DE2404982A1

DE2404982A1 - Verfahren zur steuerung der elektrostatischen ladungsdichte auf artikeloberflaechen und geraet zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2404982A1
Application number: DE2404982A
Authority: DE
Inventors: Anthony Reginald Blythe; Wilson Reddish
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1973-02-02
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1974-08-15
Also published as: FR2216621B1; CH560499A5; CA1031408A; LU69297A1; IT1007199B; US3863108A; BE810574A; NL7401343A; GB1429821A; JPS49111594A; FR2216621A1

Description

PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

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8000 München 2

Bavariaring 4

Postfach 202403 , 1. Februar 1974 B 5827

Imperial Chemical Industries Limited
London, Großbritannien

Verfahren zur Steuerung der elektrostatischen Ladungsdichte
auf Artikeloberflächen und Gerät zur Durchführung

des Verfahrens

Die Erfindung betrifft elektrostatisch geladene Oberflächen und bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Steuern, insbesondere zum Verringern oder Entfernen der elektrostatischen Ladunpsdichte auf einer derartigen Oberfläche.

Es ist bekannt, daß ein Reibungseingriff zweier Oberflächen elektrostatische Ladungen auf diesen Oberflächen begründet; dieses Phänomen, das manchmal als "Berührungselektrisieren" bezeichnet wird, schließt die Übertragung von Elektronen von einer Oberfläche auf die andere ein. Die resultierende elektrostatische Ladung wird auf leitfähigen Oberflächen, beispiels-

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weise Metallen, schnell abgeleitet, kann jedoch lange Zeit erhalten bleiben, wenn die Oberflächen aus isolierenden oder halbleitenden Materialien, beispielsweise thermoplastischen Polymeren, bestehen.

Das Vorhandensein einer elektrostatischen Ladung auf einer Oberfläche ist in sofern unerwünscht, als Staub oder andere Verunreinigungen an die geladene Oberfläche angezogen werden können. Darüber hinaus werden die Verarbeitung und der Transport von Materialien in Form von Bahnen, beispielsweise aus Papier oder dünnen Polymerfilmen, durch die den Bahnen innewohnende Neigung, dicht aneinander und an anderen flachen Oberflächen, mit denen sie in Berührung kommen, zu haften, häufig gehemmt. Dieses gewöhnlich als "Blockieren" bezeichnete Phänomen ist mindestens zum Teil den elektrostatischen Ladungen zuzuschreiben, die im Laufe des Passierens der vers chiedenen Trommeln und Walzen beim Bandbildungs- und -wickelprozeß von der Bandoberfläche aufgenommen werden; die Geschwindigkeit, mit der die WickeIvorgänge durchgeführt werden · können, wird ungünstig beeinflußt, die Produktion gleichmäßig geschlitzter Bänder behindert und es kann ein Falten des Bandes erzeugt werden. Ferner kann das Vorhandensein elektrostatischer Ladungen zur Funkenbildung mit der damit verbundenen Feuer- und Explosionsgefahr führen, insbesondere in Gegenwart von

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flüchtigen Lösungsmitteln, die bei der Herstellung von beschichteten Bändern verwendet werden können.

Die durch die Anwesenheit statischer Ladung auf der Oberfläche eines Artikels erwachsenden Probleme können in gewissem Maß dadurch verringert werden, daß der Artikel mit einem herkömmlichen antistatischen Mittel, entweder in einer auf die Oberfläche aufgetragenen Beschichtung oder durch Einlagerung des antistatischen Mittels in den Artikel selbst, behandelt wird. In einigen Fällen ist das Vorhandensein eines antistatischen Mittels jedoch unerwünscht, beispielsweise bei

Polymerfilmen, die in elektrischen Kondensatoren verwendet werden soll, wo die Anwesenheit eines antistatischen Mittels für die elektrischen Eigenschaften des Films schädlich sein könnte. Es ist daher vorgeschlagen worden, die statische Elektrizität durch eine physikalische Einrichtung zu neutrali-· sieren, die einen Strom ionisierter Luft erzeugt, der auf die elektrostatisch geladene Oberfläche gerichtet wird. Eine geeignete Apparatur besitzt einen elektrostatischen "Eliminator", der aus einem auf einem hohen Wechselspannungspotential gehaltenen Stab innerhalb eines halbzylindrischen Gehäuses besteht, das auf Erdpotential gehalten wird, wobei die entlang der Länge des Stabs erzeugte ionisierte Luft auf eine elektrostatisch geladene Oberfläche gerichtet wird, die an der offenen Seite des geerdeten Gehäuses angeordnet ist.

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Der Betrieb von Eliminatoren dieser Art ist etwas veränderlich, und zwar neigen sie insbesondere zu einer Verschlechterung ihrer Lexstungsfähigkeit, da sie durch Staub und andere Verunreinigungen verschmutzt werden. In der Praxis ist es daher schwierig, bei Benutzung eines herkömmlichen Eliminators die elektrostatische Ladungsdichte einer geladenen Oberfläche lückenlos auf weniger als etwa 1 Pikocoulomb je

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cm der Oberfläche (pC/cm ) zu verringern. Während dieses Behandlungsniveau im allgemeinen akzeptabel ist, gibt es verschiedene Fälle, in denen ein viel niedrigerer und lückenlos gleichförmiger Pegel an elektrostatischer Ladungsdichte wesentlich ist. Beispielsweise ist ein extrem niedriges Ladungsdichteniveau bei solchen Polymerfilmen wesentlich, auf deren Oberfläche anschließend, beispielsweise in elektrostatischen Kopierprozessen, elektrostatische Bilder aufgebracht werden müssen.

Um ein ausreichend niedriges Ladungsdichtenxveau zu erreichen, ist es praktisch erforderlich, die letzten Spuren elektrostatischer Ladung auf der Oberfläche zu entfernen, indem auf die Oberfläche eine kleine gesteuerte Ladung entgegengesetzten Vorzeichens zu der bereits auf der Oberfläche vorhandenen Ladung aufgebracht wird.

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Die Erfindung schafft nun einen Weg, um kleine gesteuerte Ladungsmengen auf eine elektrostatisch geladene Oberfläche aufzubringen.

Nach den erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der elektrostatischen Ladungsdichte auf der Oberfläche eines elektrostatisch geladenen Artikels wird eine Koronaentladung zur Erzeugung eines Ionenstroms in der Nähe der elektrostatisch geladenen Oberfläche eingerichtet, die geladene Oberfläche zum Teil von dem Ionenstrom abgeschirmt und eine Vorspannung eingesetzt, um einen Anteil des erzeugten Ionenstroms auf die geladene Oberfläche zu. richten.

Die Erfindung schafft darüber hinaus ein Gerät zur Steuerung der elektrostatischen Ladungsdichte auf einer elektrstatisch geladenen Oberfläche eines Artikels? das erfindungsgemäße Gerät enthält mindestens eine Koronaentladungselektrode zur Erzeugung eines Ionenstroms in der Nähe der geladenen Oberfläche»einen den Ionenstrom anziehenden Schirm, der zwischen der Elektrode und der geladenen Oberfläche angeordnet ist und eine Öffnung zum Durchtritt eines Anteils des Ionenstroms durch diese besitzt, ein Stützorgan, mit dessen Hilfe der Artikel in die richtige Lage in der Nähe des Schirms gebracht oder an diesem entlang bewegt wird, wobei das Stützorgan auf der der Elektrode abgewandten Seite des Schirms in einem Abstand

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zu diesem steht, und eine Einrichtung zur Zufuhr einer Vorspannung zur Steuerung der Höhe und des Vorzeichens des Ionenstroms, der zur elektrostatisch geladenen Oberfläche gelangt.

Die erfiridungsgemäße Technik ist insbesondere für die Behandlung großer Längen von Filmen oder Bändern geeignet und wird zur Vereinfachung der Beschreibung nachstehend anhand der Behandlung von Materialien in Filmform diskutiert; selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Technik auch auf die Behandlung anderer Artikel» beispielsweise Schallplatten und thermoplastische Behälter,wie Flaschen und dgl.>anwendbar.

Die Erzeugung des Ionenstroms wird auf bequeme Weise mit Hilfe einer längsverlaufenden Elektrode durchgeführt, die sich quer zur geladenen Filmoberfläche erstreckt. Die Elektrode wird in einer Entfernung von weniger als 100 mm, vorzugsweise weniger als 50 mm von der geladenen Oberfläche des zu behandelnden Films entfernt angeordnet, wobei ein Abstand von etwa 30 mm besonders geeignet ist, und auf einem hohen Potential, beispielsweise von etwa 3 bis 10 kV Wechselspannung, im 3ezug auf die Filmoberfläche gehalten, um.sicherzustellen, daß eine elektrostatische Ladung der gewünschten Größe auf dem Film deponiert wird. Für bestimmte Anwendungen

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kann die Elektrode auf einem Gleichspannungspotential gehalten werden, was jedoch mit dem Nachteil verbunden ist, daß nur Ladung einer einzigen Polarität auf dem Film deponiert werden kann. Gewünschtenfalls kann ein Wechselspannungspotential mit Rechteckwellenform eingesetzt werden>um eine wirksame Erzeugung des Koronaionenstroms zu erleichtern. Wenn Filme behandelt werden sollen, die sich mit hohen linearen Geschwindigkeiten bewegen, ist eine Hochfrequenzspeisung der Elektrode (beispielsweise bis hinauf zu 10 MHz) vorteilhaft, um die "Ladungsbandbildung", d.h. die Anlagerung diskreter Ladungsbänder entlang der Länge des Films als Ergebnis der Bewegung des Films zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Ionenstroms, zu verringern. Wenn eine nichtkontinuierliche Oberfläche behandelt werden soll, beispielsweise eine Reihe von Schallplatten, sollte die Zuführung pulsierend sein, so daß eine diskrete Menge des Ionenstroms erzeugt wird»die mit der Positionierung jeder Oberfläche (Schallplatte) an dem Stützorgan koinzidiert.

Die Elektrode kann sich kontinuierlich über die gesamte Breite des Films erstrecken, sie kann aber auch in eine Mehrzahl über die Breite des Films aufeinanderfolgender Abschnitte unterteilt sein, wobei jeder Abschnitt von einer separaten Spannungsquelle gespeist wird, um die Behandlung eines Films

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mit einer über seine Oberfläche ungleichförmigen Verteilung der Ladung zu erleichtern. Die Elektrode besitzt vorteilhaft die Form einer Folge _von Nägeln oder Nadeln, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet und auf den Film gerichtet sind. . Alternativ kann die Elektrode aus einer oder einer Reihe von Messerschneiden, beispielsweise Rasiermessern, bestehen; vorzugsweise besitzt sie jedoch die Form eines Drahtes aus korrosionsfestem Stahl oder Nickel-Chromdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,07 bis 0,25 mm. Mit zunehmender Stärke des Drahtes wächst zugleich die zur Erzielung einer Korona erforderliche Spannung. Bei hohen Spannungen besteht jedoch die Gefahr der Funkenbildung zum umgebenden Gehäuse, so daß der Arbeitsbereich eng ist. Daher ist ein Elektrodendraht mit einem Durchmesser von etwa 0,18 mm vorteilhaft. Gewünschtenfalls kann ein sauberer Elektrodendraht kontinuierlich über den Film gespult werden, so daß eine unzulässige Verschmutzung der Elektrode vermieden wird, wie es in der GB-PS 1 129 136 beschrieben ist. Die Elektrode kann gegebenenfalls auch erwärmt werden, um die Verschmutzung durch Kondensation von Dämpfen auf der Elektrode zu verringern, wie es in der GB-PS 1 248 807 beschrieben ist.

' Vorteilhaft ist die Elektrode innerhalb eines zum Teil geschlossenen,geerdeten leitenden Gehäuses, beispielsweise eines Metallgehäuses, untergebracht, das sich entlang der

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Elektrodenlänge erstreckt, nicht jedoch zwischen der Elektrode und der Filmoberfläche. Das Gehäuse dient der Stabilisierung des erzeugten Ionenstroms und dem Schutz der Bedienungsperson gegenüber einem Schlag und besitzt zweckmäßig halbzylindrische Form, wobei die Durchmesserfläche des Halbzylinders unvollständig bzw. vollständig entfernt ist, so daß der an der Elektrode erzeugte Ionenstrom zum Schirm und damit zur Filmoberfläche gelangen kann. Das Gehäuse wird vorzugsweise auf Erdpotential gehalten, um die Stabilität des Ionenstroms zu verbessern.

Der Schirm kann aus irgendeinem Material bestehen, das den Ionenstrom von der Elektrode anzieht, und zwar kann er
beispielsweise aus synthetischen Polymermaterialien
hergestellt sein. Vorzugsweise sollte der Schirm jedoch aus fietall, beispielsweise aus Aluminium oder korrosionsfestem
Stahl, bestehen und auf Erdpotential gehalten werden. Zweckmäßig ist der Schirm mit dem Gehäuse einstückig. Die Verwendung eines geerdeten Metallschirms ist wesentlich, wenn die Elektrode nicht mit einem leitenden Gehäuse der vorstehend beschriebenen Art versehen ist.

Zweckmäßig besitzt der Schirm die Form einer flachen Platte, die im wesentlichen parallel zu der geladenen Filmoberfläche angeordnet ist und sowohl zur Elektrode als auch zur Filmoberfläche einen angemessenen Abstand aufweist. Der

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Abstand des Schirms von der Elektrode und der Filraoberflache kann so eingestellt werden, daß ein Gleichgewicht in der Wirkungsweise positiver oder negativer angelegter Vorspannungen vorliegt; es wurde in der Praxis beobachtet, daß ein Abstand des Schirms von etwa 15 mm von der Elektrode und der Filmoberfläche geeignet ist.

Die Schirmöffnung besitzt zweckmäßig die Form eines Längsschlitzes, der im wesentlichen parallel zur Elektrode verläuft, obwohl irgendein anderes geeignetes Muster angewendet werden kann, beispielsweise eine Reihe von in die Schirmplatte gebohrten Löchern. Gegebenenfalls kann der Schirm von zwei Platten gebildet werden, die so in derselben Ebene angeordnet sind, daß die benachbarten Ränder der beiden Platten eine geeignet dimensionierte Öffnung definieren, die vorzugsweise parallel zur Elektrode verläuft, um eine gleichförmige Behandlung der Filmoberfläche zu gewährleisten. Die Breite der Öffnung kann über einen weiten Bereich variieren, um die Eigenschaften des Systems zu verändern; vorteilhaft wird eine Öffnungsbreite von nicht mehr als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, verwendet. Durch Einsatz einer Öffnung- in Form eines zu einer Drahtelektrode (0,113 mm Durchmesser, 4 kV Wechselspannung) parallelen Schlitzes mit einer Schlitzbreite von 1 mm hat es sich daher als möglich erwiesen, ge-

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steuerte Ionenströme im Bereich von 0,04 bis 0,4 Nanoampere (nA) je cm Elektrodenlänge zu erreichen, wenn die angelegte Vorspannung 10 bis 100 Volt beträgt.

Das Stützorgan, an dem der Artikel oder der Film

während der Behandlung positioniert oder entlang bewegt wird, »

besitzt vorteilhaft die Form einer ortsfesten, gekrümmten oder flachen Platte; insbesondere für die Behandlung langer Filmlängen oder bandähnlicher Materialien ist es jedoch von Vorteil, wenn das Stützorgan eine bewegbare Oberfläche besitzt, auf der der Film oder das Band in Berührung mit derselben transportiert werden kann. Die bewegbare Oberfläche ist vorzugsweise ein endloses Band, obgleich auch eine Trommel oder eine Walze vorteilhaft ist. Die Oberfläche letzter³¹" ist, vorzugsweise hochpoliert, beispielsweise besteht sie aus poliertem Chromstahl, um eine Beschädigung des Films zu vermeiden, wenn dieser die Walze berührt; es kann aber auch eine matte Oberfläche oder eine isolierende Oberfläche, beispielsweise eine kunststoffbeschichtete Oberfläche, verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben, ist das Stützorgan.zweckmäßig so angeordnet, daß die geladene Filmoberfläche weniger als 100 mm, vorzugsweise weniger als 50 mm und insbesondere etwa 30 mm von der Elektrode entfernt angeordnet ist.

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Die bewegbare Oberfläche kann zur Beförderung des Films mit jeder gewünschten Geschwindigkeit arbeiten. Vorzugsweise wird der Film mit einer linearen Geschwindigkeit von 1 bis 6 Meter pro Sekunde transportiert.

Obgleich die Vorspannung auf irgendeine beliebige geeignete Weise angelegt werden kann, beispielsweise direkt an den Schirm, wird sie vorteilhaft dem Stützorgan zugeführt.

Die Spannung wird dem Stützorgan vorteilhaft von einer veränderbaren Gleichspannungsquelle, beispielsweise einem mit einer Batterie verbundenen Potentiometer, oder einem Gleichspannungsverstärker zugeführt, wobei die Größe und das Vorzeichen der angelegten Spannung durch die Größe und das Vorzeichen des Ionenstroms bestimmt werden, der an die geladene Filmoberfläche gezogen werden soll. Obgleich die angelegte Vorspannung in einem weiten Bereich variieren kann, werden vorteilhaft Spannungen von weniger als 100 Volt eingesetzt. Es ist erwünscht, daß die Vorspannung so. niedrig wie möglich gehalten wird, damit ein vollständig aus Festkörperelementen bestehendes Steuersystem eingesetzt werden kann.

¹ · Das erfindungsgemäße System ist insbesondere für das Deponieren kleiner Ladungsmengen auf einem Film geeignet, der als Ergebnis einer Vorbehandlung mit einem herkömmlichen

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Ladungseliminator bereits eine relativ niedrige Oberflächenladungsdichte besitzt. Um die geringe verbliebene Oberflächenladung auf einer großen Länge eines vorbehandelten Films zu neutralisieren, ist es i ed och von Vorteil, wenn der Film zu einer Rolle aufgewickelt wird, um die erfindungsgemäße Ladevorrichtung in Verbindung mit einem Rückkopplungssteuersystem einzusetzen, bei dem die elektrostatische Ladungsdichte auf dem nicht aufger wickelten Film und/oder dem aufgewickelten Film durch herkömmliche Sensoren gemessen wird und das Ausgangssignal der Sensoren zur Steuerung der der Ladevorrichtung zugeführten Vorspannung benutzt wird.

Polymerfilme, die für eine Behandlung nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, können aus nachstehenden Verbindungen bestehen: Polycarbonate, Polysulphone, Polyamide ,wie Polyhexamethylenadxpamid oder Polycaprolactam, Polyester, wie Polyäthylenterephthalat, Polyäthylen-1,2-diphenoxyäthan-M-, 4 ' dicarboxylat und Polyäthylen-2,6-naphthalat, Vinylpolymere und-Kopolymere, Polyolefine und insebesondere ein hochmolekulares stereo-reguläres, vorwiegend kristallines Propylenpolymerisat, entweder in Form eines Homopolymerisats oder mischpolymerisiert mit geringeren Mengen (z.B. bis zu 15 Gew.-%) anderer ungesättigter Monomere, z.B. Äthylen.

Die Filme werden aus diesen Materialien auf irgendeine herkömmliche Weise hergestellt,beispielsweise durch Walzen,

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Extrudieren, Pressen, nach der Lösungsmittel-Gießtechnik oder der Schmelz-Gießtechnik, und werden vorteilhaft durch Dehnen des Films orientiert, um ihnen eine Zähfestigkeit zu erteilen. Ein besonders brauchbarer Film wird durch Schmelzextrudieren· von Polypropylen durch eine ringförmige Form in die Gestalt eines Rohrs, Aufblasen des Rohrs nach dem sog. "Blas"-Verfahren, um eine Querorientierung einzuführen, und gleichzeitiges Verlängern des Rohrs in Längsrichtung hergestellt, um den Film in Längsrichtung zu orientieren. Der orientierte Film kann dann gegen thermischen Schrumpfen durch einen "Wärmeverfestigungsvorgang" stabilisiert werden, der ein Erhitzen des Films einschließt, während-dieser unter Spannung gehalten wird, auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des den Film bildenden Polymeres,aber unter dessen Schmelzpunkt.

Das erfindunfsgemäße Verfahren ist auch für die Behandlung eines metallisierten Films geeignet, der nur auf einer Seite metallisiert ist, beispielsweise eines metallisierten Polypropylenfilms , und auf der unmetallisierten Oberfläche eine elektrostatische Ladung trägt. Im Falle eines metallisierten Films kann die Vorspannung gegebenenfalls direkt an die metallisierte Oberfläche des Films angelegt werden.

Jeder der vorgenannten Filme kann für die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach herkömmlicher

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Metallisiertechnik metallisiert werden, insbesondere durch Vakuumaufdampfung, bei der ein Metall, wie beispielsweise Aluminium, Zink, Silber, Gold oder Nickel auf den Film aufgedampft wird, der in einer unter hohem Vakuum gehaltenen Kammer angeordnet ist, so daß auf eine Oberfläche des Films eine Metallschicht aufgebracht wird. Vorteilhaft wird die Filmoberfläche chemischen oder physikalsichen Behandlungen unterzogen beispielsweise einer Oxydation mit Mineralsäuren oder einer Bestrahlung mit einer Koronaentladung, und zwar vor dem Metallisieren, um die Adhäsion der metallischen Schicht auf dem Filmsubstrat zu verbessern.

Die Stärke eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Artikels, ist begrenzt, unter anderem durch den Abstand, der zwischen dem Schirm und dem Stützorgan aufrechterhalten wird. Im Falle von Polymerfilmen hat es sich gezeigt, daß die Behandlung von Filmen mit einer Stärke von 4 bis etwa 150 um bequem durchgeführt werden kann, obgleich Filme einer Dicke von 6 bis 15 um für die Behandlung vorzuziehen sind, wenn diese als Verpackungsmaterial oder als Dielektrikum von Kondensatoren Verwendung finden sollen.

Die erfindungsgemäße elektrostatische Ladungsbehandlung des Films kann in jeder geeigneten Stufe während des ;Verarbeitens oder Wickeins des Films stattfinden. Beispiels-

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weise kann die Ladung auf einen breiten Film aufgebracht werden, der gerade einer Schlitzvorrichtung zugeführt wird, wo er in mehrere schmalere Streifen einer Breite zerschnitten wird, die zum Wickeln eines elektrischen Kondensators oder eine andere Anwendung geeignet ist; es kann aber auch ein Film unmittelbar vor der Aufbringung eines elektrostatischen Bildes auf diesen elektrostatisch neutralisiert werden. Verpackungsfilme können der Behandlung vor dem Wickeln von Rollen zum Lagern und Transportieren unterworfen werden.

Obgleich eine einzige Ladevorrichtung normalerweise zur Erzielung des gewünschten Grades an elektrostatischer Ladungsdichte auf dem Film angemessen ist, kann gegebenenfalls eine Mehrzahl von Ladevorrichtungen eingesetzt werden, um eine aufeinanderfolgende Behandlung des Films zu bewirken. Aufeinanderfolgende Behandlungen können wahlweise auf derselben oder auf gegenüberliegenden Oberflächen des Films stattfinden. Vorteilhaft wird eine aufeinanderfolgende Behandlung so durch", geführt, daß mindestens eine Ladevorrichtung eine positive Ladung deponiert und mindestens eine Ladevorrichtung eine negative Ladung auf die Filmoberfläche aufbringt.

Gewünschtenfalls kann ein Luftgebläse oder dgl. dazu benutzt werden, den Ionenstrom auf die Filmoberfläche zu

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richten oder nach der Neutralisation der auf dieser befindlichen elektrostatischen Ladung Staub von der Filmoberfläche zu entfernen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filmladevorrichtung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Filmladevorrichtung, die in Verbindung mit einem Ladungsfühler- und einem Rückkopplungssteuersystem eingesetzt ist.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 ist ein Polypropylenfilm 1 von etwa 550 mm Breite gezeigt, der in Richtung der Pfeile umläuft und mit einem Stützorgan in Form einer Shromplattierten Walze 2 von 150 mm Durchmesser in Berührung steht, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 1,5 m je Sekunde rotiert.

Während der Film in Berührung mit der Walzenoberfläche passiert, wird er einem Ionenstrom ausgesetzt, der von einer Chormnickeldraht-Koronaentladungselektrode 3 mit 0,18 mm Durchmesser erzeugt wird, die quer über die gesamte Breite des Films und parallel zu der Walzenachse in einem Abstand von etwa 30 mm

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über der Walzenoberfläche verläuft und auf einem elektrischen Potential von 4 kV Wechselspannung gehalten wird, das mit einer Frequenz von 50 Hz von einem Haupttransformator 4 zugeführt wird. Die Elektrode ist innerhalb eines halbzylindrischen Alu.miniumgehäuses 5 angeordnet, das über eine Erdungseinrichtung 6 auf Erdpotential gehalten wird.

Ein aus zwei Aluminiumplatten 7 und 8 von jeweils etwa 1 mm Stärke bestehender Schirm ist parallel zur Achse der Walze etwa 15 mm oberhalb deren Oberfläche angeordnet und steht in elektrischem Kontakt mit dem Gehäuse 5, wobei er eine Schlitzöffnung 9 parallel zum Elektrodendraht und mit einer Breite von 1 mm bildet.

Der an dem Elektrodendraht erzeugte Ionenstrom wird zum geerdeten Schirm gezogen, während ein Anteil die öffnung 9 passiert und eine elektrostatische Ladung auf der Oberfläche des Films 1 deponiert, deren Größe und Vorzeichen durch eine Vorspannung gesteuert werden, die von einer veränderbaren Spannungsquelle 10 an die Walze 2 gelegt ist. Durch Änderung der angelegten Vorspannung zwischen 10 und 100 Volt Gleichspannung

kann eine elektrostatische Ladungsdichte von 0,2 bis 2,0 pC/cm auf der Filmoberfläche erzeugt werden.

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Gemäß Fig. 2 passiert ein Polypropylenfilm 21 eine Führungswalze 22', gerät anschließend mit einer chromplattierten Walze 2 3 in Berührung und wird nachfolgend auf ein Kernteil 25 zu einer Rolle 24 aufgewickelt. Eine mit einem Schirm versehene Drahtelektroden-Filmladevorrichtung 26 ist in der Nähe der Walze 2 3 angeordnet, wobei der Abstand zwischen der Elektrode und dem Schirm relativ zur Walzenoberfläche dem gemäß Fig. 1 gleicht.

Eine Elektrodensonde 27 erfühlt die Restladungsdichte 0 auf dem unbehandelten Film, wobei das Ausgangssignal eines' ihr zugeordneten Elektrometers 28, einem Summierverstärker 29 zugeführt wird. Eine zweite Elektrodensonde 30 erfühlt die integrierte Ladunpsdichte, die sich auf der Rolle 24 angesammelt hat, wobei das Ausgangssignal eines dieser zugeordneten Elektrometers 31 in einem Differenzierer 3 2 differenziert und anschließend dem Summierverstärker 29 zugeführt wird, wo die beiden Ausgangssignale kombiniert werden und eine Vorspannung V_R erzeugt wird, die der Beziehung

ν - _ f a /7+ R y ° ι

^VB ^{lA(J+ B} -^yE— ^;

genügt, in der A und B Schaltungskonstante sind. Die veränderliche Vorspannung V_ß wird dann an die Walze 2 3 angelegt, wodurch

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die angesammelte Ladungsdichte in der Rolle 24 auf einem hinreichend niedrigen Pegel gehalten werden kann.

Das Steuersystem kann so modifiziert werden, daß ent-' weder die erste Elektrodensonde 2 7 oder die zweite Elektrodensonde 30 entfällt, wobei das Signal von der verbleibenden Elektrodensonde ausgenützt wird, um eine geeignete Steuerung der angelegten Vorspannung zu bewirken und auf diese Weise die auf der gewickelten Rolle 24 angesammelte Ladung zu steuern.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme der nachstehenden Beispiele illustriert.

Beispiel 1

Unter Verwendung einer Ladungsanordnung der in Fig. 1 gezeigten Art wurde ein ursprünglich ungeladener Film aus Polyäthylenterephthalat von etwa 12 um Dicke und 213 mm Breite um eine elektrisch isolierte, chromplattierte Walze in Berührung: mit dieser gewunden, deren Durchmesser 114 mm betrug und die · mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,05 m/Sekunde rotierte.

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Während der Film die Walze passierte, wurde er einem Ionenstrom ausgesetzt, der von einer Chromnickeldraht-Koronaentladungselektrode von 0,076 mm Durchmesser stammte , die quer über die gesamte Breite des Films parallel zur Walzen- ' achse in einem Abstand von 2 6,7 mm über der Walzenoberfläche verlief und auf einem elektrischen Potential von 4 kV Wechselspannung gehalten wurde. Die Elektrode war innerhalb eines geerdeten halbzylindrischen Gehäuses angeordnet und durch zwei rechteckige Aluminiumplatten von 0,8 mm Dicke teilweise von dem Film abgeschirmt, wobei die Platten so an der Öffnung des Gehäuses angeordnet waren, daß sie eine Schlitzöffnung mit einer Breite von 2 mir.parallel zum Elektrodendraht und etwa 10 mm oberhalb der Walzenoberfläche bildeten.

Um die Menge der durch den Ionenstrom auf den vorbeiziehenden Film aufgebrachten elektrostatischen Ladung zu steuern, wurden mehrere verschiedene Gleichvorspannungen an die Walze angelegt und die jeweilige Ladungsdichte auf der Filmoberfläche stromab der Walze mit einem herkömmlichen Ladungsmesser gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

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T a b e 1

Angelegte Vorspannung (Volt) Dichte der aufgebrachten

Ladung (pC/cm²)

+ 60,5 + + + + +

-370 -310 -259 -195 -128 - 64

409833/0334 00
-80
-140 -200 -255 -285 -360

+ 248 + 212 +170 +140 + 95 + 50 0

Beispiel 2

Unter Verwendung einer mit der gemäß Beispiel 1 identischen Ladungsanordnung wurde ein Polyäthylenterephthaltfilm von etwa 12 um Stärke und 213 mm Breite sowie einer elektrostatischen

2
Ladungsdichte von 190 pC/cm um die Stützwalze gewunden, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,05 m/s rotierte.

Die an die Walze angelegte Gleichvorspannung wurde variiert, bis die Ladungsdichte auf dem Film stromab der Walze Null war, d.h. bis die ursprüngliche Ladung auf dem Film neutralisiert worden war. Die erforderliche Vorspannung betrug -275 V.

Beispiel 3

Die Behandlung gemä¹³) Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei

aber ein Polyäthylenterephthalatfilm mit einer ursprünglichen

elektrostatischen Ladungsdichte von +125 pC/cm verwendet wurde, der mit einer linearen Geschwindigkeit von 0,1 m/Sekunde über die Stützwalze lief. Die erforderliche Vorspannung zur Neutralisierung des Films betrug -250 V.

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Mit der Erfindung werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der elektrostatischen Ladungsdichte auf einer Oberfläche durch Erzeugung eines Ionenstroms in der Mähe der Oberfläche, teilweises Abschirmen der Oberfläche von dem erzeugten Ionenstrom und Steuern der Größe und des Vorzeichens des auf die Oberfläche gelangenden Ionenstroms mit Hilfe einer angelegten Vorspannung geschaffen. Ein Ladungsfeststell- und Rückkopplungssystem kann zur Steuerung der Vorspannung eingesetzt werden.

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Claims

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Patentansprüche

.) Verfahren zum Steuern der elektrostatischen Ladungsdichte auf der Oberfläche eines elektrostatisch geladenen Artikels, gekennzeichnet durch die Vornahme einer Koronaentladung zur Erzeugung eines Ionenstroms in der Nähe der elektrostatisch geladenen Oberfläche, teilweises Abschirmen der geladenen Oberfläche von dem Ionenstrom und Anwenden einer Vorspannung, um einen Anteil des erzeugten Ionenstroms auf die geladene Oberfläche zu richten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen an einer Oberfläche des Artikels vorgenommen wird, die von der der Koronaentladung ausgesetzten entfernt liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Artikel ein thermoplastischer Polymerfilm verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Ladungsdichte auf der geladenen Oberfläche festgestellt wird, ein der festge-

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stellten Ladungsdichte proportionales Signal erzeugt und dieses zur Steuerung der Vorspannung eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der behandelte Film zu einer Rolle aufgewickelt wird, die elektrostatische Ladungsdichte des aufgewickelten Films festgestellt, ein der festgestellten Ladungsdichte proportionales Signal erzeugt und dieses zur Steuerung der Vorspannung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Ladungsdichte auf der geladenen Oberfläche auf weniger als 1 Pikocoulomb je cm der Oberfläche reduziert wird.
7. Nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche behandelter Artikel.
8. Vorrichtung zurSteuerung der elektrostatischen Ladungsdichte auf einer elektrostatisch geladenen Oberfläche eines Artikels, gekennzeichnet durch mindestens ein.e Koronaentladungselektrode (3) zur Erzeugung eines Ionenstroms in der Nähe der geladenen Oberfläche (1), einen den Ionenstrom anziehenden Schirm (7, 8), der zwischen der Elektrode und der

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geladenen Oberfläche angeordnet ist und mit einer Öffnungsanordnung (9) versehen ist, die den Durchtritt eines Anteils des Ionenstroms erlaubt, ein Stützorgan (2), an dem der Artikel in der Mähe des Schirms positioniert oder entlang bewegt wird, wobei das Stützorgan auf der der Elektrode abgewandten Seite des Schirms zu diesem auf Abstand steht, und durch eine Einrichtung (10) zur Zuführung einer Vorspannung zur Steuerung der Größe und des Vorzeichens des zur elektrostatisch geladenen Oberfläche durchtretenden Ionenstroms.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch crekennzeichnet, daß die Vorspannung an das Stützorgan (2) angelegt ist.
10 * Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (27, 30) zum Feststellen der elektrostatischen Ladungsdichte auf der geladenen Oberfläche und Einrichtungen (28, 29, 31, 32) zur Erzeugung eines der festgestellten Ladungsdichte Droportionalen Signals zur Steuerung der Vorspannung vorgesehen sind.

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