DE1614666C - Verfahren zur Neutralisation von elektrischer Ladung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neutralisation von elektrostatischer Ladung auf sich schnell verschiebenden Gegenständen oder Materialien, wie z. B. Förderbänder, Stoffbahnen und chemische sowie pharmazeutische Pulver.

Für den elektrostatischen Ladungsabbau ist im allgemeinen die Verwendung einer an die elektrostatischen Entladungsstäbe angeschlossenen Wechselstromenergie vorteilhaft. Zum Beispiel sind die Kosten für eine Wechselstromversorgung sehr viel geringer als der für eine Gleichstromversorgung erforderliche Kostenaufwand. Eine Wechselstromversorgung beansprucht auch einen geringeren Raumbedarf und arbeitet zumindest mit demselben Wirkungsgrad wie eine Gleichstromversorgung. Außerdem gestattet eine Wechselstromversorgung an Stelle des gleichstrommäßigcn Anschlusses eine kapazitive Ankopplung der Entladungsspitzen der elektrostatischen Entladungsstäbe an die Wechselstromversorgung. Durch die kapazitive Kopplung ist eine Art »schlagfreier« Betrieb möglich, bei dem durch die Impedanz der Kondensatorkopplung die Stromamplitude begrenzt wird. Wenn daher eine Bedienungsperson zufällig durch Berührung z. B. mit einem Finger die Entladungsspitzen mit Masse kurzschließt, erhält sie keinen Schlag mit unzulässig hoher Stromstärke. Dadurch wird auch mit der Reduzierung der Entladungsintensität ein niederes Energieniveau für eine Funkenentladung bewirkt, wodurch die Verwendung derartiger »schlagfreier« elektrostatischer Entladungsvorrichtungen in einer bis zu einem gewissen Grad feuergefährlichen oder explosionsgefährdeten Umgebung zulässig ist. Es wird in diesem Zusammenhang auf die USA.-Patente 3 179 849 und 3 120 626 hingewiesen.

Bei der Verwendung wechselstrombetriebener elektrostatischer Entladungsstäbe zur Neutralisation elektrostatischer Ladung auf sich schnell bewegenden Gegenständen oder Materialien, wie z. B. Förderbänder, Stoffbahnen, granulierte oder pulverisierte chemische Materialien, wird ein Aussetzen der elektrostatischen Neutralisation an bestimmten Teilen der sich bewegenden Gegenstände oder Materialien beobachtet. Selbst wenn die wechselstrommäßig betriebenen elektrostatischen Entladungsstäbe auf beiden Seiten der sich schnell verschiebenden Gegenstände angebracht sind, erfolgt eine Neutralisation der elektrostatischen Ladung nur in bestimmten, über den Gegenstand verteilten regelmäßigen Abständen, wogegen dazwischen periodisch über die Längsrichtung verteilte Zonen mit einer fehlenden Neutralisation festgestellt werden. An einem sich bewegenden Förderband, das dem Einfluß wechselstrommäßig betriebener elektrostatischer Entladungsstäbe ausgesetzt war, ließen sich durch Messung elektrostatisch geladene Bereiche feststellen, die sich in Form über die Längsrichtung verteilter Streifen offenbarten. Es wurde auch festgestellt, daß die streifenförmigen geladenen Bereiche bei Geschwindigkeiten über 610 m/min noch deutlicher hervortreten. Auch die Erhöhung der den elektrostatischen Entladungsstäben zugeführten Wechselstromfrequenz schwächte den zyklisch auftretenden Effekt nicht ab.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die auf sich rasch verschiebenden Gegenständen oder Materialien befindliche elektrostatische Ladung völlig neutralisiert werden kann. Dazu soll eine elektrostatische Entladungsvorrichtung geschaffen werden, mit der die auf sich rasch verschiebenden Gegenständen befindliche elektrostatische Ladung ohne die Erzeugung zyklisch auftretender nicht neutralisierter Bereiche beseitigt werden kann. Diese Entladungsvorrichtung soll gewährleisten, daß bei zunehmender Geschwindigkeit der sich verschiebenden Gegenstände oder Materialien die Wirksamkeit der Neutralisation nicht beeinträchtigt wird. Schließlich soll die Entladungsvorrichtung relativ »schlagfrei«, d. h. mit einem geringen Kurzschlußstrom, arbeiten und soll sowohl wirtschaftlich in robuster Ausführung herzustellen als auch wirtschaftlich mit hohem Wirkungsgrad verwendbar sein.

Dieses Ziel der Erfindung wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß zumindest ein Paar elektrostatischer Entladungsvorrichtungen an einer bestimmten, vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung der Gegenstände oder Materialien verlaufenden Zone angebracht wird, daß an die eine Entladungsvorrichtung eine hohe Wechselspannung einer bestimmten Phase angelegt wird und daß an die andere Entladungsvorrichtung eine hohe, mit einer gegenüber der bestimmten Phase um 180° phasen verschobene Wechselspannung angelegt wird, wobei jeweils ein Ionenstrom der einen und der anderen Polarität auf die quer verlaufende Zone gerichtet wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll zur Neutralisation von elektrostatischer Ladung auf den sich schnell verschiebenden Gegenständen oder Materialien ein Wechselstrom mit einer Periode von 50 bzw. 60 Hz Verwendung finden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt

F i g. 1 eine elektrostatische Zweiphasen-Entladeanlage in perspektivischer Ansicht für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Förderband,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung und ein elektrisches Schaltbild für den Anschluß der beiden Phasen,

F i g. 2 a eine Modifikation der Ausführungsforni gemäß F i g. 2,

Fig. 3 ein Schaubild des Ladungsverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit an den elektrostatischen Entladungsstäben und an der Grenzfläche des sich bewegenden Förderbandes,

F i g. 4 eine Zweiphasen-Entladeanlage zur Verwendung in einer Rohrleitung für pulverförmige Teilchen in perspektivischer Ansicht mit einem teilweise aufgebrochenen Gehäuse,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4.

In der Zeichnung, in welcher gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist eine Zweiphasen-Entladeanlage A im Detail dargestellt, bei welcher ein sich bewegendes, mit elektrostatischer Ladung versehenes Band B von einer Wechselstrom-Ionisierungsanlage beeinflußt wird.

Die Zweiphasen-Entladeanlagc A enthält zumindest ein Paar elektrostatischer Entladungsstäbe A I und A 2, von denen jeder mit z. B. einem im Zentrum verlaufenden leitenden Stab 10 versehen ist, der eine Vielzahl von in einem Abstand nebeneinander angebrachten, nach außen gerichteten Spitzen 12 aufweist und von einem leitenden Ge-

häuse 14 koaxial umgeben und von diesem isoliert ist. Das Gehäuse 14 kann eine zylindrische Form aufweisen und besitzt eine Vielzahl in einem Abstand nebeneinander angebrachter runder Öffnungen 16, die konzentrisch zu den Spitzen 12 angeordnet sind. Eine solche Vorrichtung ist in dem USA.-Patent 2 163 294 beschrieben. Die elektrostatischen Entladungsstäbe können auch, wie im USA.-Patent 3 137 806 beschrieben, mit in Längsrichtung verteilten Spitzen versehen sein, die sich zwischen in Querrichtung nebeneinander angeordneten Schienen befinden. Die elektrostatischen Entladungsstäbe können ferner nach der im USA.-Patent 3 120 626 beschriebenen Art in Form von durchschlagfreien Entladungsstäben aufgebaut sein. Die elektrostatischen Entladungsstäbe als solche sind nicht Gegenstand der Erfindung, die sich auf die Anordnung der elektrostatischen Entladungsstäbe bezüglich der sich verschiebenden Gegenstände und auf , den Anschluß der elektrischen Phasen bezieht.

Gemäß Fig. 1 sind die elektrostatischen Entladungsstäbe A 1 und A 2 auf gegenüberliegenden Seiten eines Bandes B angeordnet, wobei die in einem Abstand vom Band befindlichen Spitzen 12 gegeneinander gerichtet sind. Die Phase einer Wechselstromversorgung hoher Spannung G 1 ist mit dem Stab 10 des elektrostatischen Entladungsstabes A 1 über die Leitung 20 gekoppelt, wogegen das Gehäuse 14 über eine Leitung 22 mit dem Erdungsanschluß verbunden ist. Die Wechselstromversorgung G 1 ist in konventioneller Weise aufgebaut und enthält einen Transformator, dessen Primärwicklung mit einer 110-V- bzw. 210-V-WechselstiOnuiuelle mit einer Periode von 50 bzw. 60 Hz verbunden ist. Die Sekundärwicklung ist derart ausgelegt, daß sie eine Wechselspannung in der Größenordnung zwischen 2000 und 15.000 V liefert. Der elektrostatische Ladungszustand des Entladungsstabes A !. ist in der obersten Kurve der F i g. 3 dargestellt.

Der elektrostatische Entladungsstab A 2 ist mit einer Wechselstromversorgung G 2 hoher Spannung verbunden, indem der Stab 10 über die Leitung 26 an die Phase der Wechselstromversorgung und das Gehäuse 14 über die Leitung 24 an den Masseanschluß angeschlossen ist. Die Wechselstrom-Versorgungen G 1 und G 2 können aus im wesentlichen identischen Generatoren bestehen, deren Ausgangssignal im wesentlichen dieselbe Amplitude, jedoch eine um 180° verschobene Phase aufweisen. Der elektrostatische Ladungszustand des Entladungs-Stabes A 2 wird durch die unterste Kurve der F i g. 3 beschrieben. Wenn somit der Ladungszustand des elektrostatischen Entladungsstabes A 1 positiv ist, ist der im selben Augenblick am Entladungsstab A 2 wirksame Ladungszustand negativ, wobei jedoch an beiden Entladungsstäben eine Spannung gleicher Amplitude liegt. Daraus ergibt sich, daß an den beiden Entladungsstäben A I und A 2 jeweils eine Spannung gleicher Amplitude, jedoch mit einer einander entgegengesetzten Polarität liegt. Die in F i g. 3 dargestellte mittlere Kurve beschreibt den Zustand der ionisierenden Ladung auf der Grenzschicht des Bandes.

Gemäß Fig. 2 sind die beiden elektrostatischen Entladungsstäbe A 1 und A 2 an eine einzige Wechselstromversorgung G bzw. einen einzigen Wechselstromgenerator angeschlossen, der einen Transformator 30 mit Mittelanzapfung enthält. Die Primärwicklung 30 des Transformators liegt z. B: an einer llO-V-Wechselstromquelle. Die Enden der Sekundärwicklung sind mit entsprechenden Stäben 10 der elektrostatischen Entladungsstäbe A 1 und A 2 über Leitungen 32 und 34 verbunden. Der Mittelabgriff des Transformators 30 und ebenso die Gehäuse 14 liegen an Masse. Es ergibt sich aus dem Schaltungsaufbau, daß der Ladungszustand des Entladungsstabes A 2 um 180'' phasenverschoben gegenüber dem Ladungszustand des Entladungsstabes A 1 ist, da die an gegenüberliegenden linden der Sekundärwicklung des Transformators 30 wirksamen Spannungen diese Phasenverschiebung aufweisen. Auch bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 sind die elektrostatischen Entladungsstäbe A 1 und A 2 an gegenüberliegenden Seiten des Bandes B angeordnet und gegeneinander gerichtet, obwohl nur .ine einzige Wechselstromversorgung G Verwendung findet. Auch hier gelten für die Ladungszustände an den jeweiligen elektrostatischen Enllaclungsstäben Λ 1 und A 2 sowie auf der Grenzschicht des Bandes Ii die in F i g. 3 dargestellten Verhältnisse.

In F i g. 2 a ist eine Zweiphasen-Entladeanlage gezeigt, bei der die beiden elektrostatischen Entladungsstäbe/l I und Al ebenfalls von einer einzigen Wechselstromversorgung aus gespeist wurden. wobei jedoch die beiden Entladungsstäbe auf derselben Seite des Bandes angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Spitzen 12 auf eine quer zur Bewegungsrichtung des Bandes verlaufende imaginäre Linie ausgerichtet. Da die Ladungszustände der beiden elektrostatischen Entladungsstäbe A 1 und A 2 bei dieser Ausführungsform ebenfalls um 180' gegeneinander verschoben sind, wird die resultierende Ladung auf der Oberfläche des Bandes wiederum . durch die mittlere Kurve der Fig. 3 repräsentiert.

In den F i g. 4 und 5 ist eine Zweiphasen-Entladeanlage dargestellt, die auf den Strom eines durch eine Rohrleitung 42 geförderten pulverisierten Materials B 1 einwirkt. Soweit es erforderlich ist. kann die Rohrleitung 42 erweitert sein und einen Abschnitt 44 mit größerem Durchmesser aufweisen, in dem eine Batterie von Entladungsstäben A 1 und A 2 untergebracht ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei elektrostatische Entladungsstäbe A 1 vorgesehen, deren Stäbe 10 mit einer Wechselstromversorgung geeigneter Phase gekoppelt sind, wogegen drei weitere Entladungsstäbe A 2 mit einer gegenüber den Entladungsstäben A 1 um KSO phasenverschobenen Wechselstromversorgung gekoppelt sind. Die Stäbe 10 des elektrostatischen Entiadungsstabes A 1 sind durch Verbindungsleitungen 46,48 und 50 miteinander verbunden und an die eine Phase der hohen Wechselspannung über die Leitung 52 angeschlossen. Die Stäbe 10 und damit die Spitzen 12 der elektrostatischen Entladungsstäbe /1 2 sind untereinander mit Leitungen 56, 58 und 60 verbunden und über die Leitung 62 an eine gegenüber der Spannung an den elektrischen Entladungsstäben A 1 um 180° phasen verschobene Hochspannung einer Wechselstroinquelle angeschlossen. Die Gehäuse 16 der einzelnen elektrischen Entladungsstäbe liegen ebenso wie die eine Seite der Wechselstromversorgungen an Masse.

Wie sich aus der mittleren Kurve der F i g. 3 ergibt, wird durch die elektrostatischen Enlladtingsstäbe A I und A 2 das mit Laduns versehene Band />'

oder das mit Ladung behaftete Material B 1 während der ganzen Zeit kontinuierlich durch ein Ladungsfeld beeinflußt. Wenn der sich bewegenden Oberfläche vom Entladungsstab A 1 eine positive Ladung während der positiven Halbwelle des Zyklus zügeführt wird, so führt im selben Augenblick der Entladungsstab A 2 eine negative Ladung zu. Umgekehrt führt während des entsprechenden Teils der Periode der Entladungsstab A 1 der Oberfläche negative • Ladung und der Entladungsstab A 2 zur selben Zeit positive Ladung zu, d. li., die durch die entsprechenden elektrostatischen Entladungsstäbe A 1 und A 2 zugefiihrte Ladung entgegengesetzter Polarität versucht sich gegenseitig anzuziehen und bedeckt somit die Zone mit einem Ladungen beider Polaritäten aufweisenden Feld. Da ein Überschuß an positiver und negativer Ladung während der ganzen Zeit an Stelle einer Ladung bestimmter Polarität während jeder Halbperiode zugeführt wird, wird eine vollständige und wirksame Neutralisation irgendwelcher auf dem Band B oder anderen sich bewegenden Oberflächen befindlicher elektrostatischer Ladungen bewirkt, ohne daß periodische Streifen mit Ladung einer bestimmten Polarität entstehen. Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung sind insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten der sich bewegenden Gegenstände oder Materialien wirksam und besonders augenscheinlich.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Zweiphasen-Entladeanlage gemäß der Erfindung auch zusammen mit ionisierenden Luftdüsen verwendet werden kann, die in dem USA.-Patent 3 156 847 beschrieben sind.

Claims (8)

Patentansprüche: 35

1. Verfahren zur Neutralisation von elektrostatischer Ladung auf sich schnell verschiebenden Gegenständen oder Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Paar elektrostatischer Entladungsvorrichtungen (A 1, A 2) an einer bestimmten, vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung der Gegenstände oder Materialien (ß, B1) verlaufenden Zone angebracht wird, daß an die eine Entladungsvorrichtung (A 1) eine hohe Wechselspannung einer bestimmten Phase angelegt wird und daß an die andere Entladungsvorrichtung (A 2) eine hohe, mit einer gegenüber der bestimmten Phase um 180° phasenverschobenen Wechselspannung angelegt wird, wobei jeweils ein Ionenstrom der einen und der anderen Polarität auf die vorzugsweise quer verlaufende Zone gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatischen Entladungsvorrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der Gegenstände oder Materialien angeordnet und gegeneinander ausgerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatischen Entladungsvorrichtungen auf derselben Seite der sich bewegenden Gegenstände oder Materialien in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung derselben angeordnet werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine 50- bzw. 60-Hz-Wechselspannung an die elektrostatischen Entladungsvorrichtungen angelegt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromversorgung einen Transformator mit einer Wicklung mit Mittelabgriff enthält und daß die beiden gegenüberliegenden Enden der Wicklung mit entsprechenden elektrostatischen Entladungsvorrichtungen und der Mittelabgriff der Wicklung mit Masse verbunden wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von elektrostatischen Entladungsvorrichtungen vorgesehen werden und daß die einzelnen Gruppen der Entladungsvorrichtungen jeweils derart eingespeist werden, daß der elektrostatische Ladungszustand an der einen Gruppe der Entladungsvorrichtungen um 180° gegenüber dem elektrostatischen Ladungszustand an der anderen Gruppe der Entladungsvorrichtungen phasenverschoben ist.

7. Verfahren nai.h Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatischen Entladungsvorrichtungen entlang einer um die Bewegungsbahn der Gegenstände oder Materialien verlaufenden Umfangslinie in einem Abstand zueinander angeordnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen elektrostatischen Entladungsvorrichtungen der beiden Gruppen wechselweise in Umfangsrichtung angeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen