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Beschreibung
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Vorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen, insbesondere
an mit hoher Geschwindigkeit bewegten Gütern, bei der die Güter an wenigstens zwei
Entelektrisierungsgliedernmit Sprühelektroden vorbeilaufen und die Sprühelektroden
an elektrische Wechselspannung angelegt sind.
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Bei derartigen Vorrichtungen (US-PS 3 443 155) wird zur Erzeugung
der für die Beseitigung (Neutralisation) von elektrostatisch aufgeladenen Oberflächen
notwendigen Ionen an den Sprühelektroden das Prinzip der Koronaentladung in Luft
verwendet. Die Entenlektrisierungsglieder sind gewöhnlich als Stäbe ausgebildet,
an deren Oberseite als Sprühelektroden eine Reihe von Metallspitzen angeordnet ist.
An diese Metallspitzen wird eine elektrische Hochspannung von beispielsweise drei
bis zwölf kV angelegt, wobei sich dann an jeder Spitze eine unselbständige Glimmentladung
gegen eine ebenfalls am Entelektrisierungsstab vorgesehene Gegenelektrode ausbildet.
Da im praktischen Betrieb bei der Entelektrisierung nicht vorhergesagt werden kann,
welche Polarität die zu entladende Oberfläche zeigt, müssen sowohl positive als
auch negative Ionen durch die Sprühelektroden erzeugt werden, d.h. es müssen Metallspitzen,
die an positiver und solche, die an negativer Hochspannung liegen, vorhanden sein.
Weiterhin muß natürlich der
Strom an jeder Metallspitze so begrenzt
sein, daß bei Berührung durch den dann fließenden Strom kein elektrischer Schock
auftreten kann.
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Man könnte die Metallspitzenreihen zweier Entelektrisierungsstäbe
grundsätzlich mit elektrischer Gleichspannung speisen, so daß an jedem Stab nur
Ionen eines bestimmten Vorzeichens erzeugt werden. In der Praxis hat sich die Verwendung
gleichspannungsgespeister Elektroden jedoch nicht durchsetzen können.
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Der Aufwand für die Glättung der gleich zu richtenden Wechselströme
ist zu groß, der Berührungsschutz wird durch die gespeicherte Ladung erschwert,
es ist keine kapazitive Kopplung möglich und beide Polaritäten können nur unter
Schwierigkeiten gleichmäßig entladen werden, weil die als letzte in Laufrichtung
eines zu entelektrisierenden Gutes angeordnete Sprühelektrodenreihe stets wirksamer
als die vorangehenden Reihen ist. Man verwendet daher heute bei der in Rede stehenden
Entelektrisierung von Oberflächen regelmäßig hohe Wechselspannungen, wobei die Sprühelektroden
an den Hochspannungsaus-VI gang eines Netztrasformators galvanisch oder kapazitiv
angekoppelt werden. Dabei werden während der positiven Halbwelle des Wechselstroms
positive und während der negativen Halbwelle negative Ionen erzeugt.Die zur Anwendung
gelangende Frequenz entspricht nahezu immer der Frequenz des zur Verfügung stehenden
technischen Stromnetzes, also beispielsweise 50 Hz. Man hat zwar auch bereits die
Anwendung höherfrequenter Wechselspannungen vorgeschlagen, jedoch nimmt dann die
Wirksamkeit der Koronaentladung ab und es muß ein erheblicher Schaltungsmehraufwand
getrieben werden, ohne die Betriebssicherheit zu erhöhen und hohe Leitungsverluste
zu vermeiden. Dasselbe gilt
im übrigen auch für hochfrequente Rechteck-Hochspannung,
wobei sich außerdem noch eine Störspannungsabstrahlung unangenehm bemerkbar macht.
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Bei den üblichen Vorrichtungen zur Beseitigung elektrostatischer Ladungen
sind z.B. zwei Entelektrisierungsstäbe vorgesehen, an deren als Metallspitzen ausgebildeten
Sprühelektroden das zu entelektrisierende Gut, beispielsweise eine Papierbahn oder
eine Fadenschar in bestimmtem Abstand mit relativ hoher Geschwindigkeit vorbeiläuft.
Solche Vorrichtungen finden sich insbesondere in Druckmaschinen und Textilmaschinen.
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Bei hoher Geschwindigkeit der zu entladenden Güter lässt jedoch die
Wirksamkeit der Entelektrisierung stark nach und es treten auf der behandelten Oberfläche
nichtentladene Streifen auf, die nach wie vor mit Ionen eines bestimmten Vorzeichens
s/nd belegt4. Dieser unerwünschte Effekt der "Streifigkeit" hängt natürlich von
der Wirkungsbreite der sich an einer Spitzenreihe voollziehenden Koronaentladung
ab. Diese Wirkungsbreite kann beispielsweise 2,5 cm betragen. Diese Strecke wird
bei einer Bahngeschwindigkeit von 600 m/min in 2,5 Millisekunden durchlaufen. Die
Dauer der Entladung einer bestimmten Polarität beträgt etwa 5 Millisekunden und
findet alle 20 Millisekunden statt, falls die Frequenz der Hochspannung 50 Hz beträgt.
Bei den genannten Zahlenwerten findet bereits eine nur unvollkommene Entelektrisierung
statt und die behandelte Oberfläche zeigt starke Streifigkeit. Erheblich ungünstiger
werden die Verhältnisse bei höheren Geschwindigkeiten, beispielsweise 1200 m/min,
einer Geschwindigkeit, wie sie heute bei Textilmaschinen bereits üblich ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Beseitigung
elektrostatischer
Ladungen, insbesondere an mit hoher Geschwindigkeit bewegten Gütern vorzuschlagen,
die bei kleinem Schaltungsaufwand und hoher Betriebssicherheit wirksamer als bekannte
Vorrichtungen sind und insbesondere eine erhebliche Reduzierung oder völlige Beseitigung
der "Streifigkeit" an den Oberflächen der behandelten Güter ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei
Entelektrisierungsglieder vorgesehen sind und die an die Sprühelektroden des einen
Entelektrisierungsgliedes angelegte Wechselspannung in jedem Zeitpunkt gegenüber
der an die Sprühelektroden des anderen Entelektrisierungsgliedes angelegten Wechselspannung
phasenverschoben ist.
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Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Aufsicht eines an sich bekannten Entelektrisierungsstabes;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 mit gestrichelt gezeichneter
Anordnung eines weiteren Entelektrisierungsstabes und Fig. 3 ein Schaltschema einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen im Schnitt einen herkömmlichen Entelektrisierungsstab
10. Der Stab 1o enthält in seiner Mittelachse eine Hochspannung führende Metallitze
1, die von einem elektrisch isolierenden Kunststoffmantel 2 umgeben ist. Auf den
Mantel 2 sind in regelmäßigen Abständen Schraubenfedern 3 aus Metalldraht aufgeschoben,
deren eines Ende jeweils senkrecht zur Achse des Stabes 1o steht und in eine Spitze
4 ausläuft. Auf diese Weise sind die Spitzen 4 mit der Litze 1 kapazitiv gekoppelt.
Die mit dem'Mantel 2 versehene Litze 1 und die Schraubenfedern 3 mit ihren Spitzen
4 sind von einem rohrförmigen Kunststoffmantel 5 umgeben, dessen Querschnittsform
aus Figur 2 ersichtlich ist. Der Mantel 5 weist insbesondere eine Rille 6 auf, in
welche die Spitzen 4 hineinragen. Der Kunststoffmantel 5 ist seinerseits von einem
im Bereich der Spitzen 4 geschlitzten Metallrohr 7 umgeben (Figur 2), dessen den
Spitzen 4 benachbarte Kanten 8 als sogenannte Gegenelektrode dienen. Die zentrale
Metallitze 1 ist an den einen und das die Gegenelektroden bildende Metallrohr 7
an den anderen Pol einer Wechselstrom-Hochspannungsquelle 9, beispielsweise eines
Hochspannungstransformators angeschlossen, vergleiche Figur 2.
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An den Enden des Stabes 1o sind der Halterung und dem Anschluß an
die Spannungsquelle dienende Kappen 11 vorgesehen. Ein Luftspalt 12 im Innern des
Stabes 10 wird von einer Metallspitze 13 überbrückt, die elektrisch leitend mit
der Litze 1 verbunden ist. Das Ende der Litze 1, ihres Mantels 2 und der Stift 13
sind in einem Isolierkörper 14 gehalten, der in den Kunststoffmantel 5 eingesetzt
ist. Beim Anschliessen an eine elektrische Spannungsquelle mittels eines Hochspannungskabels
15 wird ein litzenförmiger Leiter 16 mit Kunststoffumhüllung 17 so eingeschoben,
daß die Spitze 13 in den Leiter 16 eindringt
und eine elektrisch
leitende Verbindung herstellt. Die Kunststoffumhüllung 17 ist ihrerseits von einer
netzförmigen, metallischen Abschirmung 18 umgeben, die wiederum von einer äußeren
Hülle 19 und einer Zwischenhülle 21 des Kabels 15 umschlossen ist. Unter Zwischenschaltung
einer Dichtung 22 ist ein Anschlußstück 23 in ein Innengewinde 29 der in Figur 1
rechts gelegenen Kappe 11 eingeschraubt. Eine übliche Schelle 24 mit Schraube 25
oder dergleichen dient der Befestigung des Kabels 15 im Anschlußstück 23.
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Figur 2 zeigt den herkömmlichen elektrischen Anschluß zweier Entelektrisierungsstäbe
lo der beschriebenen Art. Bei beiden Stäben sind jeweils die hochspannungsführende
Litze 1 und das als Gegenelektrode dienende Metallrohr 7 an den selben Pol der Hochspannungsquelle
9 angeschlossen. Damit liegt zu jedem Zeitpunkt an den Spitzen 4 beider Stäbe 1o
jeweils die gleiche Polarität vor, weil die an beiden Stäben auftretenden Spannungen
in Phase sind.
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Figur 3 zeigt die Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Es gelangen zwei Entelektrisierungsstäbe 10, z.B. der in Figur 1 und
2 dargestellten Art zur Anwendung. Der kapazitive Anschluß der Metallspitzen 4 an
die in der Mittelachse des Stabes verlaufende Litze 1 ist schematisiert. Ebenso
die Darstellung des als Gegenelektrode dienenden Metallrohres 7. Die Kreise 20 symbolisieren
den geerdeten Abschirmmantel 18 des Entelektrisierungsgliedes.
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Wie ebenfalls in Figur 3 schematisch angedeutet, wird unter den Spitzen
4 der beiden Entelektrisierungsstäbe 10 ein zu Entelektrisierendes Gut 30 in Richtung
der Pfeile P mit relativ hoher
Geschwindigkeit vorbeigeführt. Bei
diesem Gut 30 kann es sich beispielsweise um eine Papierbahn oder um eine Fadenschar
handeln. Die Geschwindigkeit kann beispielsweise zwischen 500 und looo m/min liegen,
aber auch niedriger oder höher sein.
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Der elektrische Anschluß der beiden in Figur 3 dargestellten Entelektrisierungsstäbe
1o ist im linken Teil dieser Figur wieder gegeben. Es werden zwei völlig gleich
aufgebaute und gleich wirkende Hochspannungstransformatoren 31 und 32 verwendet
mit Primär- und Sekundärspulen 33, 34 bzw. 35, 36.
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Die Enden der Primärspulen sind jeweils mit A bzw. E bezeichnet, wobei
A den Wicklungsanfang und E das Wicklungsende sein kann. Eine Wechselstromquelle
von beispielsweise 220 V und 50 Hz hat die Wechselspannungsausgänge 0 und R. Wie
dargestellt, sind die Wicklungsenden A, E der Primärspulen 33 bzw.
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35 "vertauscht" an die Ausgänge der Wechselstromquelle angeschlossen.
Bei dem Hochspannungstransformator 31 ist das Ende A mit 0 und das Ende E mit R
verbunden, während beim Hochspannungs transformator 32 das Ende A an R und das Ende
E an O angeschlossen ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß an den Wicklungsenden
der beiden Sekundär spulen 34 bzw. 36 zwei Wechselspannungen abgreifbar sind, die
gegeneinander um 1800 phasenverschoben sind.
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Damit treten an den Spitzen 4 der beiden Entelektrisierungsstäbe 10
Wechselspannungsverläufe auf, die im rechten Teil der Figur 3 dargestellt sind:
Wenn an den Spitzen 4 des in Figur 3 oben gezeichneten Stabes 1o eine positive Polarität
vorliegt, herrscht an den Spitzen 4 des anderen Stabes 10 negative Polarität. Dies
gilt für jeden Zeitpunkt.
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Es wurde gefunden, daß bei einer Beschickung der Sprühelektroden
zweier
in enger Nachbarschaft angeordneter Entelektrisierungsglieder mit phasenverschobener
Wechselspannung die bei herkömmlichen Entelektrisierungsvorrichtungen auftretende,
streifenförmige Restladung des behandelnden Gutes erheblich reduziert oder ganz
beseitigt werden kann.
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Weitere Vorteile der beschriebenen Erfindung bestehen in folgendem:
Die in Figur 3 dargestellte Schaltanordnung kann unter Verwendung bereits bewährter
Bauelemente, insbesondere Entelektrisierungsstäbe realisiert werden. Der erforderliche
Raumbedarf ist gegenüber der in Figur 3 dargestellten, herkömmlichen Anordnung äußerst
gering. Bei der Anordnung entsprechend Figur 2 müssen die einzelnen Entelektrisierungsstäbe
10 in solchem Abstand angeordnet werden, daß der Wirkungsbreite der Koronaentladungen
an den Sprühelektroden Rechnung getragen ist.Bei der Anordnung gemäß Figur 3 können
die einzelnen Entelektrisierungsstäbe wesentlich dichter gepackt werden. Besonders
vorteilhaft ist eine benachbarte Anordnung zweier Entelektrisierungsstäbe 10, weil
dann die Reihe der Metall spitzen 4 in dem einen Stab als Gegenelektrode für die
Spitzen des anderen Stabes dient und damit eine Spannungsverdopplung erreicht wird,
ohne daß der Berührungsschutz bei der beschriebenen kapazitiven Kopplung der Spitzen
4 schlechter wird. Weiterhin treten an den einzelnen Entelektrisierungsstäben keine
höheren Spannungen auf.
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Günstig ist es, zwei Entelektrisierungsstäbe zu verwenden, die mit
um 1800 phasenverschobenen Wechselspannungen beschickt werden. Dies lässt sich an
den üblicherweise vorhandenen Netzstrom-Steckdosen besonders bequem realisieren.
Beispielsweise unter Ausnutzung des üblichen technischen drei-Phasen-Drehstromes
lassen sich jedoch auch andere Phasenverschiebungen in
einfacher
Weise erzielen und insbesondere dann entsprechend anwenden, wenn mehr als zwei Entlektrisierungsglieder
nebeneinander eingesetzt werden. Prinzipiell ist aber auch der Einsatz von mehr
als zwei einander benachbarter Entelektrisierungsglieder möglich, deren Wechselspannungen
jeweils um 1800 phasenverschoben sind.