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Vorrichtung zum gleichförmigen, elektrostatischen Aufladen einer Oberfläche
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gleichförmigen, elektrostatischen
Aufladen einer Oberfläche mittels Koronaentladungen mit einer drehbar gelagerten,
walzenförmigen Entladungselektrode.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, bei Vorrichtungen dieser Art die
walzenförmige Entladungselektrode mit Nadelspitzen zu versehen. Eine völlig gleichmäßige
Ladungsverteilung auf der aufzuladenden Oberfläche läßt sich mit einer solchen Entladungselektrode
nicht herstellen, auch wenn sehr viele und gestaffelt angeordnete Nadeln verwendet
werden, da die einzelnen Nadelspitzen immer Einzelentladungen ergeben. Ferner ist
eine solche Entladungselektrode sehr empfindlich gegen Beschädigungen. Sobald Nadeln
verbogen sind, ist die gleichmäßig gestaffelte Lage der Nadelspitzen nicht mehr
gegeben. Die Ungleichmäßigkeit der Ladungsver » teilung auf der aufzuladenden
Oberfläche wird dann so groß, daß die Entladungselektrode nicht mehr brauchbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine walzenförmige Entladungselektrode
zu schaffen, mittels deren eine gleichmäßige Verteilung der aufzubringenden Ladungen
erzielbar ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entladungselektrode
mindestens eine die Drehachse mindestens einmal umschlingende, sich über mindestens
einen Teil der axialen Ausdehnung der Walze erstreckende, auf einem Kreiszylinder
liegende Entladungskante hat.
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Durch die Verwendung einer solchen Entladungskante ist ein kontinuierliches
Wandern der Entladungsstelle möglich, so daß eine große Gleichmäßigkeit der Ladungsverteilung
auf der aufzuladenden Oberfläche erzielt wird. Weitere Vorteile gegenüber einer
Entladungselektrode mit Nadelspitzen bestehen darin, daß die Herstellung einfacher
und billiger ist und daß nicht nur die Anfälligkeit gegen Beschädigungen geringer
ist, sondern daß vor allem eine Verformung der Entladungskante infolge einer Beschädigung
in der Regel die Verwendbarkeit der Entladungselektrode nicht beeinflußt.
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Unter dem Begriff Entladungskante ist nicht nur die Schnittlinie zweier
Flächen zu verstehen, sondern allgemein ein langgestreckter, schmaler Bereich, an
dem die Entladung erfolgt.
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Die Entladungskante kann die Form einer zylindrisehen, gegebenenfalls
mehrgängigen Wendel haben. Dabei kann die Wendel durch einen auf einer drehbar gelagerten,
runden Stange aufgewundenen Metalldraht gebildet sein. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Draht im Abstand von der Stange angeordnet. Die Wendel kann aber auch durch
die Kanten eines verdrillten Metallstreifens gebildet sein. Die Entladungselektrode
kann auch durch elliptisehe, ebene Scheiben gebildet sein, die auf einer drehbar
gelagerten Stange im Abstand voneinander aufgereiht und gegen die Stangenachse geneigt
sind. Vorf#ilhafter im Hinblick auf eine gleichmäßige Ladungsverteilung ist es jedoch
bei einer solchen, aus Scheiben gebildeten Entladungselektrode, sinusförmig gewölbte
Scheiben zu verwenden.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand mehrerer auf der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigt F i
g. 1 eine schematische Schrägansicht einer ersten Ausführungsform, F i
g. 2 a und 2 b eine Seiten- bzw. Stirnansicht der Entladungselektrode
gemäß F i g. 1,
F i g. 3, 4, 5 und 6 (je a und
b) verschiedene Ausführungsformen von Entladungselektroden in Seiten-bzw.
Stirnansicht, F i g. 7 und 8 schematische Darstellungen abgewandelter
Ausführungsbeispiele und F i g. 9 bis 11 schematische Darstellungen
des Wirkungsbereichs einer Entladungselektrode.
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Eine Auflageplatte 15 aus Metall für ein aufzuladendes, z.
B. photoleitendes Blatt (nicht gezeigt) ist unter einer Koronaentladungselektrode
angeordnet und mit einer nicht dargestellten Verschiebevorrichtung verbunden, mittels
deren die Auflageplatte 15
unter der Entladungselektrode
hindurchbewegt werden kann. Die Entladungselektrode weist eine zylindrische Walze
17 aus einem isolierenden Stoff auf, die ein eine Entladungskante bildender
Metalldraht 16 wendelförmig umschlingt. Der Draht 16 ist in Wirklichkeit
sehr dünn ausgebildet, um eine intensive Koronaentladung bei nicht allzu
hohen elektrischen Spannungen erzeugen zu können, und nur zumZwecke der besseren
Veranschaulichung in der Zeichnung stark verdickt dargestellt. Beispielsweise erfordert
ein Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,09 mm eine Spannung von etwa
7000 Volt für eine brauchbare Koronaentladung. Ein an der Walze
17 befestigter Metallbund 18 ist in einem Metallager 20 gelagert,
mit dem der negative Pol einer Spannungsquelle 22 verbunden ist. Ein Motor 21 dient
zum Antrieb der Wendel 16 mit hoher Drehzahl. Der Draht 16 ist dadurch
gegenüber der Platte 15 negativ vorgespannt. Koronaentladungen treten an
denjenigen Abschnitten -des Drahts 16 auf, die - der Platte
15 am nächsten stehen. Diese Abschnitte besprühen gleichzeitig
je
einen Bereich 23 mit Ladungen. Der Abstand benachbarter Entladungsstellen
und daher auch der Mittelpunkte benachbarter Bereiche 23 beträgt vorzugsweise
etwa 0,6 cm. Dieser Abstand kann aber auch bis auf einige Zentimeter gesteigert
werden. Infolge der Drehung der Walze 17 wandern die Entladungsstellen auf
der Wendel. Wird gleichzeitig das aufzuladende Blatt mit der Platte 15 unter
der Entladungselektrode hindurchbewegt, so werden auf dem Blatt von den Entladungsstellen
parallele, schräg verlaufende Streifen 24 überstrichen. Die einzelnen Bereiche
23 sind so groß und die Drehzahl der Walze 17 ist so hoch, daß sich
die von einem Bereich 23 Überstrichenen Streifen 24 überlappen.
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Durch diese überlappung wird der Unterschied in der Ladungsdichte
zwischen dem Mittelpunkt jedes Bereiches 23 und seiner Randzonen ausgeglichen.
Die Drehzahl der Walze 17 liegt zwischen 30 und 3000
Umdrehungen
pro Minute. Der Vorschub der aufzuladenden Oberfläche liegt in der Regel zwischen
0,3
bis 100 m pro Minute. Es ist aber weder die Größe der Drehzahl
noch die Größe des Vorschubes kritisch. -Die-iii den Fig. 2a und 2b dargestellte
Seiten-bzw. Stirnansicht der Eütladungselektrode gemäß F i g. 1 ermöglicht
einen Vergleich 'mit den in den F i g.- 3 bis 6 (je a und
b) gezeigten verschiedenen Ausführungsbeispielen von Entladungselektroden.
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Auch bei Verwendung bester Isolierstoffe wird eine bessere Koronaentladung
erzielt, wenn eine als Entladungskante dienende Wendel 25 (F i
g. 3 a Ulid b)
von einer einen Isolator bildenden Walze 27 durch
Stätzen 26 im Abstand gehalten ist. Selbsttragende Wendeln können zwar befriedigende
Ergebnisse liefern, nur erfordern sie einen verhältnismäßig starken Draht und damit
auch eine- verhältnismäßig hohe Spannung-Wie aus den F i g. 4 a und 4
b hervorgeht, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Wendel durch ein verdrilltes
Metallband 30 mit scharfen, der Schärfe einer Rasierklinge entsprechenden
Kanten 31 gebildet. Ein derartiges Band 30 erzeugt eine sehr gleichförmige
Koronaentladung. Das Band 30 hat zwei scharfe.Kanten 31, wodurch eine
zweigängige Wendel gebildet wird. -
Bei dem in F i g. 5 a dargestellten
Ausführungsbeispiel sind ebene, ellipsenförmige Scheiben 33 schräg auf einem
elektrisch leitenden Stab 32 befestigt, und zwar derart, daß der äußere Rand
der Scheiben 33
auf einem Kreiszylinder liegt, wie auch F i g. 5 b
zeigt. Eine Drehung dieser Koronaentladungsquelle verursacht eine hin- und hergehende
Bewegung der Entladungsstellen. Bei einer konstanten Drehzahl des Stabes
32 erhält man aber keine absolut gleichförmige Wanderungsgeschwihdigkeit
der Entladungsstellen. Eine Gleichförmigkeit läßt sich dadurch erzielen, daß man,
wie die F i g. 6 a und 6 b zeigen, Scheiben 34 vorsieht, die so geformt
sind, daß die Seitenansicht eine Halbwelle einer Sinuswelle darstellt. Die Außenkanten
dieser Scheiben 34, die zweckmäßigerweise vor dem Befestigen auf einem Stab
35 geformt werden, liegen gleichfalls auf einem Kreiszylinder.
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F i g. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine Entladungselektrode
mit einer eine Entladungskante bildeiiden Wendel 50, die im Abstand über
einer ein Blatt, 51 aus' einem photoleitenden Stoff tragenden, geerdeten
metallischen Platte 52 angeordnet ist. Die Entladungselektrode ist von einem
im Abstand von ihr angeordneten rinnenförmigen, geerdeten Gehäuse 53 abgedeckt.
Die Wendel 50 liegt auf einem hohen negativen Potential bezüglich Erde, das
von einer schematisch angedeuteten Spannungsquelle 54 erzeugt wird. Die geerdete
Platte 52 verursacht eine Ausrichtung der Koronaentladung derart, daß sie
an der Stelle oder an den Stellen 55 der Wendel 50 konzentriert wird,
die der geerdeten Platte 52 am nächsten liegen.
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- Das in der F i g. 8 gezeigte, bevorzugte Ausführungsbeispiel
weist dagegen ein isoliertes Gehäuse 60
auf, das die Wendel 50' abdeckt.
Ferner sind auf jeder Seite der Wendel 50' je eine geerdete Elektrode
61
oberhalb des Blattes 51' angeordnet. Diese Hilfselektroden
61 sind derart angeordnet, daß Koronaentladungsstellen an zwei Punkten
62 auftreten. Hierdurch wird der von jeder' Windung der Wendel besprühte
Bereich gegenüber'der Ausführimgsform gemäß F i g. 7 vergrößert, wodurch
eine noch größere Gleichförmigkeit der Ladungsverteilung erzielt wird.
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Wie aus der F-i g. 9 hervorgeht, erzeugt die Wendel
50 einen ionisierten Raum 70, der sich bis in einige Entfernung unterhalb
der Wendel 50 erstreckt. Das Blatt 51, das aufgeladen werden soll,
ist in dem dargestellten Falle eben und das Aufladungsgebiet bildet ein Band
71, dessen Breite durch die Klammer veranschaulicht ist. Diese Breite
stellt aber nur eine Näherung dar, da die Idnisationszone einer Koronaentladung
nicht in eine bestimmte Entfernung von der Quelle scharf begrenzt ist. Es wird aber
ein Band gebildet, dessen Mittellinie parallel zur Achse der Wendel'50 verläuft
und das auf jeder Seite dieser Mittellinie eine gewisse Breite aufweist. F i
g. 10 zeigt ein auLzuladendes Blatt 75, das leicht nach oben gebogen
ist, so daß das die Aufladungsgebiete darstellende Band 76 konkav nach oben
verläuft und daher etwas breiter ist als das Band 71. Bei der in F i
g. 11
dargestellten Ausführungsform wird ein aufzuladendes Blatt
80 so über eine geerdete Rolle 81 geführt, daß es dabei nach unten
gebogen wird. Das Band 82,
innerhalb dessen eine Aufladung stattfindet, hat
eine Breite, wie sie durch die Klammer veranschaulicht ist. In allen drei
Fällen hat also das Band des Aufladungsbereiches eine definierte Mittellinie; seine
Breite und Gestalt variieren jedoch. Die Anordnung der Wendeln 150 und
250 und die räumliche Lage der Entladungsstellen 173- und
273 sowie der ionisierten
Räume 170 und
270 entspricht der Anordnung der Wendel 50 und der räumlichen Lage
der Entladungsstelle 73 sowie des ionisierten Raumes 70.
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Die Wirkungsweise sämtlicher Ausführungsformen ist im Prinzip dieselbe
wie diejenige der Ausführungsform gemäß F i g. 9, bei der die aufzuladende
Oberfläche durch die Mittellinie 72 eines bandförmigen Aufladungsgebietes
71 hindurchbewegt wird. Eine Mehrzahl von Koronaentladungsstellen
73 werden bei der Rotation der Wendel 50 längs einer Linie parallel
zu der Mittellinie 72 und im Abstand von dieser bewegt. Die Größe.dieses
Abstandes ist derart, daß die Mittellinie 72 noch innerhalb des ionisierten
Raums 70 der Koronaentladung liegt. Zwar ist die durch die Wendel
50 gebildete Entladungskante gleichmäßig um den Zylinderumfang herum verteilt,
aber die Koronaentladungen sind auf die der zu
ladenden Oberfläche zugekehrten
Seite des Zylinders beschränkt. Diejenigen Stellen der Wendel, die sich in irgendeinem
Moment in der Linie 73 befinden und daher sprühen, weisen einen gegenseitigen
Abstand auf, der größer ist als der für eine unabhängige Koronaentladung erforderliche
Minimalabstand. Die nacheinander in der Linie 73 eintreffenden Entladungsstellen
fallen jedoch in den Zwischenraum vorangegangener Entladungsstellen, so daß bei
Verwendung einer kontinuierlichen Wendel diese Zwischenräume vollständig ausgefüllt
werden.