DE1291425B - Vorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen einer kontinuierlich bewegten Bahn aus dielektrischem Material - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen einer kontinuierlich bewegten Bahn aus dielektrischem Material mit einem quer zur Bahn angeordneten, eine elektrisch leitende, geerdete Wand aufweisenden Rohr, durch das hindurch Gas der bewegten Bahn zugeführt wird.
• Ein größeres Problem bei der Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von bandförmigen Stoffen, insbesondere Bahnen aus organischen Kunststoffen hoher Reinheit, welche einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen; ist die Speicherung von Oberflächenladungen von statischer Elektrizität. Diese Ladungen, welche gewöhnlich positive Polarität aufweisen, ziehen negativ aufgeladenen Staub an, be,7 wirken eine schlechte Rollenbildung und ergeben einen schlechten Betrieb in Verarbeitungs- oder Schlitzmaschinen. Weiter sind solche aufgeladenen Bahnen oder Bänder im Fall von Textilgeweben schlecht zu handhaben. Dieses Problem trat besonders stark bei der Herstellung und Verarbeitung von dünnen Folien aus organischen Polymerisaten mit hohem Widerstand auf. Die Oberflächenladungen sind oft so groß, daß außerordentlich hohe Potentiale erreicht werden, welche in Verbindung mit der sehr kleinen Masse der Folie die Behandlung und Verarbeitung der Bahn tatsächlich unmöglich machen. Weiter können durch Anhäufung von Staubteilchen auf thermoplastischen Bahnen oder Bändern während der Herstellung die Teilchen eingebettet werden oder Erhöhungen bewirken, wodurch die Durchsichtigkeit und Brauchbarkeit des Produkts verschlechtert wird.
• Die Gegenwart dieser Oberflächenladungen und die Umstände ihrer Entstehung sind dem Fachmann bekannt, welcher in der Handhabung von kontinuierlichen Folien und ähnlichen dielektrischen, bahnförmigen Stoffen erfahren ist, obwohl die letzte Ursache der Ladungen oder der Mechanismus ihrer Aufbrinung verhältnismäßig undurchsichtig sein mag. Es' ist beispielsweise bekannt, daß ein einfaches Auf- oder Abrollen dieser Bänder mit hohem elektrischen Widerstand, beispielsweise aus Polyäthylenterephthalat, Polyvinylehlorid, Polyäthylen u. dgl. Ladungen solcher Größe erzeugt, daß die Folie nicht mehr gehandhabt oder verarbeitet werden kann und sich daraus eine schlechte Rollenausbildung ergibt. Wenn diese Ladungen einmal auf die Oberfläche aufgebracht sind, so ermöglicht der hohe elektrische Oberflächenwiderstand kein Abfließen derselben mehr. Daraus ergibt sich, daß sich Ladungen in der Größenordnung von vielen Coulomb speichern, wenn eine Bahn durch mehrere Verfahrensstufen geführt wird, wodurch unter Umständen Potentiale von über 30 000 Volt erzeugt werden. Geerdete Leerlaufrollen als Mittel zur Beseitigung der Ladungen während deren Speicherung sind nicht zufriedenstellend, da eine Verlängerung der dünnen Folien sowie ein Gleiten auftreten würde, welches die Oberfläche verderben würde. Geerdete Antriebsrollen an den vielen Stellen, wo eine Beseitigung von statischen Ladungen erwünscht sein kann, wären untragbar teuer, da die Umfangsgeschwindigkeit geregelt werden muß, damit sie genau der Geschwindigkeit der laufenden Bahn entspricht. Weiter sind geerdete Rollen oder Stäbe gewöhnlich bei der Beseitigung von Oberflächenladungen nicht vollständig wirksam. Diese Ladungen werden auf ein Ausmaß vermindert, bei welchem sie ein Potential in der Größenordnung von 1000 Voll besitzen, jedoch bewirkt diese restliche Ladung immer noch ein Anhaften von Staubteilchen an der Folie und daher schlechte Laufeigenschaften auf Schlitz-und Verarbeitungsmaschinen.
• Es ist eine Anzahl von nicht berührenden Vorrichtungen zur Beseitigung von statischen Ladungen bekannt, aber aus dem einen oder anderen Grund sind alle diese Vorrichtungen nicht zufriedenstellend oder allgemein anwendbar. Bei den meisten dieser Vorrichtungen wird die Bahn oder das Band durch eine Wolke von Gasionen durchgeführt, welche durch Strahlung einer radioaktiven Substanz oder durch Einwirkung einer ionisierenden elektrischen Entladung erzeugt werden. Die Nachteile dieser bekannten Vorrichtungen sind allgemein die Kosten, Feuer-und Strahlungsgefahr sowie die nachteiligem Wirkungen auf die Folienoberfläche, welche auf den durch die elektrischen Entladungen erzeugten aktiven Gasen beruhen. Ein Beispiel für die Schwierigkeiten bei der Entladung statischer Elektrizität von der Folie .durch aus einer elektrischen Entladung stammende Ionen ist die Schwierigkeit der Steuerung. Die Größe der Ladung auf der Folie ist eine Funktion der atmosphärischen Bedingungen, beispielsweise der relativen Feuchtigkeit u. dgl. Wenn sich diese Ladung verändert, muß die Konzentration der Ionen in der die Folie umgebenden Luft so gesteuert werden, daß eine Entladung ohne Ausbildung einer Ladung der entgegengesetzten Polarität auf der Folie sichergestellt wird. Dies macht eine Steuervorrichtung nötig, welche die Kosten ihres Entladungselementes erhöht.
• Es ist ferner eine Einrichtung bekannt, in welche ein geschlitztes metallisches Rohr unterhalb der bewegten Bahn quer zur Bewegungsrichtung derselben angeordnet ist, und die bewegte Bahn mit einem am Rohr befestigten Führungsblech einen düsenförmigen Spalt bilden, durch den infolge des entstehenden Sogs ein dem Rohr zugeleitetes Aerosol mitgerissen wird (deutsche Auslegeschrift 1027 340). Diese Anordnung erfordert die Bereitstellung eines Aerosols, wofür zweckmäßig eine Ultraschallvorrichtung vorgesehen werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Anordnung sowohl im mechanischen Aufbau als auch hinsichtlich der anfallenden Betriebskosten weiter zu vereinfachen.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektrisch leitende Wand Poren enthält, durch die Gas unter Druck gegen die sich bewegende Bahn strömt und eine Gashülle vorgegebener Dicke zwischen dem Rohr und der Bahn aufrechterhält.
• Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil eines infolge der Anordnung einer Umlenkrolle ohne Leitbleche sehr einfachen Aufbaus und verwendet außerdem einfache Druckluft, so daß eine Kondenswasserbildung nicht auftritt.
• Die Anordnung einer porösen leitenden Schicht zur Ableitung von Ladungen ist zwar an sich bekannt (britische Patentschrift 804 957), jedoch handelt es sich dabei weder um die Beseitigung von Ladungen, die sich auf einer Folienbahn befinden, noch um die Erzeugung einer Gasschicht zwischen einer Rolle und einer zugehörigen Folienbahn. In der bekannten Anordnung sollen vielmehr Ladungen aus einem Gas entfernt werden, das zu diesem Zweck durch eine poröse Schicht geleitet wird. An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Schrägansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und F i g. 2 einen Schnitt des rohrförmigen Teiles längs der Linie 2-2 in F i g. 1.
• Die Bahn 11 ist quer zu einem als Bahnführung 12 dienenden Rohr angeordnet, welches eine elektrisch leitende, geerdete, als Sintermetallfläche ausgebildete Wand 13 aufweist, die Poren enthält. Die Wände des Rohres sind gasundurchlässig mit Ausnahme der porösen Wand 13 und des Lufteinlasses 15, welcher mit einer biegsamen Leitung 16 gekoppelt ist, die ihrerseits an einer nicht gezeigten Druckluftquelle angeschlossen ist. Die Erdleitung 17 verbindet die poröse Wand 13 der Führung mit Erde 18. Es ist wesentlich, daß der Abschnitt 13 aus elektrisch leitendem Material besteht. Gesinterte Bronze, welche gasdurchlässig ist, ist ein bevorzugtes Material für die Wand 13. Es sind jedoch auch andere poröse Sintermetalle und poröse Kohlesorten brauchbar. Die Erdleitung 17 sollte mindestens die elektrische Leitfähigkeit von Kupferdraht Nr. 10 (Amerikanische Drahtlehre) für Entfernungen von etwa 15,25 m oder weniger aufweisen. Für größere Entfernungen ist natürlich ein dickerer Draht erforderlich. Die Erde 18 kann ein Wasserrohr sein, an welchem die Erdleitung befestigt ist. In jedem Fall soll, wie oben angegeben, diese Erdung einen Weg niedrigen Widerstandes zur feuchten Erde bilden, um bei verhältnismäßig niedrigem Potentialunterschied einen verhältnismäßig großen Strom zu führen. Das Führungsorgan ist an der geeigneten Maschine durch Lagerzapfen 19 und 20 an jedem ihrer Enden und in nicht gezeigten Stützen gelagert.
• Es hat sich gezeigt, daß die übliche Erdung, welche durch Befestigung eines leitenden Sinterbronzedorns am Stahlrahmen der Maschine erreicht wird, nicht ausreicht, um die Ladung auf der Folie wirksam zu neutralisieren und die Staubteilchen zu beseitigen. Die Ladung auf Bahnen mit hohem Widerstand, beispielsweise Polyäthylenterephthalat, nimmt gewöhnlich so hohe Werte an, daß das Potential 30 000 Volt oder mehr erreicht. Eine Luftausströmung aus dem Umfang einer rohrförmigen Führung aus Sintermetall, welche durch Befestigung am Rahmen der Maschine geerdet ist, vermindert dieses Potential auf Werte in der Größenordnung von 1000 Volt; diese Verminderung reicht jedoch nicht aus, um eine leichte Entfernung von anhaftenden Staubteilchen zu ermöglichen oder die schlechten Handhabungseigenschaften infolge statischer Aufladungen wesentlich zu verbessern. Die Verbindung der gasdurchlässigen Wand aus Sintermetall mit einer guten Erdung, wie einer Wasserleitung, die durch die Erde geführt ist, mittels einer schweren Erdleitung, wie oben beschrieben, vermindert die Spannung auf der Folie auf Null und bewirkt, daß Staubteilchen von der Folienoberfläche abgeschleudert werden und an dem nahegelegenen Rahmen anhaften, von wo sie durch eine Vakuumleitung abgesogen werden können, welche zur Entfernung des Staubes in der Nähe angeordnet werden kann.
• Der Grund für die Wirksamkeit dieser Vorrichtung bei Verwendung einer Erdung mit niedrigem Widerstand im Gegensatz zu dem Verhalten bei Erdung durch die Maschine ist nicht vollständig klar. Es wird jedoch angenommen, daß dies darauf beruht, daß der elektrische Weg durch die Maschine nicht einen ausreichend hohen Strom führen kann, um eine Ionenmenge im ausströmenden Gas zu erzeugen, welche zur Neutralisierung der Ladung auf der Bahn ausreicht. Um den Stromfluß von der Erdung zu dem Dorn zu zeigen, wurde ein Widerstand von 1000 Ohm in die Erdleitung der Führung gelegt, und es wurde ein Strom von 1,25 Miniampere gemessen, wobei die Bahn aus Polyäthylenterephthalat mit einer Breite von 1,27 cm bestand und mit einer Geschwindigkeit von 762 m je Minute lief. Dieser Strom ändert sich natürlich mit der Geschwindigkeit und der Breite der Folie, mit atmosphärischen Bedingungen (beispielsweise der relativen Luftfeuchtigkeit) sowie mit der Luftströmung. Es hat sich herausgestellt, daß ein einfacher, enger Schlitz (von beispielsweise 1,6 mm) in einem Rohr teilweise bei der Beseitigung von Ladung und bei der Bahnausbreitung mit niedrigeren Geschwindigkeitern ebenso wirksam war. Bei der Verwendung einer rohrförmigen Führung mit poröser Wand, wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben, hat sich herausgestellt, daß die Porosität nicht besonders kritisch war. Jedoch hat sich eine Porosität in der Größenordnung von 0,25 - 10-4 cm als am wirksamsten erwiesen. Die rohrförmige Führung ist in der Zeichnung zylindrisch dargestellt, was wegen der leichten Herstellung bevorzugt wird, da dieselbe zur Befestigung in einer Drehbank zwecks Abdrehens geeignet ist, um eine glatte Oberfläche an der porösen Wand, welche der Bahn anliegt, zu erzeugen. Es können jedoch auch ebene Flächen bei geeigneter Abänderung verwendet werden, was dem Fachmann klar ist. Es wurde kein kritischer Wert für die Geschwindigkeit der Luftströmung gefunden. Vorzugsweise soll sie so eingestellt werden, daß die Folie in einem Abstand von 0,002 bis 0,013 mm von der Oberfläche der Führung schwebt. Die Beigabe von Spuren von elektronegativen Substanzen, wie halogenierten Kohlenwasserstoffen (Tetrachlorkohlenstoff oder Trichloräthylen), zu dem Druckgas erhöhten den Strom von der Erdung bei niedrigen Geschwindigkeiten der Luftströmung. Diese Substanzen können jedoch für die Verwendung bei schlechter Belüftung nicht erwünscht sein. Mit Luft allein hat sich herausgestellt, daß 0,031 m3 je Stunde je Quadratzentimeter poröser Öffnung ausreichen, damit die Folie um den Dorn schwebend gehalten wird und Oberflächenladungen beseitigt werden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders bei der Herstellung von dünnen dielektrischen Folien brauchbar, sie ist jedoch auch bei der Herstellung von Geweben und Gespinsten wertvoll, insbesondere solchen aus Kunstfasern, welche ebenfalls niedrige Leitfähigkeit besitzen, wodurch die anfängliche Handhabung verbessert wird. Weiter verbessert die Vorrichtung bei Tonband- und Wiedergabegeräten die Laufeigenschaften von Bändern bei hohen Geschwindigkeiten. Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen für den Fachmann auf der Hand und bleiben innerhalb des Rahmens der Erfindung. Beispielsweise soll bei der Herstellung von Gespinsten das poröse Führungsorgan einen vorzugsweise trogförmigen Querschnitt aufweisen, und für schmale, dünne Folien soll die Führung mit porösen Seitenflanschen versehen sein, welche die bewegte Folie in der richtigen Lage halten.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen einer kontinuierlich bewegten Bahn aus dielektrischem Material mit einem quer zur Bahn angeordneten, eine elektrisch leitende, geerdete Wand aufweisenden Rohr, durch das hindurch Gas der bewegten Bahn zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Wand Poren enthält, durch die Gas unter Druck gegen die sich bewegende Bahn strömt und eine Gashülle vorgegebener Dicke zwischen dem Rohr und der Bahn aufrechterhält.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässige Wand aus Sintermetall besteht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermetall gesinterte Bronze ist.