EP2051345B1

EP2051345B1 - Elektrodenvorrichtung

Info

Publication number: EP2051345B1
Application number: EP20080166019
Authority: EP
Inventors: Lukas Hahne; Thomas Vinnay; Thomas Schopferer
Original assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Current assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: DE102007049529A1; EP2051345A3; EP2051345A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenvorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten oder einem zu fördernden elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Elektrodenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der US 6 674 630 B1 bekannt.
Unter "im Wesentlichen isolierende Materialien" sind derartige Materialien zu verstehen, die mindestens über den größeren Bereich ihrer Oberfläche als Isolator bzw. schlechter elektrischer Leiter wirken, z. B. Druck- oder Verpackungspapiere, Kunststofffolien, folienkaschierte Papiere, kunststoff-kaschierte Metallfolien oder aber auch Schüttgut wie beispielsweise Kunststoffgranulat oder dergleichen. In verschiedenen Industriezweigen, die insbesondere die vorstehend beschriebenen Materialien mit hohen Geschwindigkeiten handhaben bzw. verarbeiten, sind elektrostatische Aufladungserscheinungen bekannt und gefürchtet. Die elektrostatischen Aufladungen können neben einer Funkenbildung auch zu einer Zerstörung des Materials und zu anderen ungewünschten Folgen führen. Zur Beseitigung elektrostatischer Aufladungen von geförderten Materialien der oben erwähnten Art sind kontaktlos arbeitende Elektrodenvorrichtungen bekannt und kommerziell verfügbar. Diese haben sich in vielen Anwendungssituationen bewährt.
Die bekannten Entladesysteme bzw. Elektrodenvorrichtungen nutzen das von dem aufgeladenen Material zur Elektrodenvorrichtung ausgehende elektrische Feld zum Ladungsausgleich, indem sie Gasionen und freie Elektronen in das elektrische Feld zuführen. Diese werden auf Grund der Kraftwirkung des elektrischen Felds zu gegenpoligen Ladungen auf dem aufgeladenen Material hin angezogen und bewirken dort eine Neutralisierung bzw. eine Kompensation der Aufladung.
Die elektrostatische Aufladung kann im Material selbst, d. h. also beispielsweise bei der Verarbeitung von Rollenmaterial, von Abschnitt zu Abschnitt des auf der Rolle aufgewickelten Materials variieren, sodass eine den jeweiligen elektrostatischen Aufladungsverhältnissen angepasste Beseitigung der elektrostatischen Aufladung wünschenswert wäre. Die Parameter, mit der die Beseitigung der Aufladung beeinflusst werden kann, sind einerseits die an der oder den Elektrode(n) der Elektrodenvorrichtung anliegende Spannung sowie ein Tastverhältnis der Elektroden. Ferner kommen als Parameter die Frequenz, mit welcher die Elektrode mit Spannung gegensätzlicher Polarität versorgt werden, oder der Strom, welcher durch die Elektroden fließt, in Frage. Die beiden Parameter greifen jedoch zumindest indirekt spannungsregulierend ein, da bei hohen Frequenzen aufgrund der im Stromkreis befindlichen Kapazitäten die Höchstspannung nicht mehr erreicht werden kann. Auch bei einer Stromregulierung wird effektiv die Spannung entsprechend begrenzt. Das Tastverhältnis der Elektroden ist das Verhältnis der Zeitintervalle, in welchen an der Elektrode bzw. den Elektroden der Elektrodenvorrichtung eine positive Spannung und in welchen eine negative Spannung anliegt. Bis zum heutigen Tage werden diese Parameter (entweder die Elektrodenspannung und/oder das Tastverhältnis) überwiegend manuell an der Apparatur eingestellt. Dies ist arbeitsaufwändig, personalintensiv und damit relativ teuer, darüber hinaus ggf. sehr ungenau.
Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodenvorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten oder einem zu fördernden elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material anzugeben, bei welcher ein gutes Entladungsergebnis mit einem möglichst geringen (Personal-)Aufwand und damit in einer kostengünstigen Art und Weise erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrodenvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1: eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2: eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung, ebenfalls in schematischer Darstellung;
Fig. 3: eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung, wiederum in schematischer Darstellung;
Fig. 4: die Darstellung der dritten bevorzugten Ausführungsform in einem möglichen Einsatzbereich, nämlich über einem Folienwickel;
Fig. 5: eine vierte bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung, ebenfalls in einem möglichen Einsatzbereich, nämlich über einer Materialbahn; und
Fig. 6: den Aufbau eines Elektrodenprofils in Form einer Elektrodenkaskade in einer schematischen Darstellung.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, umfassen die erste und die zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung 1, welche für eine kontaktlose Beseitigung bzw. Entladung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten oder zu fördernden elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material gedacht sind, ein Elektrodenprofil 2 in Form einer Elektrodenkaskade, in welchem bzw. in welcher eine Vielzahl von Elektroden 3, welche Elektrodenspitzen 4 aufweisen, angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Elektrodenvorrichtung 1 eine Spannungszuführung 5, welche mit einem Schalter 6 in elektrisch leitender Verbindung steht. Der Schalter 6 kann zwischen zwei gegensätzlich gepolten Spannungsquellen in Form von Hochspannungserzeugern, zum Beispiel Hochspannungskaskaden 7, 7a hin- und herschalten.
Der Schalter 6 ist mit einem variablen Taktgeber 9 über eine Steuer- und Datenleitung 10 verbunden, welcher die Umschaltung bzw. die Anbindung der Elektroden 3 an die jeweiligen Hochspannungsquellen 7, 7a und damit deren Polarität steuert. Weiterhin ist der Taktgeber 9 über eine Steuer- und Datenleitung 11 mit einer Steuervorrichtung 12 (in der Folge kurz als Steuerung 12 bezeichnet) verbunden, welche den Taktgeber 9 steuert. Mit der Steuerung 12 steht weiterhin über eine Steuer- und Datenleitung 13 eine Messvorrichtung 14 zur Messung eines Stromverhältnisses in Verbindung. Das Stromverhältnis ist dabei definiert als das Verhältnis aus einem durch die Spannungszuführung 5 bei positiver Polung der Elektroden 3 und einem durch die Spannungszuführung 5 bei negativer Polung der Elektroden 3 fließenden Strom. Dieses Verhältnis ist mit einem Oberflächenpotential eines Materials bzw. einer Ladung des Materials, welche durch die Elektrodenvorrichtung beseitigt werden soll, korreliert. Das Verhältnis wird somit vorzugsweise durch in den Elektroden fließende Ströme bestimmt. Die Messvorrichtung besitzt einen internen Speicher, um die jeweiligen Stromwerte speichern zu können und ferner eine interne Rechenvorrichtung, welche das Verhältnis bildet und dieses dann über die Steuer- und Datenleitung 13 an die Steuerung 12 weitergibt. Diese Aufgabe kann auch in die Steuerung integriert sein.
Neben dem Parameter Stromverhältnis sind auch andere Parameter mit dem Oberflächenpotential bzw. der Ladung des zu entladenden Materials korreliert. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein Wirkstromverhältnis, eine Wirkstromdifferenz, die absolute Stromdifferenz oder das bereits vorstehend beschriebene (absolute) Stromverhältnis. Weiterhin stehen auch ein Strom durch die Elektrode nach einem Abschalten der Spannungszuführung und/oder eine Ladungsverschiebung, welche z. B. im Bereich des Elektrodenprofils gemessen werden kann, als geeignete Parameter bzw. Maßgrößen zur Verfügung. Die zu bestimmenden Parameter sind also vorzugsweise diejenigen, die in den Elektroden entstehen bzw. bereits dort messbar sind.
In Abhängigkeit von dem gemessen Parameter, d. h. in der bevorzugten ersten Ausführungsform also in Abhängigkeit vom gemessenen Stromverhältnis steuert die Steuerung 12 dann unter Berücksichtigung der Entfernung des Elektrodenprofils 2 bzw. der Elektrodenspitzen 4 vom zu entladenden Material die an den Elektroden anliegende Spannung und/oder das anliegende Tastverhältnis. Dieses ist definiert als das Verhältnis aus dem Zeitintervall, in welchem an der Elektrode eine positive Spannung anliegt, und dem Zeitintervall, in welchem an der Elektrode eine negative Spannung anliegt. Zum Beispiel ist demnach bei einer gleichförmigen Sinusschwingung das Tastverhältnis 1, wohingegen das Tastverhältnis 2 wäre, wenn doppelt so lange eine positive Spannung als eine negative Spannung an den Elektroden anliegt. Alternativ oder zusätzlich zu einer Steuerung der Spannung oder des Tastverhältnisses wäre eine Steuerung der Frequenz, mit welcher die Polarität der Elektroden geändert wird, und/oder eine Steuerung des durch die Elektroden fließenden Stromes denkbar.
Die Steuerung der Elektrodenspannung und/oder des Tastverhältnisses (und ggf. der Frequenz bzw. der Stromstärke) erfolgt auf Basis von Werte- bzw. Kalibrationstabellen bzw. -kurven und/oder von Fit-Parametern, welche eine Bestimmung bzw. eine Berechnung der auf die gemessenen Parameter sowie auf die Distanz zwischen dem zu entladenden Material und dem Elektrodenprofil 2 hin optimierten Werte für die Elektrodenspannung und/oder das Tastverhältnis (bzw. Frequenz oder Stromstärke) zulassen.
Die Distanz zwischen dem Elektrodenprofil 2 bzw. den Elektroden 4 und dem zu entladenden Material beeinflusst nämlich bekanntermaßen sämtliche vorstehend aufgezählten Parameter (diese variieren in Abhängigkeit vom Abstand von der Quelle des elektrischen Feldes). In der ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Distanz, in der das Elektrodenprofil 2 bzw. die Elektroden 4 von dem zu entladende Material angebracht sind, über ein Eingabegerät 15, welches mit der Steuerung 12 wiederum über eine Steuer- und Datenleitung 13a (denkbar wäre hier auch nur eine Datenleitung) in Verbindung steht. Alternativ hierzu könnte die Distanz auch als fester Wert in einem Speicher vorgegeben sein. Die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform stellt also eine Elektrodenvorrichtung 1 dar, welche mit einem hohen Komfort und zu einem kostengünstigen Anschaffungspreis in Anlagen betrieben werden kann, in welchen sich die Distanzverhältnisse zwischen der Elektrodenvorrichtung 1, und hier insbesondere zwischen dem Elektrodenprofil 2 bzw. den Elektrodenspitzen 4 und dem zu entladenden Material nicht wesentlich bzw. nicht kontinuierlich ändern, sodass bei gelegentlichen Änderungen eine Umkalibrierung des Geräts in Form der Eingabe eines neuen Distanz-Parameters an die Steuerung 12 über das Eingabegerät 15 erfolgen kann.
Alternativ zu der in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Möglichkeit, einen Parameter für die Distanz über ein Eingabegerät 15 zu geben, besteht auch die Möglichkeit, der Steuerung eine Distanz praktisch quasi kontinuierlich oder auch in vorbestimmten diskreten Abständen über einen Signaleingang zur Aufnahme eines Signals mitzuteilen, wobei das Signal Informationen über die Distanz zwischen der Elektrodenvorrichtung 1 bzw. dem Elektrodenprofil 2 bzw. den Elektrodenspitzen 4 und dem zu entladenden Material enthält (Ausführungsform in den Figuren nicht dargestellt).
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, welche in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Distanz zwischen der Elektrodenvorrichtung 1 und dem zu entladenden Material durch eine in die Elektrodenvorrichtung 1 integrierte Distanzbestimmungsvorrichtung in Form zweier Ultraschalldistanzmessvorrichtungen 17 ermittelt. Alternativ ist auch die Verwendung nur einer Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung denkbar (vgl. Fig. 3 und 4). Dieser Aufbau ist insbesondere zur Entladung von Bahnen bzw. Materialien, welche ihre Entfernung zur Elektrodenvorrichtung verändern, gedacht. Zum Beispiel ist die zweite bevorzugte Ausführungsform optimiert für eine Entladung von Materialien im Bereich von Wickeln, deren Wickeldurchmesser mit zunehmender Abwickel-Dauer geringer wird. An Stelle der Ultraschalldistanzmessvorrichtungen 17 sind jegliche andere Distanzbestimmungsvorrichtungen, welche beispielsweise auf optischer oder auf akustischer Basis arbeiten, sowie Kombinationen aus diesen Vorrichtungen denkbar. Insbesondere sind Distanzbestimmungsvorrichtungen denkbar, welche eine Laser- oder eine Radar-Distanzmessvorrichtung umfassen. Wie bereits vorstehend erwähnt, sind auch Kombinationen aus optischen und/oder akustischen Distanzmessvorrichtungen wie z. B. Kombinationen aus Ultraschall- und Laser- und/oder Radar-Distanzmessvorrichtungen denkbar. Die Ultraschall-Distanz-Messvorrichtungen 17 umfassen jeweils einen Ultraschall-Sender und einen Ultraschall-Empfänger, um so die Laufdauer von emittierten und reflektierten Ultraschallimpulsen bestimmen zu können.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten bevorzugten Ausführungsform weiterhin dadurch, dass sie eine variable (Hoch-) Spannungsquelle bzw. -versorgungsquelle 18 aufweist, welche wiederum mit der Steuerung bzw. Steuervorrichtung 12 über eine Steuer- und Datenleitung in Verbindung steht. Damit kann die Spannungsquelle einerseits durch die Steuerung 12 gesteuert werden und andererseits können über die Steuer- und Datenleitung 19 Daten über den Betriebszustand der Spannungsquelle 18 zur Verfügung gestellt werden. Da in der vorliegenden zweiten bevorzugten Ausführungsform der Schalter 6 entfallen kann, ist der Taktgeber über jeweils Steuer- und Datenleitungen 20 und 21 mit der variablen Spannungsquelle 18 und der Steuerung 12 verbunden, um somit eine optimale Taktung der abgegebenen Spannung zu gewährleisten. Die beiden Ultraschall-Distanz-Messvorrichtungen stehen über jeweils Steuer- und Datenleitungen 22, 23 mit einer ihnen zugeordneten Steuereinheit 24 in Verbindung, welche die Distanzbestimmung vornimmt. Diese steht wiederum über eine Steuer- und Datenleitung 25 mit der Steuerung 12 zur Anforderung und Übermittlung der Distanz in Verbindung. Ansonsten entspricht die zweite bevorzugte Ausführungsform gemäß Fig. 2 der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei noch zu erwähnen bleibt, dass auf Grund der integrierten Distanzbestimmung gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform das Eingabegerät 15 wegfällt.
In Fig. 3 ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung 1 dargestellt, welche im Gegensatz zu der Elektrodenvorrichtung 1 gemäß Fig. 2 ein zweites Elektrodenprofil 2a umfasst. Das Elektrodenprofil 2 steht mit dem positiven Ausgang einer Spannungsquelle, welche in der bevorzugten dritten Ausführungsform in die Steuerung 12 integriert ist, in Verbindung, während das Elektrodenprofil 2a mit dem negativen Ausgang einer weiteren Spannungsquelle, welche ebenfalls in die Steuerung 12 integriert ist, in Verbindung steht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass selbstverständlich auch nur eine oder eine oder mehrere Spannungsversorgungen, welche außerhalb der Steuerung 12 angeordnet sind, denkbar und der Funktionalität der Elektrodenvorrichtung 1 nicht abträglich wären. Im Unterschied zur ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform wird bei der dritten bevorzugten Ausführungsform ein Wirkstromverhältnis als der Parameter, welcher in Abhängigkeit vom Oberflächenpotential auf dem geförderten oder zu fördernden Material variiert, bestimmt. Der Wirkstrom bzw. das Wirkstromverhältnis ist in der Lage, einen in den Elektroden bzw. den Elektrodenprofilen entstehenden Parameter zu liefern. Dabei ist das Wirkstromverhältnis als das Verhältnis aus einem positiven Wirkstrom und einem negativen Wirkstrom definiert. Der positive Wirkstrom ist die Summe der Ströme, welche durch das positive aktive Elektrodenprofil 2 und das passive negative Elektrodenprofil 2a fließen. Der negative Wirkstrom ist als die Summe der Ströme, welche durch das aktive negative Elektrodenprofil 2a und das passive positive Elektrodenprofil 2 fließen, definiert. Zur Bestimmung des Wirkstroms bzw. des Wirkstromverhältnisses stehen die beiden Elektrodenprofile 2, 2a bzw. genauer gesagt die Elektroden 3 über jeweils Mess-, Daten- und Steuerleitungen 26, 27 mit einer Vorrichtung 28 zur Bestimmung des Wirkstromverhältnisses in Verbindung.
Ebenso ist im Unterschied zur ersten und zweiten bevorzugen Ausführungsform nur eine Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung vorhanden. Sie ist in der Mitte zwischen den beiden Elektrodenprofilen 2, 2a auf jeweils der halben Länge derselben angeordnet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 24 für die Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung 17 steht über eine Steuer- und Datenleitung 29 mit der den Elektrodenprofilen 2 und 2a zugeordneten Ultraschall-Distanz-Messvorrichtung 17 in Verbindung. Auf der anderen Seite steht die Steuer- und Auswerteinheit 24 über eine weitere Steuer- und Datenleitung 31 mit der Steuerung 12 in Verbindung.
Der Vorteil einer Elektrodenvorrichtung 1 mit zwei Elektrodenprofilen 2 und 2a liegt darin, dass die Polarität, welche an den Elektroden 3 bzw. den Elektrodenspitzen 4 anliegt, nicht geschaltet werden muss und dass auch die Spannungsquelle nicht unbedingt variabel sein muss. Dadurch können nachspannungsseitige Schaltelemente (wie beispielsweise der Schalter 6), welche insbesondere für hohe Spannungen teuer in der Herstellung sind, eingespart werden. Ferner ist das Wirkstromverhältnis bei dieser Konstruktion ein gut zugänglicher, in der Elektrodenvorrichtung entstehender Parameter, welcher leicht und vorzugsweise bereits dort messbar ist. Auf Grund der Verhältnisbildung spielen ferner Eigenschaften der Elektrodenprofile 2, 2a, wie beispielsweise deren Länge keine Rolle für die Steuerung 12. Dadurch kann mit relativ wenigen in der Steuerung 12 gehaltenen Wertetabellen bzw. Kalibrationstabellen bzw. -werten und/oder Fit-Parametern ein für sämtliche Elektrodenprofile optimales Steuerungsergebnis erzielt werden. D. h. also, die Daten, die die Steuerung 12 speichern muss, müssen weder der Elektrodenlänge noch der Anzahl der Elektroden angepasst werden.
Das Haupteinsatzgebiet der dritten bevorzugten Ausführungsform befindet sich wie das der zweiten bevorzugten Ausführungsform im Bereich von Wickeln, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, d. h. also in Bereichen, in denen das zu entladene Material seine Distanz zu der Elektrodenvorrichtung 1 variiert.
In Fig. 5 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung dargestellt. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um dieselbe Ausführungsform, wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, wobei jedoch bei der vierten bevorzugten Ausführungsform keine Distanzmessung stattfindet. In dieser Hinsicht entspricht sie der ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei jedoch gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform ein zweites Elektrodenprofil 2a vorhanden ist. Einsatzgebiet einer solchen Vorrichtung ist beispielsweise die Entladung in einem wohl definierten konstanten oder nicht oft wechselnden Abstand zu dem zu entladenden Material.
Auch die vierte bevorzugte Ausführungsform könnte einen Signaleingang für ein Signal, welches Distanzinformationen enthält oder eine Eingabevorrichtung für die Distanz aufweisen oder aber eine feste Distanz vorprogrammiert haben.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei dem zu entladenden Material nicht nur, wie in den Zeichnungen dargestellt, um Material, welches auf Wickeln angeordnet ist, handeln kann, sondern auch durchaus um Bogen, welche in Form eines Stapels vorliegen, oder um andere Materialansammlungen bzw. Schüttgut. Es sei ferner an dieser Stelle darauf verwiesen, dass sämtliche Kombinationen von Einzelteilen, insbesondere der verschiedenen Spannungsquellen bzw. der verschiedenen Maß-, Steuer- und Taktgebervorrichtungen denkbar sind. So ist beispielsweise denkbar, dass zwei Hochspannungsquellen 7, 7a gemäß Fig. 1 auch in den anderen bevorzugten Ausführungsformen vorliegen können. Auch eine Kombination eines Schalters 6 gemäß Fig. 1 mit den anderen Ausführungsformen ist beispielsweise denkbar. Dasselbe gilt für den Taktgeber 9 und die weiteren Vorrichtungen. Sämtliche Kombinationen sind in diesem Zusammenhang denkbar.
Letztendlich sei noch auf Fig. 6 verwiesen, welche eine Detaildarstellung eines Elektrodenprofils 2, bzw. eines Elektrodenprofils 2a (beide Elelctrodenprofile sind identisch ausgebildet) zeigt. Aus Fig. 6 erkennt man, dass die Spannungszuführung 5 mit einer Vielzahl von Corona-Hochspannungselektroden 3, welche Elektrodenspitzen 4 umfassen, in Verbindung steht. Den Elektroden 3 sind jeweils Hochspannungswiderstände 32 zugeordnet, welche der Begrenzung eines Stromflusses durch die Elektroden 3 dienen, was beispielsweise bei einer Berührung durch einen Menschen von Vorteil sein kann. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass alternativ zu den Widerständen 32 auch ein direkter Anschluss der Elektroden 3 an die zugeführte Hochspannung denkbar ist. Dadurch kann das Entladungsergebnis ggf. nochmals etwas verbessert werden. Die Elektroden sind zusammen mit den Widerständen 32 in dem Elektrodenprofil 2, 2a (das Elektrodenprofil 2, 2a stellt den Trägerkörper dar) mittels einer Poly-Urethan-Masse vergossen. An Stelle von Poly-Urethan-Masse kommen sämtliche weitere für diesen Handlungszweck denkbaren Harze oder Kunststoffe in Frage. Die Einbettung in die Vergussmasse sichert die Hochspannungsisolierung gegen das Gehäuse bzw. das Elektrodenprofil 2, 2a.
Um ein möglichst hohes elektrisches Feld um die Elektrodenspitzen 4 zu erreichen, ist neben den Elektroden 3 auch ein Draht 8, welcher geerdet ist, im Bereich der Elektrodenspitzen 4 in das Elektrodenprofil 2, 2a eingegossen.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass sämtliche Steuerungselemente, Eingabegeräte, Spannungsquellen und dergleichen, d. h. also sämtliche Elemente, die in den schematischen Darstellungen außerhalb der Elektrodenprofile 2, 2a dargestellt sind, in Realität selbstverständlich in bevorzugten Ausführungsformen auch in den Elektrodenprofilen 2, 2a integriert sein können, sodass die gesamte Vorrichtung lediglich aus den Elektrodenprofilen 2, 2a bzw. dem Elektrodenprofil 2 mit integrierten Bauteilen besteht. Dadurch wird die Montagefreundlichkeit nochmals erhöht.
Im Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Steuern der Elektrodenvorrichtung 1 bzw. einer beliebigen Elektrodenvorrichtung zur kontaktlosen Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten oder einem zu fördernden flächigen, elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material umfasst. In der einfachsten Ausführungsform, welche z. B. bei der ersten bevorzugten apparativen Ausführungsform gemäß Fig. 1 zum Einsatz kommt, umfasst das Verfahren zum Steuern der Elektrodenvorrichtung zwei Schritte, nämlich: Bestimmung eines Parameters, welcher in Abhängigkeit vom Oberflächenpotential des geförderten oder zu fördernden Materials variiert, wobei es sich bei diesem Parameter, wie bereits im Zusammenhang mit dem apparativen Aufbau erwähnt, z. B. um absolute Stromdifferenzen, absolute Stromverhältnisse sowie ein Wirkstromverhältnis und/oder die weiteren aufgezählten Parameter handeln kann. Es kann sich, in anderen Worten gesagt, um einen beliebigen Parameter handeln, welcher mit der Oberflächenladung bzw. dem Oberflächenpotential des zu entladenden Materials korreliert ist. Der Parameter entsteht vorzugsweise in den im jeweiligen Elektrodenprofil aufgenommenen Elektroden der Elektrodenvorrichtung. Nach der Bestimmung dieses Parameters werden die an den Elektroden anliegende Spannung sowie das Tastverhältnis in Abhängigkeit von dem im ersten Schritt bestimmten Parameter gesteuert. In diesem Fall kennt die Steuerung entweder die Distanz durch eine Eingabe oder die Distanz ist ein fixer Wert. Auch im Zusammenhang mit dem Verfahren sei angemerkt, dass sowohl eine Steuerung der Elektrodenspannung (z. B. positive Spannung in Höhe von 1.500 V und negative Spannung in Höhe von 3.000 V) als auch eine Steuerung des Tastverhältnisses (z. B. Anlegen einer positiven Spannung an die Elektrode in einer Länge von 50 Millisekunden, einer negativen Spannung an die Elektroden in einer Länge von 200 Millisekunden) denkbar ist. Denkbar und insbesondere bevorzugt ist eine Steuerung der beiden Parameter.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich die Distanz, welche Eingang in die Steuerung der Elektrodenspannung und das Taktverhältnis findet, bestimmt. Um den zu bestimmenden Parameter zu ermitteln, welcher mit der Oberflächenspannung korreliert ist, wird alle 20 Sekunden eine Messung zur Bestimmung des Parameters mit einem Tastverhältnis, welches sicherstellt, dass der durch die Elektroden fließende Strom seinen Endwert erreicht hat, beispielsweise mit einem Tastverhältnis von 50 zu 50 und einer Frequenz, welche ebenfalls sicherstellt, dass der durch die Elektroden fließende Strom seinen Endwert erreicht hat, beispielsweise mit einer Frequenz von 5 bis 10 Hz ausgeführt. Bei einer entsprechend leistungsfähigen Spannungsquelle sind auch höhere Frequenzen bis beispielsweise 300 Hz oder sogar darüber hinaus denkbar. Denkbare andere Zeitintervalle zwischen zwei Bestimmungen des Parameters liegen im Bereich von 5 bis 60 Sekunden, insbesondere von 10 bis 40 Sekunden, und weiterhin insbesondere von 15 bis 30 Sekunden. Diese Messung zur Bestimmung des Parameters sowie der Distanz geht vorzugsweise über einen Zeitraum von 2 Sekunden, d. h. also über mehrere Perioden. Denkbar wäre auch eine Messung über nur eine Periode, eine Messung über mehrere Perioden ermöglicht aber eine Filterung der gemessenen Werte und erhöht somit die Präzision der Messung. Das Abtastintervall der Messung ist dabei an folgende Parameter des Endsystems angepasst: Geschwindigkeit der Änderung der Distanz und Geschwindigkeit der Änderung der Oberflächenladung. Je langsamer diese Veränderungen sind, desto größer kann auch das Abtastintervall gewählt werden. Die Distanzmessung wird bevorzugt simultan oder zumindest quasi-simultan zur Parameterbestimmung durchgeführt.
Letztendlich sei angemerkt, dass typische Elektrodenspannungen bei den vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen bis zu 50 kV betragen. Typische Materialgeschwindigkeiten bzw. Bahngeschwindigkeiten, mit welchen sich das Material, das entladen werden soll, bewegt, liegen bei 1 bis 20 m/sec. Der Stromfluss durch die Elektroden 3 eines Elektrodenprofils 2, 2a der Länge 1 m beträgt typischerweise zwischen 50 µA und 500 µA.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen kontinuierlich die vorhandene Aufladung des zu entladenden Objekts erfasst wird und die Ausgangsleistung automatisch an die gerade vorliegenden Bedingungen angepasst wird. Bei variablen Distanzen zwischen dem zu entladenden Objekt und der Entladevorrichtung wird weiterhin kontinuierlich ebenfalls der Abstand zwischen zu entladendem Material und der Elektrodenvorrichtung 1 bestimmt, sodass die Ausgangsleistung automatisch an die wechselnden Distanzverhältnisse und die wechselnden Ladungsverhältnisse bzw. Oberflächenladungsverhältnisse des Objekts angepasst werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hochspannungsnetzteil in die Elektrodenvorrichtung 1 integriert und in der Lage, auch hohe Aufladungen in kürzester Zeit zu kompensieren, da bis zu 2 x 50 kV Ausgangsspannung zur Verfügung stehen. Verschleißfreie Emissionsspitzen 4, welche in allen bevorzugten Ausführungsformen zum Einsatz kommen und eine robuste, einfach zu reinigende Geometrie, welche durch die Form (in den bevorzugten Ausführungsformen eine U-profilförmige Form der Elektrodenprofile 2, 2a) bedingt ist, sorgen für einen minimalen Wartungsaufwand. Auf der den Elektrodenspitzen 4 abgewandten Seite des Elektrodenprofils 2, 2a sind Schiebemuttern, welche die einfache Montage auch in anspruchsvollen Einbausituationen ermöglichen. Demnach sind die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen sowohl bei festen Distanzen zwischen dem zu entladenden Material und der Elektrodenvorrichtung 1 als auch bei variablen Distanzen, d. h. also insbesondere im Bereich der Auf- und Abwicklung von Materialien, insbesondere Folienbahnen, in Rollenschneidern, bei Beutelmaschinen oder vielen anderen anspruchsvollen Anwendungen universell einsetzbar.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch wie bereits vorstehend angedeutet, die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche gegeben sind.

Claims

Elektrodenvorrichtung (1) zur kontaktlosen Beseitigung einer elektrostatischen Aufladung von einem geförderten oder einem zu fördernden elektrisch im Wesentlichen isolierenden Material mit wenigstens einer Elektrode (3), welche in einem Elektrodenprofil (2, 2a) angeordnet ist und einer Spannungszuführung (5) zur Spannungsversorgung der wenigstens einen Elektrode (3),
wobei die Elektrodenvorrichtung (1) weiterhin eine Vorrichtung (14) zur Bestimmung eines Parameters, welcher in Abhängigkeit vom Oberflächenpotential auf dem geförderten oder zu fördernden Material variiert, sowie eine Steuervorrichtung (12) zur Steuerung einer an der wenigstens einen Elektrode (3) anliegenden Spannung und/oder eines durch die wenigstens eine Elektrode fließenden Stromes und/oder eines Tastverhältnisses und/oder einer Frequenz, mit welcher die wenigstens eine Elektrode mit gegenpoligen Spannungen versorgt oder ein- und ausgeschaltet wird, aufweist, welche die Elektrodenspannung und/oder das Tastverhältnis und/oder den Strom und/oder die Frequenz in Abhängigkeit des Parameters steuert,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektrodenvorrichtung (1) einen Signaleingang zur Aufnahme eines Signals umfasst, welches Informationen über eine Distanz zwischen der Elektrodenvorrichtung (1) und dem Material enthält.
Elektrodenvorrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zur Bestimmung eines Parameters einen in der wenigstens einen Elektrode entstehenden Parameter bestimmt.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektrodenvorrichtung (1) wenigstens eine Distanzbestimmungsvorrichtung (17) zur Bestimmung einer Distanz zwischen der Elektrodenvorrichtung (1) und dem Material umfasst.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektrodenanordnung wenigstens zwei Elektrodenprofile (2, 2a) mit jeweils wenigstens einer Elektrode (3) umfasst.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die an die Elektrode(n) (3) des ersten Profils (2) angelegte Spannung eine der an die Elektrode(n) (3) des zweiten Profils (2a) angelegten Spannung gegensätzliche Polarität aufweisen.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Distanzbestimmungsvorrichtung (17) eine optische und/oder eine akustische Distanzmessvorrichtung umfasst.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Distanzbestimmungsvorrichtung eine Ultraschall- (17) und/oder Laser- und/oder Radar-Distanzmessvorrichtung umfasst.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zur Bestimmung des weiteren Parameters eine Vorrichtung zur Erfassung eines Wirkstromverhältnisses umfasst.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (14) zur Bestimmung des weiteren Parameters eine Vorrichtung zur Erfassung einer Wirkstromdifferenz und/oder der absoluten Stromdifferenz und/oder des absoluten Stromverhältnisses und/oder eines Stromes durch die wenigstens eine Elektrode (3) nach einem Abschalten der Spannungszuführung und/oder einer Ladungsverschiebung umfasst.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Elektrodenprofil (2, 2a) ein elektrischer Leiter, insbesondere ein Draht (8) angeordnet ist, welcher geerdet ist.
Elektrodenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Steuervorrichtung (12) zur Steuerung der Elektrodenspannung und/oder des Tastverhältnisses Steuerparameter, insbesondere Kalibrationstabellen- bzw. -kurven und/oder Fit-Parameter hinterlegt sind.