EP0295431B1 - Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials durch Koronaentladung an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elements - Google Patents

Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials durch Koronaentladung an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elements Download PDF

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EP0295431B1
EP0295431B1 EP88107681A EP88107681A EP0295431B1 EP 0295431 B1 EP0295431 B1 EP 0295431B1 EP 88107681 A EP88107681 A EP 88107681A EP 88107681 A EP88107681 A EP 88107681A EP 0295431 B1 EP0295431 B1 EP 0295431B1
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EP
European Patent Office
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fibres
face
electrode
corona
manner
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EP88107681A
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Till Keesmann
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T19/00—Devices providing for corona discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T19/00—Devices providing for corona discharge
    • H01T19/04—Devices providing for corona discharge having pointed electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05F—STATIC ELECTRICITY; NATURALLY-OCCURRING ELECTRICITY
    • H05F3/00—Carrying-off electrostatic charges
    • H05F3/04—Carrying-off electrostatic charges by means of spark gaps or other discharge devices

Definitions

  • the invention relates to a device for changing the static, electrical potential on the surface of a moving element formed from insulating material with the aid of an electrode made of electrical fibers, in which the electrode has non-metallic fibers which are arranged in a bundle-like manner, individually alongside one another, and the fibers of a tuft end in a common exposed end face and the electrode with its end face facing the surface is arranged in a contact-free manner and at a distance from the surface.
  • the object of the invention is to design a device of the type mentioned at the outset in such a way that the greatest possible change in potential can be achieved with the simplest possible means.
  • Such electrically conductive, non-metallic materials suitable for fibers are known and easy, at least easier than many metals, to process into the desired fine fiber structure.
  • the fibers consist of one of the substances listed below or a mixture of these substances, these substances being made conductive by strong doping: polyacetylene, polyparaphenylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline.
  • the conductivity takes place along the chains formed from the monomers.
  • This development is characterized in that the chains formed from the monomers extend along the fiber length, so that the fibers consist of bundled chains oriented in the same direction.
  • the invention takes advantage of the fact that certain polymers are excellent insulators in the native state and can be converted into electrically conductive charge transfer complexes in the solid state, as described under the title "Polymers with metal-like conductivity - an overview of synthesis, structure und Properties "by Gerhard Wegner, Angew. Chem. 93, pages 352-371, born 1981.
  • the correspondingly converted polymers gain a metal-like conductivity and are therefore also referred to as organic metals.
  • the metallic conductivity is caused by a charge transfer complex, or CT complex for short, formed by the polymer.
  • the polymers made so conductive can be processed into films, foils, other workpieces and also fibers using the processes of plastics technology.
  • the manufacture of these conductive polymers does not require lengthy syntheses or complex processes. Rather, the conductive polymers are obtained via very simple polymerization processes from easily accessible and industrially available monomers, such as acetylene, benzene, pyrrole and so on, and subsequent strong doping, for example with iodine.
  • Fibers made of doped polyacetylene, which has an extensive pi-electron system in the main chain and have been oxidized or reduced in the solid state to an electrically conductive charge transfer (CT) complex with a metallic conductivity characteristic, are very suitable.
  • a thin film of cis-polyacetylene as can be produced by polymerizing acetylene on the surface of a solution of suitable catalysts in an inert solvent, for example with iodine, AsF5, bromine or naphthalene sodium
  • an inert solvent for example with iodine, AsF5, bromine or naphthalene sodium
  • its conductivity increases considerably .
  • the electrical and optical properties of the conductive polymer for example the low temperature dependence of the conductivity and the drastic increase in absorption in the IR range with increasing conversion, are interpreted in the sense of a phase transition from the semiconductor to the metal. This behavior can be compared to that of a classic semiconductor such as silicon, which is doped with donors or acceptors and thus becomes conductive.
  • Fibers which can advantageously be used for the fibers are tetrathiofulvalene and tetracyanchinomedimethane.
  • Oxide ceramics are also known which conduct or are made electrically conductive and can also be processed into fibers. Such fibers can be used advantageously in connection with the configuration according to claim 3, preferably if they consist of superconducting material.
  • Such superconducting materials are oxide ceramics whose atomic structure, that is to say their crystal structure, can be derived from that of the Cubic Perovskite type of the formula ABO3, where A is a large cation, B is a small cation and O is an oxygen ion.
  • A is a large cation
  • B is a small cation
  • O is an oxygen ion.
  • the structure of the perovskite type is decisive for high-temperature superconductivity.
  • fibers are preferably embedded in electrically insulating carrier substance, preferably plastic.
  • the electrically insulating carrier substance for binding the fibers can consist of ceramic.
  • a carrier it is also recommended to use a plastic that consists of a polymer that can be made conductive by doping. It is then possible and advantageous that this carrier substance is made conductive by strong doping in the areas required for the ionization contact and the electrical connections.
  • a preferred embodiment of a corona electrode which is particularly well suited for the treatment of wide surfaces and in which the potential arrangement is favored by the geometric arrangement, is thereby characterized in that the corona electrode has an elongated end face which extends approximately perpendicular to the longitudinal extension of the fibers, which is directed with its narrow side against the direction of movement of the surface of the element and extends with its longitudinal extension transverse to the direction of movement over the surface of the element and that Corona electrode, based on the surface normal of its end face with respect to the direction perpendicular to the surface at an angle of 10 to 40 ° (degrees), preferably 20 to 30 °, is inclined to the direction of movement of the element.
  • the distance between the end face of the corona electrode and the surface of the element is selected differently depending on the elements to be treated and the other conditions. It is between 0.1 and 80 mm, preferably 0.5 to 30 mm, and should be chosen so that contact between the corona electrode and the surface or the element can be avoided.
  • ground electrode that extends over the entire length of the corona electrode and is arranged over the entire common length with the same distance from the end face of the corona electrode, this distance being the smallest distance between the ground electrode and exposed parts of the fibers of the Corona electrode 1 and larger than the distance between the end face of the corona electrode and the surface of the element.
  • the larger distance between the mass electrode ensures that the corona discharge is drawn off from the surface by the mass electrode.
  • the ionization of the surrounding atmosphere caused by the corona discharge is quickly dissipated by a or several compressed air nozzles, which are directed into the gap between the end face of the corona electrode and the surface of the element.
  • a corona electrode can also be provided on both sides of a moving element. This is particularly recommended when treating foils.
  • Irregularities in the corona formation are to be expected when using fewer peaks.
  • the large number of tips enables an even effect over a larger working width.
  • the working width can extend over several decimeters.
  • the fibers are preferably close to one another, largely parallel to one another and embedded in a bundle of several hundred to many thousands of fibers in a carrier substance, preferably in heat-resistant, electrically insulating plastic or ceramic.
  • the ends of these fibers protrude from the carrier material on the end face, which forms the surface of the ionizing element. They form a multitude of peaks at which corona discharge can take place.
  • a distance is provided between the fiber ends and the surface of the insulating material to be treated. Despite this distance, the desired change in potential can take place with sufficient intensity due to the other characterization of the invention.
  • the distance requires a desirable equalization of the potential change on the surface and, above all, avoids abrasion of the fiber tips, which would be inevitable in the event of contact with the moving surface. Such abrasion takes place unevenly and, after a short period of operation, leads to an uneven end face of the fiber bundle and thus also to an uneven potential formation. This then requires repair.
  • the ends of the fibers that protrude from the carrier are preferably not in direct electrical contact with one another in the interest of corona discharge, but they are connected to the same high-voltage electrical pole, namely over a longer piece of the respective fiber.
  • 70 denotes a clip made of carbon or metal, which is stable and self-supporting.
  • a continuous tuft 71 of electrically conductive fibers 68 is enclosed in this bracket.
  • These fibers can consist of materials as characterized in claims 2 to 5.
  • the individual fibers 68 extend alongside one another, they end in a common end face 69. 10,000 to 500,000, preferably 100,000, fiber ends are arranged per square centimeter end face. Peak discharge for ionization takes place at these fiber ends.
  • the fibers are embedded in an electrically insulating carrier substance, preferably plastic. Only the tips or the ends of the fibers on the end face 69 protrude from this carrier substance, which is not visible in the drawing.
  • Such a corona electrode can have, for example, the following dimensions: length according to arrow 73, 500 mm (millimeters), height according to arrow 74, 5 mm, width according to arrow 76, 3 mm, total height according to arrow 77, 7 mm, tuft width according to arrow 78, 2 mm.
  • the corona electrodes can also be manufactured with considerably smaller dimensions.
  • the corona electrode 67 is rod-shaped and self-supporting. There is an electrically conductive connection between the clamp 70 and all the fibers 68 of the tuft 71.
  • Corona electrodes according to Figures 1 and 2 can be arranged in groups next to each other on a wall.
  • the bracket 70 is elongated and consequently the end face 69 is also elongated and the end face has the shape of an elongated rectangle.
  • the clamp 70 can also consist of a polymer or polymer derivative made conductive by strong doping and the carrier substance can be made conductive by strong doping in the areas required for the ionization contact and the electrical connections.
  • the clamp 70 can also consist of a polymer or polymer derivative made conductive by strong doping and the carrier substance can be made conductive by strong doping in the areas required for the ionization contact and the electrical connections.
  • that part of the clip which is surrounded by the dash-dotted line 55 is made conductive, so that the current supply electrode can be attached to the outside of the clip, while the remaining parts of the clip 70 which are not by the dash-dotted line 55 are electrically insulating.
  • FIG. 3 shows the detail of a plastic film 2 conveyed in the direction of the arrow 1, which is to be treated on its surface 3.
  • This surface 3 is opposite Elongated corona electrode 4 of the type as described in FIGS. 1 and 2, which extends with the longitudinal extent of its end face 7 over the entire width of the film 2, that is to say transversely to the arrow 1, and the surface 3 with a distance according to the double arrow 6 from Faces 5 mm.
  • the end face 7 extends plane-parallel to the surface 3.
  • a ground electrode 8 is arranged on the underside of the film 2 and has an electrode surface 9 which extends plane-parallel to the end surface 7 and touches the underside 10 of the film 2.
  • the electrode surface 9 and the end surface 7 therefore extend plane-parallel to one another with the distance according to double arrow 6 plus the thickness of the film 2.
  • Compressed air nozzles 12 to 16 of a compressed air nozzle arrangement 17 are directed into the space 11 between the end face 7 and surface 3 which is caused by the distance according to the double arrow 6.
  • the compressed air nozzle arrangement 17 is connected to the pressure side of the compressed air generator 18 via a shut-off valve 19.
  • the corona electrode 4 is connected to a voltage generator 20, which generates an output AC voltage or DC voltage of 5,000 to 10,000 volts, preferably in the range of 5,000 volts.
  • the corona electrode 30 is designed with a very narrow end face 31. It is, based on the surface normal 32 of this end face at the angle of attack 33 against the direction 34, directed perpendicularly to the surface 35 of a film 36 to be treated, specifically inclined against the conveying direction indicated by the arrow 37.
  • a ground electrode 38 is arranged downstream of the corona electrode with a distance according to the double arrow 39 from the fibers of the corona electrode, which is essential is greater than the distance according to double arrow 40 between end face 31 and surface 35.
  • the distance according to double arrow 40 is, for example, 5 mm and the distance according to double arrow 39 is, for example, 70 mm.
  • the film 36 is made of plastic.
  • the corona electrode 30 is connected to a DC voltage source 51, the output voltage of which is 5,000 to 10,000 volts, preferably approximately 5,000 volts.
  • a plastic film 52 is passed between two corona electrodes 54 and 41 in the direction of arrow 53.
  • the two corona electrodes are designed and arranged opposite to the film like the corona electrode 4 from FIG. 3, thus with the same distance according to double arrow 42 or 43 of the end face 44 or 45 relative to the respectively facing surface 46 or 47 of the film.
  • mass electrodes 48, 49 are arranged on both sides, the distance to the film web is approximately the same as that of the end face 44, 45, and the distance according to the double arrow 55, 56 to the fibers of the corona electrodes 54, 41 is a multiple of the distance according to the double arrow 42 or 43.
  • the corona electrodes are connected to a voltage source 50, the output voltage of which is 5,000 to 10,000 volts DC or AC.
  • the fibers of the ionization elements shown in the drawings can consist of one or more of the materials specified in claims 2 to 5.
  • the invention can be used in many ways, for example for the treatment of the printing material or of the parts which convey or treat the printing material, in particular the cylinders of a printing press. It is preferably applicable to photocopying devices for treating the photocopying material and / or the surfaces of parts of the photocopying device acting on the photocopying material, in particular of rotating rollers.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elementes mit Hilfe einer Elektrode aus elektrischen Fasern, bei der die Elektrode nichtmetallische Fasern aufweist, die büschelartig, einzeln längs nebeneinander angeordnet sind und die Fasern eines Büschels in einer gemeinsamen freiliegenden Stirnfläche enden und die Elektrode mit Ihrer Stirnfläche der Oberfläche zugekehrt gegenüber der Oberfläche berührungsfrei und mit Abstand zu dieser angeordnet ist.
  • Aus EP-A-0055984 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der die Fasern aus leitfähigem Nylon oder rostfreiem Stahl bestehen und in einer Dichte von mehr als 18.000 pro cm² angeordnet sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung soll eine Koronaentladung vermieden werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit möglichst einfachen Mitteln eine möglichst intensive Potentialveränderung erzielbar ist.
  • Lösungen dieser Aufgabe sind in den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichnet.
  • Solche elektrisch leitenden, nichtmetallischen, für Fasern geeignete Materialien sind bekannt und leicht, jedenfalls leichter als viele Metalle, zu der gewünschten feinen Faserstruktur zu verarbeiten.
  • Für die Ausgestaltung nach Anspruch 2 hat sich bewährt, wenn die Fasern aus einer der nachfolgend aufgeführten Substanzen oder einer Mischung dieser Substanzen bestehen, wobei diese Substanzen durch starke Dotierung leitfähig gemacht sind: Polyacetylen, Polyparaphenylen, Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin.
  • Mit den leitfähig gemachten Polymeren nach der zweiten Ausgestaltung findet die Leitfähigkeit entlang der aus den Monomeren gebildeten Ketten statt. Das macht sich eine Weiterbildung der Erfindung zunutze, die auf einfache Weise den Stromfluß entlang der Fasern, wie er für eine intensive Koronaentladung wünschenswert ist, begünstigt. Diese Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Monomeren gebildeten Ketten sich entlang der Faserlänge erstrecken, so daß die Fasern aus gebündelten gleichsinnig gerichteten Ketten bestehen.
  • Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß bestimmte Polymere in nativem Zustand ausgezeichnete Isolatoren sind und in festem Zustand zu elektrisch leitfähigen Charge-Transfer-Komplexen umgeformt werden können, wie dies unter dem Titel "Polymere mit metallähnlicher Leitfähigkeit - Ein Überblick über Synthese, Struktur und Eigenschaften" von Gerhard Wegner, Angew. Chem. 93, Seite 352 - 371, Jg. 1981, beschrieben ist. Die entsprechend umgewandelten Polymere gewinnen eine metallähnliche Leitfähigkeit und werden deshalb auch als organische Metalle bezeichnet. Die metallische Leitfähigkeit wird hervorgerufen durch einen von dem Polymer gebildeten Charge-Transfer-Komplex oder kurz CT-Komplex. Die so leitfähig gemachten Polymere können nach den Verfahren der Kunststofftechnik zu Filmen, Folien, anderen Werkstücken und auch Fasern verarbeitet werden.
  • Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang auch, daß die Herstellung dieser leitfähigen Polymere keine langwierigen Synthesen oder aufwendigen Verfahren erforderlich macht. Man erhält die leitfähigen Polymere vielmehr über sehr einfache Polymerisationsverfahren aus leicht zugänglichen und großtechnisch verfügbaren Monomeren, wie Acetylen, Benzol, Pyrrol und so weiter und anschließende starke Dotierung, beispielsweise mit Jod.
  • Sehr gut geeignet sind Fasern aus dotiertem Polyacetylen, das ein ausgedehntes Pi-Elektronensystem in der Hauptkette hat und im festen Zustand zu einem elektrisch leitfähigen Charge-Transfer-(CT)-Komplex mit einer metallischen Leitfähigkeitscharakteristik oxidiert oder reduziert wurde.
  • Bei der Umsetzung eines dünnen Films von cis-Polyacetylen, wie er durch Polymerisation von Acetylen auf der Oberfläche einer Lösung geeigneter Katalysatoren in einem inerten Lösungsmittel hergestellt werden kann, mit zum Beispiel Iod, AsF₅, Brom oder Naphthalinnatrium als Dotierung, steigt dessen Leitfähigkeit erheblich an. Die elektrischen und optischen Eigenschaften des leitfähigen Polymers, zum Beispiel die geringe Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit und der drastische Anstieg der Absorption im IR-Bereich mit zunehmendem Umsatz, werden im Sinne einer Phasenumwandlung vom Halbleiter zum Metall gedeutet. Dieses Verhalten kann man mit dem eines klassischen Halbleiters wie Silicium vergleichen, der mit Donoren oder Acceptoren dotiert und dadurch leitfähig wird. Die Umsetzung des Polymers mit zum Beispiel Halogenen, Pseudohalogenen, Alkalimetallen oder Alkalimetall-Derivaten wird daher dem Sprachgebrauch der Halbleiterphysik folgend als "Dotieren" bezeichnet. Fasern aus in diesem Sinne dotiertem Polyacetylen, vorzugsweise cis-Polyacetylen, bieten ebenfalls vorteilhafte Anwendungen.
  • Weitere vorteilhaft für die Fasern einsetzbare Materialien sind Tetrathiofulvalen und Tetracyanchinomedimethan.
  • Es sind auch Oxydkeramiken bekannt, die elektrisch leiten beziehungsweise elektrisch leitend gemacht und auch zu Fasern verarbeitet werden können. Solche Fasern sind in Verbindung mit der Ausgestaltung nach Anspruch 3 vorteilhaft einsetzbar, vorzugsweise wenn sie aus supraleitendem Material bestehen.
  • Bei solchen supraleitenden Materialen handelt es sich um Oxydkeramiken, deren atomarer Aufbau, das heißt also deren Kristallstruktur, sich von der des Kubischen Perovskit-Typs der Formel ABO₃ ableiten läßt, wobei A ein großes Kation, B ein kleines Kation und O ein Sauerstoffion ist. Die Struktur des Perovskit-Typs ist maßgebend für die Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit.
  • Vorzugsweise sind Fasern, mit Ausnahme der für den Ionisierungskontakt und der für die elektrischen Anschlüsse erforderlichen Flächen, in elektrisch isolierende Trägersubstanz, vorzugsweise Kunststoff, eingebettet.
  • Die elektrisch isolierende Trägersubstanz zum Einfassen der Fasern kann aus Keramik bestehen. Als Trägersubstanz empfiehlt es sich auch, einen Kunststoff einzusetzen, der aus einem durch Dotierung leitfähig machbaren Polymer besteht. Dann ist es möglich und vorteilhaft, daß diese Trägersubstanz in den für den Ionisierungskontakt und die elektrischen Anschlüsse erforderlichen Bereichen durch starke Dotierung leitfähig gemacht ist.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Koronaelektrode, die sich besonders gut zur Behandlung breiter Oberflächen eignet und bei der durch die geometrische Anordnung die potentialbildende Wirkung begünstigt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaelektrode eine langgestreckte Stirnfläche aufweist, die sich etwa senkrecht zur Längserstreckung der Fasern erstreckt, die mit ihrer Schmalseite gegen die Bewegungsrichtung der Oberfläche des Elementes gerichtet ist und sich mit ihrer Längserstreckung quer zur Bewegungsrichtung über die Oberfläche des Elementes erstreckt und daß die Koronaelektrode, bezogen auf die Flächennormale ihrer Stirnfläche gegenüber der Richtung senkrecht auf die Oberfläche im Anstellwinkel von 10 bis 40° (Grad), vorzugsweise 20 bis 30°, gegen die Bewegungsrichtung des Elementes geneigt angeordnet ist.
  • Der Abstand zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes ist je nach den zu behandelnden Elementen und den sonstigen Gegebenheiten unterschiedlich gewählt. Er beträgt zwischen 0,1 und 80 mm, vorzugsweise 0,5 bis 30 mm, und sollte so gewählt sein, daß ein Berührungskontakt zwischen der Koronaelektrode und der Oberfläche beziehungsweise dem Element sicher vermeidbar ist.
  • Es empfiehlt sich,, eine Massenelektrode einzusetzen, die sich über die ganze Länge der Koronaelektrode erstreckt und über die ganze gemeinsame Länge mit gleichem Abstand zur Stirnfläche der Koronaelektrode angeordnet ist, wobei dieser Abstand der kleinste Abstand ist zwischen der Massenelektrode und freiliegenden Teilen der Fasern der Koronaelektrode 1 und größer ist als der Abstand zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes.
  • Durch den größeren Abstand der Massenelektrode wird sichergestellt, daß die Koronaentladung durch die Massenelektrode von der Oberfläche abgezogen wird.
  • Die durch die Koronaentladung hervorgerufene Ionisierung der umliegenden Atmosphäre wird schnell abgeführt durch eine oder mehrere Preßluftdüsen, die in den Spalt zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes gerichtet sind.
  • Die Anwendung solcher Preßluftdüsen ist beosnders vorteilhaft, wenn man die Koronaelektrode mit Wechselstrom betreibt, weil dann die mit der einen Phase erzeugten Ionen fortgetragen werden und nicht mit denen der nächstfolgenden Phase erzeugten, gegenpoligen Ionen im Bereich der erwünschten Potentialänderung rekombinieren können.
  • Man kann auch beidseitig an einem bewegten Element jeweils eine Koronaelektrode vorsehen. Das empfiehlt sich besonders bei der Behandlung von Folien.
  • An der mit der Erfindung erzielten Koronaentladung sind sehr viele Spitzen und sämtliche Faserenden beteiligt. Dadurch wird ein gleichmäßiger intensiver Entladestrom erzeugt, der eine entsprechend gleichmäßige und intensive Potentialänderung ermöglicht. Das ist insbesondere wichtig, wenn mit ein und derselben Elektrode auf einer größeren Breite der vorbeilaufenden Oberfläche des bewegten Elementes eingewirkt werden soll.
  • Ungleichmäßigkeiten in der Koronabildung sind zu erwarten beim Einsatz weniger Spitzen. Die Vielzahl der Spitzen ermöglicht eine gleichmäßige Wirkung auf größerer Arbeitsbreite. Die Arbeitsbreite kann sich dabei über etliche Dezimeter erstrecken.
  • Es ist wünschenswert, über die gesamte Arbeitsbreite mit ein und derselben Koronaelektrode zu arbeiten, weil bei Verwendung mehrerer Koronaelektroden, die sich jeweils nur über einen Teilabschnitt der Breite erstrecken, an den Anschlußstellen der einzelnen Koronaelektroden zwangsläufig Ungleichmäßigkeiten der Einwirkungen zu erwarten sind.
  • Vorzugsweise sind die Fasern dicht an dicht, weitgehend parallel zueinander und im Bündel zu mehreren hundert bis vielen tausend Fasern in eine Trägersubstanz, vorzugsweise in hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Kunststoff oder Keramik, eingebettet. Die Enden dieser Fasern ragen an der Stirnfläche, die die Oberfläche des Ionisierelementes bildet, aus dem Trägerstoff heraus. Sie bilden so eine Vielzahl von Spitzen, an denen Koronaentladung stattfinden kann.
  • Zwischen den Faserenden und der Oberfläche des zu behandelnden Isoliermaterials ist ein Abstand vorgesehen. Die angestrebte Potentialänderung kann trotz dieses Abstandes aufgrund der sonstigen Kennzeichnung der Erfindung mit hinreichender Intensität stattfinden. Der Abstand bedingt eine wünschenswerte Vergleichmäßigung der Potentialänderung auf der Oberfläche und vermeidet vor allen Dingen Abrieb der Faserspitzen, wie er bei Berührungskontakt mit der vorbeibewegten Oberfläche unvermeidlich wäre. Ein solcher Abrieb findet ungleichmäßig statt und führt nach kurzer Betriebszeit zu einer ungleichmäßigen Stirnfläche des Faserbüschels und damit auch zu einer ungleichmäßigen Potentialausbildung. Das erfordert dann Reparatur.
  • Die Enden der Fasern, die aus dem Trägerstoff herausragen, sind im Interesse der Koronaentladung vorzugsweise nicht unmittelbar in elektrischem Kontakt miteinander, sie sind allerdings an den gleichen elektrischen Hochspannungspol angeschlossen, und zwar über ein längeres Stück der jeweils betreffenden Faser.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
  • In der Zeichnung zeigt:
    • Figur 1
    im Querschnitt eine Koronaelektrode,
    Figur 2
    die Ansicht gemäß dem Pfeil II aus Figur 1, teilweise aufgebrochen,
    Figur 3
    eine erste Vorrichtung zur Behandlung einer Folie,
    Figur 4
    eine zweite Vorrichtung zur Behandlung einer Folie und
    Figur 5
    eine dritte Vorrichtung zur Behandlung einer Folie.
  • Bei der in Figur 1 und 2 dargestellten Koronaelektrode 67 ist mit 70 eine aus Karbon oder aus Metall bestehende Klammer bezeichnet, die stabil und selbsttragend ist. In diese Klammer ist ein durchgehendes Büschel 71 von elektrich leitenden Fasern 68 eingefaßt. Diese Fasern können aus Materialien bestehen, wie sie in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet sind. Die einzelnen Fasern 68 erstrecken sich längs nebeneinander, sie enden in einer gemeinsamen Sirnfläche 69. Pro Quadratzentimeter Stirnfläche sind 10.000 bis 500.000, vorzugsweise 100.000, Faserenden angeordnet. An diesen Faserenden erfolgt Spitzenentladung für die Ionisierung. Die Fasern sind in eine elektrisch isolierende Trägersubstanz, vorzugsweise Kunststoff, eingebettet. Aus dieser Trägersubstanz, die in der Zeichnung nicht sichtbar ist, ragen nur die Spitzen beziehungsweise die Enden der Fasern an der Stirnfläche 69 heraus.
  • Eine solche Koronaelektrode kann beispielsweise folgende Abmessungen haben: Länge gemäß Pfeil 73, 500 mm (Millimeter), Höhe gemäß Pfeil 74, 5 mm, Breite gemäß Pfeil 76, 3 mm, Gesamthöhe gemäß Pfeil 77, 7 mm, Büschelbreite gemäß Pfeil 78, 2 mm.
  • Die Koronaelektroden können auch noch mit erheblich kleineren Abmessungen hergestellt werden. Die Koronaelektrode 67 ist stabförmig und selbsttragend. Zwischen der Klammer 70 und sämtlichen Fasern 68 des Büschels 71 besteht elektrisch leitende Verbindung. Koronaelektroden nach Figur 1 und 2 kann man zu mehreren nebeneinander an einer Wand anordnen. Die Klammer 70 ist langgestreckt und demzufolge ist auch die Stirnfläche 69 langgestreckt und die Stirnfläche hat die Form eines langgestreckten Rechteckes.
  • In Abänderung des Beispiels nach Figur 1 und 2 kann die Klammer 70 auch aus einem durch starke Dotierung leitfähig gemachten Polymer oder Polymerabkömmling bestehen und die Trägersubstanz in den für den Ionisierungskontakt und die elektrischen Anschlüsse erforderlichen Bereichen durch starke Dotierung leitfähig gemacht sein. Im Falle der Figur 1 und 2 ist dann der durch die strichpunktierte Linie 55 umfahrene Teil der Klammer leitfähig gemacht, so daß dort außen an der Klammer die Stromzuleitungselektrode angesetzt werden kann, während die übrigen, nicht von der strichpunktierten Linie 55 umfahrenen Teile der Klammer 70 elektrisch isolierend sind.
  • Als Polymere, die unter diesem Gesichtspunkt für die Ausgestaltung der Klammer 70 geeignet sind, kommen in erster Linie die im Anspruch 4 aufgezählten in Betracht.
  • In Fällen, in denen bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 die Fasern 68 aus einem solchen Polymer bestehen, empfiehlt es sich, für die Klammer das gleiche Polymer einzusetzen.
  • Figur 3 zeigt den Ausschnitt einer in Pfeilrichtung 1 geförderten Kunststoff-Folie 2, die auf ihrer Oberfläche 3 behandelt werden soll. Dieser Oberfläche 3 gegenüber steht eine langgestreckte Koronaelektrode 4 der Art, wie sie in Figur 1 und 2 beschrieben ist, die sich mit der Längserstreckung ihrer Stirnfläche 7 über die ganze Breite der Folie 2, also quer zum Pfeil 1, erstreckt und der Oberfläche 3 mit einem Abstand gemäß Doppelpfeil 6 von 5 mm gegenübersteht. Die Stirnfläche 7 erstreckt sich planparallel zur Oberfläche 3.
  • Auf der Unterseite der Folie 2 ist eine Massenelektrode 8 angeordnet, die eine Elektrodenfläche 9 aufweist, die sich planparallel zur Stirnfläche 7 erstreckt und die Unterseite 10 der Folie 2 berührt. Die Elektrodenfläche 9 und die Stirnfläche 7 erstrecken sich mithin planparallel zueinander mit dem Abstand gemäß Doppelpfeil 6 zuzüglich der Stärke der Folie 2.
  • In den durch den Abstand gemäß Doppelpfeil 6 bedingten Zwischenraum 11 zwischen stirnfläche 7 und Oberfläche 3 sind Preßluftdüsen 12 bis 16 einer Preßluftdüsenanordnung 17 gerichtet. Die Preßluftdüsenanordnung 17 ist an die Druckseite des Preßluftgenerators 18 über ein Absperrventil 19 angeschlossen. Die Koronaelektrode 4 ist an einen Spannungsgenerator 20 angeschlossen, der eine Ausgangswechselspannung oder Gleichspannung von 5.000 bis 10.000 Volt, vorzugsweise im Bereich von 5.000 Volt, erzeugt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist die Koronaelektrode 30 mit sehr schmaler Stirnfläche 31 ausgebildet. Sie ist, bezogen auf die Flächennormale 32 dieser Stirnfläche im Anstellwinkel 33 gegen die Richtung 34 senkrecht auf die Oberfläche 35 einer zu behandelnden Folie 36 gerichtet, und zwar geneigt gegen die durch den Pfeil 37 angezeigte Förderrichtung. Eine Massenelektrode 38 ist förderabwärts von der Koronaelektrode angeordnet mit einem Abstand gemäß Doppelpfeil 39 von den Fasern der Koronaelekrode, der wesentlich größer ist als der Abstand gemäß Doppelpfeil 40 zwischen Stirnfläche 31 und Oberfläche 35. Der Abstand gemäß Doppelpfeil 40 beträgt beispielsweise 5 mm und der Abstand gemäß Doppelpfeil 39 beispielsweise 70 mm. Die Folie 36 besteht aus Kunststoff.
  • Die Koronaelektrode 30 ist an eine Gleichspannungsquelle 51 angeschlossen, deren Ausgangsspannung 5.000 bis 10.000 Volt, vorzugsweise etwa 5.000 Volt, beträgt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist eine Kunststoff-Folie 52 in Pfeilrichtung 53 zwischen zwei Koronaelektroden 54 und 41 hindurchgeführt. Die beiden Koronaelektroden sind, jede für sich, genauso ausgebildet und gegenüber der Folie angeordnet wie die Koronaelektrode 4 aus Figur 3, mithin also mit gleichem Abstand gemäß Doppelpfeil 42 beziehungsweise 43 der Stirnfläche 44 beziehungsweise 45 gegenüber der jeweils zugekehrten Oberfläche 46 beziehungsweise 47 der Folie.
  • Förderabwärts sind auf beiden Seiten Massenelektroden 48, 49 angeordnet, deren Abstand zur Folienbahn etwa genauso groß ist wie der der Stirnfläche 44, 45, und deren Abstand gemäß Doppelpfeil 55, 56 zu den Fasern der Koronaelektroden 54, 41 ein Vielfaches des Abstandes gemäß Doppelpfeil 42 beziehungsweise 43 beträgt.
  • Die Koronaelektroden sind an eine Spannungsquelle 50 angeschlossen, deren Ausgangsspannung 5.000 bis 10.000 Volt Gleichspannung oder Wechselspannung beträgt.
  • Die Fasern der in den Zeichnungen angegebenen Ionisierungselemente können aus einem oder mehreren derjenigen Materialien bestehen, die in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben sind.
  • Die Erfindung ist vielfältig anwendbar, zum Beispiel zur Behandlung des Druckmaterials oder der das Druckmaterial fördernden oder behandelnden Teile, insbesondere der Zylinder einer Druckmaschine. Sie ist vorzugsweise anwendbar bei Fotokopiergeräten zur Behandlung des Fotokopiermaterials und/oder der auf das Fotokopiermaterial einwirkenden Oberflächen von Teilen des Fotokopiergerätes, insbesondere von umlaufenden Walzen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elementes mit Hilfe einer Elektrode aus elektrischen Fasern
       bei der die Elektrode ( 4 ) nichtmetallische Fasern (68) aufweist, die büschelartig, einzeln längs nebeneinander angeordnet sind und
       die Fasern eines Büschels in einer gemeinsamen freiliegenden Stirnfläche ( 69 ) enden und
       die Elektrode mit Ihrer Stirnfläche der Oberfläche ( 3 ) zugekehrt gegenüber der Oberfläche berührungsfrei und mit Abstand ( 6 ) zu dieser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Fasern aus polykristallinem, einphasigem oder mehrphasigem Kohlenstoff, vorzugsweise mit graphitähnlicher Struktur, bestehen,
       daß 10.000 bis 500.000, vorzugsweise etwa 100.000, Faserenden beziehungsweise -spitzen pro Quadratzentimenter in der Stirnfläche ( 69 ) angeordnet sind und,
       daß die Entladung nach Art einer Koronaentladung von diesen Faserenden ausgeht.
  2. Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elementes mit Hilfe einer Elektrode aus elektrischen Fasern
       bei der die Elektrode ( 4 ) nichtmetallische Fasern (68) aufweist, die büschelartig, einzeln längs nebeneinander angeordnet sind und
       die Fasern eines Büschels in einer gemeinsamen freiliegenden Stirnfläche ( 69 ) enden und
       die Elektrode mit Ihrer Stirnfläche der Oberfläche ( 3 ) zugekehrt gegenüber der Oberfläche berührungsfrei und mit Astand ( 6 ) zu dieser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Fasern ( 68 ) aus durch starke Dotierung leitfähig gemachten Polymeren oder Polymerabkömmlingen bestehen, deren nicht dotierte Monomere im wesentlichen aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen bestehen und gegegebenenfalls einige Stickstoffatome oder Schwefelatome aufweisen, deren Monomere zu Ketten verknüpft sind, in denen die Kohlenstoffatome abwechselnd durch einfache und Doppelbindungen miteinander verknüpft sind.
       daß 10.000 bis 500.000, vorzugsweise etwa 100.000, Faserenden beziehungsweise -spitzen pro Quadratzentimeter in der Stirnfläche ( 69 ) angeordnet sind und,
       daß die Entladung nach Art einer Koronaentladung von diesen Faserenden ausgeht.
  3. Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elementes mit Hilfe einer Elektrode aus elektrischen Fasern
       bei der die Elektrode ( 4 ) nichtmetallische Fasern (68) aufweist, die büschelartig, einzeln längs nebeneinander angeordnet sind und
       die Fasern eines Büschels in einer gemeinsamen freiliegenden Stirnfläche ( 69 ) enden und
       die Elektrode mit ihrer Stirnfläche der Oberfläche ( 3 ) zugekehrt gegenüber der Oberfläche berührungsfrei und mit Abstand ( 6 ) zu dieser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Fasern ( 68 ) aus elektrisch leitender Oxydkeramik, vorzugsweise mit Supraleitfähigkeit, bestehen,
       daß 10.000 bis 500.000, vorzugsweise etwa 100.000, Faserenden beziehungsweise -spitzen pro Quadratzentimeter in der Stirnfläche ( 69 ) angeordnet sind und,
       daß die Entladung nach Art einer Koronaentladung von diesen Faserenden ausgeht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Fasern ( 68 ) aus einer der nachfolgend aufgeführten Substanzen oder einer Mischung dieser Substanzen bestehen, wobei diese Substanzen durch starke Dotierung leitfähig gemacht sind: Polyacetylen, Polyparaphenylen, Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
       daß die aus den Monomeren gebildeten Ketten sich entlang der Faserlänge erstrecken, so daß die Fasern aus gebündelten gleichsinnig gerichteten Ketten bestehen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
       daß Fasern ( 68 ) mit Ausnahme der für den Ionisierungskontakt und der für die elektrischen Anschlüsse erforderlichen Flächen in elektrisch isolierende Trägersubstanz eingebettet sind,
       daß diese Trägersubstanz ein durch starke Dotierung leitfähig machbares Polymer oder Polymerabkömmling ist und
       daß diese Trägersubstanz in den für den Ionisierungskontakt und die elektrischen Anschlüsse erforderlichen Bereichen durch starke Dotierung leitfähig gemacht ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Koronaelektrode eine langgestreckte Stirnfläche ( 69 ) aufweist, die sich etwa senkrecht zur Längserstreckung der Fasern ( 68 ) erstreckt, die mit ihrer Schmalseite gegen die Bewegungsrichtung der Oberfläche ( 3 ) des Elementes ( 2 ) gerichtet ist und sich mit ihrer Längserstreckung quer zur Bewegungsrichtung über die Oberfläche des Elementes erstreckt und
       daß die Koronaelektrode, bezogen auf die Flächennormale ( 32 ) ihrer Stirnfläche ( 31 ) gegenüber der Richtung senkrecht auf die Oberfläche ( 35 ) im Anstellwinkel ( 33 ) von 10 bis 40° ( Grad ), vorzugsweise 20 bis 30°, gegen die Bewegungsrichtung des Elementes ( 36 ) geneigt angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
       daß der Abstand zwischen der Stirnfläche ( 7 ) der Koronaelektrode und der Oberfläche ( 3 ) des Elementes (2) 0,1 bis 80,0 mm ( Millimeter), vorzugsweise 0,5 bis 30 mm, beträgt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
       daß eine oder mehrere Preßluftdüsen ( 12 - 16 ) vorgesehen sind, die in den Spalt ( 11 ) zwischen der Stirnfläche ( 7 ) der Koronaelektrode ( 4 ) und der Oberfläche ( 3 ) des Elementes ( 2 ) gerichtet sind.
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