DE1941274C3 - Vorrichtung zum Neutralisieren elektrostatischer Ladungen - Google Patents

Description

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Aus der deutschen Patentschrift 11 94 076 ist eine Vorrichtung zum Neutralisieren elektrostatischer Ladungen nach dem Oberbegriff des obigen Patentanspruchs 1 bekannt, bei der die einzelnen leitfähigen Entladungsspitzen an jeweils zugeordneten Metallhülsen ansetzen, die mit dem ersten bzw. inneren Leiterelement über eine als Dielektrikum wirkende Kabelisolierung einzelne Kondensatoren bilden. Zwischen den Metallhülsen sind jeweils einzelne Isolatorhülsen auf das Kabel aufgeschoben. Bei der bekannten Ausführung sind also die Entladungsspitzen gegenseitig isoliert und mit dem inneren Leiterelement durch diskrete Kondensatorelemente rein kapazitiv gekoppelt Zur Herstellung des bekannten Aufbaus ist es zunächst erforderlich, die Metallhülsen und die Isolatorhülsen einzeln und in der richtigen abwechselnden Reihenfolge auf das Kabel aufzuschieben. Danach wird über die abwechselnden Hülsen ein koaxiales starres dielektrisches Rohr gezogen, woraufhin die leitfähigen Spitzen durch das dielektrische Rohr derart hindurchgedrückt werden, daß sie auf die Metallhülsen treffen und an diesen anstoßen. Außer dem erheblichen Arbeitsaufwand ist also bei der Fertigung auch eine hohe Präzision erforderlich, weil die Metallhülsen, die von den Entladungsspitzen getroffen werden müssen, nach dem Aufziehen des dielektrischen Rohres nicht mehr sichtbar sind. Die Stabilität des fertigen Aufbaus ist ferner dadurch beeinträchtigt,' daß die abwechselnden Metall- und Isolatorhülsen nur aneinanderstoßen, ohne miteinander verbunden zu sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Neutralisieren elektrostatischer Ladungen zu schaffen, die sich einfach und billig herstellen läßt und einen stabilen Aufbau hat.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß sind also die abwechselnd angeordneten Metall- und Isolatorhülsen nach dem Stand der Technik sowie das dort noch erforderliche dielektrische Rohr durch ein einziges, einstükkiges Halbleiterelement ersetzt. Es liegt auf der HanJ, daß der erfindungsgemäße Aufbau wesentlich einfacher herzustellen ist. Da es sich um einen in Längsrichtung homogenen Aufbau handelt, ist hinsichtlich der Verteilung der leitfähigen En.ladungsspitzen keinerlei Präzision erforderlich.

Die Verwendung eines Halbleiterelements bei Vorrichtungen zum Neutralisieren elektrostatischer Entladungen is; zwar aus der US-PS 23 33 213 bekannt. Der dort beschriebene Aufbau unterscheidet sich jedoch grundsätzlich von der Erfindung. Insbesondere ist dort das Halbleiterelement in direktem Kontakt nicht nur mit den Entladungsspitzen, sondern auch mit dem ersten Leiterelement angeordnet, so daß im Gegensatz zur Erfindung keine kapazitive, sondern eine rein widerstandsmäßige Kopplung zwischen den Spitzen und dem Leiterelement besteht. Dadurch verringert sich die an den Spitzen zur Erzeugung von Ionen zur Verfügung stehende Hochspannung bzw. sind verhältnismäßig höhere Spannungen erforderlich, um den von dem Halbleiterelement gebildeten Serienwiderstand zwischen dem Leiterelement und den Entladungsspitzen zu überwinden und die gleiche lonisationsspannung wie bei der erfindungsgemäßen, vorwiegend kapazitiven Kopplung zu erreichen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen, ohne elektrische Schläge arbeitenden Vorrichtung zum Neutralisieren elektrostatischer Ladungen,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 längs der Linie 2-2 und

F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung längs der Linie 3-3 nach F i g. 2.

In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zum Entfernen statischer Ladungen gezeigt, die ein generell mit A bezeichnetes erstes Leiterelement in Form eines isolierten flexiblen Kabels, ein generell mit B bezeichnetes, koaxial zu dem Kabel angeordnetes Rohr aus Halbleitermaterial, mehrere generell mit C bezeichnete, in Längsrichtung versetzte leitfähige Nadeln oder Entladungsspitzen, die auf dem Rohr montiert sind und radial von diesem wegstehen, sowie ein die Spitzen abschirmendes Gehäuse D aufweist.

Das erste Leiterelement A kann irgendein konventionelles flexibles Kabel sein, das einen inneren Leiter 12, vorzugsweise eine Kupferlitze, aufweist und mit einem Polyäthylenmantei 14 umkleidet ist. Ein äußerer Überzug 16 aus geeignetem Isolierstoff, etwa Vinylkunststoff, bildet sowohl eine Schutz- als auch eine Isolierumhüllung für den Mantel 14.

Der Mantel bzw. das Rohr B besteht, wie oben gesagt, aus einem Halbleitermaterial mit einem spezifi-

sehen Widerstand in der Größenordnung von 10⁴ Ohm · cm. Als für diesen Zweck geeignete Verbindung hat man ein Harz auf Phenolbasis, das mit Ruß oder einem sonstigen Leitermaterial gefüllt ist, gefunden, um einen Volumwiderstand von etwa 2000 bis 3000 Megohm pro ecm zu erzeugen. Der Innendurchmesser des Rohres B ist so groß, das es gleitend auf die Außenseite des Kabelmantels 16 paßt Die Dicke der Rohrwand muß genügend stark sein, um die Nadeln C zu unterstützen wenn sie in radial durch die Wand führende Löcher eingedrückt werden. Die Löcher sind in Längsrichtung versetzt, wobei ihre Mittelpunkte in Abständen von 19 mm angeordnet sind. Nach dem Bohren der Löcher in die Rohrwand werden die Nadeln C, die gleichzeitig zum Erzielen guter Festigkeit und Leitfähigkeit aus Stahl bestehen, derart durch die Löcher gedrückt, daß die-Grundfläche der Spitzen mit der Innenfläche des Rohres B fluchtet. Bei einer Alternativlösung können die Löcher in dem Rohr ßauch Sacklöcher sein und sich in radialer Richtung von dem Außendurchmessser bis zu einer Stelle knapp außerhalb des Innendurchmessers erstrecken. Diese (nicht gezeigte) Variante würde einen Abstand zwischen den Grundflächen der Nadeln C und der Innenwand des Rohres ergeben und damit eine zusätzliche Isolierung zwischen den Nadeln und dem Leiterdraht 12 vermitteln.

Das äußerste Ende des Kabels A wird nach dem Einführen in das Halbleiterrohr B vom entgegengesetzten Ende her in eine Vinylkappe 18 eingeschlossen. Die isolierende Kappe bzw. der isolierende Stöpsel 18 ist in einer Ansenkung am äußersten Ende des Rohres B derart befestigt, daß er mit dessen Ende fluchtet. Eine aus einem geeigneten Dielektrikum, etwa aus einem Akrylharz, hergestellte äußere Isoliermanschette 20 ist auf das Ende des Rohres B aufgekittet und wird mittels einer Stellschraube 22 in dem Gehäuse D gehalten. Die Kappe 18 und die Manschette 20 gewährleisten die Isolation des an die Hochspannungsquelle E angekoppelten Leiterdrahtes 12. In dem Gehäuse D ist an dessen anderem Ende eine zweite Isoliermanschette 24 mittels einer Stellschraube 26 gehalten. Die beiden Manschetten 20 und 24 halten in Verbindung mit einer mittleren Isolierstütze 28 das Rohr B in konzentrischer Lage innerhalb des Abschirmgehäuses D. Ferner verlaufen die Nadeln C koaxial innerhalb der in Längsrichtung versetzten öffnungen 30, die durch die Gehäusewand füh

Um dem Gehäuse D Festigkeit, starren Aufbau und Leitfähigkeit zu geben, besteht es aus Messing oder Aluminium. Die Erdungsseite der Hochspannungsquelle fist derart mit dem Gehäuse D verbunden, daß zwischen dem inneren Leitungsdraht 12 und dem Abschirmgehäuse ein Hochspannungsfeld besteht. Als Hochspannungsquelle E dient irgendein geeigneter Wechselispannungsgenerator, der in der Lage ist, Ausgangsspamnungen von vielleicht 5000 bis 15 000 Volt abzugeben. Die Strombelastbarkeit eines solchen Generators liegt im Bereich von 2 bis 22 Milliampere.

Dadurch, daß das Kabel A spielfrei in das Halbleiterrohr B eingepaßt wird, erreicht man maximale kapazitive Kopplung zwischen der inneren Rohroberfläche und dem Leiterdraht 12. Wegen der teilleitenden Eigenschaft des die einzelnen Nadeln oder Entladungsspitzen C umgebenden Materialrings ist um den Leiterdraht ein kleiner Kondensator gebildet. Auf diese Weise ist jede der Nadeln kapazitiv an den Leiterdraht 12 angekoppelt. In Wirklichkeit besteht diese Kopplung aus einer Vielzahl von Kapazitätsscheibchen, die eine unendliche Zahl von parallelgeschalteten Kondensatoren bildet. Da jedoch auch eine unendliche Zahl von Widerstandsscheibchen des Halbleitermaterials zwischen den benachbarten Spitzen in Serie geschaltet ist, wirkt sich dieser Widerstand additiv aus, so daß er die mögliche Stromaufnahme der Entladungskapazitäten begrenzt. Der ungefähre Maximalstrom, der auftreten könnte, wenn eine Person zwei benachbarte Spitzen oder eine Spitze mit dem Gehäuse D über ihren Körper kurzschließt, kann daher 7 Mikroampere nicht überschreiten. Bei der angegebenen Spannung liegt dieser Strom unterhalb der menschlichen Reizschwelle für elektrische Schläge. Somit vermittelt die halbleitende Kapazitäts-Widerstands-Kopplung ein wirksames Neutralisationssystem, das im wesentlichen frei von Schlagen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Neutralisieren elektrostatischer Ladungen mit einem ersten Leiterelement. einer davon durch ein Dielektrikum getrennten, teilweise leitenden Anordnung, mehreren von der Anordnung nach außen ragenden und in Abstand voneinander angeordneten, leitfähigen Spitzen, einem in Abstand von den Spitzen angeordneten zweiten Leiterelement sowie einer zwischen das erste und das zweite Leiterelement eingeschalteten Wechselhochspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise leitende Anordnung von einem einstückigen Halbleiterelement (B) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (B) einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10⁹ Ohm · cm hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Leiterelement (A) und das Dielektrikum (14,16) ein flexibles Leitungskabel bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (B) rohrförmigen Aufbau hat und koaxial von dem flexiblen Leitungskabel getragen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Spitzen (Q in Längsrichtung versetzt in das Halbleiterelement (B) eingebettet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Spitzen (Q von Nadeln gebildet sind, deren Grundflächen mit der Innenfläehe des rohrförmigen Halbleiterelements (B) fluchten.