DE19713662A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladungen entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten der zumindest einen Materialbahn, wobei diese durch den Spalt eines Paares zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen geführt ist.

Ein solches Verfahren sowie eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen sind bekannt (DE-31 17 419 A1). Hierbei werden mehrere Materialbahnen zu einem Strang zusammengeführt und nur die beiden Außenseiten mittels einer als Korona-Aufladeelektroden ausgebildeten Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen nach dem ersten Paar von Walzen mittels einer Hochspannungsquelle von 30 kV aufgeladen.

Von Nachteil bei dieser bekannten Vorrichtung ist die räumlich nicht sehr gezielte Aufladung der beiden Außenseiten der Materialbahnen. So vagabundiert ein Großteil der aufgeladenen Teilchen im gesamten Bereich, wo die Aufladung stattfindet. Hieraus resultiert ein schlechter Wirkungsgrad bei der Aufladung. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei ungünstigen Umgebungsbedingungen die Korona-Aufladeelektroden verschmutzen und ihren Dienst demzufolge versagen. Der Putzaufwand kann sehr beträchtlich sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung vorzuschlagen, mittels denen ein gezielteres Aufladen mit besserem Wirkungsgrad möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrostatische ungleichnamige Aufladung der beiden Außenseiten der zumindest einen Materialbahn über jede Walze des Paars in dem Spalt erfolgt.

Hierbei kann die Aufladung der Walze über die Oberfläche und zwar mittels einer sogenannten Kontaktwalze (DE- 38 23 739 A1), oder über an sich bekannte Streichbürsten oder einen Schleifkontakt erfolgen.

In zweckmäßiger Weiterbildung wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung jedoch erfindungsgemäß die Aufladung durch die von dem Paar Walzen gebildete Vorrichtung von innen her durchgeführt, wobei jede Walze über einem Stahlmantel einen begrenzt elektrisch leitfähigen (sogenannten halbleitenden) Belag aufweist und - zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages - der Stahlmantel jeder Walze an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wegen der Zuführung der Spannung von innen her auch insbesondere der nachträgliche Einbau in vorhandenen Anlagen zur Verarbeitung von Materialbahnen, vorzugsweise aus Kunststoff oder Papier bei einer Hochspannungsquelle von 3 bis 7 kV möglich. Somit wird auch mit Bezug auf den Stand der Technik mit beträchtlich geringeren Spannungen gearbeitet. Außerdem erfolgt die Aufladung genau an jener aufzuladenden Stelle, nämlich an den Außenseiten der zumindest einen Materialbahn, wodurch sich ein im Vergleich zum Stand der Technik erheblich besserer Wirkungsgrad ergibt. Schließlich ist wegen des Fortfalls von Korona-Aufladeelektroden ein Reinigungsaufwand für diese vollständig entbehrlich, so daß sich auch im Betrieb geringere Kosten wegen Stillstandzeiten der Anlage ergeben.

Zweckmäßig ist bei der Erfindung die Achse oder Welle der Walze elektrisch leitend mit dem Stahlmantel verbunden und von dem Maschinenrahmen für die Walze elektrisch isoliert. Zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages wird die elektrische Hochspannung an die Achse oder Welle gelegt, die zu diesem Zweck einen Anschluß aufweist. Dieser kann entweder ein fester Anschluß an der Achse oder als ein an der Stirnseite der Welle anzuordnendes Drucklager ausgebildet sein.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle der Walze neben dieser eine Primärspule bezüglich des Maschinenrahmens fest und konzentrisch zu der Achse oder Welle der Walze an dessen einer Stirnseite eine Sekundärspule mit dieser umlaufend fest angebracht ist und daß deren einer Anschluß an die Achse oder Welle und deren anderer Anschluß über eine Gleichrichterschaltung an dem Stahlmantel angeschlossen ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, im schematischen Quer­ schnitt und teilweise abgebrochener Dar­ stellung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, im schematischen Quer­ schnitt und teilweise abgebrochener verein­ fachter Darstellung; und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, in teilweise ab- und ausgebrochener vereinfachter Darstellung.

Jede der beiden Walzen 5 gemäß Fig. 1 weist eine feststehende Achse 6 in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 sowie einen Stahlmantel 7 auf, über dem insgesamt mit 8 bezeichneter, begrenzt leitfähiger Belag als Oberfläche angeordnet ist, welcher elektrisch aufladbar ist. Zwischen der Achse 6 und dem Stahlmantel 7 ist ein insgesamt mit 9 bezeichnetes Kugellager vorgesehen. Zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten Walzen ist ein Spalt 50 vorhanden.

Die Achse der Walze 5 ist in einem insgesamt mit 10 bezeichneten Maschinenständer in einer insgesamt mit 11 bezeichneten elektrischen Isolierung gelagert. Die Abstände 12 und 13 sind ausreichend, um Entladungen oder Spannungsüberschläge zu verhindern.

Die Stirnseite 16 der Achse 6 ist mit einem insgesamt mit 15 bezeichneten Generator und einer Meßeinrichtung 16 mit einem Anschluß 17 angeschlossen, wobei die zu dem Anschluß 17 führende Leitung über einen Widerstand 18 geerdet ist. Der Maschinenständer 10 ist, wie schematisch mit 19 bezeichnet, ebenfalls geerdet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von jenem gemäß Fig. 1, als nur eine der beiden Walzen gezeigt und die dortige Achse 6 nunmehr als Welle 20 ausgebildet ist, die starr über ein elektrisch leitendes Zwischenstück 21 mit dem Stahlmantel 7 verbunden ist.

Dafür ist die Welle 20 vom Maschinenständer 10 entweder über ein elektrisch isolierendes Kugellager 22 oder eine gesonderte Isolierung 11 verbunden. Es ist auch möglich, ein normales, elektrisch leitendes Kugellager zu verwenden und zwischen diesem und dem Maschinenständer 10 eine elektrisch isolierende Hülse 11 vorzusehen.

Ferner ist an der Stirnseite 14 der Welle 20 ein insgesamt mit 23 bezeichnetes Drucklager als Anschluß vorgesehen, welches elektrisch leitend ist und an dessen Außenseite der Anschluß 17 des Hochspannungsgenerators 15 über die Meßeinrichtung 16 angebracht ist.

Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 ist sichergestellt, daß die über die Achse 6 oder Welle 20 angelegte Hochspannung einerseits nicht in den Maschinenraum 10 wegen der elektrischen Isolierung 11 gelangen kann, andererseits die Hochspannung auf den begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 von innen her gelangen kann.

Die weitere, dritte Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist auch zwei Walzen unter Bildung eines Spaltes auf, von denen aber aus Gründen der besseren Übersicht nur eine Walze wie jene auf, wie sie in den Fig. 1 und 2 beschrieben sind, gezeigt ist. Ferner ist konzentrisch zur Welle 6 der Walze 5 neben dieser auf der einen Stirnseite 112 eine insgesamt mit 113 bezeichnete erste Aufnahmevorrichtung als magnetisierbarer Kern mit einer Sekundärspule 114 sowie eine zweite Sekundärspule 115 jeweils konzentrisch zur Welle 6 angeordnet.

Konzentrisch zu der Welle 6 ist eine weitere Aufnahmevorrichtung 116 als magnetisierbarer Kern zur Aufnahme einer ebenfalls zur Welle 6 konzentrischen Primärspule 117 mit elektrischen Anschlüssen 1 und 2 sowie eine zwischen dieser und der Welle 6 angeordneten zweiten Primärspule 18 mit elektrischen Anschlüssen 3 und 4 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung 16 ist mittels eines Zapfens 19, der in eine bezüglich des Maschinenrahmens feste Verankerung 120 eingreift, bezüglich der Welle 6 drehbar und weist auf seiner Innenseite ein insgesamt mit 121 bezeichnetes Kugellager auf, so daß sich diese zwar drehen kann, der magnetisierbare Kern jedoch infolge des Zapfens 119 und der Verankerung 120 bezüglich der ersten Aufnahmeeinrichtung 113 drehfest gehalten werden kann.

Auf der Sekundärseite der ersten Aufnahmevorrichtung 113 ist ferner noch eine Gleichrichterschaltung 122 sowie eine Glättungsschaltung 123 vorgesehen, die mit ihrem Ausgang mit dem begrenzt leitfähigen Belag 8 verbunden ist.

Der elektrische Anschluß 2 der Primärspule 117 ist geerdet, wohingegen der elektrische Anschluß 1 an einen Wechselspannungsgenerator anschließbar ist. Die beiden elektrischen Anschlüsse 3 und 4 der zweiten Primärspule 118 sind an die Eingänge einer Regelschaltung anschließbar, welche die Größe der Ausgangsspannung und/oder deren Frequenz - in an sich bekannter Weise - ändern kann.

Die Sekundärspule 114 ist mit ihrer einen Seite geerdet. Dasselbe gilt auch für die zweite Sekundärspule 115. Beide Sekundärspulen 114, 115 sind parallel geschaltet. Beiden Spulen ist zunächst die Gleichrichterschaltung 122 zum Gleichrichten des Wechselstromes nachgeordnet. Hinter der Gleichrichterschaltung 122 ist die Glättungsschaltung 123, z. B. in Form eines LC-Filters, wie an sich bekannt, angeordnet. Der Ausgang der Glättungsschaltung 123 ist mit dem begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 verbunden.

Im Betrieb werden die Sekundärspule 114 gegenüber der Primärspule 117 bewegt. Über den Luftspalt zwischen den beiden magnetisierbaren Kernen der Aufnahmevorrichtung 113 und 116 kann also die Wechselspannung der Primärspule 117 eine Sekundärspannung in der Sekundärspule 114 induzieren, die über die Gleichrichterschaltung 122 gleichgerichtet und die Glättungsschaltung 123 geglättet direkt dem begrenzt leitfähigen Belag 8 zugeführt wird. Die induzierte Spannung der Sekundärspule 114 wird durch die zweite Sekundärspule 115 abgenommen und auf die zweite Primärspule 118 im umgekehrten Sinne induziert, die mit ihren elektrischen Anschlüssen 3 und 4 an eine Regelschaltung anschließbar ist, welche die Wechselspannungsquelle dergestalt steuern kann, daß an dem begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 stets die gleiche Gleichspannung anliegt.

Claims (9)

1. Verfahren zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladung entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten der zumindest einen Materialbahn, wobei diese durch den Spalt eines Paars zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen geführt sind, dadurch gekennzeichnet daß die elektrostatische ungleichnamige Aufladung der beiden Außenseiten der zumindest einen Materialbahn über die Walzen in dem Spalt zwischen denselben erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen an die beiden Außenseiten der zumindest einen Materialbahn mit einstellbarer Kraft angedrückt sind.

3. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladung entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten der zumindest einen Materialbahn, wobei diese durch den Spalt eines Paars zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen (5) geführt ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von dem Paar Walzen (5) gebildet ist, daß jede Walze über einem äußeren Stahlmantel (7) einen begrenzt elektrisch leitfähigen Belag (8) aufweist und daß zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belags in dem Spalt (50) der Stahlmantel (7) jeder Walze (5) an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Achse (6) oder Welle (20) versehene Walze (5) in einem Maschinenrahmen (10) angeordnet ist und daß die Achse (6) oder die Welle (20) der Walze (5) elektrisch leitend mit dem Stahlmantel (7) verbunden und von dem Maschinenrahmen (10) elektrisch isoliert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Hochspannung über einen Anschluß anlegbar ist, der als ein an der Stirnseite (14) der Welle (20) angeordnetes Drucklager (23) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle (6) der Walze (5) neben dieser eine Primärspule (117) bezüglich des Maschinenrahmens (10, 120) fest angeordnet ist, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle (6) der Walze (5) an dessen einer Stirnseite (112) eine Sekundärspule (114) mit dieser umlaufend fest angebracht ist und daß deren einer Anschluß an die Achse oder Welle (6) und deren Anschluß über eine Gleichrichterschaltung (122) an den begrenzt leitfähigen Belag (8) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleichrichterschaltung (122) und dem begrenzt leitfähigen Belag (8) eine Glättungsschaltung (123) für den pulsierenden Gleichstrom angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspule (117) eine zweite Primärspule (118) und der Sekundärspule (114) eine mit dieser umlaufende, zu dieser parallel geschaltete zweite Sekundärspule (115) zugeordnet ist, die der zweiten Primärspule (118) gegenüberliegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Spaltes (50) zwischen dem Walzen (5) einstellbar ist.