DE2020600C3 - Verfahren zur Beseitigung von elektrischen Aufladungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen elektrischer Aufladungen von nichtleitenden Materialien durch Befeuchtung ihrer Oberflächen. Besonders gut läßt sich das Verfahren bei laufenden Bahnen anwendea Bei der Verarbeitung flächenhafter Warenbahnen, die aus einem nichtleitenden Material bestehen, kennen elektrische Aufladungen zu erheblichen Störungen führen und unkontrollierbare Gefahrenquellen darstellen.

Eine einfache Möglichkeit elektrostatische Aufladungen zu vermeiden, besteht darin, die Warenbahnen in sehr feuchtem oder nassem Zustand zu verarbeiten. Zu diesem Zweck wird die Bahn zumindest an den kritischen Stellen durch eine Feuchtraumatmosphäre geführt, so daß die elektrische Leitfähigkeit infolge der Feuchtigkeitszunahme des gesamten Materials stark ansteigt In vielen Fällen verbietet sich aber diese einfache Lösung, weil die weitere Verarbeitung der Isolierstoffbahn nur m trockenem Zustand erfolgen kann. Diese Voraussetzungen gelten insbesondere bei der mehrfachen Beschichtung fotografischer Filmträger mit fotografischen Emulsionen, wenn die einzelnen Schichten nacheinander aufgebracht werden. Auch das Bedrucken von Isolierstoffen setzt im allgemeinen eine nahezu trockene Oberfläche voraus. Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei beschichteten fotografischen Bändern bzw. Bahnen elektrostatische Aufladungen besonders kritisch sind. Sie können nämlich zu unkontrollierten Entladungserscheinungen, sogenannten Verblitzungen, führen, die eine Belichtung des Materials hervorrufen und damit dasirodukt schädigen. Bei der Beschichtung laufender Isolierstoffbahnen mit brennbaren Lösungen oder Dispersionen (Tiefdruck, Magnettonbänder) stellen elektrostatische Entladungserscheinungen wegen der Brandgefahr eine erhebliche Gefahrenquelle dar.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Aufladungen auf Oberflächen nichtleitender Materialien zu beseitigen. Dabei soll eine gleichmäßige Entladung der gesamten Oberfläche erfolgen. Außerdem sollen die beschriebenen Nachteile der bisher angewendeten Befeuchtungsmethoden vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß auf der Oberfläche des isolierenden Materials kurzzeitig innerhalb eines räumlich begrenzten Bereiches eine so geringe Flüssigkeitsmenge kondensiert wird, daß die Feuchtigkeitszunahme des Materials gegenüber der vorhandenen Gesamtfeuchte sehr klein bleibt Es hat sich gezeigt, daß eine solche Oberflächenkurzzeitbefeuchtung genügt, um einen Ladungsausgleich entgegengesetzter Ladungsträger herbeizuführen.

Bei unipolarer Aufladung läßt sich eine Verbesserung des Verfahrens erzielen, wenn die Ladungen im Bereich der erhöhten Leitfähigkeit mittels eines berührenden Kontaktes abgeleitet werden.

Für die Realisierung der Kurzzeitbefeuchtung sind zwei alternative Wege vorgesehen. Im ersten Fall wird die Materialoberfläche kurzzeitig mit Luft angeblasen, deren Taupunkt über der Temperatur der Materialober-

fliehe liegt. Im zweiten Fall wird die Materialoberfläche kurzzeitig soweit abgekühlt, daß ihre Temperatur unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt.

Eine technisch wichtige Weiterentwicklung der Erfindung besteht bei laufenden Bahnen darin, daß ein Flächenelement der Bahn so lange einem warmen Feuchtluftstrom ausgesetzt wird, daß die Temperatur der Bahnoberfläche beim Verlassen der Feuchtluftzone Ober den Taupunkt der Feuchtluft angestiegen ist Auf diese Weise findet im ersten Abschnitt der Feuchtluftzone Kondensation statt, während im zweiten Abschnitt wieder Trocknung einsetzt Dieser Effekt kann dann von Bedeutung sein, wenn sich der kondensierte Flüssigkeitsfilm bei der Weiterverarbeitung in irgend einer Weise störend bemerkbar macht

In vielen Fällen ist es nicht erforderlich, daß die elektrostatische Aufladung völlig verschwindet Es genfigt vielmehr, daß der Ladungszustand der Oberfläche konstant auf einem niedrigen Wert gehalten werden kann. Zu diesem Zweck wird das Verfahren zur Ladungsbeseitigung mit einem Regelkreis kombiniert Der Regelkreis beruht auf dem Prinzip, daß der Ladungszustand nach der Entladung der Materialoberfläche mit einer an sich bekannten Feldstärkenvorrichtung gemessen wird und beim Oberschreiten eines Ladungssollwertes die absolute Feuchtigkeit der auf die Materialoberfläche geblasenen Luft entsprechend erhöht wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei laufenden Bahnen ist gekennzeichnet durch eine Ober die gesamte Bahnbreite reichende Düse, aus der Kaltluft ausströmt

Eine andere Vorrichtung zur kurzzeitigen Abkühlung besteht aus einer gekühlten Bahnführungswalze, die der Bahn an ihrer Auflagestelle Wärme entzieht

Entsprechend einer Weiterentwicklung dieser Vorrichtungen ist der berührende Kontakt zur Ableitung der Ladungen als Kontaktwalze ausgebildet, die im Bereich der erhöhten Leitfähigkeit angebracht ist

Vorteilhaft ist vor der Kontaktwalze mindestens eine Schlitzdüse angeordnet, aus der Feuchtluft auf die Bahn strömt

Eine Modifikation der Vorrichtung wird bei Bahnen angewendet die von einer Rolle ablaufen. Dabei ist der berührende Kontakt als Kontaktwalze ausgebildet die 4s auf der Rolle aufliegen kann. Femer ist vor der Kontaktwalze eine Schlitzdüse angebracht, aus der Feuchtluft auf die Bahn strömt

Eine Weiterentwicklung der Vorrichtung besteht aus einer Vielzahl von längs der Bahn angeordneten so Schlitzdüsen. Diese Schlitzdüsen sind in eine erste Gruppe, aus der Kaltluft auf die Bahn strömt und eine zweite Gruppe, aus der Warmluft bzw. warme Feuchtluft auf die Bahn strömt unterteilt Dabei ist im Bereich der zweiten Düsengruppe eine Kontaktwalze zur Ableitung der Ladungen angeordnet Mit dieser Anordnung läßt sich nach dem Entladungsvorgang eine Nachtrocknung bzw. Konditionierung der Bahn durchführen. Diese Forderung liegt häufig bei der Herstellung von fotografischen Materialien vor.

Im Gegensatz zu der bekannten Methode der Ladungsbeseitigung durch Anfeuchtung der aufgeladenen Materialien, bei der die gesamte Materialfeuchte beträchtlich erhöht wird, bleibt bei der Kurzzeitbefeuchtung die Materialfeuchte praktisch unverändert Insbesondere wurden Fotomaterialien mit hohem Oberflächenwiderstand wach Anwendung des Verfahrens vorübergehend so leitfähig, daß eine Ladungsableitung stattfand.

Das Verehren und die Vorrichtungen werden anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig, 1—5 Prinzipzeichnungen von verschiedenen Vorrichtungen zur Kurzzeitbefeuchtung,

F i g. 6 das Prinzip einer Meßanordnung zur Bestimmung der Leitfähigkeitsänderungen bahnförmiger Proben während und unmittelbar nach der Kurzzeitbefeuchtung und

Fig.7—9 Ergebnisse solcher Leitfähigkeitsänderungen in graphischer Darstellung als Funktion der Zeit

In Fig. 1 ist die einfachste Realisierung einer Kurzzeitbefeuchtung bei einer laufenden Bahn gezeigt Die Bahn 1 wird über Führungswalzen 2 geführt und innerhalb eines begrenzten Flächenbereiches einem Kaltluftstrom ausgesetzt der aus der Düse 3 ausströmt Dadurch kühlt sich die Bahn in diesem Bereich vorübergehend so weit ab, daß Kondensation nach dem Verlassen des Kaltluftbereiches auf .er Bahnoberfläche eintritt Die kondensierte Feuchtigkeit stimmt in diesem Fall aus der umgebenden Raumluft Zusätzlich kann hinter der Düse 3 (in Bahnlaufrichtung gesehen) noch eine weitere Düse angebracht werden, aus der Feuchtkrft oder Raumluft auf die Bahn strömt was zu einer Beschleunigung des Kondensationsvorganges führt Dabei muß die Bedingung erfüllt sein, daß der Taupunkt der Umgebungsluft bzw. der geblasenen Luft über der Temperatur der Bahnoberfläche liegt Die Düsen sind schlitzförmig und erstrecken sich über die gesamte Bahnbreite.

Gemäß Fig.2 wird die Bahn 1 über eine gekühlte Bahnführungswalze 4 geführt die ihr im Bereich des Umschlingungswinkels Wärme entzieht Nach erfolgter Abkühlung wird die Bahn 1 mittels der Düse 5 dem Raumluft- bzw. Feuchtluftstrom ausgesetzt Dadurch wird ebenfalls wieder eine Beschleunigung des Kondensationsvorganges erreicht Grundsätzlich kaun die Kondensation aber auch wieder aus der umgebenden Raumluft stattrinden.

bezüglich der notwendigen Abkühlung und der geblasenen Luft gelten dieselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführung.

Eine ähnliche Anordnung zeigt Fig.3. Hier ist zusätzlich im Bereich der erhöhten Leitfähigkeit die geerdete Kontaktwalze 6 angebracht

Gemäß Fig.4 wird hier die Bahn 1 (1') von einer Rolle 7 abgewickelt Die geerdete Kontaktwalze 6 liegt hierbei lose auf der Rolle 7 auf. Die Bahn wird dazwischen durchgeführt Davor befindet sich die Schlitzdüse 5, aus der warme Feuchtluft auf die Bahn geblasen wird. Da der Taupunkt dieser Feuchtluft wieder fiber der Temperatur der Bahnoberfläche liegt tritt im Bereich der Auflagestelle der geerdeten Kontaktwalze Kondensation ein, so daß dks Oberflächenleitfähigkeit erhöht wird und die Ladungen abfließen können. Bei der Bahnführung gemäß der angedeuteten Richtung 1 liegt die Trennstelle der Bahn vom Wickel an der Kontaktwalze 6, während sie bei einer Bahnführung gemäß der Richtung Γ hinter der Kontaktwalze liegt In diesem Fall erfolgt also die Trennung der Bahn vom Wickel erst zu einem späteren Zeitpunkt Selbstverständlich kann die Kontaktwalze 6 auch außerhalb der Rolle 7 innerhalb des Bereiches der erhöhten Leitfähigkeit angebracht werden. Die in Fig.4 dargestellte Anordnung ist in mechanischer Hinsicht besonders günstig.

Eine weitere Ausführunxsform ist in Fi κ. 5 darre-

stellt Hiernach wird mittels einer ersten Gruppe 8 von Schlitzdüsen 3 Kaltluft auf die Unterseite der Bahn geblasen. Anschließend wird mittels einer zweiten Gruppe 9 von Schlitzdüsen 5 Warmluft bzw. warme Feuchtluft auf die Bahn 1 geblasen. Im Bereich der zweiten Düsengruppe 9 ist wieder eine Kontaktwalze 2 zur Ableitung der Ladungen angeordnet. Mit dieser Anordnung kann nach dem Entladungsvorgang eine Nachtrocknung bzw. Konditionierung der Bahn durchgeführt werden, wie dies bei fotografischen Materialien häufig erforderlich ist.

Gemäß F i g. 6 wird eine Apparatur beschrieben, die einen schnellen Wechsel von Luftzuständen ermöglicht. Dabei wird gleichzeitig der Oberflächenwiderstand gemessen. Die Probe 10, z. B. ein fotografischer Film- oder Papierstreifen, versehen mit Haftelektroden aus kolloidalem Grafit, befindet sich im Unterteil des elektrisch sresrhirmten Gestellrahmens 11. Durch die über der Probenmitte angeordnete Einblasöffnung 12 kann entweder die Luft aus Düse 13 oder aus Düse 14 auf die Probe 10 geblasen werden. Diese Düsen stehen über flexible Schlauchleitungen mit zwei getrennten Klimageräten in Verbindung. Rascher Wechsel der Luftzustände über die Probe wird durch Bewegen der Düsen 13 und 14 mittels des pneumatisch betätigten Zylinders 15 erreicht. Der Ablauf der Düsenbewegung wird über die aus Lampe 16 und der Photozelle 17 bestehende Lichtschranke kontrolliert und gemeinsam mit dem vom Widerstandsmeßgerät 18 gelieferten Ausgangssignal der Oberflächenwiderstandsänderung an der Probe dem Mehrfachschreiber 19 zugeführt und auf dem Registrierstreifen 20 aufgezeichnet

Mit dieser Apparatur wurden die folgenden drei Versuche ausgeführt:

Beispiel 1 (F ig. 7)

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Eine mit einer fotografischen Emulsion beschichtete Papierprobe wurde mit Luft beblasen, die etwa 1 g Wasser pro kg Luft enthielt und eine Temperatur von 10⁰C besaß (Luftzustand I). Die Geschwindigkeit des #, Luftaustritts aus der Düse betrug etwa 15m/sec. Nachdem sich der Wert des elektrischen Widerstands zeitlich konstant eingestellt hatte, wurde durch Verschiebung der Düsen Luft von 40° C, die 15 g Wasser pro kg enthielt, auf die Probe geblasen. Diese Werte _4J entsprechen einer relativen Feuchte von 32% und einem Taupunkt von 20° C (Luftzustand H). Sofort nach dem Wechsel des Luftzustands oberhalb der Probe zeigt der zeitliche Verlauf des elektrischen Widerstands zuerst einen steilen Abfall infolge der Kondensation von Wasserdampf auf der kalten Bahn und danach einen allmählichen Anstieg infolge der Erwärmung und der damit verbundenen Trocknung der Bahn. Zum Schluß ist die Bahn an den zweiten Luftzustand angeglichen.

Beispiel 2 (Fig.8)

In einem weiteren Versuch wurde der Zeitmeßstab durch eine 1Ofach gedehnte Skala ersetzt. Den nicht eingezeichneten Registrierungen der Lichtschranke war zu entnehmen, daß der Wechsel der Luftart etwa 0,1 —0,2 see dauert Der erste Luftzustand I war wie im Beispiel I gewählt: 1 g Wasserdampf pro kg und 10⁰C, der zweite Luftzustand II entsprach etwa 15 g Wasser pro kg Luft und 2O⁰C Dies entspricht einer relativen Feuchte von 100%.

Die Einstellzeit des Widerstandsmeßgerätes, d. h. die Zeit in der nach einer Änderung des Meßwertes die Differenz zwischen neuem Meßwert und Anzeige auf den 2,7ten Teil der Differenz zwischen alter und neuer Anzeige abgesunken ist betrug dabei 50 m/sec. Es ist deutlich zu sehen, wie schnell der Vorgang abläuft

Beispiel 3 (Fig.9)

In einem dritten Versuch wurden der Druckluftzylinder und die Lichtschranke durch längere ersetzt so daß die zweite Düse über die Probe hinweggefahren werden konnte. Die erste Düse erhielt keinen Luftanschluß, sondern zur Klimatisierung der Probe diente die Raumluft die bei einer Temperatur von 20⁰C 5 g Wasser pro kg enthielt (Luftzustand I). Zum Befeuchten der Probe durch die Düse 2 diente Luft mit 33° C und 27 g Wasserdampf pro kg. Ihre relative Feuchte entspricht 82% (Luftzustand II). Als Zeitdauer des Beblasens der Bahn wurden 40 m/sec geschätzt Wie Fig.9 zeigt schließt sich an einen steilen Abfall des elektrischen Widerstandes eine sehr kurze Zeit mit niedrigem Widerstand an. Danach steigt der Widerstand der Probe während des Luftzustandes II und nähert sich asymptotisch dem Gleichgewichtszustand bei 82% relativer Luftfeuchte. Dieser Anstieg ist einerseits auf Trocknung der geringen Kondensatmenge, andererseits auf Diffusion des Wassers in tieferliegende Schichten zurückzuführen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. Patentansprüche;

   J. Verfahren zum Beseitigen elektrischer Aufladungen durch Befeuchtung von Oberflächen nichtleitender Materialien, insbesondere laufender Bahneir, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche kurzzeitig innerhalb eines räumlich begrenzten Bereiches eine so geringe Flüssigkeitsmenge kondensiert wird, daß die Feuchtigkeitszunahme gegenüber der vorhandenen Gesamtfeuchte «° des Materials sehr klein bleibt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungen im Bereich der erhöhten Leitfähigkeit mittels eines berührenden Kontaktes abgeleitet werden. ¹S
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialoberfläche kurzzeitig mit Feuchtluft angeblasen wird, deren Taupunkt über der Temperatur der Materialoberfläche liegt
4. 4. Verfahrest nach Anspruch 1 oder 2, dadurch *> gekennzeichnet, daß die Materialoberfläche kurzzeitig so weit abgekühlt wird, daß ihre Temperatur unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 bei laufenden Bahnen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flächen- ²S element der Bahn solange einem warmen Feuchtluftstrom ausgesetzt wird, daß die Temperatur der Bahnoberfläche beim Verlassen der Feuchthiftzone über den Taupunkt der Feuchtluft angestiegen ist
6. 6. Verfahren zur Erzielung eines definierten und 3» konstanten Ladungszustandes nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungszustand nach der Entladung der Materiäicberfläche mit einer an sich bekannten Feldstärkenmeßvorrichtung gemessen wird und beim Überschreiten eines Ladungs- 3] soliwertes die absolute Feuchtigkeit der auf die Materialoberfläche geblasenen Luft entsprechend erhöht wird.
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei laufenden Bahnen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eine über die gesamte Bahnbreite reichende Düse (3), aus der Kaltluft ausströmt
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei laufenden Bahnen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine gekühlte Bahnführungswalze (4), die der Bahn (I) an ihrer Auflagestelle Wärme entzieht
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der berührende Kontakt als so Kontaktwalze (6) ausgebildet ist, die im Bereich der erhöhten Leitfähigkeit angebracht ist
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kontaktwalze (6) mindestens eine Schlitzdüse (5) angeordnet ist, aus der Feuchtluft auf die Bahn (1) strömt
11. 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, bei von Rollen ablaufenden Bahnen, dadurch gekennzeichnet, daß der berührende Kontakt als Kontaktwalze (6) ausgebildet ist, die auf der Rolle (7) aufliegt und daß vor der Kontaktwalze (6) eine Schlitzdüse (5) angebracht ist aus der Feuchtluft auf die Bahn (I) strömt
12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, bestehend aus einer Vielzahl von längs der Bahn angeordneten Schlitzdüsen, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe (8) von Düsen (3), aus denen Kaltluft auf die Bahn (1) strömt und eine zweite Gruppe (9) von Düsen (5), aus denen Raumluft bzw. warme Feuchtluft auf die Bahn strömt, wobei im Bereich der zweiten Düsengruppe eine Kontaktwalze (2) angeordnet ist