DE1164582B

DE1164582B - Ionizing device for the elimination of electrostatic charges

Info

Publication number: DE1164582B
Application number: DEF35999A
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Heyl; Guenter Luettgns
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1962-02-10
Filing date: 1962-02-10
Publication date: 1964-03-05
Also published as: US3370200A

Description

Ionisierungsvorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen Die Erfindung betrifft eine Ionisierungsvorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen mit an eine Hochspannungsleitung angeschlossenen Sprühelementen, welche mit einzelnen Schutzwiderständen ausgestattet sind.Ionizing device for the elimination of electrostatic charges The invention relates to an ionization device for eliminating electrostatic Charges with spray elements connected to a high-voltage line, which are equipped with individual protective resistors.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art sind diese einzelnen Schutzwiderstände Kondensatoren, deren Größe aus physikalischen und konstruktiven Gründen begrenzt ist. So ist der Abstand zwischen der Hochspannung führenden Kabelseele und der umgebenden Metallhülse aus Gründen der Durchschlagsfestigkeit festgelegt und nach unten begrenzt. Außerdem müssen die zu jeder Spitze gehörenden Kondensatoren auch in der Länge begrenzt sein, da sonst die Abstände der Spitzen voneinander zu groß werden und die Ionisierungsfähigkeit des gesamten Apparates nicht mehr ausreicht und räumlich ungleichmäßig wird. Es bilden sich dann zwischen den zu weit auseinander liegenden Spitzen Räume, in denen die Ionendichte praktisch Null ist.In the known devices of this type, these are individual protective resistors Capacitors, the size of which is limited for physical and structural reasons is. This is the distance between the high-voltage cable core and the surrounding one Metal sleeve fixed for reasons of dielectric strength and limited at the bottom. In addition, the capacitors belonging to each tip must also be limited in length otherwise the distances between the tips will be too great and the ionization capacity will be too great of the entire apparatus is no longer sufficient and is spatially uneven. It spaces then form between the tips that are too far apart, in which the ion density is practically zero.

Wegen der angeführten Größenbeschränkung lassen sich nur Kapazitätswerte von der Größenordnung 10-11 Farad erreichen, was bei der üblicherweise verwendeten netzfrequenten Hochspannung einem Scheinwiderstand von 3 - 108 Ohm gleichkommt. Daher ist bei kapazitiven Schutzwiderständen der wirksame Ionenstrom auf eine Größe beschränkt, die in vielen Fällen zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen nicht ausreicht.Because of the size limitation, only capacity values can be used of the order of 10-11 farads, which is what is commonly used mains frequency high voltage is equivalent to an impedance of 3 - 108 ohms. Therefore, with capacitive protective resistors, the effective ion current is of one size limited, which in many cases does not eliminate static electricity sufficient.

Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile behoben sind, wenn die einzelnen Schutzwiderstände nach der Erfindung Ohmsche Widerstände sind. Man ist auf diese Weise nicht an die Größe der einzelnen Schutzwiderstände gebunden, sondern man ist in der Lage, diese dem jeweiligen Verwendungszweck bei frei wählbaren Abständen der Sprühelemente anzupassen. Insbesondere kann man den Schutzwiderstand so groß wählen, daß der Ionenstrom die erforderliche Größe hat und der Schutzwiderstand den bei Berührung der Sprühelemente fließenden Strom auf den sicherheitstechnisch zulässigen Wert festlegt. Darüber hinaus ist in bezug auf die Wirksamkeit der Ohmschen Schutzwiderstände festgestellt worden, daß der Ionenstrom mit der Höhe der zu beseitigenden Aufladung ständig ansteigt, während überraschenderweise der Ionenstrom bei Verwendung kapazitiver Schutzwiderstände rasch einem Sättigungswert zustrebt.It has now been found that these disadvantages are eliminated when the individual protective resistors according to the invention are ohmic resistances. One is In this way, it is not tied to the size of the individual protective resistors, but rather you are able to match these to the respective purpose at freely selectable intervals adapt to the spray elements. In particular, you can make the protective resistance so large choose that the ion current has the required size and the protective resistance the current flowing when the spray elements are touched to the safety-related admissible value. In addition, it is related to the effectiveness of the ohmic Protective resistors have been found that the ionic current increases with the level to be eliminated Charge steadily increases, while surprisingly the ion current when in use capacitive protective resistors quickly tends to a saturation value.

Es ist bekannt, bei Ionisierungsvorrichtungen einen für alle Sprühelemente gemeinsamen Ohmschen Schutzwiderstand anzuordnen. Dabei ist es jedoch nachteilig, daß an dem in die Hochspannungsleitung eingebauten Schutzwiderstand ein Spannungsverlust entsteht, der durch die im Kabel und in der ionisierungsvorrichtung fließenden Isolationsströme und durch den von den Sprühelementen abfließenden Ionenstrom hervorgerufen wird.It is known to have one for each spray element in ionization devices to arrange a common ohmic protective resistor. However, it is disadvantageous that there is a voltage loss at the protective resistor built into the high-voltage line caused by the insulation currents flowing in the cable and in the ionization device and is caused by the ion current flowing away from the spray elements.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Berührungsschutz des im Zuleitungskabel eingebauten Schutzwiderstandes nicht ausreichend ist. Das Zuleitungskabel stellt eine Kapazität dar, die auf die Betriebsspannung der Ionisierungsvorrichtung aufgeladen ist (Kondensatorwirkung). Bei etwaiger Berührung stromführender Teile der Ionisierungsvorrichtung wird dieser Kondensator entladen, und dabei können gesundheitsschädigende elektrische Ströme fließen. Selbst bei Stromstößen von ungefährlicher Größe kann durch das Erschrecken der berührenden Person ein Sekundärunfall ausgelöst werden.Another disadvantage is that the contact protection of the the protective resistor built into the supply cable is not sufficient. The supply cable represents a capacitance that is dependent on the operating voltage of the ionization device is charged (capacitor effect). In the event of any contact with live parts The ionization device will discharge this capacitor, which can be harmful to health electrical currents flow. Even with power surges of harmless magnitude, a secondary accident can be triggered by the frightening of the person touching it.

Zur Erläuterung sollen zwei Berechnungsbeispiele dienen: 1. Wenn eine 1 m lange Ionisierungsvorrichtung einen Isolationswiderstand von 108 Ohm hat (dieser Widerstand ist unter anderem abhängig vom Klima der Umgebungsluft, der Hochspannungstransformator 104 V liefert und der Schutzwiderstand zur Begrenzung des bei Berührung fließenden Stromes auf 5 -10-4 A eine Größe von 5. 107 Ohm hat, dann fällt an diesem Schutzwiderstand infolge des Isolationsstromes von 10-4 A eine Spannung von 5 - 10s V ab. Hierzu addiert sich noch der vom Ionenstrom verursachte Spannungsverlust von etwa 103 V. Es steht demnach an den Sprühelementen weniger als die Hälfte der erzeugten Spannung zur Verfügung. Da sich nun der Isolationswiderstand zeitlich stark ändert, z. B. durch Verschmutzung und Änderung der Luftfeuchtigkeit, schwankt die tatsächlich an den Sprühelementen liegende Spannung und damit in ganz unkontrollierbarer Weise die Wirksamkeit des Gerätes.Two calculation examples should serve as an explanation: 1. If a 1 m long ionization device has an insulation resistance of 108 ohms (this Resistance depends, among other things, on the climate of the ambient air, the high-voltage transformer 104 V supplies and the protective resistance to limit the flow when touched Current at 5 -10-4 A has a magnitude of 5. 107 ohms, then this protective resistor drops Due to the insulation current of 10-4 A, a voltage of 5 - 10s V is generated. For this add the voltage loss of about 103 V caused by the ion current. There is therefore less than half of the voltage generated on the spray elements to disposal. Since the insulation resistance changes significantly over time, e.g. B. due to pollution and changes in humidity, it actually fluctuates voltage on the spray elements and thus in quite uncontrollable Way the effectiveness of the device.

2. Ein abgeschirmtes Hochspannungskabel hat eine Kapazität von etwa 2 - 10-'° F/m. Wenn man dieses Kabel für eine 5 m lange Zuleitung zu einer Ionisierungsvorrichtung benutzt, die mit 104 V betrieben wird, so beträgt die in der Kabelkapazität gespeicherte Energie 5 - 10-2 Wattsekunden. Die Entladung eines auf 104 V aufgeladenen Kondensators von 1000 pF, z. B. über eine Hand, ist sehr unangenehm und kann einen Schreck hervorrufen.2. A shielded high voltage cable has a capacity of approximately 2 - 10- '° F / m. If you use this cable for a 5 m long lead to an ionization device is used, which is operated with 104 V, then the capacity stored in the cable is Energy 5 - 10-2 watt seconds. The discharge of a capacitor charged to 104 V. of 1000 pF, e.g. B. over a hand, is very uncomfortable and can cause a shock.

Diese Nachteile lassen sich dadurch vermeiden, daß der Schutzwiderstand unmittelbar an den Sprühelementen im Rohr eingebaut ist.These disadvantages can be avoided in that the protective resistor is installed directly on the spray elements in the pipe.

Es können mehrere getrennte, gleiche Schutzwiderstände für gruppenweise angeordnete wenige Sprühspitzen oder kurze Sprühdrahtlängen eingesetzt werden. Die über einen Schutzwiderstand versorgten Sprühelemente eines Teilstückes oder einer Gruppe müssen dazu natürlich gegen die Sprühelemente benachbarter Teilstücke isoliert sein.Several separate, identical protective resistors can be used in groups arranged few spray tips or short spray wire lengths can be used. the Spray elements of a section or a part supplied via a protective resistor Group must of course be isolated from the spray elements of adjacent sections be.

Auf diese Art können die aufgezeigten Nachteile des gemeinsamen Schutzwiderstandes im Hochspannungserzeuger vermieden werden. Dies sei an einem Beispiel erläutert: Ordnet man in der 1 m langen Ionisierungsvorrichtung aus Beispiel 1 für jeweils 10 cm Länge Schutzwiderstände von je 5 - 10% Ohm an, so fließt über jeden dieser Schutzwiderstände nur der Isolationsstrom eines Sprühabteiles. Dieser Anteil ist aber weniger als ein Zehntel des Isolationsstromes im Beispiel 1, da z. B. die Isolationsströme im Kabel nicht mehr über die Vorwiderstände fließen. Es tritt also nur ein Spannungsverlust von 5 - 102 V ein. Entsprechend wird die Spannungsschwankung durch Änderung des Isolationswiderstandes auf weniger als den zehnten Teil verkleinert. Der Spannungsverlust durch den Ionisationsstrom wird auf ein Zehntel herabgesetzt. Die Wirksamkeit wird von Verschmutzung und Luftfeuchtigkeit weitgehend unabhängig. Das Stromversorgungsgerät braucht nur für eine kleinere Spannung ausgelegt zu sein. Außerdem hat dieses System von Schutzwiderständen den Vorzug, daß z. B. bei Kurzschluß durch Berührung einer Spitze nur der kleine Teil der Ionisierungsvorrichtung ausfällt.In this way, the identified disadvantages of the common protective resistor can be avoided in the high-voltage generator. This is explained using an example: Arranges in the 1 m long ionization device from Example 1 for each 10 cm length protective resistors of 5 - 10% ohms each, so flows through each of these Protective resistors only the insulation current of a spray compartment. This proportion is but less than a tenth of the insulation current in Example 1, since z. B. the insulation currents no longer flow through the series resistors in the cable. So there is only a loss of tension from 5 - 102 V. The voltage fluctuation is correspondingly increased by changing the Insulation resistance reduced to less than a tenth part. The loss of tension by the ionization current is reduced to a tenth. The effectiveness will largely independent of pollution and humidity. The power supply device only needs to be designed for a lower voltage. Also, this system has of protective resistors the advantage that z. B. in the event of a short circuit by touching a Tip only the small part of the ionizer fails.

Da der Schutzwiderstand unmittelbar in der Ionisierungsvorrichtung eingebaut ist, können auch infolge der aufgeladenen Kabelkapazität bei Berührung keine größeren Ströme als 5 . 10-4 A fließen. Ein Stromstoß durch Entladung einer Kapazität tritt nicht mehr auf, da die bei Berührung entladene Kapazität verschwindend klein ist.Because the protective resistor is located directly in the ionization device built-in can also be due to the charged cable capacitance when touched no larger currents than 5. 10-4 A flow. A surge of electricity by discharging a Capacity no longer occurs, as the capacity discharged on contact disappears is small.

In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, zum Schutz des Transformators neben den einzelnen Widerständen in der Vorrichtung selbst noch zusätzlich einen kleineren gemeinsamen Schutzwiderstand im Spannungserzeuger einzubauen. Dieser Schutzwiderstand kann 10- bis 100mal kleiner als die Widerstände in der Ionisierungsvorrichtung sein, da er nicht das Personal vor zu hohen Berührungsströmen, sondern den Transformator vor Überlastung schützen soll. Das gleiche Ziel läßt sich auch mit einem Streufeldtransformator als Hochspannungsquelle erreichen.In some cases it can be useful to protect the transformer in addition to the individual resistors in the device itself, one more to install a smaller common protective resistor in the voltage generator. This protective resistor can be 10 to 100 times smaller than the resistances in the ionization device, as it does not protect the staff from excessive contact currents, but rather the transformer to protect against overload. The same goal can also be achieved with a leakage field transformer as a high voltage source.

Es ist besonders zweckmäßig, den Erfindungsgedanken auf ein Bausteinsystem anzuwenden. A b b. 1 und 2 verdeutlichen einen Baustein. Der Sprühstab wird aus einzelnen 5 bis 25 cm, vorzugsweise 10 cm langen, gleichartigen Teilen zusammengesetzt. Der stabförmige Isolierstoff 2 hat zwei Bohrungen und eine eingefräste Nut 8, in die eine Metallplatte 7 mit den Sprühspitzen 9 eingelegt ist. Die eine Bohrung nimmt die Hochspannungszuführung 3 auf, die andere den Vorwiderstand 6, der einerseits mit der Hochspannungszuführung 3, andererseits mit der Platte 7 verbunden ist. Die Nut 8 ist mit Gießharz so weit ausgefüllt, daß die Sprühspitzen 9 etwa 3 mm herausragen. Die Bohrung für den Widerstand 6 ist mit zwei Stopfen 4 und 5 aus Gießharz oder Wachs verschlossen. Die einzelnen Stabelemente werden in ein Metallrohr 1 der gewünschten Länge eingeschoben, das gleichzeitig als geerdete Gegenelektrode für die Sprühspitzen wirkt. Bei dem Zusammensetzen verbinden sich die Spannungszuführungen der Stabelemente. An beiden Enden wird das Rohr 1 - wie nicht mehr gezeigt wird - mit Kappen verschlossen, wobei an der einen Seite das Hochspannungskabel befestigt und an der anderen Seite eine Blindscheibe aufgesetzt wird. Der Grundgedanke dieser Erfindung läßt sich sinngemäß anwenden auf Ionisierungsvorrichtungen, die mit Gleichstrom oder nieder- oder hochfrequentem Wechselstrom betrieben werden.It is particularly useful to apply the inventive concept to a modular system. A b b. 1 and 2 illustrate a module. The spray stick is composed of individual 5 to 25 cm, preferably 10 cm long, similar parts. The rod-shaped insulating material 2 has two bores and a milled groove 8 into which a metal plate 7 with the spray tips 9 is inserted. One hole accommodates the high-voltage lead 3, the other the series resistor 6, which is connected on the one hand to the high-voltage lead 3 and on the other hand to the plate 7. The groove 8 is so far filled with casting resin that the spray tips 9 protrude about 3 mm. The hole for the resistor 6 is closed with two plugs 4 and 5 made of cast resin or wax. The individual rod elements are pushed into a metal tube 1 of the desired length, which at the same time acts as a grounded counter electrode for the spray tips. During assembly, the voltage supply lines of the rod elements connect. At both ends, the tube 1 - as is no longer shown - is closed with caps, the high-voltage cable being attached to one side and a blind disk being placed on the other side. The basic concept of this invention can be applied analogously to ionization devices which are operated with direct current or low or high frequency alternating current.

Claims

Claims: 1. Ionization device for eliminating electrostatic charges with spray elements connected to a high voltage line, which are equipped with individual protective resistors, characterized in that the protective resistors are ohmic resistors (6). 2. ionization device according to claim 1, characterized in that several separate, identical ohmic protective resistors (6) are installed for spray elements (9) arranged in groups. 3. ionization device according to claim 1 and 2, characterized in that in addition to the ohmic protective resistors arranged on the spray elements, a common smaller ohmic protective resistor or a stray field transformer is arranged on the high voltage source. 4. Ionization device according to claim 1 to 3, characterized in that the spray tube is composed of individual similar parts, each part of which has the same number of spray elements with ohmic protective resistance. Older patents considered: German Patent No. 1127 006.