DE10354168A1

DE10354168A1 - Vorrichtung zur Beseitigung von Ladungen

Info

Publication number: DE10354168A1
Application number: DE2003154168
Authority: DE
Inventors: Franz Knopf; Jens Fröhlich; Thomas Ludwig
Original assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Current assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-23

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung von Ladungen auf der Oberfläche von in einer Laufrichtung bewegten Materials, z. B. Materialbahnen oder Materialbögen, mit zumindest einer an Hochspannung betriebenen aktiven Entladeelektrode, die quer zur Laufrichtung auf der einen Seite des bewegten Materials und im Abstand zu diesem angeordnet ist, bekannt. Sie kennzeichnet sich dadurch aus, dass zur kontaktlosen Beseitigung von Ladungsdoppelschichten der zumindest einen aktiven Entladeelektrode etwa spiegelsymmetrisch auf der anderen Seite des Materials mit Abstand zu diesem eine Gegenelektrode zugeordnet ist und dass die zumindest eine aktive Entladeelektrode an eine Wechsel-Hochspannungsquelle mit einer vorgegebenen Frequenz angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung von elektrostatischen Ladungen auf der Oberfläche von in einer Laufrichtung bewegten Materials, z.B. Materialbahnen oder Materialbögen, gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, nämlich mit zumindest einer an Hochspannung betriebenen aktiven Entladeelektrode, die quer zur Laufrichtung auf der einen Seite des bewegten Materials und im Abstand zu diesem angeordnet ist.
Solche aktiven Entladeelektrode sind als Ionisationselektroden an sich bekannt (DE-A-197 11 342) und haben sich bewährt. Allerdings versagen sie bei auf hochisolierenden Materialbahnen vorkommenden Ladungsdoppelschichten.
Ladungsdoppelschichten sind als elektrostatische Aufladeerscheinungen bekannt und gefürchtet. Darunter versteht man eine elektrostatische Aufladung der einen Seite des Materials, kombiniert mit einer gegenpoligen elektrostatischen Aufladung der anderen Seite. Sie treten häufig an hochisolierenden, dünnen und schnelllaufenden Materialbahnen oder Materialbögen auf und führen oft zu gravierenden Prozessstörungen bei der Weiterverarbeitung des Materials, bis hin zu dessen Zerstörung durch Funkenentladungen durch das Material hindurch.
Trotz sehr hoher gespeicherter Ladungsmengen geht von Ladungsdoppelschichten kein elektrostatisches Fernfeld aus, da das von der auf der einen Seite des Materials befindlichen positiven Ladung ausgehende elektrostatische Feld durch das von der negativen Ladung auf der anderen Seite ausgehende elektrostatische Feld kompensiert wird.
Deshalb versagen bekannte herkömmliche kontaktlose Entladesysteme bei der Beseitigung von Ladungsdoppelschichten. Die bekannten Entladesysteme erzeugen positiv und negativ geladene Gasionen sowie freie Elektronen in der das zu entladende Material umgebenden Atmosphäre. Zur wirksamen Entladung müssen die jeweils gegenpoligen Ladungsträger an die Oberfläche des Materials gelangen, um dort die Aufladung zu neutralisieren.
Das physikalische Prinzip hierfür besteht in der Anziehung ungleicher Ladungen: Das von der Aufladung des Materiala ausgehende elektrische Feld zieht die zur Neutralisation benötigten Ladungsträger an. Bei Ladungsdoppelschichten hingegen ist diese Anziehungskraft nicht oder nur sehr viel schwächer vorhanden, da die auf der Rückseite des Materials befindliche gegenpolige Ladung der Anziehungskraft eine Abstossungskraft entgegensetzt. Insbesondere bei schnell bewegten Materialien mit ihren als Barriere wirkenden aerodynamischen Grenzschichten gelingt es der zur Neutralisation der Aufladung erforderlichen Gegenladung daher nicht, die Materialoberfläche zu erreichen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemässe Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so auszubilden, dass Ladungsdoppelschichten wirksam neutralisiert werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäss durch dessen kennzeichnende Merkmale nämlich dadurch gelöst, dass zur kontaktlosen Beseitigung von Ladungensdoppelschichten der zumindest einen aktiven Entladeelektrode etwa spiegelsymmetrisch auf der anderen Seite des Materials mit Abstand zu diesem eine Gegenelektrode zugeordnet ist und dass die zumindest eine aktive Entladeelektrode an eine Wechsel-Hochspannungsquelle mit einer vorgegebener Frequenz angeschlossen ist.
Durch die erfindungsgemässe Lehre können trotz fehlender Feldkräfte des zu entladenden Materials von der zumindest einen Entladungselektrode abgegebene Ladungen bis zur Materialoberfläche gelangen, so dass hierbei erfolgreich Ladungsdoppelschichten auch bei hohen Materialgeschwindigkeiten neutralisiert und so auch kritische Materialien in schnelllaufenden Anlagen problemlos verarbeitet werden können.
Zweckmässige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
1 Eine erste Ausführungsform der Erfindung, in schematischer perspektivischer Darstellung und
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, in schematischer perspektivischer Darstellung Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung von Ladungen auf der Oberfläche von in einer Laufrichtung 10 bewegten Materials 1, in Form einer Materialbahn gezeigt. Diese weist auf der einen – in 1 oberen – Seite zumindest eine ggf. über eine elektrische Impedanz an eine Wechsel-Hochspannungs 30 mit einer Spannung vorgegebener Frequenz angeschlossene, an sich bekannte aktive Entladeelektrode 20 auf, die quer zur Laufrichtung auf der einen Seite des bewegten Materials 1 und im Abstand von ca. 10 mm dazu auf und sie ist mit in Form einer im Abstand von ca. 15 mm zueinander angeordneten Reihe elektrisch leitfähiger Spitzen ausgebildet.
Auf der anderen – unteren – Seite der Bahn und etwa spiegelsymmetrisch zu der Entladeelektrode 20 befindet sich quer zur Laufrichtung 10 im Abstand von ca. 10 mm zur Bahn eine Gegenelektrode 2, vorzugsweise in Form einer durchgehenden leitfähigen Kante oder in Form einer im Abstand von ca. 15 mm zueinander angeordneten Reihe elektrisch leitfähiger Spitzen. Die Kante oder die Spitzen sind über eine elektrische Impedanz mit Erde verbunden.
In Laufrichtung 10 mit einem Abstand von 100–200 mm hinter der zumindest einen aktiven Entladeelektrode 20 mit der spiegelsymmetrisch auf der anderen Seite des Materials zugeordneten Gegenelektrode 21 ist auf der anderen Seite des bewegten Materials 1 zumindest eine an eine weitere Wechsel-Hochspannungsquelle 31 mit einer vorgegebener Frequenz angeschlossene weitere aktive Entladeelektrode 23 mit einer etwa spiegelsymmetrisch auf der einen Seite des Materials 1 und in einem Abstand von ca. 10 mm zu diesem zugeordneten weiteren Gegenelektrode 22 angeordnet ist.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in 2 gezeigt. Oberhalb und auf der einen Seite des bewegten Materials 1 befindet sich quer zur Bahnlaufrichtung im Abstand von ca. 10 mm zur Bahn die zumindest eine aktive Entladeelektrode 20, vorzugsweise in Form einer im Abstand von ca. 15 mm zueinander angeordneten Reihe leitfähiger Spitzen, die über eine elektrische Impedanz an die Wechsel-Hochspannungsquelle 30 angeschlossen sind, wie sie auch in 1 gezeigt und beschrieben ist.
Auf der anderen Seite des Materials 1 unterhalb der Bahn und etwa spiegelsymmetrisch zu der zumindest einen Entladeelektrode 20 befindet sich eine quer zur Bahnlaufrichtung im Abstand von ca. 10 mm zur Bahn verlaufende andere Gegenelektrode 24, die mit der zumindest einen aktive Entladeelektrode 20 vergleichbar aufgebaut ist, deren Spitzen über eine elektrische Impedanz an eine gesonderte Wechsel-Hochspannungsquelle 32 elektrisch angeschlossen sind. Deren Wechselspannung entspricht in Spannungshöhe, Kurvenform und Frequenz der Wechselspannung der Wechsel-Hochspannungsquelle 30, weist zu dieser jedoch eine Phasenverschiebung von 180° auf.

Claims

Vorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung von Ladungen auf der Oberfläche von in einer Laufrichtung bewegten Materials (1), z.B. Materialbahnen oder Materialbögen, mit zumindest einer an Hochspannung betriebenen aktiven Entladeelektrode (20), die quer zur Laufrichtung auf der einen Seite des bewegten Materials (1) und im Abstand zu diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontaktlosen Beseitigung von Ladungensdoppelschichten der zumindest einen aktiven Entladeelektrode (20) etwa spiegelsymmetrisch auf der anderen Seite des Materials mit Abstand zu diesem eine Gegenelektrode (21) zugeordnet ist und dass die zumindest eine aktive Entladeelektrode (20) an eine Wechsel-Hochspannungsquelle (30) mit einer vorgegebener Frequenz angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Laufrichtung hinter der zumindest einen aktiven Entladeelektrode (20) mit der spiegelsymmetrisch auf der anderen Seite des Materials zugeordneten Gegenelektrode (21) auf der anderen Seite des bewegten Materials (1) zumindest eine an die Wechsel-Hochspannungsquelle (30) oder eine weitere Wechsel-Hochspannungsquelle (31) mit einer vorgegebener Frequenz angeschlossene weitere aktive Entladeelektrode (23) mit einer etwa spiegelsymmetrisch auf der einen Seite des Materials (1) und mit Abstand zu diesem zugeordneten weiteren Gegenelektrode (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der aktiven Entladeelektrode (20), der Gegenelektrode (21), der weiteren aktive Entladeelektrode (23) und der weiteren Gegenelektrode (22) von dem Material (1) 5 bis 40 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Entladeelektrode (20) und die weitere aktive Entladeelektrode (23) über eine elektrische Impedanz an die Wechsel-Hochspannungsquelle (30, 31) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Entladeelektrode (20) und die weitere aktive Entladeelektrode (23) zumindest eine Reihe oder mehrere, im Abstand zueinander angeordneten Reihen elektrisch leitfähiger Spitzen aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen elektrisch leitfähiger Spitzen einen Abstand von 5 bis 30 mm voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine und die weitere Gegenelektrode (21, 22) direkt oder über eine elektrische Impedanz geerdet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine und die weitere Gegenelektrode (21, 22) zumindest eine Reihe oder mehrere, im Abstand zueinander angeordneten Reihen elektrisch leitfähiger Spitzen aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen elektrisch leitfähiger Spitzen einen Abstand von 5 bis 30 mm voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine und die weitere Gegenelektrode (21, 22) eine durchgehende, leitfähige Kante aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine und die weitere Gegenelektrode (21, 22) aus einem geerdeten Metallprofil oder Rohr bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der zumindest einen aktiven Entladeektrode (20) zugeordnete andere Gegenelektrode (24) auch als aktive Entladeelektrode ausgebildet ist, die direkt oder über eine elektrische Impedanz an eine gesonderte Wechsel-Hochspannungsquelle (32) angeschlossen ist, deren Phasenlage gegenüber der Wechsel-Hochspannungsquelle (30) für die zumindest eine aktive Entladeektrode (20) um 180° verschoben ist.