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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Luftionisierer, die als Eliminatoren
für statische
Aufladungen verwendet werden können,
und insbesondere einen Ionisierungs-Stab mit variabler Länge und
ein Verfahren zu dessen Herstellung, um statische Elektrizität auf sich
bewegenden Materialien, oft in Form einer Bahn oder Blättern aus
Papier und/oder Kunststoffmaterial, zu neutralisieren.
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Spezieller
betrifft die Erfindung eine Ionisierungs-Stabanordnung gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1. Stand der Technik, der sich auf den Oberbegriff
von Patentanspruch 1 bezieht, ist in der
US-A-5,034,651 und der
US-A-4,263,636 beschrieben.
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Hintergrund der Erfindung
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Ionisierungs-Stäbe werden
verwendet, um positive und negative Ionen zu erzeugen, die zum Eliminieren
von elektrostatischen Ladungen verwendet werden können, die
sich auf zahlreichen Gegenständen,
beispielsweise Papier und/oder Kunststoffilmprodukten aufgebaut
haben. Wenn diese zum Eliminieren elektrostatischer Ladungen verwendet
werden, die sich auf Papier- oder Plastikfilmprodukten aufgebaut
haben, werden typischerweise lange Bahnen oder Blätter des
Papier- oder Kunststoffilmprodukts oberhalb oder unterhalb von Ionisierungs-Stäben entlang
geführt,
um die statischen Ladungen zu entfernen. Wegen der unterschiedlichen
Breite einer großen
Vielzahl von Papier- und Kunststoffilmprodukten variiert die Breite
der laufenden Bahnen oder Blätter
von wenigen Zoll (ein Zoll = 2,54 cm) bis zu einigen Fuß (ein Fuß = 30,48
cm). Daher müssen
Ionisierungs-Stäbe
in einem großen
Bereich von Längen kundenspezifisch
und üblicherweise
kurzfristig angefertigt werden.
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Im
Stand der Technik sind zahlreiche Ionisierungs-Stabausgestaltungen
und Herstellungstechniken beschrieben, unter anderem in den folgenden US-Patenten:
D. Koer- Koerke Pat.
3,551,743 ; D. Simons, Pat.
3,585,448 ; M. Iosue, et
al., Pat.
3,652,897 ;
H. Richardson, et al., Pat.
3,875,461 ;
A Testone, Pat.
3,921,037 ;
A. Testone, Pat.
3,968,405 ; A.
Testone, Pat.
4,031,599 ;
H. Bernecke Pat.
4,048,667 ;
D. Simons, Pat.
4,216,518 ;
A. Testone, Pat.
4,263,636 ;
B. Metz, Pat.
4,271,451 ;
D. Saureman, Pat.
4,498,116 und
Pat.
4,502,091 ; K. Domschat,
Pat.
5,034,651 und Pat.
5,057,966 ; W. Larkin, Pat.
5,501,899 .
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Bestimmte
bekannte Ionisierungs-Stäbe
umfassen eine einzige längliche
zentrale Hochspannungselektrode. Die Hochspannungselektrode ist
mit einer isolierenden oder halbleitenden Hülse und mit leitenden Hülsen bedeckt.
Von der Elektrode erstrecken sich Emitterstifte zum Erzeugen positiver
und negativer Ionen nach außen.
Bei diesem bekannten Typ von Ionisierungs-Stab umgreift ein röhrenförmiges metallisches
geerdetes Gehäuse
die Hochspannungselektrode. Das metallische geerdete Gehäuse umfaßt eine
Anordnung zylindrischer Öffnungen, durch
die sich die Emitterstifte von der Hochspannungselektrode aus erstrecken.
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Andere
Ionisierungs-Stäbe
des Standes der Technik umfassen ein Metallgehäuse in der Form eines länglichen
hohlen metallischen Kanals mit einer sich längs erstreckenden Öffnung.
Bei diesem Typ von Ionisierungs-Stab nach dem Stand der Technik ist
in dem metallischen Kanal des Gehäuses eine Hochspannungselektrode
vorgesehen, die aus einem Kabel mit einem inneren leitenden Kern
besteht, der durch eine Vielzahl von Drahtlitzen ausgebildet ist.
Auf der äußeren Schicht
des Kabels sind durch leitende Farbe Emitterstifte ausgebildet.
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Weitere
bekannte Ionisierungs-Stäbe
umfassen zwei oder mehr parallele Reihen von Metallelektroden mit
spitzen Emitterstiften, die sich von diesen zur Erzeugung positiver
und negativer Ionen abwechselnd in Reihen erstrecken.
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Die
meisten dieser Ionisierungs-Stäbe
des Stands der Technik haben ein Hochspannungskabel, das einteilig
mit dem Ionisierungs-Stabaufbau ausgebildet ist und das mit einer
entfernt befestigten Hochspannungs-Stromversorgung verbunden ist,
um den Stabaufbau mit Energie zu versorgen. Obwohl zudem zahlreiche
Ionisierungs-Stäbe
des Stands der Technik Konnektoren aufweisen, um eine Hochspannungs-Stromversorgung mit
dem Ionisierungs-Stab lösbar
zu verbinden, ist jeder diese Konnektoren nur an einem Ende des
Stabs angeordnet und nur für eine
Kabelverbindung mit dem Stab geeignet. Dementsprechend wird zwischen
den Konnektoren und der Hochspannungs-Stromversorgung ein Kabel
angeschlossen. Zudem sind die Ionisierungselektroden in allen Ausgestaltungen
des Stands der Technik in einer einzigen Zeile (positive und negative
Emitterstifte wechseln sich ab) oder in zwei parallelen Zeilen angeordnet,
wobei die positiven Emitterstifte parallel zu den negativen Emitterstiften
angeordnet sind. Schließlich
sind in allen dieser Ausgestaltungen alle Komponenten des Stabs,
insbesondere das Gehäuse,
die inneren Kabel oder Busstangen sowie Isolatoren, kundenspezifisch
mit einer gewünschten
Länge hergestellt.
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Dementsprechend
wäre es
wünschenswert, eine
Ausgestaltung eines Ionisierungs-Stabs
vorzusehen, der kein Kabel zum Verbinden der Hochspannungs-Stromversorgung
aufweist, die mit dem Stab permanent fest verdrahtet ist. Eine solche
Ausgestaltung sollte vorzugsweise an jedem Ende des Ionisierungs-Stabs
universelle Konnektoren bzw. Verbindungselemente aufweisen, um den
Stab direkt mit einer Stromversorgung zu verbinden oder um den Ionisierungs-Stab über ein
entfernbares Verlängerungskabel
mit einer Stromversorgung zu verbinden. Ferner ist es wünschenswert,
eine Ausgestaltung eines Ionisierungs-Stabs vorzusehen, bei dem
die Emitterstifte nicht in einer einzelnen Zeile oder in zwei parallelen
Zeilen, sondern in einer effizienteren Konfiguration angeordnet
sind. Ferner besteht Bedarf an einer Ausgestaltung eines Ionisierungs-Stabs,
wobei mehrere Ionisierungs-Stäbe
miteinander verkettet werden können,
um verschiedene Langen erreichen zu können. Schließlich besteht
auch Bedarf an einer Ausgestaltung eines Ionisierungs-Stabs und
an einem Herstellungsverfahren, das es ermöglichen würde, einen langen Ionisierungs-Stabaufbau
vorzufertigen, der dafür
vorbereitet ist, auf eine kundenspezifische Länge geschnitten zu werden und
schnell an den Kunden verschickt werden kann, anstatt diesen hinsichtlich
einer gewünschten
Länge kundenspezifisch
zusammenbauen zu müssen.
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Die
Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Ionisierungs-Stab vorzusehen,
der a) im Betrieb zuverlässiger
ist, b) preiswerter und einfacher herzustellen ist, c) mit einer
Hochspannungs-Stromversorgung direkt oder über ein Verlängerungskabel
einfach zu verbinden ist, und d) ein Herstellungsverfahren vorzusehen,
das eine kürzere
Lieferzeit zum Liefern der Stäbe
an die Kunden bietet.
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Abriß der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht einen Ionisierungs-Stabaufbau nach Anspruch
1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Ionisierungs-Stabaufbaus
nach Anspruch 16 vor.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt ein
Ionisierungs-Stabaufbau ein Kunststoffgehäuse und zwei einzelne Ionisierungs-Elektrodenmodule, die
an gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses vorgesehen
sind. Das erste Ionisierungs-Elektrodenmodul empfängt eine
Spannung mit einer positiven Polarität, wenn es mit einer Hochspannungsquelle verbunden
ist, wodurch Ionen mit positiver Polarität erzeugt werden. Das zweite
Ionisierungs-Elektrodenmodul empfangt eine Spannung mit negativer
Polarität,
wenn es mit der Hochspannungsquelle verbunden ist, wodurch Ionen
mit negativer Polarität
erzeugt werden. Die Ionisierungs-Elektrodenmodule umfassen eine
Vielzahl gedruckter Leiterplatten, auf denen Signalbahnen mit Ionisierungselektroden
vorgesehen sind, oder von denen sich Stifte erstrecken. Die Vielzahl
gedruckter Leiterplatten sind durch leitende Stäbe oder Röhren elektrisch miteinander
verbunden, die vorzugsweise benachbart zu den Bahnen auf den Platten
angeordnet sind und an zahlreichen Stellen entlang der Bahnen gelötet sind.
Die Ionisierungs-Elektrodenmodule auf beiden Seiten des Gehäuses sind
mit entgegengesetzten Winkeln angeordnet und seitlich zueinander
derart versetzt, daß die
Ionisierungs-Elektroden oder -Stifte, die sich von einer Seite erstrecken,
zwischen den Ionisierungs-Elektroden oder -Stiften angeordnet sind,
die sich von der gegenüberliegenden
Seite erstrecken, wobei die jeweiligen Spitzen entlang einer gemeinsamen
mittleren linearen Achse ausgerichtet sind.
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Jeder
Ionisierungs-Stabaufbau ist vorzugsweise in zwei Endblöcke verschiebbar,
die an den entgegengesetzten Enden des Stabaufbaus angeordnet sind.
Jeder Endblock umfaßt
eine Vertiefung, in der zwei Stifte vorgesehen sind und die zwei
Sockelverbinder aufweist, die mit den Stiften bei einem Winkel von
90° gekoppelt
sind und sich durch eine Basis in jeden der zwei Blöcke hinein
erstrecken. Die entgegengesetzten Enden jedes Stifts erstrecken sich
horizontal durch ein hinteres Ende des Endblocks hindurch. Die Stifte
sind vorgesehen, mit den leitenden Stäben oder Röhren in Eingriff zu kommen, wenn
der Ionisierungs-Stabaufbau in die Vertiefung der Endblocks eingefügt wird.
Die Sockel sind so ausgestaltet, daß sie eine Hochspannungsquelle
entfernbar verbinden. Die entgegengesetzten Enden jedes Stifts können abgeschlossen
sein oder zum Verbinden mit einer Doppel-Verkabelung vorgesehen sein,
um mehrere Ionisierungs-Stabaufbauten miteinander zu verbinden.
Mehrere Ionisierungs-Stabaufbauten können miteinander verkettet
werden, so daß jede
gewünschte
Gesamtstablänge
erreicht werden kann, indem Ionisierungs-Stabaufbauten hinzugefügt oder
entfernt werden. Die Endblocks erlauben es nicht nur, daß die Länge jedes
gewünschten
Ionisierungs-Stabs zur Verwendung in verschiedenen Systemen verändert werden
kann, sondern auch, daß Aufbauten
einfach mit einer Hochspannungs-Stromquelle
verbunden oder von dieser entfernt werden, da die Hochspannungs-Stromquelle nicht
fest mit den Ionisierungs-Stabaufbauten verdrahtet ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht des Ionisierungs-Stabaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine End-Schnittansicht des Ionisierungs-Stabteilaufbaus der vorliegenden
Erfindung.
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3A und 3B zeigen
Seitenansichten eines Leiterplatten-Elektrodenmodulaufbaus.
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4 ist
eine Darstellung, welche die möglichen
Stellen zeigt, an denen der Ionisierungs-Stabteilaufbau in kürzere Abschnitte
geschnitten werden kann.
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5A zeigt
eine isometrische Darstellung eines Endblocks, die in einer bevorzugten
Ausführung
des Ionisierungs-Stabaufbaus der vorliegenden Erfindung verwendet
wird.
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5B zeigt
eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endblocks, der in einer bevorzugten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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6A und 6B zeigen
isometrische Ansichten einer bevorzugten Ausführung eines Kabelsteckers.
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7 zeigt
eine Seitenansicht eines Stiftaufbaus mit zwei Enden.
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8 zeigt
eine bevorzugte Ausführung
zur Verwendung eines Stiftaufbaus mit zwei Enden, um einen Endblock
des Ionisierungs-Stabaufbaus mit einem Kabelstecker miteinander
in Eingriff zu bringen, der mit einer Hochspannungs-Stromversorgung
verbunden ist.
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9A, 9B und 9C zeigen
verschiedene Verbindungskombinationen einer Stromversorgung und
Ionisierungs-Stäben
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein Ionisierungs-Stabaufbau ein Kunststoffgehäuse und zwei einzelne Ionisierungs-Elektrodenmodule,
die an entgegengesetzten Seiten des Gehäuses angeordnet sind. Das erste
Ionisierungs-Elektrodenmodul empfängt eine Spannung mit einer
positiven Polarität,
wenn es mit einer Hochspannungsquelle verbunden ist, wodurch Ionen mit
einer positiven Polarität
erzeugt werden. Das zweite Ionisierungs-Elektrodenmodul empfängt eine Spannung
mit einer negativen Polarität,
wenn es mit der Hochspannungsquelle verbunden ist, wodurch Ionen
mit einer negativen Polarität
erzeugt werden. Die Ionisierungs-Elektrodenmodule umfassen jeweils eine
Vielzahl gedruckter Leiterplatten, auf denen Signalbahnen vorgesehen
sind, die ionisierende Elektroden oder Stifte aufweisen, die sich
von diesen erstrecken. Die Vielzahl gedruckter Leiterplatten sind
elektrisch miteinander mittels leitender Stäbe oder Röhren gekoppelt, die vorzugsweise
nahe an den Bahnen auf den Leiterplatten angeordnet sind und an verschiedenen
Stellen entlang der Bahnen gelötet sind.
Die Ionisierungs-Elektrodenmodule
auf jeder Seite des Gehäuses
sind mit entgegengesetzten Winkeln zueinander angeordnet und seitlich
voneinander derart versetzt, daß die
Ionisierungs-Elektroden
oder -Stifte, die sich von einer Seite her erstrecken, zwischen
den Ionisierungs-Elektroden oder -Stiften angeordnet sind, die sich
von der gegenüberliegenden
Seite her erstrecken, wobei die Spitzen der Stifte im wesentlichen
entlang einer gemeinsamen linearen Mittelachse bzw. zentralen Achse
ausgerichtet sind.
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Jeder
Ionisierungs-Stabaufbau läßt sich
vorzugsweise in zwei Endblöcke
einschieben, die an entgegengesetzten Enden des Stabaufbaus angeordnet
sind. Jeder Endblock umfaßt
eine Vertiefung, in der zwei Stifte vorgesehen sind und die zwei
Sockelverbinder aufweist, welche mit den Stiften bei einem 90°-Winkel verbunden
sind und sich durch eine Basis hindurch in jeden der zwei Endblöcke erstrecken.
Die entgegengesetzten Enden jedes Stifts erstrecken sich horizontal
durch ein hinteres Ende des Endblocks hindurch. Die Stifte sind
vorgesehen, mit den leitenden Stäben
oder Röhren
in Eingriff zu kommen, wenn der Ionisierungs-Stabaufbau in der Vertiefung
der Endblocks angeordnet wird. Die Sockel sind eingerichtet, mit
einer Hochspannungsquelle entfernbar verbunden zu werden. Die entgegengesetzten
Enden jedes Stifts können
abschließend
sein oder mit einer Doppel-Verkabelung verbunden werden, um mehrere
Ionisierungs-Stabaufbauten miteinander zu verknüpfen. Mehrere Ionisierungs-Stabaufbauten
können
miteinander gekoppelt werden, um jede gewünschte Gesamtstablänge zu erreichen,
indem Ionisierungs-Stabaufbauten in einer Gliederketten-Konfiguration
hinzugefügt
oder entfernt werden. Die Endblocks erlauben es nicht nur, daß die Länge jedes
gewünschten
Ionisierungs-Stabs zur Verwendung in verschiedenen Systemen veränderlich
ist, sondern auch, daß Aufbauten
mit einer Hochspannungs-Stromquelle einfach verbunden oder von dieser
einfach entfernt werden, da die Hochspannungs-Stromquelle nicht
mit den Ionisierungs-Stabaufbauten fest verdrahtet ist.
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Die 1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht eines Ionisierungs-Stabaufbaus gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, umfaßt der Ionisierungs-Stabaufbau 1 ein längliches
steifes dielektrisches Gehäuse 11,
welches vorzugsweise aus Kunststoff oder jedem anderen elektrisch
isolierenden Material mittels einem beliebigen bekannten Extrusionsprozesses
hergestellt ist. Der Ionisierungs-Stabaufbau 1 umfaßt ferner zwei
identische Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b,
die an entgegengesetzten Seiten des dielektrischen Gehäuses 11 angeordnet
sind, sowie zwei identische Endblocks 15a und 15b,
die an entgegengesetzten Enden des di-elektrischen Gehäuses 11 angeordnet
sind.
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Die 2 zeigt
eine Querschnittsansicht des Ionisierungs-Stabaufbaus gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, hat das dielektrische
Gehäuse 11 zwei
symmetrische Schlitze 22a und 22b, die sich entlang
der Länge
des dielektrischen Gehäuses 11 erstrecken. Die
symmetrischen Schlitze 22a und 22b sind durch eine
isolierende Barriere 23 getrennt, die zwischen diesen angeordnet
ist, und die sich ebenfalls entlang der Länge des dielektrischen Gehäuses 11 erstreckt. Die
symmetrischen Schlitze 22a und 22b empfangen zwei
Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b,
die in die symmetrischen Schlitze 22a und 22b fest
eingefügt
sind und sich entlang der gesamten Länge jedes Schlitzes erstrecken.
Jedes Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodul 13a und 13b umfaßt eine
gedruckte Leiterplatten-Komponente 23a und 23b sowie
Ionisierungs-Elektroden 25, die sich von diesen erstrecken.
Die Komponenten 23a und 23b sind absolut identisch
und nur der Einfachheit halber mit zwei Bezugszeichen bezeichnet. Es
ist ersichtlich, daß eine
einzelne Leiterplatten-Komponente 23a oder 23b mehrere
Ionisierungs-Elektroden 25 aufweist, die sich von dieser entlang
der Länge
der Leiterplatten-Komponente 23a und 23b in regelmäßigen Intervallen
erstrecken.
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Die
Ionisierungs-Elektroden 25 haben die Form von sich verjüngenden
Stiften, die elektrisch mit den Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b verbunden
sind – d.h.
die Ionisierungs-Elektroden 25 sind vorzugsweise an die
Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b entlang
der Länge
der Module mit gleichen und regelmäßigen Abständen angelötet. Die spitzen Enden der
Ionisierungs-Elektroden 25 ragen durch die schmalen Schlitze 23a und 23b heraus,
welche sich entlang der Länge
des dielektrischen Gehäuses 11 erstrecken.
Die Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b sind
mit entgegengesetzten Winkeln zueinander angeordnet und derart voneinander
seitlich versetzt, daß die
Ionisierungs-Elektroden 25 des einen Moduls 13a auf
einer ersten Seite des Ionisierungs-Stabaufbaus 1 zwischen
den Elektroden 25 des gegenüberliegenden Moduls 13b auf
der entgegengesetzten Seite des Ionisierungs-Stabaufbaus 1 angeordnet
ist, wobei die Spitzen aller sich gegenüberstehenden Elektroden 25 im
wesentlichen entlang einer gemeinsamen linearen Achse ausgerichtet sind,
die parallel zu dem Ionisierungs-Stabaufbau verläuft.
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Vorzugsweise
sind die Elektroden 25 mit einem Winkel einander zugewandt,
so daß die
Spitzen der Ionisierungs-Elektroden 25 im wesentlichen
entlang einer gemeinsamen linearen Achse ausgerichtet sind, die
sich parallel zu der Mitte des Gehäuses erstreckt. Das Positionieren
der Ionisierungs-Elektroden bei einem Winkel, der vorzugsweise von
30° bis 120° reicht,
gegeneinander und durch im wesentlichen Ausrichten ihrer Spitzen
entlang einer geraden zentralen Achse bzw. Mittelachse hat zahlreiche
Vorteile gegenüber üblichen
Elektrodenausgestaltungen, in denen die Elektroden in einer Zeile
entlang der gleichen Ebene angeordnet sind. Zunächst hilft diese Anordnung,
die Intensität
des elektrischen Feldes zwischen den Emitterstiften zweier Elektroden entgegengesetzter
Polarität
zu maximieren, um die Ionisierungseffizienz zu erhöhen. Zweitens
trennt diese Anordnung die positiven und negativen Elektrodenmodule
auch physisch, wodurch der Abstand und Kriechentfernungen zwischen
den Leitern mit entgegengesetzter Polarität erhöht, und dadurch die Verläßlichkeit
der Einrichtung erhöht
wird.
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Das
dielektrische Gehäuse 11 und
die Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b können so
lang gemacht werden, wie es notwendig und praktisch ist. Beispielsweise
kann das dielektrische Gehäuse 11 auf
Vielfache von zehn Fuß (304,8
cm) oder länger
extrudiert werden und dann auf eine handhabbare Länge von
10–12
Fuß (304,8–365,76
cm) geschnitten werden. Obwohl es weiterhin möglich ist, lange Streifen der
Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b herzustellen,
ist dies nicht sehr praktisch. Dementsprechend werden die Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b der
Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b in
kleineren Längen
hergestellt, beispielsweise 12 Zoll (30,48 cm) oder ähnlich,
und mehrere Leiterplattenkomponenten werden miteinander verknüpft, wie
im weiteren hier beschrieben ist. In einer weiteren Ausführung dieser
Erfindung werden Hochspannungswiderstände mit hohen Werten in Serie
mit den Ionisierungs-Elektroden 25 geschaltet. Der Zweck dieser
Widerstände
ist, den Kurzschlußstrom über die
Elektroden aus Sicherheitsgründen
zu begrenzen, und die Corona-Entladung an den Ionisierungs-Elektroden 25 stabilisieren
zu können.
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Die 3A zeigt
eine Seitenansicht einer gedruckten Leiterplatten-Komponente 23a mit
Ionisierungs-Elektroden, die sich von dieser erstrecken, gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Die 3B zeigt
eine Nahansicht der Leiterplatten-Komponente 23a, um darzustellen,
wie eine einzelne gedruckte Leiterplatten-Komponente und sich von
dieser erstreckende Ionisierungs-Elektroden 25 miteinander
verbunden sind.
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Gemäß der 3A umfaßt die Leiterplatten-Komponente 23a einen
zweiseitigen Leiterplattenstreifen 33. Auf einer Seite
des gedruckten Leiterplattenstreifens 33 sind oberflächenmontierte
Widerstände 41 und
Elektroden 25 befestigt. Auf der entgegengesetzten Seite
des Leiterplattenstreifens 33 ist eine Busbahn 35 angeordnet.
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Bezugnehmend
auf 3B wird eine erste Seite des Leiterplattenstreifens 33 dargestellt,
wobei ein Schnitt die Busbahn 35 darstellt, die auf der
entgegengesetzten Seite des Leiterplattenstreifens angeordnet ist.
Wie dargestellt, umfaßt
die erste Seite des Leiterplattenstreifens 33 zahlreiche
kleinere Streifen 37, die senkrecht zu der Busbahn 35 angeordnet
sind und sich von der Busbahn 35 erstrecken. Diese kleineren
Bahnen 37 sind in gleichen und regelmäßigen Intervallen bzw. Abständen angeordnet, die
zwischen ½ Zoll
(1,27 cm) und 4 Zoll (10,16 cm) voneinander entlang der Busbahn 35 entfernt
sind, abhängig
von der gewünschten
Ionisierungsdichte entlang der Länge
des Stabs. Die kleineren Bahnen 37 sind auf der entgegengesetzten
Seite des Leiterplattenstreifens 33 mittels eines beschichteten Durchgangslochs
mit der Busbahn 35 verbunden. Die mit der Busbahn 35 verbundenen
kleineren Bahnen 37 sind mit ersten Enden 39a oberflächenmontierter
Widerstände 41 elektrisch
verbunden, die vorzugsweise auf der ersten Seite des Leiterplattenstreifens 33 angelötet sind.
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Wie
ferner in 3B dargestellt ist, verbinden
zusätzliche
schmale Bahnen 43 gegenüberliegende
Enden 39b der oberflächenmontierten
Widerstände 41 mit
einzelnen Elektrodenfeldern bzw. Elektrodenpads 45. Auf
der ersten Seite des Leiterplattenstreifens 33 sind Ionisierungs-Elektroden 25 an diese
Felder angelötet.
Auf diese Weise ist jede Ionisierungs-Elektrode 25 über einen
oberflächenmontierten
Widerstand 41 elektrisch mit der Busbahn 35 verbunden.
In einer bevorzugten Ausführung
sind die Ionisierungs-Elektroden 25 aus rostfreiem Stahl, Wolfram
oder einem anderen Material hergestellt. Die Elektroden 25 werden
mittels einer Maschine zu einer Spitze verjüngt. Alternativ kann die Spitze
verjüngt
werden, indem ein beliebiger elektrochemischer Ätzprozeß verwendet wird, der aus dem
Gebiet der Waferherstellung bekannt ist. Das elektrochemische Ätzen wird
zum Verjüngen
der Elektroden 25 bevorzugt, da dieser Prozeß eine glattere
Oberfläche liefert,
der den Ionenstrom über
die Zeit stabilisiert, und hilft, die Kontaminationsrate der Emitterspitze
zu verringern. Wenn die Elektroden 25 aus rostfreiem Stahl
oder aus Wolfram hergestellt sind, könnte es schwierig sein, diese
Metalle an die erste Seite des Leiterplattenstreifens 33 zu
löten.
Um dieses Problem zu lösen,
können
die Elektroden 25 elektrochemisch mit einer Nickel- oder
Goldschicht beschichtet werden. Das Beschichten der Elektroden 25 macht es
möglich,
die Elektroden an die Elektrodenfelder 45 auf der ersten
Seite des Leiterplattenstreifens 33 anzulöten. Bei
Anwendungen, die durch eine staubige, chemisch aggressive Umgebung
gekennzeichnet sind, können
für die
positiven und negativen Elektroden andere Beschichtungsmaterialien
verwendet werden. Beispielsweise können die negativen Ionisierungs-Elektroden
Emitterspitzen aufweisen, die mit Nickel beschichtet sind, und die
positiven Elektroden, die typischerweise einer Verschmutzung stärker ausgesetzt
sind, können
Emitterspitzen aufweisen, die mit Gold beschichtet sind.
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In
einer bevorzugten Ausführung
sind zahlreiche gedruckten Leiterplatten-Komponenten 23 miteinander
verbunden, um ein einzelnes Hochspannungs-Ionisierungs-Elektroden-modul 13a und 13b auszubilden.
Die Leiterplatten-Komponenten
sind in einer Reihe angeordnet, wobei die Busbahnen auf jeder einzelnen
Leiterplatten-Komponente 23 innerhalb des dielektrischen
Gehäuses 11 mit
ihren Enden aneinander stoßen.
Bezugnehmend auf 2, in der eine Schnittansicht
des Ionisierungs-Stabaufbaus dargestellt ist, hat das dielektrische
Gehäuse 11 zwei symmetrische
Detailelemente 27a und 27b, welche das Gehäuse 11 verlängern können. Innerhalb
der Detailelemente 27a und 27b sind leitende Stäbe 29a und 29b oder
Teilstücke
aus Kupfer- oder Messingröhren
angeordnet. Diese leitenden Stäbe 29a und 29b sind
auf jeder der Leiterplattenstreifen 33 der Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b in
engen Kontakt mit den Busbahnen 35 positioniert. Dementsprechend
sind zahlreiche Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b durch
das Ineinandergreifen der auf jedem Leiterplattenstreifen 33 vorliegenden
Busbahnen 35 elektrisch mit den leitenden Stäben 29a und 29b verbunden.
Um eine verläßliche Verbindung
der leitenden Stäbe 29a und 29b mit
den Busbahnen 35 zu gewährleisten,
können
die leitenden Stäbe 29a und 29b an
die Busbahnen 35 an regelmäßigen Abständen entlang jeder Leiterplatten-Komponente 23a und 23b angelötet sein.
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Nachdem
die Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b sicher
in die Schlitze 22a und 22b innerhalb des dielektrischen Gehäuses 11 sicher
eingefügt
sind, schließen
sich die Außenwände 21 des
Gehäuses 11 über den Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodulen 13a und 13b,
wodurch die Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b innerhalb
des Gehäuses 11 arretiert werden
und die Schlitze 22a und 22b im wesentlichen auf
den Durchmesser der Ionisierungs-Elektroden 25 verengt
werden, die sich von den Leiterplatten-Komponenten 23a und 23b nach
außen
erstrecken. Nachdem die Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b in
ihre jeweiligen Schlitze 22a und 22b eingefügt sind,
werden die Schlitze mit einer isolierenden Abdichtung (nicht dargestellt)
gefüllt,
um zu verhindern, daß industrieller Schmutz
und Rückstände in den
Ionisierungs-Stabaufbau 1 eindringen. In einer bevorzugten
Ausführung
wird als isolierende Dichtungsmasse Klebstoff verwendet, der bei
Raumtemperatur aushärtet,
oder Klebstoff, der mittels Hitze oder Licht aushärtet.
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Es
ist zu bemerken, daß der
Ionisierungs-Stabaufbau 1 in einer langen Standardlänge von
einigen Fuß hergestellt
werden kann. Der Ionisierungs-Stabaufbau kann in jede gewünschte Länge zerschnitten
werden, sobald dieser einmal zusammengesetzt ist. Die 4 zeigt
die bevorzugten Stellen, an denen der Ionisierungs-Stabaufbau 1 in
kürzere
Längen
geschnitten werden kann. Die Stellen, an denen der Ionisierungs-Stabteilaufbau
zweckmäßiger Weise
geschnitten werden könnte,
sind durch die Bezugszeichen 48a bis 48i gekennzeichnet.
Diese Stellen wiederholen sich vorzugsweise in Schritten, die gleich
der Entfernung zwischen benachbarten Ionisierungs-Elektroden in
dem Elektrodenmodul auf einer Seite des Stabs liegen, um zu gewährleisten,
daß immer
eine gleiche Zahl positiver und negativer Elektrodenpaare vorgesehen
ist. Diese Schnitte werden genau in der Mitte zwischen den benachbarten
ionisierenden Elektroden auf beiden Seiten des Ionisierungs-Stabaufbaus 1 an
Stellen ausgeführt,
an denen keine oberflächenmontierte
Widerstände
vorliegen.
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Wiederum
bezugnehmend auf den in der 1 dargestellten
Ionisierungs-Stabaufbau 1 wird, nachdem
der Stab auf eine gewünschte
Länge geschnitten
ist, der Zusammenbau des Stabs vervollständigt, indem zwei identische
Endblöcke 15a und 15b auf
jede Seite der geschnittenen Anordnung angeordnet werden. Die Endblocks 15a und 15b schließen die
Busbahnen 35 auf den Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodulen 15a und 15b sicher
ab und isolieren die Enden der leitenden Stäbe 29a und 29b.
Die Endblöcke 15a und 15b sehen
ferner eine zuverlässige
elektrische Verbindung einer Hochspannungs-Stromversorgung mit den
Busbahnen 35 der Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b durch
die geschlitzten Stabaufbauten hindurch vor, die in den Endblöcken 15a und 15b enthalten
sind. Schließlich
erleichtern die Endblöcke 15a und 15b die
mechanische Befestigung des Ionisierungs-Stabaufbaus 1 mit
der Produktionsausrüstung,
in welcher der Stab installiert und verwendet wird.
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5A zeigt
eine isometrische Ansicht eines Endblocks 51, der in einer
bevorzugten Ausführung
des Ionisierungs-Stabaufbaus der vorliegenden Erfindung verwendet
wird. Der Endblock 51 kann aus dielektrischen Polymermaterialien,
beispielsweise ABS, PVC oder jedes andere bekannte dielektrische Polymer,
geformt werden. Der Endblock 51 umfaßt eine Vertiefung 53 in
der Form des Querschnitts des dielektrischen Gehäuses 11, so daß die Enden
des Gehäuses
in die Vertiefung 53 gleiten, die in jedem der zwei Endblöcke 51 vorgesehen
ist. Der Endblock 51 umfaßt ferner zwei Stiftverbindungsaufbauten 55, die
in eine Rückseite
des Endblocks 51 entweder hineingeschmolzen oder eingefügt werden
können. Die
Stiftverbindungsaufbauten 55 greifen in die leitenden Stäbe 29a und 29b ein
(d.h. die geschlitzten Stifte 56 werden in die Kupferröhren sicher
eingefügt),
wenn das Gehäuse 11 in
die Vertiefung gleitet bzw. geschoben wird, wodurch die Stiftverbindungs-Aufbauten 55 mit
den Busbahnen 35 der Hochspannungs-Ionisierungs-Elektrodenmodule 13a und 13b elektrisch
verbunden werden.
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Die 5B zeigt
eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endblocks 51, der
in einer bevorzugten Ausführung
des Ionisierungs-Stabaufbaus der vorliegenden Erfindung verwendet
wird. Wie dargestellt, sind die Stiftverbindungs-Aufbauten 55 vorzugsweise geschlitzte
Stifte und Sockelaufbauten, die einen geschlitzten Stift 56 umfassen,
der in die Metallröhre (d.h.
der leitende Stab 29a) fest eingeführt werden, während sich
der Sockel 59 vertikal nach oben durch den Endblock 51 erstreckt,
wenn der Endblock 51 mit dem Ende des Ionisierungs-Stabaufbaus 1 befestigt ist.
Auch die Sockel 59 sind über Löcher oder Öffnungen zugreifbar, die in
die Endblöcke 51 geschmolzen sind.
In einer bevorzugten Ausführung
ist der Endblock 51 in Form zweier einzelnen Abschnitte
ausgelegt, einem stabseitigen Abschnitt 60 (an dem die Vertiefung
vorgesehen ist) und einem befestigungsseitigen Abschnitt 62 (an
dem der Stab mit der Vorrichtung oder mit einem anderen Stab mittels
Verkabelung verbunden werden kann, wie im weiteren beschrieben ist).
Die zwei Abschnitte sind teleskopisch ineinander verschiebbar und
sind mittels Epoxy oder eines anderen Klebemittels miteinander gesichert.
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Eine
Hochspannungsquelle kann direkt über die
Sockel 59 mit dem Ionisierungs-Stabaufbau 1 verbunden werden,
oder kann über
ein Kabel mit dem Ionisierungs-Stabaufbau 1 verbunden
werden, das zwischen der Stromversorgung und den Sockeln 59 in
dem Endblock 51 angeschlossen ist. Wenn eine Verkabelung
verwendet wird, hat das Kabel vorzugsweise an jedem Ende Kabelstecker,
um mit dem Sockel 59 eine Verbindung herzustellen. Die 6 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines
Kabelsteckers 61, an dem ein Kabel angeschlossen ist, das
verwendet werden kann, um eine Hochspannungs-Stromversorgung mit
dem Ionisierungs-Stabaufbau zu verbinden. Wie dargestellt, besteht
der Kabelstecker 61 aus einer Basis 63 und einer
Abdeckung 65, die als zwei aus Kunststoff geformte Teile
ausgebildet sind. Innerhalb der Basis sind zwei Sockelverbinder 67a und 67b in
zwei Löcher
eingeführt.
Die Sockel in dem Kabelstecker 61 sind mit den Sockeln 59 in
den Endblöcken 51 identisch,
wobei der Abstand zwischen den Sockeln in beiden Komponenten identisch
ist. Die zwei Kabel 69a und 69b sind auf die gewünschte Länge zugeschnitten,
wobei deren Enden abisoliert sind. Der Mittelleiter jedes Kabels 69a und 69b wird in
ein Durchgangsloch 71 eingeführt, das an dem äußeren Ende
des jeweiligen Sockels ausgebildet ist, und wird dann mit einer
Einstellschraube 72 gesichert. Die Basis des Kabelsteckers
und der Abdeckung werden mit zwei der Basisseite zugehörigen selbstschneidenden
Schrauben des Aufbaus zusammengefügt.
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In
einer alternativen Ausführung
können
die Sockelverbinder auf den Endblöcken 51 in männliche Stecker
umgewandelt werden, indem Doppelenden-Stiftaufbauten verwendet werden.
Die 7 zeigt einen Doppelenden-Stiftaufbau 73,
der verwendet werden kann, um die in den Endblöcken 51 vorliegenden
weiblichen Sockelverbinder in männliche Stiftverbinder
umzuändern.
Ein erstes Ende 75 des Doppelenden-Stifts 73 hat
maschinell hergestellte bzw. gefräste Rinne 77. Ein
zweites und entgegengesetztes Ende 79 des Doppelenden-Stifts 73 ist
vorzugsweise glatt. Eine aus einem elastischen Material hergestellte
Durchführungsdichtung
bzw. Hülse 81 ist um
den mittleren Abschnitt des Doppelenden-Stifts 73 herum
befestigend angelegt. In einer bevorzugten Ausführung sind die in den Endblöcken 51 verwendeten
Sockel jeweils mit einem Kontakt ausgerüstet, beispielsweise ein #08-Kontakt,
der von der Mill-Max Mfg. Corp. hergestellt wird, und der in den
Zylinder des Sockels eingepreßt
ist. Die gefräste
Rinne 77, die an dem ersten Ende des Doppelenden-Stifts 73 angeordnet
ist, ist ausgebildet, durch den Kontakt hindurch zu gleiten, wenn
sie in die Sockel eingreift, welche in dem Endblock 51 vorgesehen
sind. Die Finger des Kontakts greifen in die gefräste Rinne 77 ein
und verhindern, daß der
Doppelenden-Stift leicht aus dem Sockel entfernt werden kann, der
in dem Endblock 51 vorgesehen ist. Wenn das gefräste Ende 75 des
Doppelenden-Stifts 73 in den Sockel eingreift, kann dieses
mit einer Kraft von bis zu 20 Pfund belastet werden, ohne daß es sich
löst, um
so eine ausfallsichere Verbindung zu gewährleisten. Das zweite und entgegengesetzte
Ende 79 des Doppelenden-Stifts 73 hat eine glatte
Oberfläche,
die vorzugsweise mit dem Kabelstecker einer Hochspannungs-Stromversorgung oder
eines Verlängerungskabels
angekoppelt wird.
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Die 8 zeigt
Doppelenden-Stifte 73, die zwischen einem Endblock 51 eines
Ionisierungsstabs und einem Kabelstecker 61 eingreifen,
der mit einer Hochspannungs-Stromversorgung
verbunden ist, um den Ionisierungs-Stabaufbau 1 mit Leistung zu
versorgen. Wie dargestellt, weist der Endblock 51 zwei
Sockel 59 auf, wobei der Kabelstecker ebenfalls zwei Sockel 67 umfaßt. Die
Doppelenden-Stifte 73 werden in den Endblock 51 des
Ionisierungs-Stabs eingeführt,
wobei in diesem mit Rinnen ausgestattete Enden vorgesehen sind.
Die Finger des Kontakts 83 gestatten das Hindurchführen des
mit Rinnen ausgestatteten Endes 75. Jedoch werden die Doppelenden-Stifte 73 durch
die Finger des Kontakts 83, die in die Rinne 77 greifen,
sicher am Ort gehalten, und verhindern das Herausziehen des Stifts.
Daher wird in der dargestellten Konfiguration der Endblock des Stabs
zu einem männlichen
Verbindungselement. Der Sockel 67 des Kabelsteckers 63 nimmt
das glatte Ende 79 des Doppelenden-Stifts 73 auf.
Die Abzugskraft des eingeführten
Stifts mit glatten Enden ist gering, und bei der Trennung des Kabelsteckers
von dem Endblock 51 des Ionisierungs-Stabaufbaus 1 verbleiben
die Doppelenden-Stifte 73 gesichert in dem Endblock 51.
In anderen Worten verbleibt der Kabelstecker als weibliches Verbindungselement. Als
Ergebnis kann der Kabelstecker, der die Hochspannungskabel mit dem
Ionisierungs-Stab verbindet, keine herausragenden Hochspannungsstifte
aufweisen, wenn der Kabelstecker von dem Ionisierungs-Stabaufbau 1 abgetrennt
ist. Dadurch wird eine zusätzliche
Sicherheitsmaßnahme
vorgesehen, und das Verbinden bzw. Trennen des Ionisierungs-Stabs
von dem Anwendungssystem wird einfacher und sicherer. Die Durchführungsdichtung 61 wird über den
mittleren Abschnitt der Doppelenden-Stifte 73 angeordnet
und greift in die Schnittstelle zwischen dem Endblock 51 und
dem Verbindungsstecker ein und dichtet diese ab. In einer bevorzugten Ausführung werden
die zwei Teile durch einen Kunststoff-Einschnappverbinder 90 mechanisch
zusammengehalten.
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Gemäß der 9 hat der Ionisierungs-Stabaufbau der
vorliegenden Erfindung zahlreiche Vorteile. Zunächst kann eine entfernbare
Stromversorgung 92 mit Ausgangssockeln direkt mit einem
der Endblöcke 93 des
Ionisierungs-Stabs 1a verbunden werden, wobei Doppelenden-Stifte
zwischen den in dem Endblock 93 vorgesehenen Sockeln und
der Hochspannungs-Stromversorgung 92 gekoppelt sind, um
die entfernbare Stromversorgung 92 mit dem Endblock 93 sicher
zu befestigen. Der gegenüberliegende
Endblock 94 kann an dem Endblock 94 mit Sockeln
abgeschlossen werden, ohne daß in
diesen Doppelenden-Stifte eingeführt
werden. Diese Konfiguration ist in der 9a dargestellt.
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Alternativ
kann die Hochspannungs-Stromversorgung 92 mit Ausgangssockeln
direkt mit einem der Endblöcke 93 des
Ionisierungs-Stabs 1a verbunden werden, wobei die Doppelenden-Stifte
zwischen den in dem Endblock 93 vorgesehenen Sockeln und der
Hochspannungs-Stromversorgung 92 verbunden sind. Der zweite
Endblock 94, der an einem entgegengesetzten Ende des Ionisierungs-Stabs 1a angeordnet
ist, schließt
die Verbindungssockel aus Sicherheitsgründen immer ab. Ein Kabelstecker 95 eines
Verlängerungskabels 96 kann
an dem Endblock 94 verwendet werden, um einen zweiten Ionisierungs-Stabaufbau 1b mit
dem ersten Ionisierungs-Stabaufbau 1a zu verbinden. Der
Kabelstecker 95 weist Stifte auf. Ein Kabelstecker 97 weist
Sockel auf, welche die Stifte in dem Endblock 98 des zweiten Stabs 1b kontaktieren
würden.
Ein Verlängerungskabel
hat, ähnlich
wie ein Stab am offenen, mit Energie versorgten Ende immer Sockel
auf. Ein gegenüberliegender
Endblock 99 in dem zweiten Ionisierungs-Stabaufbau 1b schließt an dem
Endblock 99 mit Sockeln ab, ohne daß in diesen Doppelenden-Stifte
eingeführt
werden. Diese Konfiguration ist in der 9b dargestellt.
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Schließlich kann
eine Hochspannungs-Stromversorgung 92 mit Ausgangssockeln
an einen ersten Kabelstecker 101 an einem ersten Ende eines
ersten Verlängerungskabels 102 angeschlossen
werden. Der erste Kabelstecker 101 hat Doppelenden-Stifte,
die in seine Sockel eingeführt
werden, wobei die mit Rinnen ausgestatteten Enden innen liegen,
um den ersten Kabelstecker 101 sicher an die Stromversorgung 92 zu
befestigen. Ein zweiter Kabelstecker 103, der an dem entgegengesetzten
Ende des ersten Verlängerungskabels 102 angeordnet
ist, weist vorzugsweise Ausgangssockel auf. Der zweite Kabelstecker 103 ist
an einem ersten Endblock 93 eines ersten Ionisierungs-Stabs 1a angeschlossen, wobei
der erste Endblock 93 vorzugsweise Doppelenden-Stifte aufweist,
die in seinen Sockel eingesteckt sind, wobei die mit Rinnen ausgestatteten
Enden innen liegen. Der erste Kabelstecker 95 des zweiten
Verlängerungskabels 96 ist
mit dem zweiten Endblock 94 des ersten Ionisierungs-Stabs 1a verbunden,
der an dem entgegengesetzten Ende des Ionisierungs-Stabs 1a angeordnet
ist. Der zweite Kabelstecker 97 an dem anderen Ende des
zweiten Verlängerungskabels 96 ist
mit dem ersten Endblock 98 des zweiten Ionisierungs-Stabs 1b verbunden.
Der entgegengesetzte Endblock 99 des zweiten Ionisierungs-Stabs 1b ist
mit Ausgangssockeln abgeschlossen. Diese Konfiguration ist in der 9c dargestellt.
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Aus
der oben stehenden Beschreibung ergibt sich, daß die hier offenbarte Erfindung
einen neuen und vorteilhaften Ionisierungs-Stabaufbau sowie ein
Verfahren zur Herstellung desselben vorsieht. Die vorangegangene
Erörterung
offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Verfahren und Ausführungen
der vorliegenden Erfindung. Für
den Fachmann ist ersichtlich, daß die Erfindung in anderen spezifischen
Ausbildungen ausgeführt
werden kann, ohne von wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen.
Dementsprechend soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung
lediglich darstellend sein und den Bereich der Erfindung nicht beschränken, der
in den folgenden Ansprüchen
ausgeführt
ist.