 30 609 T2 beschrieben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine DC- lonisationsvorrichtung der eingangs genannten Art mit verbessertem Aufbau zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Ionisationsvorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen den Hochspannungskaskaden und der Elektrodenanordnung eine wenigstens einen Kondensator aufweisende Kondensatoreinrichtung vorgesehen ist, welche die positive Hochspannungskaskade und die negative Hochspannungskaskade ausgangsseitig miteinander verbindet. Dank der während des Betriebs der lonisationsvorrichtung in der Kondensatoreinrichtung stattfindenden Ladungsverschiebung erfolgt eine schnellere Entladung der jeweils inaktiven Hochspannungskaskade, was sich wiederum positiv auf die lonenproduktion dieser Hochspannungskaskade in der darauffolgenden aktiven Phase auswirkt. Insgesamt wird somit die Leistung der Ionisationsvorrichtung optimiert.
Die Hochspannungsquelle liefert ausgangsseitig bevorzugt eine Hochspannung von wenigstens ± 3 kV, insbesondere in einem Bereich zwischen ±3 kV und ±30 kV.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Hochspannungsquelle eine Gleichstrom liefernde Stromversorgungseinrichtung, eine mit der Stromversorgungseinrichtung verbundene Steuerplatine und einen mit der Steuerplatine verbundenen Oszillator auf, dessen Ausgänge mit den Hochspannungskaskaden verbunden sind. Auf diese Weise wird ein sehr einfacher Aufbau der Hochspannungsquelle erzielt.
Bevorzugt umfasst die Kondensatoreinrichtung mehrere Kondensatoren, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

1 eine schematische Ansicht einer lonisationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Graph, der Ausgangssignale von Hochspannungskaskaden der in 1 gezeigten lonisationsvorrichtung zeigt, wenn die in 1 dargestellte lonisationsvorrichtung ohne Kondensatoreinrichtung ausgebildet ist, und
3 ein Graph, der Ausgangssignale der Hochspannungskaskaden der lonisationsvorrichtung im in 1 dargestellten Zustand zeigt, also mit vorhandener Kondensatoreinrichtung.

1 zeigt eine lonisationsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dazu dient, unerwünschte elektrostatische Aufladungen von Produkten oder Arbeitsumgebungen und mit diesen elektrostatischen Aufladungen einhergehende Probleme zu eliminieren, wie beispielsweise elektrostatische Verschmutzung, elektrostatische Anziehung und/oder elektrostatische Entladungen. Die Ionisationsvorrichtung 1 umfasst eine Hochspannungsquelle 2 und eine Elektrodenanordnung 3. Die Hochspannungsquelle 2 ist dazu ausgelegt, eine gepulste Gleichspannung im Hochvoltbereich bereitzustellen, insbesondere in einem Hochvoltbereich zwischen ±3 kV und ±30kV, vorliegend beispielsweise ±10 kV, wobei die Frequenz bevorzugt einstellbar ist. Sie weist vorliegend eine Gleichstrom liefernde Stromversorgungseinrichtung 4, beispielsweise in Form eines 24 Volt Konstantspannungsnetzteils, eine mit der Stromversorgungseinrichtung 4 verbundene Steuerplatine 5, einen mit der Steuerplatine 5 verbundenen Oszillator 6 sowie eine positive Hochspannungskaskade 7 und eine negative Hochspannungskaskade 8, welche die Spannung vorliegend auf ±10 kV erhöhen. Es sollte klar sein, dass dieser Wert variabel ist und insbesondere zwischen ±3 kV und ±30 kV liegen kann. Die Elektrodenanordnung 3 umfasst Elektroden 9, die an die positive Hochspannungskaskade 7 angeschlossen sind, und Gegenelektroden 10, die an die negative Hochspannungskaskade 8 angeschlossen sind. Entsprechend werden in an und für sich bekannter Weise an den Elektroden 9 positive Ionen und an den Gegenelektroden 10 negative Ionen generiert, wobei sich die Produktion positiver und negativer Ionen abwechselt. Die Elektroden 9 und die Gegenelektroden 10 sind jeweils mit hochohmigen Widerständen 11 versehen, um das von den Elektroden 9 und den Gegenelektroden 10 ausgehende Gefahrenpotential im Falle einer Berührung zu minimieren, also den maximalen Kurzschlussstrom zu begrenzen. Die Steuerplatine 5 und der Oszillator 6, die den Niederspannungsteil der Hochspannungsquelle 2 bilden, sind geerdet. Die Hochspannungskaskaden 7 und 8, die den Hochspannungsteil der Hochspannungsquelle 2 repräsentieren, sind separat geerdet. Zwischen den Hochspannungskaskaden 7 und 8 und der Elektrodenanordnung 3 ist erfindungsgemäß eine wenigstens einen Kondensator aufweisende Kondensatoreinrichtung 12 vorgesehen, welche die positive Hochspannungskaskade 7 und die negative Hochspannungskaskade 8 ausgangsseitig miteinander verbindet. Die Kondensatoreinrichtung 12 weist vorliegend eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren 13 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Kondensatoreinrichtung 12 aber auch parallel geschaltete Kondensatoren 13 aufweisen. Auch kann die Kondensatoreinrichtung 12 aus nur einem einzelnen Kondensator 13 bestehen.
Die Wirkung, die durch die Kondensatoreinrichtung 12 erzielt wird, zeigt ein Vergleich der in den 2 und 3 dargestellten Graphen, wobei der Graph gemäß 2 Ausgangssignale von der Hochspannungskaskaden 7 und 8 der in 1 gezeigten Ionisationsvorrichtung 1 zeigt, wenn die in 1 dargestellte Ionisationsvorrichtung 1 ohne Kondensatoreinrichtung 12 ausgebildet ist, und der Graph gemäß 3 Ausgangssignale der Hochspannungskaskaden 7 und 8 der Ionisationsvorrichtung 1 im in 1 dargestellten Zustand zeigt, also mit vorhandener Kondensatoreinrichtung 12. In den 2 und 3 zeigt der oberste Graph jeweils den optimalen Fall eines Rechtecksignals, der darunter angeordnete Graph das tatsächliche Signal der positiven Hochspannungskaskade 7 und der unterste Graph das tatsächliche Signal der negativen Hochspannungskaskade 8. Wie es anhand 2 zu erkennen ist, besteht ein Problem einer Kaskadenschaltung ohne Kondensatoreinrichtung 12 darin, dass sich die induzierte Spannung der Schaltung durch die anliegende Wechselfrequenz und die in den Hochspannungskaskaden 7 und 8 bekanntlich integrierten Kondensatoren im inaktiven Zustand der jeweiligen Hochspannungskaskade 7, 8 nur langsam abbauen kann. Hierdurch wird die Zeitspanne minimiert, in der Ionen produziert werden können. Dank der Kondensatoreinrichtung 12 kommt es, wie es in 3 zu erkennen ist, zu einer schnellen Entladung der jeweils inaktiven Hochspannungskaskade 7, 8, was eine optimierte lonenproduktion nach sich zieht.
Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionisationsvorrichtung 1 nur als Beispiel dient und nicht als einschränkend zu verstehen ist. Vielmehr sind Änderungen und/oder Modifikationen möglich, ohne den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Ionisationsvorrichtung
2: Hochspannungsquelle
3: Elektrodenanordnung
4: Stromversorgungseinrichtung
5: Steuerplatine
6: Oszillator
7: positive Hochspannungskaskade
8: negative Hochspannungskaskade
9: Elektrode
10: Gegenelektrode
11: Widerstand
12: Kondensatoreinrichtung
13: Kondensator

Claims

lonisationsvorrichtung (1) umfassend eine Hochspannungsquelle (2), die dazu ausgelegt ist, eine gepulste Gleichspannung im Hochvoltbereich bereitzustellen, und die eine positive Hochspannungskaskade (7) und eine negative Hochspannungskaskade (8) aufweist, und zumindest eine Elektrodenanordnung (3) mit Elektroden (9), die an die positive Hochspannungskaskade (7) angeschlossen sind, und Gegenelektroden (10), die an die negative Hochspannungskaskade (8) angeschlossen sind, wobei zwischen den Hochspannungskaskaden (7,8) und der Elektrodenanordnung (3) eine wenigstens einen Kondensator (13) aufweisende Kondensatoreinrichtung (12) vorgesehen ist, welche die positive Hochspannungskaskade (7) und die negative Hochspannungskaskade (8) ausgangsseitig miteinander verbindet.
Ionisationsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsquelle (2) ausgangsseitig eine Hochspannung von wenigstens ± 3 kV liefert, bevorzugt in einem Bereich zwischen ±3 kV und ±30 kV.
Ionisationsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsquelle (2) eine Gleichstrom liefernde Stromversorgungseinrichtung (4), eine mit der Stromversorgungseinrichtung (4) verbundene Steuerplatine (5) und einen mit der Steuerplatine (5) verbundenen Oszillator (6) aufweist, dessen Ausgänge mit den Hochspannungskaskaden (7,8) verbunden sind.
Ionisationsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (12) mehrere Kondensatoren (13) umfasst, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.