DE60130403T2 - Vorrichtung zur Beseitigung statischer Ladung mittels gleichstrompolarisierter Korona mit erweitertem Aufbau - Google Patents

Vorrichtung zur Beseitigung statischer Ladung mittels gleichstrompolarisierter Korona mit erweitertem Aufbau Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung fällt in die Technologie- und Verfahrensklasse, in der gasgetragene Ladungsträger verwendet werden, um ein Ladungsungleichgewicht auf Isolationsmaterialien und nicht geerdeten Leitern zu neutralisieren. Die Verfahren werden in der allgemeinen Industrie zur Beseitigung statischer Ladung zur Verringerung gefährlicher oder störender statischer Entladungen und zum Verbessern des Betriebs und der Sauberkeit von Verfahren angewandt.
  • Vorrichtungen zur Beseitigung elektrostatischer Ladung werden in vielen Industriezweigen verwendet, um asymmetrische Ladungen auf Isolationsmaterialien und nicht geerdeten Leitern zu steuern. 1 zeigt ein Beispiel eines Systems des Standes der Technik zur Beseitigung statischer Ladung, das die Koronaionisatoren 1 positiver und negativer Polarität, ihre Umgebung 10 und ein Target 11 aufweist. Wenn die Ionisatoren 1 vom Target 11 entfernt liegen, wird ein Gasfluss 7 verwendet, um die Produkte der Ionisation zum Target zu transportieren. Die Koronaionisatoren 1 können separate DC- oder gepulste DC-Emitter oder einzelne Emitter mit Wechselpotential sein, um die Korona positiver und negativer Polarität rechtzeitig zu trennen.
  • Die Zusammensetzung von Ionen von einem typischen Ionisator ist sehr komplex und noch lange nicht verstanden. Viele Arten sind von kurzer Lebensdauer und häufig in hohem Maße reaktiv. Die meisten Ionenarten, die in der Literatur behandelt werden, werden im Zwischenraum zwischen Elektroden angetroffen, nachdem die Ionenmolekülreaktionen Zeit hatten, sich zu entwickeln. Die Ionen und ihre Verteilung sind auch abhängig von der Betriebsart der Korona (d.h. glimmen oder gepulst), die für die Elektrodengeometrie, das Gas und das Potential aktiv ist.
  • Die Erforschung der Träger, die von einer Korona durch den Gasfluss mitgenommen werden, steckt noch in den Kinderschuhen. Es wird indes klar, dass nur etwa 0,1% der Träger, die in einer Korona erzeugt werden, mitgenommen werden, und dass die Steuerung dieser Träger nicht durch eine triviale Einstellung positiver und negativer Koronaströme erreicht werden kann.
  • Herkömmliche Vorrichtungen zur Beseitigung von Ladung erzeugen gasgetragene Ladungsträger positiver und negativer Polarität, derart, dass die Ladung, die zur Beseitigung statischer Ladung erforderlich ist, vom Gas zu den geladenen Gegenständen angezogen wird. Die Ausrüstung umfasst Düsen, Gebläse und Raumionisationssysteme, in denen geladene Träger von der elektrischen Korona zu Gegenständen transportiert werden, die zu neutralisieren sind. Andere Ionisatoren werden einfach in Kammern angeordnet, in denen der Gasumlauf die Ladungsträger zu elektrostatisch geladenen Gegenständen transportiert oder es werden statische Entlader mit Luftmessern oder Schläuchen versehen, die mit einer Reihe von Öffnungen perforiert sind. Die Koronaionisatoren können aus separaten Ladungsträgergeneratoren positiver oder negativer Polarität für (kontinuierliche oder gepulste) Gleichstromionisation bestehen. Alternativ können die Ionisatoren einzelne Emitter oder Reihen von diesen Emittern sein, die bei wechselnder Polarität betrieben werden.
  • Eine bekannte Schwäche herkömmlicher Ionisatoren ist, dass sie in Stickstoff-, Wasserstoff- und Edelgas-(Inertgas-)Umgebungen keine guten Leistungen bringen, da die Steuerung dort, wo die Gase nicht elektronenanlagernd sind, schwierig ist. Diese Ionisatoren verwenden auch Koronaelektroden mit zwei separaten Polaritäten oder wechselnder Polarität.
  • Stickstoff wird in vielen Industriezweigen für Inertverfahren verwendet und kann Bereiche reinigen, die durch die Verdampfung von Flüssigstickstoff gekühlt werden. In den letzten Jahren wurden Vorrichtungen zum Beseitigen statischer Ladung zur Verwendung in Stickstoffumgebungen erforscht, die nukleare (Radioisotop-), Ultraviolett-, weiche Röntgenstrahlen-, und Koronaentladungsionisatoren verwenden. Stickstoff, Wasserstoff und Edelgase stellen die Vorrichtungen zur Beseitigung elektrostatischer Ladung vor besondere Probleme, da die negativen Träger, die in der negativen Koronaentladung gebildet werden, freie Elektronen sind und diese sich nicht ohne weiteres an atomare oder molekulare Stickstoffarten binden. In industriellen Anwendungen, wo die Verunreinigung nicht immer gut gesteuert wird, wird etwas Anlagerung von Elektronen vorliegen und die effektiven Beweglichkeiten der negativen Träger und der Koronastrom negativer Polarität können ohne bedeutsame Wirkung auf die Trägermitnahme und deren Steuerung über große Bereiche variieren. Die Beweglichkeitswirkung wird auch durch die Temperatur beeinflusst.
  • In der internationalen PCT-Anmeldung WO 01/09999 mit dem Titel „IONIZER FOR STATIC ELIMINATION IN VARIABLE ION MOBILITY ENVIRONMENTS", mit Bezug auf die Vereinigten Staaten nun die US-Patentanmeldung 09/762,521, die durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird, wird symmetrische Beseitigung statischer Ladung in Umgebungen mit variabler Ionenbeweglichkeit unter Verwendung von Koronaemittern positiver und negativer Polarität erreicht. Die Symmetrie ist indes in hochreinem Stickstoff und bei niedrigen Temperaturen, wo die Erzeugung positiver Träger bei stärkeren elektrischen Feldern erfolgen muss, wo das Verhältnis von Emitterströmen positiver Polarität zu Emitterströmen negativer Polarität 1000 zu 1 übertreffen kann, schwerer zu steuern.
  • Jede der alternativen Technologien (nuklear, UV, Röntgenstrahlen) erzeugt in Stickstoff positive und freie Elektronenpaare. Die Symmetrie dieser Ionisatoren kann in Luft, geschweige denn in Stickstoffgas und über den Temperaturbereich von Interesse (d.h. 200 Kelvin bis 450 Kelvin) indes nicht leicht gesteuert werden. Auch können die alternativen Ionisatoren zu Strahlenrisiken am Arbeitsplatz führen. Röntgenstrahlen-, radioaktive und UV-Ionisatoren bergen Strahlenrisiken in der Umgebung und müssen zur Verwendung in kommerziellen Anwendungen typischerweise amtlich genehmigt oder abgeschirmt werden. Andererseits muss der elektrische Ionisator des Koronatyps nicht als Quelle ionisierender Strahlung amtlich genehmig werden und arbeitet über seine gesamte Nutzungsdauer in der begrenzten Strombetriebsart. Die Leistung des elektrischen Ionisators des Koronatyps nimmt nicht mit der Zeit ab, wie dies zumindest beim radioaktiven Ionisator der Fall ist. Daher wird der elektrische Ionisator bevorzugt, wenn seine Symmetrie gesteuert werden kann.
  • Zur Verwendung in industriellen Umgebungen wurden viele Vorrichtungen zur Beseitigung statischer Ladung vorgeschlagen. Einige haben beansprucht, in Stickstoffumgebungen nützlich zu sein. Die US-Patentschrift 5,883,934 (Umeda) beschreibt, dass das Ungleichgewicht bei den von Ionisatoren mitgenommenen Trägern auf durch eine DC-Vorspannung ins Gleichgewicht gebrachte UV-Ionisatorstrahlung basieren kann. Das gleiche gilt für Ionisatoren, die auf Koronaionisatoraktivität und anderen Formen ionisierender Strahlung gründen, wie UV- und radioaktive Ionisatoren, die Trägerpaare erzeugen. Umeda erkennt indes nicht die Bedeutung der Trägerbeweglichkeit beim Bewerkstelligen von Symmetrie in Gasen, wie Stickstoff bei niedriger Temperatur. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Symmetrie dieses Ionisators in einer nicht elektronenanlagernden Umgebung durch das in der Patentschrift vorgeschlagene Verfahren gesteuert werden kann.
  • Wenn Koronaemitter positiver und negativer Polarität als die Koronaquelle verwendet werden, kann Symmetrie durch Einstellen der Potentiale an den Emittern erreicht werden. Das Verhältnis von Strömen von diesen Emittern wird in 6 des Standes der Technik für Gase bei 213 Kelvin und 300 Kelvin gezeigt. Die Schwierigkeit bei der Anordnung der Ionisatoren des Standes der Technik, wie denjenigen, die in WO 01/09999 erörtert werden, ist, dass der Steuerungspunkt (Restpotential = 0) bei hohen Stromverhältnissen erreicht oder bei niedrigsten Temperaturen überhaupt nicht erreicht wird. Das Verhältnis von Strömen, die erforderlich sind, um Symmetrie in Stickstoff zu erreichen, wird in 7 als eine Funktion der Temperatur gezeigt. Das in WO 01/09999 beschriebene Verfahren erreicht die Symmetrie durch Betreiben des negativen Emitters bei einem Zustand mit hohem (begrenztem) Strom und Hinzufügen von Koronastrom positiver Polarität, wie erforderlich, um den Ionisator auszugleichen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung geht von der herkömmlichen Technologie aus, indem sie auf einer Korona mit einer einzigen Polarität beruht, um gleichzeitig sowohl positive als auch negative Träger zu erzeugen und diese Ionisation unter Verwendung einer koronafreien DC-Vorspannungselektrode auszugleichen, um unerwünschte Träger zu entfernen. Die Erfindung wird am besten zur Verwendung mit einer Korona negativer Polarität in der Praxis angewendet. Die Korona negativer Polarität umfasst allgemein eine erweiterte Koronastruktur, die den Kontakt zwischen positiven und negativen Ionen und den Gasfluss verbessert, und insbesondere zur Verwendung in Stickstoff-, Wasserstoff- und Inertgasumgebungen geeignet ist, wo eine begrenzte Starkstromentladung vorliegt. Die Wahl der Polarität der Koronaelektrode wird durch die höhere Beweglichkeit der negativen Träger und ihren relativen Überfluss in der Koronaquelle bestimmt.
  • Für elektrische Ionisatoren in Luft wurden viele Ausgleichs- und Selbstausgleichsschaltungen entwickelt, aber wenige wurden zur Verwendung in Umgebungen mit variabler Ionenbeweglichkeit konstruiert. Die vorliegende Erfindung bietet eine Verbesserung gegenüber bestehenden Ausgleichsschaltungen in Stickstoffumgebungen, wie in der internationalen PCT-Veröffentlichung WO 00/38484 mit dem Titel „GAS-PURGED IONIZERS AND METHODS OF ACHIEVING STATIC NEUTRALIZATION THEREOF" beschrieben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ausgleichsschaltungen, die auf Koronasystemen mit zwei Polaritäten beruhen, wird eine (negative) Korona mit einer einzigen Polarität unter Verwendung eines passiven (koronafreien) Steuerelements gesteuert. Die komplizierte Interaktion von zwei Koronasystemen, die separat wechselnde Koronabetriebsarten (Morphologie) aufweisen könnten, wird dadurch vermieden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGSANSICHTEN
  • Die vorhergehende Kurzdarstellung sowie die folgende ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden bei der Lektüre im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden. Zum Zweck der bildlichen Darstellung der Erfindung werden in den Zeichnungen Ausführungsformen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt werden. Es versteht sich indes, dass die Erfindung nicht genau auf die gezeigten Anordnungen und Vorrichtungen beschränkt ist.
  • Es zeigen:
  • 1 eine bildliche Darstellung der allgemeinen Anordnung eines elektrischen Ionisators des Standes der Technik;
  • 2 einen Ionisator gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Punkt-zu-Ebene-Elektrodengeometrie;
  • 3 eine Schnittansicht eines Ionisators gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Elektrodengeometrie, die aus einer Nadel in einem Schlauch besteht;
  • 4 eine Seitenansicht eines Ionisators gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Elektrodengeometrie, die aus einer Nadel in einem Schlauch besteht;
  • 5 ein Funktionsschema der Energiesteuerungen für den elektrischen Ionisator der vorliegenden Erfindung;
  • 6 einen Graph, der die Symmetriesteuerungskurven veranschaulicht, wenn positive und negative Koronaemitter bei 213 Kelvin und 300 Kelvin als die Koronaquelle verwendet werden;
  • 7 einen Graph, der das Verhältnis von Emitterströmen zeigt, die für symmetrische Ionisation in Stickstoff als eine Funktion von Temperatur von 200 Kelvin bis 400 Kelvin erforderlich sind;
  • 8 einen Graph, der veranschaulicht, dass eine negative Korona bei 433 Kelvin einen größeren Einfluss auf eine Targetsymmetrie in Luft aufweist;
  • 9 einen Graph, der veranschaulicht, dass ein Potential auf einer Sphäre dem mitgenommenen Strom in Stickstoff bei 300 Kelvin und 433 Kelvin keine Träger hinzufügt; und
  • 10 einen Graph, der veranschaulicht, dass ein Potential auf einer Sphäre dem mitgenommenen Strom in Stickstoff bei 300 Kelvin keine Träger hinzufügt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • I. ÜBERSICHT DER VORLIEGENEN ERFINDUNG
  • 2 zeigt einen Ionisator 27 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Ionisator 27 erzeugt eine Koronastromverteilung, die einen symmetrischen Fluss von positiven 8 und negativen 9 Ionen in einer gasförmigen Umgebung 29 mit variabler Ionenbeweglichkeit aufweist. Der ausgeglichene Fluss positiver und negativer Ionen wird auf einen Arbeitsbereich 14 oder ein Target 15 gerichtet, der/das in der gasförmigen Umgebung 29 und stromab des Ionisators 27 angeordnet ist. Der Ionisator 27 weist eine Koronaelektrode 20 negativer Polarität, eine Gegenelektrode 26 mit einer Ionenkollektorfläche; und eine koronafreie DC-Vorspannungselektrode 23 positiver Polarität auf. Der Ionisator 27 weist auch eine Steuerschaltung 41 auf, die in 5 gezeigt wird, und die den Ausgang der Koronaelektrode 20 als eine strombegrenzte Entladung steuert, um zu bewirken, dass ein symmetrischer Fluss positiver und negativer Ionen aus dem Ionisator 27 emittiert und auf den Arbeitsbereich 14 oder das Target 15 gerichtet wird, wodurch im Arbeitsbereich 14 oder Target 15 eine statikfreie Umgebung erzeugt wird. Der Ionisator 27 kann auch eine Steuerschaltung 41 aufweisen, die das Potential auf der koronafreien Elektrode 23 steuert.
  • Der Ionisator 27 kann auch eine Koronalektrode 20 aufweisen, die eine erweiterte Koronastruktur ist, wodurch der Kontakt zwischen positiven und negativen Ionen und dem Gasfluss verbessert wird. Ladungsträger positiver und negativer Polarität werden durch den Gasfluss durch die Strombegrenzungsentladung negativer Polarität mitgenommen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, die in 2 veranschaulicht ist, ist die koronafreie Elektrode 23 sphärisch geformt. Andere Formen, wie ein Draht oder Zylinder, dessen Durchmesser ausreicht, um eine Korona zu verhindern (wo die Krümmung der Fläche ausreichend groß ist, um eine Korona zu verhindern), liegen indes innerhalb des Umfangs der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform des Ionisators 27, in der die Koronaelektrode 20 in einer Punktgeometrie angeordnet ist, die Gegenelektrode 26 in einer ebenen Geometrie angeordnet ist, und die koronafreie Elektrode 23 in einer Punktgeometrie auf der der Koronaelektrode 20 gegenüberliegenden Seite der Gegenelektrode 26 angeordnet ist.
  • 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Ionisators 27, wobei es sich bei der Koronaelektrode 30 um eine Nadelelektrode handelt, die Gegenelektrode 36 in einer Ring- oder Schlauchgeometrie um die Koronaelektrode 30 angeordnet ist, und die koronafreie Elektrode 33 in einer Ring- oder Schlauchgeometrie um die Gegenelektrode 36 angeordnet ist.
  • Mit Bezug auf 2 erzeugt der Ionisator 27 beim Betrieb einen symmetrischen Fluss positiver und negativer Ionen, der auf einen Arbeitsbereich 14 oder ein Target 15 gerichtet ist, der/das in einer gasförmigen Umgebung 29 mit variabler Ionenbeweglichkeit angeordnet ist. Die Koronaelektrode 20 kann mit einem konstanten Spannungspotential, einer strombegrenzenden Energieversorgung 45 negativer Polarität gesteuert werden; und die koronafreie Elektrode 23 kann mit einer spannungsgesteuerten Energieversorgung 42 positiver Polarität auf Basis des Ausgangssignals 17 eines Symmetriesensors 16 gesteuert werden, der nahe bei dem Arbeitsbereich 14 oder dem Target 15 angeordnet ist.
  • Der Ionisator 27 kann in der gasförmigen Umgebung 29 betrieben werden, wenn es sich bei der gasförmigen Umgebung mit variabler Ionenbeweglichkeit im Wesentlichen um Stickstoff, Wasserstoff oder ein Edelgas, wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon oder Radon handelt. Der Ionisator 27 kann auch in einer gasförmigen Umgebung 29 betrieben werden, wenn die gasförmige Umgebung mit variabler Ionenbeweglichkeit zwischen ca. 200 Kelvin und ca. 450 Kelvin liegt.
  • II. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Erneut mit Bezug auf 2 verwendet die vorliegende Erfindung eine Korona mit einer einzigen Polarität, um gleichzeitig sowohl positive als auch negative Träger zum Ausgleichen dieser Ionisation unter Verwendung einer koronafreien DC-Vorspannungselektrode zu erzeugen, um unerwünschte Träger zu beseitigen. 5 zeigt eine Selbstausgleichsschaltung 41 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung 41 vermeidet die Komplikationen, die mit der Interaktion von zwei Koronasystemen verbunden sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird am besten mit einer Korona negativer Polarität in der Praxis angewendet, da die Korona negativer Polarität allgemein eine erweiterte Struktur aufweist. Erweiterte Entladungsstrukturen führen Träger sowohl positiver als auch negativer Polarität in den Gasstrom ein. Diese erweiterten Strukturen umfassen Streamer, Trichel-Impulse, Burst-Impulse und Funken. Umgekehrt führen Glimmkoronen, wie Hermstein-Glimmen der positiven Korona, positive Träger mit wenigen negativen Trägern ein. Die Schwierigkeit bei der positiven Korona ist, dass die Glimmkorona in eine Vordurchschlag-Streamer-Betriebsart mit einem etwas zufälligen Einsatzzustand übergehen kann. Wenn dieser Übergang eintritt, wird die positive Korona sich ändern und, anstatt positive Träger einzuführen, Träger sowohl positiver als auch negativer Polarität in den mitgenommenen Fluss einführen. Dieser Übergang wird die Verwendung einer herkömmlichen Konstruktion aus dem Gleichgewicht bringen, wird aber im in WO 01/09999 beschriebenen Verfahren teilweise überwunden.
  • Die Korona wird durch Anwendung von Potentialdifferenzen zwischen Elektroden erzeugt. Die resultierenden elektrischen Felder erzeugen nicht nur die Korona sondern auch elektrische Kräfte, die Ladungsträger vom Gasstrom entfernen. Der kleine Teil von Trägern (typischerweise 0,1%), die mit dem Gasfluss mitgenommen werden, wird gegen diese Entfernungstätigkeit bestimmt. Der Unterschied bei der Trägerbeweglichkeit ist auch wichtig, da sich mehr bewegliche Träger in einem gegebenen elektrischen Feld schneller bewegen und leichter vom Gasstrom entfernt werden. Dies trifft insbesondere in Stickstoff zu, wo die negativen Träger (freie Elektronen) Beweglichkeiten aufweisen, die zwischen 100 und 1000-mal höher sind als diejenigen der positiven Träger. Bei niedrigeren Temperaturen werden höhere elektrische Felder benötigt, um die Korona auszulösen, und so wirken stärkere Kräfte zum Entfernen von Trägern von dem Gasstrom. Der große Unterschied bei der Trägerbeweglichkeit in Stickstoff und Edelgasen wird in der vorliegenden Erfindung zu deren besten Nutzen verwendet.
  • Die Forschung hat gezeigt, dass Koronen negativer Polarität in Stickstoff erweiterte Koronastrukturen und die Erzeugung von Trägern positiver und negativer Polarität im mitgenommenen Gasstrom erzeugt. Die Träger negativer Polarität in Luft und insbesondere in Stickstoff weisen allgemein eine höhere Beweglichkeit auf als die Träger positiver Polarität. Aus diesem Grund ist die Wahrscheinlichkeit, dass positive Träger von der Korona mitgenommen werden, höher. In Koronen negativer Polarität liegen die positiven Träger, die erzeugt werden, typischerweise näher an der Hochspannungselektrode und in einem stärkeren Feld. Die Vorspannung der mitgenommenen Träger ist für die DC-Korona negativer Polarität negativ.
  • Für herkömmliche Ionisatoren, einschließlich Ionisatoren, die in WO 01/09999 beschrieben werden, die in Umgebungen mit variabler Ionenbeweglichkeit zu verwenden sind, wird eine Korona positiver Polarität verwendet, um positive Träger in den Gasstrom zu injizieren und ein elektrisches Feld bereitzustellen, um überschüssige Träger zu entfernen und Targets, die in dem mitgenommenen Trägerstrom angeordnet sind, auszugleichen. Die positive Korona kann einige negative Träger injizieren, was das Ausgleichen schwerer macht. 8 zeigt, dass in Luft bei 433 Kelvin eine negative Korona einen größeren Einfluss auf die Targetsymmetrie aufweist als eine Korona positiver Polarität, wenn die andere Polarität bei normalen Spannungen arbeitet.
  • Wenn ein Emitter durch das sphärische Target ersetzt wird, und das positive Potential auf dieser Elektrode angeordnet wird, wird der Symmetriezustand in Luft nicht in beträchtlichem Maße beeinträchtigt. Die Ladungskonzentrationen werden durch das Vorspannungsfeld verringert und die Ladungsabbauraten nehmen ab. Dies wird erwartet, da positive und negative Träger eine ähnliche Beweglichkeit aufweisen.
  • In Stickstoff fügt ein Potential auf der koronafreien Elektrode, in diesem Fall eine Sphäre, dem mitgenommenen Fluss keine Träger hinzu, sondern entfernt vorzugsweise bewegliche freie Elektronen über positive Träger. Dies führt zu einem leichter eingerichteten Symmetriezustand. Dies wird in 9 für Daten bei 300 Kelvin und 433 Kelvin gezeigt. Auf ähnliche Weise zeigt 10 die Symmetriesteuerung bei 213 Kelvin. Da die negative Korona allgemein eine erweiterte Koronastruktur ist, erzeugt das zugrunde liegende Koronaverfahren Träger positiver und negativer Polarität, die durch die koronafreie Elektrode bei positivem Potential ausgeglichen werden kann. Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung und wurde vorhergehend im bekannten Stand der Technik nicht dargelegt.
  • Fachmänner werden verstehen, dass Änderungen an den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom breiten Erfindungsgedanken davon abzuweichen. Es versteht sich daher, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern die Abdeckung von Abwandlungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, wie durch die angefügten Ansprüche definiert.

Claims (11)

  1. Ionisator (27), der in einer gasförmigen Umgebung mit variabler Ionenbeweglichkeit eine Koronastromverteilung mit einem symmetrischen Fluss positiver und negativer Ionen erzeugt, wobei der symmetrische Fluss positiver und negativer Ionen auf einen Arbeitsbereich (14) oder ein Target (15) gerichtet ist, der/das in der gasförmigen Umgebung und stromab des Ionisators angeordnet ist, wobei der Ionisator (27) Folgendes aufweist: a) eine Koronaelektrode (20, 30) negativer Polarität, b) eine Gegenelektrode (26, 36) mit einer Ionenkollektorfläche, c) eine koronafreie DC-Vorspannungselektrode (23, 33) positiver Polarität und d) eine Steuerschaltung (41), die den Ausgang mindestens einer Elektrode steuert, um zu bewirken, dass ein symmetrischer Fluss positiver und negativer Ionen aus dem Ionisator emittiert und auf den Arbeitsbereich (14) oder das Target (15) gerichtet wird, wodurch eine statikfreie Umgebung im Arbeitsbereich oder am Target erzeugt wird.
  2. Ionisator nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Koronaelektrode (20, 30) um eine erweiterte Koronastruktur handelt, wodurch der Kontakt zwischen positiven und negativen Ionen und einem Gasfluss verbessert wird.
  3. Ionisator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die koronafreie Elektrode (23) sphärisch geformt ist.
  4. Ionisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Koronaelektrode (20) in einer Punktgeometrie angeordnet ist, die Gegenelektrode (26) in einer ebenen Geometrie angeordnet ist und die koronafreie Elektrode (23) auf der der Koronaelektrode gegenüberliegenden Seite der Gegenelektrode in einer Punktgeometrie angeordnet ist.
  5. Ionisator nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Koronaelektrode (30) um eine Nadelelektrode handelt, die Gegenelektrode (36) in einer Ring- oder Schlauchgeometrie um die Koronaelektrode angeordnet ist und die koronafreie Elektrode (33) in einer Ring- oder Schlauchgeometrie um die Gegenelektrode angeordnet ist.
  6. Ionisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerschaltung (41) den Ausgang der koronafreien Elektrode (26, 36) steuert.
  7. Verfahren zum Erzeugen eines symmetrischen Flusses positiver und negativer Ionen, wobei der symmetrische Fluss positiver und negativer Ionen auf einen Arbeitsbereich (14) oder ein Target (15) gerichtet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Bereitstellen einer gasförmigen Umgebung mit variabler Ionenbeweglichkeit, wobei der Arbeitsbereich oder das Target in der gasförmigen Umgebung angeordnet sind, b) Betreiben eines Ionisators (27) in der gasförmigen Umgebung, um eine Koronastromverteilung zu erzeugen, wobei der Arbeitsbereich oder das Target stromab des Ionisators angeordnet sind und der Ionisator eine Koronaelektrode (20, 30), eine Gegenelektrode (26, 36) mit einer Ionenkollektorfläche und eine ko ronafreie Elektrode (23, 33) aufweist, c) Steuern der Koronaelektrode (20, 30) mit einer Energieversorgung (45) negativer Polarität mit konstantem Spannungspotential und Strombegrenzung und d) Steuern der koronafreien Elektrode (23, 33) mit einer spannungsgesteuerten Energieversorgung (42) positiver Polarität auf Basis des Ausgangssignals (17) eines Symmetriesensors (16), der nahe bei dem Arbeitsbereich oder dem Target angeordnet ist, um zu bewirken, dass ein symmetrischer Fluss positiver und negativer Ionen aus dem Ionisator emittiert und auf den Arbeitsbereich oder das Target gerichtet wird, wodurch eine statikfreie Umgebung im Arbeitsbereich oder am Target erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei es sich bei der Koronaelektrode (20, 30) um eine erweiterte Koronastruktur handelt, wodurch der Kontakt zwischen positiven und negativen Ionen und einem Gasfluss verbessert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei es sich bei der in Schritt a) bereitgestellten, gasförmigen Umgebung mit variabler Ionenbeweglichkeit im Wesentlichen um Stickstoff handelt.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei es sich bei der in Schritt a) bereitgestellten, gasförmigen Umgebung mit variabler Ionenbeweglichkeit im Wesentlichen um ein unter Helium, Wasserstoff, Neon, Argon, Krypton, Xenon oder Radon ausgewähltes Gas handelt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die in Schritt a) bereitgestellte, gasförmige Um gebung mit variabler Ionenbeweglichkeit zwischen ca. 200 Kelvin und ca. 450 Kelvin liegt.
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