DE1589781A1

DE1589781A1 - Method and circuit arrangement for discharging electrostatically charged objects

Info

Publication number: DE1589781A1
Application number: DE19671589781
Authority: DE
Inventors: Heyl Dr Gerhard; Guenther Luettgens
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1967-04-06
Filing date: 1967-04-06
Publication date: 1970-05-14

Description

Verfahren und Schaltanordnung zum Entladen von elektrostatisch aufgeladenen Gegenständen Die mrliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Entladen von elektrostatisch aufgeladenen Gegenständen, z.B laufenden Bahnen, die einen Ladungsüberschuß besitzen, insbesondere solche, die anschließend aufgewickelt werden, wobei der Gegenstand mittels einer an Wechselhochspannung anliegenden Sprühelektrode mit Ionen beaufschlagt wird. Bei der zugehörigen Schaltanordnung ist die Sprühelektrode an eine Wechselhochspannungaquelle unter Zwischen- schaltung eines Schutzwiderstandes angeschlossen.Method and switching arrangement for discharging electrostatically charged objects The present invention is directed to a method for discharging electrostatically charged objects, e.g. running webs that have an excess of charge, especially those that are subsequently wound up, the object using a spray electrode connected to alternating high voltage is acted upon by ions. In the associated switching arrangement, the spray electrode is connected to an alternating high voltage source with a protective resistor interposed.

Bei den meisten elektrostatisch aufgeladenen Gegenständen, insbesondere solchen aus organischen chemischen Verbindungen, tre- ten Auf ladungen sowohl negativen als auch positiven Vorzeichens gleichzeitig auf, wobei in der Regel ein Ladungsüberachuß eines bestimmten Vorzeichens besteht. Deshalb betreibt man auch die Sprühelektroden, mit deren Hilfe die Gegenstände entladen werden sollen, mit Wechselhochspannung, um Ionen beider Polaritäten zu erhalten. Es hat sich nun gezeigt, daß bei der Erzeugung der Ionen die negativen Ladungsträger bevorzugt auftreten. Setzt man Sprühelektroden ein, um z. B. elektrostatisch aufgeladene Kunststoffbahnen zu entladen, so bleibt unabhängig vom Vorzeichen der Ruf- ladung auch bei ausreichender Dimensionierung der Sprühelektrode, auf der entladenen Bahn eine negative Restladung zurück. Dabei kann die ursprüngliche Bahnaufladung, insbesondere über ihr Vorzeichen, einen Einfluß auf die Höhe dieser Restladung haben. Im allgemeinen werden durch diese verhältnismäßig geringen Ladungen keine störenden elektrostatischen Erscheinungen, wie Staubanziehung oder Gleitfunkenentladung hervorgerufen. Doch gibt es Vorgänge, bei denen eine bis auf die negative Restladung entladene Bahn ohne zusätzliche Rufladung wieder zu hohen Feldstärken führt. Dies tritt z. B ein, wenn eine solche Bahn aufgewickelt wird. Es summieren sich dabei an der Aufwickelstelle die pro Flächeneinheit vorhandenen negativen Restladungen auf dem Bandwickel und können dort so hohe Feldstärken hervorrufen, daß wieder störende elektrostatische Erscheinungen eintreten. Natürlich kann es unter anderen Voraussetzungen auch vorkommen, daß auf der zu entladenden Bahn eine positive Restladung verbleibt.In the case of most electrostatically charged objects, in particular those made of organic chemical compounds, charges occur with both negative and positive signs at the same time, with an excess of charge of a certain sign as a rule. That is why the spray electrodes, with the help of which the objects are to be discharged, are also operated with alternating high voltage in order to obtain ions of both polarities. It has now been shown that the negative charge carriers occur preferentially during the generation of the ions. If you use spray electrodes to z. If, for example, electrostatically charged plastic webs are discharged, a negative residual charge remains on the discharged web regardless of the sign of the call charge, even if the spray electrode is adequately dimensioned. The original charge on the railway, in particular via its sign, can have an influence on the level of this residual charge. In general , these relatively low charges do not cause any disruptive electrostatic phenomena such as dust attraction or sliding spark discharge. However, there are processes in which a path that has been discharged down to the negative residual charge leads to high field strengths again without additional call charge. This occurs e.g. B on when such a web is wound up. The negative residual charges present per unit area on the tape roll add up at the winding point and can cause field strengths that are so high that disruptive electrostatic phenomena occur again. Of course, under other conditions it can also happen that a positive residual charge remains on the web to be unloaded.

Es wurde nun gefunden, daß sich ein Gegenstand, der einen Ladungsüberschuß aufweist, fast ratlos entladen läßt, indem dem Gegenstand von der Sprühelektrode ein dem positiven oder negativen hadungeüberschuß äquivalenter Überschuß an Ionen umgekehrten Vorzeichens zugeführt wird.It has now been found that an object which has an excess of charge can be discharged almost helplessly by supplying the object from the spray electrode with an excess of ions of the opposite sign which is equivalent to the positive or negative excess of ions.

In vorteilhafter Weise wird gemäß einer Weiterführung der Erfindung der Entladungsvorgang automatisiert, indem die zugeführte Überschußmenge an Ionen durch Feldstärkemessung über einen Steuerkreis geregelt wird. Dabei wird die Feldstärke nahe hinter der Entladungestelle gemessen. Insbesondere bei laufenden zu entladenden Hahnen ist dies von Vorteil, weil deren Aufladung über die Bahnlänge unterschiedlich sein kann, so daß eine dauernde Anpassung möglich ist.Advantageously, according to a further development of the invention the discharge process is automated by adding the excess amount of ions is regulated by field strength measurement via a control circuit. The field strength is measured close behind the unloading point. Especially when it is running to be unloaded This is an advantage for taps because their charging varies over the length of the track can be, so that a permanent adjustment is possible.

Für die Zufuhr des Überschusses an Ionen kann a) die Amplitude der Spannungshalbwelle mit dem dem Ladungsüberachuß g1 eichsinnigen Vorzeichen entsprechend verkleinert werden, oder b) die Amplitude der Spannungahalbwelle mit dem dem Ladungsüberschuß entgegengesetzten Vorzeichen entsprechend vergrtiBert werden. To supply the excess of ions, a) the amplitude of the voltage half-wave can be reduced accordingly with the sign that corresponds to the charge excess, or b) the amplitude of the voltage half-wave can be increased accordingly with the sign opposite to the charge excess.

Zur schalttechnischen Ausführung von a) zweigt erfindungagemäB von der Verbindung zwischen Hochspannungstransformator und Sprühelektrode eine Leitung ab, die einen Widerstand, einen Gleichrichter, einen Grobregelwiderstand und einen Feinregelwiderstand aufweist und an dem anderen Pol des Transformators anliegt. Bei der schalttechnischen Ausführung nach b) ist ein Pol des Wechselhochapannungstransformators an einen Regelwiderstand angeschlossen, der an einer Gleichhochapannungaquelle anliegt.For the technical implementation of a) according to the invention branches off from the connection between the high-voltage transformer and the spray electrode starting with a resistor, a rectifier, a coarse control resistor and a Fine control resistor and at the other pole of the transformer is present. In the circuit design according to b) is one pole of the alternating high voltage transformer connected to a rheostat which is connected to a source of equal voltage.

Bei beiden Ausführungen sind die Regelwiderstände in vorteilhafter Weise über ein Feldstärkemeßgerät mit nachgeschaltetem Meßwertumformer einstellbar.In both versions, the variable resistors are more advantageous Way adjustable via a field strength measuring device with a downstream transducer.

Bei Versuchen wurde festgestellt, daß beim Aufwickeln einer mit 100 m/min. laufenden Kunststoffbahn an einer Wickel ohne jede Entladung eine Feldstärke von - 16000 V/cm auftrat. Durch eine Entladung der laufenden Kunststoffbahn nach herkömmlicher Art, d. h. gleich große positive und negative Wechselspannungsamplituden an der Sprühelektrode, konnte die Feldstärke an der Wickel nur auf - 5000 V/em herabgesetzt werden. Nach Anlegen einer in der negativen Halbwelle verminderten Wechselhochspannung an die Sprühelektrode wurde die Feldstärke an der Wickel auf - 50 V/Cm vermindert, das ist ein Wert, bei dem keine störenden elektrostatischen Erscheinungen mehr auftreten. Entsprechende Entladungswirkungen wurden auch bei einer positiven Aufladung der Kunststoffbahn festgestellt, wobei auch hier bei einer Entladung in herkömmlicher Art eine hohe negative Restladung auf der Bahn verblieb. Sinngemäß kann auch bei der Begrenzung positiver Halbwellen verfahren werden, indem die Gleichrichterpolarität getauscht wird. Durch die Erfindung lassen sich elektrostatische Ladungen auf schlechtleitenden Gütern, z. B. Kunststoffen, so weit neutralisieren, daß bei einer Summierung der Restladungen, z. B. beim Aufwickeln, keine Aufladungen in störender Höhe entstehen. Der erfindungsgemäße Gedanke läßt sich sowohl bei mit netzfrequenter Wechselhochspannung betriebenen Ionisierungssprühelektroden als auch bei mit Nieder- oder Hochfrequenz betriebenen Sprühelektroden anwenden.In tests it was found that when winding a with 100 m / min. running plastic web on a roll without any discharge a field strength of - 16000 V / cm occurred. By discharging the moving plastic web in a conventional manner, ie positive and negative alternating voltage amplitudes of the same size on the spray electrode, the field strength on the winding could only be reduced to - 5000 V / em. After applying an alternating high voltage, which was reduced in the negative half-wave, to the spray electrode, the field strength at the coil was reduced to -50 V / cm, a value at which no more disruptive electrostatic phenomena occur. Corresponding discharge effects were seen even with a positive charging of the plastic web, where here too remained a high negative residual charge on the web at a discharge in a conventional manner. The same procedure can also be used when limiting positive half-waves by swapping the rectifier polarity. The invention allows electrostatic charges on poorly conductive goods, such. B. plastics, neutralize so far that when adding up the residual charges, z. B. when winding, no charges arise in a disturbing amount. The idea according to the invention can be applied both to ionizing spray electrodes operated with mains frequency alternating high voltage and to spray electrodes operated with low or high frequency.

Anhand einer Zeichnung seien die beispielsweisen Schaltanordnungen beschrieben, und zwar zeigen: Figur 1 eine Schaltanordnung zur Verkleinerung der Amplitude der Halbwelle entsprechenden Vorzeichens, Figur 2 den zugehörigen Spannungsverlauf U über der Zeit t, Figur 3 eine Schaltanordnung zur Vergrößerung der Amplitude der halbwelle entsprechenden Vorzeichens und Figur 4 den zugehörigen Spannungsverlauf U über der Zeit t. In Figur 1 wird die Bahn 1 von der Sprühelektrode 2 entladen, an der die um den Spannungsabfall am Schutzwiderstand 3 verminderte Hochspannung des Transformators 4 anliegt. Unter Vernachlässigung des Ionenatromes wird die Höhe der Teilspannung bestimmt durch den Widerstand 5 und kann grob eingestellt werden mit Hilfe des auf die Widerstände 6, 7 und 8 wirkenden Schalters 9. Die Feineinstellung erfolgt über das Potentiometer 10. Der Hochspannungsgleichrichter 11 sorgt dafür, daß von dieser Spannungsteilung jeweils nur eine-Halbwelle der Wechselspannung betroffen wird und ist so gepolt, daB die negative Halbwellenamplitude gegenüber der positiven verkleinert wird. Durch Einstellung des Spannungsteilers läßt sich erreichen, daß an der SprUh. elektrode der Anteil der für die Entladung wirksamen negativen Ladungsträger gleich dem Anteil der positiven Ladungsträger wird und somit auf dem entladenen Gut keine Restladung verbleibt.The exemplary switching arrangements are described with the aid of a drawing, namely: Figure 1 shows a switching arrangement for reducing the amplitude of the half-wave corresponding sign, FIG. 4 shows the associated voltage curve U over time t. In FIG. 1, the web 1 is discharged from the spray electrode 2 to which the high voltage of the transformer 4, reduced by the voltage drop across the protective resistor 3, is applied. Neglecting the ion atom, the level of the partial voltage is determined by the resistor 5 and can be roughly adjusted using the switch 9 acting on the resistors 6, 7 and 8. The fine adjustment is made using the potentiometer 10. The high-voltage rectifier 11 ensures that from this voltage division affects only one half-wave of the alternating voltage and is polarized in such a way that the negative half-wave amplitude is reduced compared to the positive one. By setting the voltage divider it can be achieved that at the SprUh. electrode, the proportion of negative charge carriers effective for the discharge is equal to the proportion of positive charge carriers and thus no residual charge remains on the discharged material.

Dies wird erreicht durch Messung der Feldstärke der entladenen Bahn mittels des Feldstärkemeßgerätes 12 und dem Meßwertumformer 13 unter Einwirkung auf die Regelwiderstände 6, 7, 8 und 10, wobei der gemessene Wert natürlich mit einem Sollwert oder Mindestwert verglichen wird. In Figur 2 ist die Amplitude der negativen Halbwellen um den schraffierten Bereich UX verkleinert.This is achieved by measuring the field strength of the discharged web by means of the field strength measuring device 12 and the transducer 13 under action on the variable resistors 6, 7, 8 and 10, the measured value of course with is compared to a target value or minimum value. In Figure 2 is the amplitude of the negative half-waves is reduced by the hatched area UX.

In Figur 3 wird die Bahn 1 von der Sprühelektrode 2 entladen, an der ebenfalls die um den Spannungsabfall im Sehut zrideretand 3 verminderte Hochspannung des Transformators 4 anliegt. Der Wechselhochspannung wird eine Gleichhochspannung UGl überlagert, indem ein-Pol des Transformators 4 an dem Regelwideretand 14 anliegt, der an die Gleichhochapannungsquelle 15 angeschlossen ist. Die Einstellung des Regelwiderstandes erfolgt wieder über das Feldstärkenmeßgerät 12 und den hießwertumformer 13.In FIG. 3, the web 1 is discharged from the spray electrode 2, to which the high voltage of the transformer 4, reduced by the voltage drop in the sight cap 3, is also applied. A DC high voltage UG1 is superimposed on the AC high voltage in that one pole of the transformer 4 is applied to the control resistor 14, which is connected to the DC high voltage source 15. The setting of the control resistor is again carried out via the field strength measuring device 12 and the hot value converter 13.

In Figur 4 ist die Amplitude der positiven Spannungshalbwelle um den Betrag UGl vergrößert unter gleichzeitiger entsprechender Verkleinerung der Amplitude der negativen Halbwelle infolge der Uberlagerung der Gleichhochspannung UGl.In Figure 4, the amplitude of the positive voltage half-wave is around the The amount UGl increases with a corresponding decrease in the amplitude at the same time the negative half-wave as a result of the superimposition of the direct high voltage UGl.

Claims

Claims: 1. A method for discharging electrostatically charged objects, for example running webs that have an excess of charge , in particular those that are subsequently wound up, the object being acted upon with ions by means of a spray electrode connected to an alternating high voltage, characterized in that the object is from the spray electrode is supplied with an excess of ions of opposite sign which is equivalent to the positive or negative charge excess.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the supplied excess amount by field strength measurement via a control circuit is regulated.

3. Method nae-h claim 1 and 2, characterized in that the amplitude of the voltage half-wave is reduced with the same sign.

4th Method according to Claims 1 and 2, characterized in that the amplitude of the voltage half-wave is increased with the opposite sign.

5. Switching arrangement according to claim 1, 2 and 4, in which the spray electrode is connected to an AC high voltage transformer is connected with the interposition of a protective resistor, characterized in that that the other pole of the transformer (4) is connected to a variable resistor (14) is applied to a DC high voltage source (15).

6. Switching arrangement according to Claim 1 to 3, according to which the spray electrode is connected to an alternating high-voltage transformer is connected with the interposition of a protective resistor, characterized in that that from this connection another branches off, which has a resistor (5) Rectifier (11), one or more coarse control resistors (6, 7, 8) and a fine control resistor (10) and bears against the other pole of the transformer (4).

7. Switching arrangement according to claim 5 and 6, characterized in that the control resistors (6, 7, 8, 10. 14) via a field strength measuring device (12) with downstream measuring transducer (13) are adjustable.