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Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftkonditioniereinrichtung mit
einer Luftumwälzvorrichtung für Räume, in denen Textilfasern oder ähnliche aufladbare
feine Stoffe verarbeitet werden.
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Bei der Verarbeitung von Materialien, die durch elektrisch geladene
Körper beeinflußt werden, z. B. bei der Verarbeitung von Textilfasern, feinen Pulvern,
dünnen Filmen oder allgemein von Erzeugnissen, die eine relativ kleine Masse aufweisen,
wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, um die Wirkungen elektrisch geladener
Körper auszuschalten; diese Versuche haben sich größtenteils darauf konzentriert,
die Feuchtigkeit der Atmosphäre zu erhöhen und Ionen aussendende Einrichtungen zum
Ausschalten der statischen Elektrizität zu verwenden. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit
der Atmosphäre hat zur Folge, daß die Menge der Feuchtigkeit auf den Erzeugnissen
von geringer Masse, z. B. auf Fasern, Teilchen oder Filmen, die verarbeitet werden
sollen, vergrößert wird. Durch diesen hohen Feuchtigkeitsgehalt wird die elektrische
Leitfähigkeit der Erzeugnisse oder Materialien von geringer Masse vergrößert, und
hierdurch werden einige der elektrostatischen Wirkungen ausgeschaltet. Der hohe
Feuchtigkeitsgehalt kann jedoch dazu führen, daß die zu verarbeitenden Materialien
klebrig werden; hierdurch wird die Verarbeitbarkeit der Materialien beeinträchtigt.
Eine Erhöhung der Feuchtigkeit der Atmosphäre hat ferner die Wirkung, daß sich die
Leitfähigkeit der Atmosphäre verringert, da sich eine geringere Beweglichkeit der
Ionen einstellt; hieraus kann sich wiederum eine Erhöhung der insgesamt vorhandenen
Raumladung ergeben. Eine Vergrößerung der insgesamt vorhandenen Raumladung führt
natürlich dazu, daß Erzeugnisse von geringer Masse, die einer solchen Atmosphäre
ausgesetzt sind, stärker aufgeladen werden. Es gibt zwei Hauptarten von Ionen aussendenden
Einrichtungen zum Ausschalten der statischen Elektrizität; die eine Gruppe umfaßt
Einrichtungen mit radioaktiven Quellen, während die andere Gruppe Einrichtungen
umfaßt, die Entladungen mit hoher Spannung hervorrufen. Beide Bauarten von Ionen
aussendenden Einrichtungen werden in der Weise verwendet, daß man sie in unmittelbarer
Nähe eines Gegenstandes anordnet, der eine statische Ladung aufweist. Hierbei bewirkt
die Einrichtung, daß die statische Ladung neutralisiert wird, und zwar dadurch,
daß große Mengen von Ionen ausgesendet werden, so daß Ionen der geeigneten Polarität
von dem geladenen Gegenstand angezogen werden und eine Neutralisierung seiner Ladung
bewirken. Zwar ermöglichen es solche Einrichtungen, die Wirkungen statischer Elektrizität
auszuschalten, welche auf Oberflächenreibung zurückzuführen ist, doch ermöglichen
sie nicht auf befriedigende Weise die Ausschaltung von Raumladungen, die zu Störungen
Anlaß geben, wenn Erzeugnisse von geringer Masse verarbeitet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Luftkonditioniereinrichtung
vorzusehen, die dem Entstehen von Raumladungen in der Nähe zu verarbeitender Erzeugnisse
von geringer Masse, insbesondere Textilfasern, ohne die geschilderten Nachteile
bekannter Arbeitsweisen abzuhelfen vermag.
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Die Erfindung geht hierzu von der Erkenntnis aus, daß an die Stelle
einer Neutralisation vorhandener Raumladungen durch Erzeugung umgekehrt polarisierter
Ladungsträger eine von vornherein systematisch vorgesehene Verringerung der Raumladung
in den Verarbeitungsräumen von Textilfasern u. dgl. treten kann; es hat sich in
der Praxis gezeigt, daß diese Maßnahme dem Entstehen der unerwünschten Aufladungserscheinungen
von Textilfasern u. dgl. vorzubeugen vermag.
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Dementsprechend ist nach der Erfindung vorgesehen, daß bei einer Luftkonditioniereinrichtung
der eingangs genannten Art zur Abscheidung von in der Luft befindlichen Ionen oder
anderen geladenen Teilchen die Umwälzvorrichtung und ein Elektrofilter hintereinandergeschaltet
sind, dessen angelegte Hochspannung so bemessen ist, daß das Elektrofilter zwar
Ionen fängt, aber seinerseits noch keine Ionen erzeugt.
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Elektrofilter wurden bisher vorwiegend zur Staubabscheidung verwendet.
Es ist auch bekannt, Hochspannungsgitter zur Klimaverbesserung in Räumen vorzusehen;
dann wird ein Hochspannungsgitter jedoch lediglich an der Raumdecke montiert, ohne
in den Strömungsweg einer Luftumwälzvorrichtung eingeschaltet zu sein.
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Nach der Erfindung wird demgegenüber die Ionisation der Atmosphäre
in den Verarbeitungsräumen dadurch geregelt bzw. beeinflußt, daß man etwa ein geladenes
Gitter im Hauptluftstrom eines Luftumwälzsystems anordnet, so daß die in dem Luftstrom
enthaltenen geladenen Teilchen bei ihrer Annäherung vernichtet und in Richtung auf
das eine entgegengesetzte Ladung tragende Gitter umgelenkt werden.
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Es sei bemerkt, daß es sich bei dem Gitter um eine beliebige Vorrichtung
handelt, die es ermöglicht, eine Hochspannungsladung aufzunehmen, und daß es sich
bei dem Luftumwälzsystem um ein beliebiges System handeln kann, mittels dessen ein
ausreichender Luftaustausch in der Atmosphäre des Verarbeitungsraums bewirkt werden
kann. Es ist möglich, an das Gitter eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung
zu legen. Ohne Rücksicht darauf, ob mit Wechselstrom oder Gleichstrom gearbeitet
wird, soll die Ladung genügend groß sein, damit die in der Atmosphäre enthaltenen
Ionen entladen werden, jedoch nicht so groß, daß Ionen erzeugt werden, d. h. nicht
so groß, daß die Vorrichtung als Ionenerzeugungsvorrichtung wirkt. Ein mit Wechselstrom
geladenes Gitter beseitigt stets diejenigen geladenen Ionen, welche in vorherrschendem
Ausmaß vorhanden sind, denn das Gitter wirkt während einer bestimmten Zeitspanne
als positives Gitter und/oder während einer anderen Zeitspanne als negatives Gitter.
Gemäß der Erfindung wird vorzugsweise mit Gleichstrom gearbeitet, dessen Polarität
sich nach den Angaben einer Ionenmeßvorrichtung richtet. Eine typische erfindungsgemäße
Anlage umfaßt ein geladenes Gitter, das im Luftkonditionierungskanal eines Verarbeitungsraums
angeordnet ist; das Gitter setzt sich aus einer Reihe von parallelen Kupferdrähten
zusammen, zwischen denen Abstände von etwa 25 mm vorhanden sind. Diese Drähte sind
auf einer isolierten Unterstützung angeordnet und werden gewöhnlich mit Gleichstrom
einer vorgewählten Polarität betrieben, wobei die vorgewählte Spannung im Bereich
von etwa 2000 bis etwa 30 000 V liegt; hierbei wird die Spannung so eingestellt,
daß die zurückgeleitete Luft eine sehr geringe Raumladung aufweist. Das geladene
Gitter zieht Ionen an und entlädt sie, wenn ihre Ladung der Ladung des Drahtgitters
entgegengesetzt ist. Im allgemeinen ist es nicht notwendig oder auch nur
zweckmäßig,
alle negativen Ionen zu vernichten, denn in den Verarbeitungsräumen wird gewöhnlich
ein kleiner überschuß an positiven Ionen erzeugt, die dann durch die dem Raum zugeführten
negativen Ionen neutralisiert werden. Auf diese Weise läßt sich eine ziemlich niedrige
Raumladung in dem Verarbeitungsraum erzielen. Wegen der normalen Schwankungen bezüglich
der Geschwindigkeit der Erzeugung von Ionen und der Luftzirkulationsgeschwindigkeit
kann die Spannung, die auf das Gitter aufgebracht werden muß, um eine möglichst
geringe Raumladung aufrechtzuerhalten, innerhalb weiter Grenzen variieren. Wenn
die Umwälzung der Luft nicht mit Hilfe einer Luftklimatisierungsanlage bewirkt wird,
sondern z. B. mit Hilfe von in Fenster eingebauten Ventilatoren, kann die Raumladung
der umgewälzten Luft positiv sein, statt negativ zu sein, wie es gewöhnlich bei
einer Klimaanlage der Fall ist, bei der die Luft mit Wasser gewaschen wird. Aus
diesen Gründen ist die Benutzung eines Regelsystems zweckmäßig, daß dazu dient,
die Spannung sowie die Polarität des Gitters zu regeln.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen
Systems zum Vernichten von Ionen; F i g. 2 veranschaulicht in einem Blockdiagramm
eine weitere Ausbildungsform der Erfindung; F i g. 3 stellt die Ionenkonzentration
in Abhängigkeit von der an das Gitter angelegten Spannung dar; F i g. 4 veranschaulicht
graphisch den Wirkungsgrad bei einem Webvorgang; F i g. 5 veranschaulicht graphisch
den Wirkungsgrad einer Kämmaschine.
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Gemäß F i g. 1 kann ein im Luftstrom einer Luftumwälzvorrichtung angeordnetes
Gitter an eine Hochspannungsquelle angeschlossen werden, bei der es sich entweder
um eine Gleichstromquelle oder um eine Wechselstromquelle handelt. Die Spannung
wird durch ein automatisches Regelsystem geregelt, das seinerseits durch ein Raumladungsmeßgerät
gesteuert wird. Gegebenenfalls kann man an das Raumladungsmeßgerät ein Registriergerät
anschließen.
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Ein etwas komplizierteres System zum Vernichten von Ionen ist in F
i g. 2 dargestellt; in diesem Fall ist ein im Luftstrom einer Luftumwälzvorrichtung
angeordnetes Gitter an eine Hochspannungs-Gleichstromquelle angeschlossen. Die Steuerung
dieser Stromquelle erfolgt mit Hilfe eines Signals eines Raumladungsmeßgeräts. Bei
dem Raumladungsmeßgerät handelt es sich um ein Differential-Ionenzählgerät, durch
welches ein abgemessenes Volumen ionisierter Luft mit Hilfe eines Sauggebläses durch
ein Sammelrohr gesaugt wird. Die Ionen werden dann von einer Sammelelektrode eingefangen,
von wo aus die Ladungen auf ein Elektrometer von hoher Empfindlichkeit übergeführt
werden. Die mit Hilfe des Differential-Ionenzählgeräts gemessene Raumladung wird
dann mit Hilfe eines Registriergeräts der Klemmschaltungsbauart aufgezeichnet. Wenn
das Registriergerät, das durch eine Zeitsteuereinrichtung periodisch betätigt wird,
ein vorgewähltes Ionenzählergebnis erreicht, schaltet es einen Motor ein, durch
den ein verstellbarer Transformator betätigt wird, welcher an die Hochspannungsquelle
angeschlossen ist, um die an das Gitter angelegte Spannung zu erhöhen oder zu verringern.
Wenn das Registriergerät einen vorgewählten Mindest-Ionenzählwert erreicht, bewirkt
es außerdem eine Umpolung der Hochspannungsquelle, so daß Ionen einer anderen Ladungsart
vernichtet werden können.
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In F i g. 3 ist die Konzentration negativer Ionen über der an das
Gitter angelegten positiven Gleichspannung aufgetragen. Zwar zeigt das Schaubild
die Konzentration negativer Ionen, doch sei bemerkt, daß die gleiche Beziehung zwischen
einer Konzentration positiver Ionen und einer negativen Gleichspannung besteht.
Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß zwar schon eine niedrige an das Gitter angelegte
Spannung eine bemerkbare Herabsetzung der Ionenkonzentration bewirkt, daß jedoch
der Wirkungsgrad des Systems zunimmt, wenn man die Spannung auf sehr hohe Werte
steigert. Es ist jedoch schwierig, optimale Spannungen für den Betrieb der Einrichtung
bzw. für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben, denn die optimalen
Bedingungen variieren in Abhängigkeit von der Bauart des verwendeten Gitters, der
Strömungsgeschwindigkeit der Luft sowie der Masse bzw. den physikalischen Abmessungen
des in der Atmosphäre enthaltenen, Ionen bildenden Materials. Nachstehend sind Beispiele
für optimale Spannungen bei bestimmten Bedingungen angegeben: Gitter mit geraden
Drähten in Abständen von etwa 12,5 mm Drahtdurchmesser 2,68 mm, Strömungsgeschwindigkeit
der Luft am Gitter etwa 210 m/min, Spannung 14 000 V. Maschendrahtgitter mit Drahtabständen
von etwa 12,5 mm Drahtdurchmesser etwa 1,2 mm, Strömungsgeschwindigkeit der Luft
am Gitter etwa 615 m/min, Spannung 18 000 V.
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Es ist wichtig, eine auf eine Ionisierung der Atmosphäre zurückzuführende
Raumladung von einer auf einem Gegenstand vorhandenen statischen Ladung zu unterscheiden.
Die Atmosphäre enthält normalerweise mindestens eine kleine Menge ionisierter Teilchen.
Hierbei kann es sich um ionisierte Atome oder Staubteilchen oder Wassertröpfchen
handeln, die geladen oder ionisiert sind. Alle derartigen Ladungen werden auf natürlichem
Wege durch das Zusammenwirken mit kosmischer Strahlung, durch das Zerlegen von Wassertröpfchen
in feine Teilchen, von denen manche eine positive Ladung und andere eine negative
Ladung haben, ferner durch elektrische Entladung durch Reibung an einer Fläche sowie
durch die turbulente Strömung von Luft erzeugt. Diese auf natürlichem Wege entstandenen
ionisierten Teilchen führen zusammen mit bestimmten künstlich erzeugten ionisierten
Teilchen in der Atmosphäre zu einer Ionisation der Atmosphäre. Die freie atmosphärische
Luft enthält normalerweise nur wenige ionisierte Teilchen, d. h., die Zahl solcher
Teilchen liegt im Bereich von 0 bis etwa 1000 Ionen je Kubikzentimeter Luft.
Wenn diese mittlere Ionenzahl stark vergrößert wird, ist gewöhnlich ein erheblicher
überschuß entweder an positiven oder negativen Ionen vorhanden, denn wenn beide
Arten von Ionen in
großer Zahl vorhanden sind, ziehen sich die positiven
und die negativen Ionen gegenseitig an, so daß ungeladene Teilchen entstehen. Der
absolute überschuß an positiven oder negativen Ionen wird gelegentlich als Netto-Raumladung
bezeichnet.
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Eine ionisierte Atmosphäre hat einen schädlichen Einfluß auf die Verarbeitung
von Erzeugnissen von geringer Masse, z. B. von Textilfasern, Filmen, feinen Pulvern
u. dgl., denn diese Teilchen von geringer Masse werden mit Ionen bombardiert, so
daß sich die Teilchen aufladen. Wenn bestimmte Erzeugnisse dieser Art aufgeladen
werden, stoßen sie sich gegenseitig ab, denn in den meisten Fällen wird die gleiche
Ladungspolarität vorhanden sein, und gleichzeitig werden manche dieser aufgeladenen
Gegenstände von ungeladenen Flächen angezogen. Bei der Verarbeitung von Textilfasern
stoßen sich gleichartig aufgeladene Fasern gegenseitig ab, und gleichzeitig werden
sie von ungeladenen Flächen angezogen. Diese Abstoßungs- und Anziehungskräfte bewirken,
daß sich Faserstränge unkontrollierbar verhalten und eine ungleichmäßige Dichte
annehmen, so daß die Gefahr einer Unterbrechung der Produktion erhöht wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht auf wirksame Weise eine
Regelung der Ionisation der Atmosphäre und führt zu einer entsprechenden erheblichen
Erleichterung der Verarbeitung von Erzeugnissen geringer Masse.
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Zwar lassen sich Verbesserungen bei der Verarbeitung der verschiedenartigsten
Erzeugnisse von geringer Masse erzielen, doch ist die erfindungsgemäße Einrichtung
insbesondere geeignet, die Verarbeitung von Textilfasern zu erleichtern. Die bei
der Verarbeitung von Textilfasern erzielbare Verbesserung wird durch die folgende
Tabelle veranschaulicht.
| Garnbrüche Konzentration |
| Woche der Spindelzahl Raumladung überschüssiger |
| in Prozent negativer Ionen |
| je Kubikzentimeter |
| 1 1,51 -0,53 6625 |
| 2 0,89 -0,35 4370 |
| 3 0,70 -0,18 2250 |
| 4 0,52 -0,11 1375 |
| 5 0,53 -0,12 1500 |
Die in der vorstehenden Tabelle angegebenen Werte gelten für das Verspinnen eines
Mischgarns, das zu 65 % aus Polyester und zu 35 a/o aus Baumwolle besteht, in einem
Spinnsaal, der mit einer Klimaanlage ausgerüstet ist, in welcher die Luft gewaschen
wird. Die an das Gitter angelegte Spannung wurde von Woche zu Woche erhöht, um die
Raumladung und entsprechend auch die Konzentration der Ionen je Kubikzentimeter
herabzusetzen; hierbei ergab sich eine Verringerung der Garnbrüche, die in der Tabelle
in Prozent der gesamten Spindelzahl angegeben ist. Bei der Angabe über die Raumladung
handelt es sich um einen willkürlichen Ablesewert eines Meßgeräts, den man in Beziehung
zur Ionenkonzentration je Kubikzentimeter setzen kann. Ein Meßwert von 1,0 für die
Raumladung entspricht 12 500 Ionen je Kubikzentimeter.
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F i g. 4 veranschaulicht die beim Weben von Textilien erzielte Verbesserung.
In F i g. 4 ist der prozentuale Wirkungsgrad beim Weben, d. h. das mit 100 vervielfachte
Verhältnis zwischen der tatsächlichen Zahl der Schußschläge und der möglichen Zahl
der Schlußschläge in periodischen Zeitabständen aufgetragen, in denen der Wirkungsgrad
gemessen wurde, und zwar bei einer Webzone, die mit dem erfindungsgemäßen System
zum Vernichten von Ionen ausgerüstet war (Vollinie), und bei einer Webzone, bei
der nicht mit einem System zum Vernichten von Ionen gearbeitet wurde (gestrichelte
Linie). In beiden Webzonen wurde im wesentlichen der gleiche Baumwollstoff unter
Benutzung gleichartiger Webstühle gewebt. Man erkennt sofort, daß sich eine erhebliche
Verbesserung des Wirkungsgrades beim Weben ergibt, wenn man in einer Webzone das
erfindungsgemäße System zum Vernichten von Ionen benutzt.
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F i g. 5 veranschaulicht die beim Kämmen von Textilmaterialien erzielbare
Verbesserung. In F i g. 5 sind der Wirkungsgrad der Kämmaschinen und die Raumladung,
bei welcher eine Einheit 12 500 Ionen je Kubikzentimeter entspricht, über den periodisch
aufgenommenen Meßwerten aufgetragen. Die Raumladung ist durch eine gestrichelte
Linie dargestellt, während die Vollinie den Wirkungsgrad der Kämmmaschinen wiedergibt.
Man erkennt ohne weiteres, daß sich der Wirkungsgrad der Kämmaschinen bei abnehmender
Raumladung erhöht.