EP2697875B1 - Antistatikvorrichtung und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

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EP2697875B1
EP2697875B1 EP12714667.8A EP12714667A EP2697875B1 EP 2697875 B1 EP2697875 B1 EP 2697875B1 EP 12714667 A EP12714667 A EP 12714667A EP 2697875 B1 EP2697875 B1 EP 2697875B1
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EP
European Patent Office
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electrodes
electrode assembly
positive
negative
antistatic device
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EP12714667.8A
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EP2697875A1 (de
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Klaus Domschat
Christian W. Trimborn
Armin GÖPFRICH
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Gema Switzerland GmbH
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Gema Switzerland GmbH
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F13/00—Common details of rotary presses or machines
    • B41F13/02—Conveying or guiding webs through presses or machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H26/00—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions, for web-advancing mechanisms
    • B65H26/02—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions, for web-advancing mechanisms responsive to presence of irregularities in running webs
    • 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
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    • B65H2515/00—Physical entities not provided for in groups B65H2511/00 or B65H2513/00
    • B65H2515/70—Electrical or magnetic properties, e.g. electric power or current

Definitions

  • the present invention relates to an antistatic device for reducing electrostatic charges on moving webs of material.
  • the invention also relates to a method of operating such an antistatic device.
  • Electrostatic charges arise when dielectric materials are moved relative to each other or relative to other materials. Such electrostatic charges are particularly critical in the area of rapidly moving, thin material webs, such as paper or films. If these electrostatic charges are not reduced or neutralized, they can discharge uncontrollably. Such discharges can cause personal injury, material damage, sparks, fire and explosions. In addition, subsequent processes such as coatings, printing and further processing may be impaired. It can also significantly affect the quality of the product, including the complete destruction of the product or material.
  • an active electrode assembly that has a plurality of active needle-shaped individual electrodes that are electrically connected to a high voltage source and AC voltage during operation of an antistatic device.
  • the electrode arrangement is in this case arranged in a bar-shaped electrode carrier into which a ground conductor is also integrated.
  • Antistatic devices are known in which either two active electrode arrangements of the same polarity follow one another in the direction of movement of a material web or in which two pairs of electrode arrangements follow one another in the direction of movement of the material web, each pair having a positive electrode arrangement and a negative electrode arrangement includes, which are arranged one behind the other in the direction of movement of the web.
  • the neutralization current flowing at the active electrode arrangements is measured and evaluated. Depending on the detected neutralization current, the effectiveness of the neutralization or the residual charge remaining on the material web is determined. Depending on this residual charge then the speed of movement of the web can be changed.
  • a further antistatic device in which a positive electrode active arrangement and a negative electrode active arrangement are arranged one behind the other in the direction of movement of the material web and in which the effectiveness of the neutralization can be measured by means of the measured neutralization currents of the active electrode arrangements.
  • Such systems in which positive electrodes as well as negative electrodes are active in operation, may also be referred to as bipolar systems.
  • Active electrode assemblies differ from passive electrode assemblies in that the active electrode assemblies are connected to a high voltage source while passive electrode assemblies are connected to a ground, in particular ground.
  • a high voltage in the present context is at least 1 kV.
  • the ionization voltage is the voltage level at which the ionization of the surrounding air molecules begins at a charged tip. This ionization phase by means of a certain minimum voltage is absolutely necessary for neutralization to take place.
  • the present invention is concerned with the problem of providing an improved embodiment for an antistatic device of the type mentioned above or for an associated operating method, which is characterized in particular by the avoidance of non-neutralized or poorly neutralized web sections with simultaneously reduced energy consumption.
  • the invention is based on the general idea, in an antistatic device which comprises at least one positive electrode arrangement and at least one negative electrode arrangement, depending on the polarity of each material web to be neutralized to deactivate the respectively unnecessary electrode arrangement and only unipolar active to operate the required electrode assembly.
  • the antistatic device according to the invention preferably comprises only a single positive electrode arrangement and only a single negative electrode arrangement. Furthermore, it is preferred that the respective active electrode arrangement has only a single row of needle-shaped electrodes arranged side by side transversely to the direction of movement of the material web, so that a maximum of two rows of needles or rows of electrodes are provided for realizing the two active electrode arrangements. According to a particularly advantageous embodiment, the needle-shaped electrodes of the positive electrode arrangement and the negative electrode arrangement can be arranged in a common row next to one another transversely to the direction of movement of the material web, so that in extreme cases both active electrode arrangements can be formed by a single row of electrodes or pins.
  • the controller of the invention may activate or deactivate the negative high voltage source and disable or disable the positive high voltage source, and in the event of a negative neutralization current, disable or disable the negative high voltage source and activate the positive high voltage source or leave activated.
  • the invention uses the knowledge that the polarity that arises on a material web during a production process remains constant as long as the process parameters do not change. The resulting polarity can not be predicted.
  • the respectively unneeded active electrode arrangement can be deactivated, since this can essentially contribute no contribution to the neutralization of the electrostatic charge of the material web. The system then works in comparison to other systems not bipolar but unipolar.
  • the antistatic device according to the invention operates in a unipolar DC operation (DC operation) when the unneeded electrode arrangement is deactivated, which significantly reduces the energy consumption of the antistatic device.
  • the unipolar DC operation of the antistatic device according to the invention is preferably unpulsed, so that the required neutralization current is constant or permanent, as a result of which the control or regulation effort is considerably reduced.
  • the controller is designed and / or programmed such that it can be switched over at least between a learning phase and a working phase.
  • both the positive high voltage source and the negative high voltage source are activated, while in the working phase only one of the high voltage sources, namely the high voltage source required to neutralize the material web is active.
  • the sensor system can now be designed and / or programmed such that it detects the polarity of the neutralization current during the learning phase from that of the respective high-voltage source outflowing streams, so monitored the neutralization currents of the active electrode assemblies.
  • more current flows at one high-voltage source than at the other, from which it is possible to deduce the polarity of the charge of the material web or the polarity of the neutralization current.
  • a passive sensor electrode assembly which has a plurality of needle-shaped individual sensor electrodes and which is electrically connected to a mass during operation of the antistatic device. Due to their connection to the ground, the sensor electrode arrangement is a passive electrode arrangement. Furthermore, the sensor system can now be programmed and / or configured such that it monitors the current flowing out of the sensor electrode arrangement, that is to say the neutralization current of the sensor electrode arrangement, in order to detect the polarity of the neutralization current.
  • the invention is thus based in this case on the general idea, in an antistatic device comprising at least one positive electrode arrangement and at least one negative electrode arrangement, to provide at least one sensor electrode arrangement, with the aid of which the polarity of a neutralization current of the sensor electrode arrangement can be detected, in dependence on the determined polarity to deactivate the respectively unnecessary electrode arrangement and to operate only the required electrode arrangement active.
  • the controller may enable or disable the negative high voltage source and disable or disable the positive high voltage source, and in the event of a negative neutralization current, disable or disable the negative high voltage source and activate the positive high voltage source or leave activated.
  • the invention uses the knowledge that the polarity that arises on a material web during a production process remains constant as long as the process parameters do not change.
  • the polarity can not be predicted.
  • the respectively unneeded active electrode arrangement can be deactivated, since this can essentially contribute no contribution to the neutralization of the electrostatic charge of the material web.
  • the power consumption of the antistatic device can be significantly reduced, since it is not necessary to apply a high voltage to the unneeded electrode arrangement.
  • the sensor electrode arrangement in particular via a measuring resistor, is connected to a grounding, in particular to a grounding.
  • the sensor electrode arrangement simultaneously acts as a passive neutralization electrode arrangement, via which a large part of the electrostatic charge of the material web can already be neutralized.
  • This passive neutralization at the sensor electrode arrangement produces a neutralization current at the sensor electrode arrangement, which can be measured, for example, by means of a corresponding measuring resistor. Due to the effect of the sensor electrode arrangement as a passive neutralization electrode arrangement, it is simultaneously possible to reduce the power at the respective active electrode arrangement or to achieve an improved neutralization effect or to set a greater distance between electrode arrangement and material web for the same power.
  • it may be provided to control the respective activated high-voltage source in such a way that it supplies an unpulsed and preferably constant positive or negative DC voltage.
  • an unpulsed direct current it is possible to permanently withdraw charge from the material web or to neutralize charge on the material web.
  • an unpulsed DC voltage By using an unpulsed DC voltage, the zebra effect can largely and in particular be completely avoided, as a result of which a particularly high-quality, continuous or continuous neutralization of the material web can be achieved largely and in particular completely without residual charge.
  • the high-voltage sources for generating a pulsed direct voltage at the respective active electrode arrangement are activated during a learning phase, so that a pulsed direct voltage is applied to both the positive electrode arrangement and the negative electrode arrangement.
  • a positive voltage pulse of the positive electrode assembly simultaneously occurs at a voltage gap on the negative electrode assembly, while a voltage gap on the positive electrode assembly coincides with a negative voltage pulse of the negative electrode assembly.
  • the polarity of the neutralization current of the sensor electrode assembly is determined. Once it is determined that stable a certain Polarity is present, is changed to a working phase, during which the unneeded electrode assembly or its high voltage source is deactivated, while the further required electrode assembly remains active and the associated high voltage source is driven to generate an unpulsed DC voltage.
  • This embodiment assumes that, during the learning phase, which can be triggered, for example, by a change in the process parameters of a production process associated with the material web, for example by a change in the material web, it is still unclear at the beginning which polarity is at the Material web is set.
  • both active electrode arrangements that is to say both the positive electrode arrangement and the negative electrode arrangement, are activated in order to achieve effective neutralization already during the learning phase.
  • both active electrode arrangements are supplied with pulsed DC voltage.
  • the polarity is stabilized and identified, is switched to the working phase in which then only one of the active electrode assemblies is activated, which is then supplied with an unpulsed DC voltage.
  • the unpulsed DC voltage is preferably constant.
  • both high-voltage sources are still deactivated during the learning phase and then only the high-voltage source of the required electrode arrangement is activated in the working phase. This is particularly advantageous if the controller can activate the required electrode arrangement in a short time depending on the determined polarity of the material web.
  • a neutralization current of the respectively activated active electrode arrangement can be measured with the sensor system, for example by means of a current measuring device. That is, during the work phase now also the neutralization current of the respective activated active electrode arrangement is monitored. Depending on the measured neutralization current of the active electrode arrangement, it is now possible to switch between two operating modes of the antistatic device. For example, a distinction can be made between a main mode and a fallback mode or fallback mode. In the main mode, only one of the two high-voltage sources is active, in particular in order to supply the associated electrode arrangement with unpulsed direct current. This main operation thus corresponds in particular to the desired operating state of the working phase.
  • the fallback mode can be distinguished by the fact that both high-voltage sources are active, preferably in such a way that both electrode arrangements are supplied with pulsed DC voltage, in particular alternately.
  • the fallback mode can therefore correspond in particular to the learning phase with active ionization electrodes.
  • such an embodiment can therefore also be realized in such a way that, depending on the neutralization current of the sensor electrode arrangement, it is possible to switch from the learning phase to the working phase, while depending on the neutralization current of the electrode arrangement activated during the working phase, a change back into the learning phase is possible.
  • too weak a neutralization current at the active electrode arrangement may be an indication that possibly a process parameter has been changed so that the polarity at the material web has changed.
  • a new learning phase can be triggered.
  • the quiescent current of at least one of the active electrode arrangements and / or the sensor electrode arrangement for example, electrode erosion and / or electrode contamination are detected can.
  • monitoring the quiescent current can thus perform a diagnosis of the antistatic device.
  • a quiescent current occurs in particular when the material web has almost no electrostatic charge and / or when the material web rests or only has a low speed of movement.
  • the positive ions of the positive electrode assembly can move through the air to the negative electrode assembly, whereby a current flow, namely said quiescent current is formed.
  • ions from the positive electrode arrangement as well as ions from the negative electrode arrangement can move through the air to the sensor electrode arrangement, which is electrically connected to the ground, so that a quiescent current can also arise therefrom.
  • a quiescent current can be measured during a diagnostic phase of the antistatic device, which is characterized by a low electrostatic charge of the material web.
  • the electrostatic charge on the material web builds up only gradually when starting the material web, so that it is particularly expedient to provide such a diagnostic phase when starting or when the material web is at a standstill.
  • a drop in the quiescent current may indicate an electrically non-conductive contamination of the respective electrodes.
  • the respective reference current represents the 100% value.
  • an increase in the quiescent current to, for example, more than 150% or more than 160% of a reference current can indicate electrically conductive contamination of the relevant electrodes.
  • the respective reference current represents the 100% value.
  • a new reference current is determined after each cleaning process of the electrodes.
  • the new reference current is reduced compared to the base reference current.
  • the ever new reference current continues to decrease.
  • the decrease in the reference current correlates with the erosion of the electrodes.
  • a monitoring device can automatically detect a cleaning process of the electrodes, as changes by the cleaning of the electrodes of the quiescent current in the direction of the respective preceding reference current. Once a predetermined burnup of the electrodes is achieved with respect to the base reference current, again a corresponding maintenance signal can be generated.
  • the quiescent current or the diagnostic phase is therefore preferably present when the material web is not loaded and / or when the material web rests.
  • the learning phase or a neutralizing current of the sensor electrode arrangement is present in particular when the material web absorbs speed and already carries a certain passively dissipatable charge.
  • the working phase the material web moves at the usual operating speed, carries the resulting charge, so that at the respective active ionization electrode a neutralization current flows.
  • the antistatic device according to the invention operates only with an active electrode arrangement during operation, that is to say during the working phase, no particularly large distance between the electrode arrangements is to be observed with respect to the direction of movement of the material web.
  • the two active electrode assemblies in the direction of movement of the material web have a distance from each other which is smaller than the extension of the antistatic device across the material web or smaller than a distance, the first and a last electrode of a 10 or 5 successive or juxtaposed electrodes having electrode group within one of the electrode assemblies are spaced from each other.
  • the antistatic device according to the invention builds comparatively compact.
  • the two active electrode arrangements can be arranged in or on a common bar-shaped electrode carrier, which considerably simplifies the installation of the antistatic device. If, in addition, the above-mentioned sensor electrode arrangement is present, this can also be expediently arranged in or on this common electrode carrier.
  • Such an electrode carrier can be expediently equipped with connections for the high-voltage sources and for the sensors in order to be able to connect the positive electrode arrangement to the positive high-voltage source, the negative electrode arrangement to the negative high-voltage source and possibly the sensor electrode arrangement to the sensor system.
  • the electrode carrier may have a dividing wall which extends between the active electrode arrangements on the one hand and the sensor electrode arrangement on the other hand.
  • the partition may in particular be electrically insulating.
  • the partition wall can thus reduce the risk of a short circuit between the active electrodes via the direct air path and the sensor electrodes, as it forces an alignment in the direction of the material web for the movement of the ions. This orientation of the ion movement towards the material web can be improved, for example, by projecting the dividing wall over the electrodes or via their electrode tips in the direction of the material web.
  • the electrode carrier may comprise at least one high-voltage conductor which is electrically connected to the respective high-voltage connection.
  • the high-voltage conductor makes it particularly easy to connect the individual electrodes of the respective electrode arrangement to the respective high-voltage source.
  • the respective high-voltage conductor can be formed by a carbon fiber composite body, which can be used simultaneously for stiffening the electrode carrier.
  • the high-voltage conductor or the carbon fiber composite body is flat or band-shaped and in particular configured with a rectangular profile.
  • the sensor electrodes are arranged side by side in a straight row of sensor electrodes.
  • the positive electrodes can also be arranged side by side in a straight row of positive electrodes.
  • the negative electrodes can also be arranged next to one another in a straight row of negative electrodes.
  • the positive electrodes and the negative electrodes can be arranged alternately next to one another in a common row of straight electrodes. This results in a particularly compact design for the antistatic device or for the electrode carrier.
  • the antistatic device can then have two rows of electrodes which are arranged one behind the other with respect to the direction of movement of the material web, wherein one electrode row contains the sensor electrodes, while the other electrode row contains the positive electrodes and the negative electrodes.
  • the sensor electrodes, the positive electrodes and the negative electrodes in a common straight row of electrodes alternately adjacent to each other are arranged.
  • only a single row of electrodes is recognizable, in which positive electrodes, negative electrodes and sensor electrodes alternate in a suitable manner.
  • the antistatic device or the electrode carrier builds particularly compact.
  • the sensor electrode arrangement is expediently arranged in front of the active electrode arrangements with respect to a direction of movement of the material web.
  • the sensor electrode arrangement can measure the polarity of the material web before the material web reaches the active electrode arrangements.
  • it has surprisingly been found that it hardly plays a role for the inventive antistatic device, whether the sensor electrode assembly is positioned before or after the active electrode assemblies, so that an embodiment is possible in which the sensor electrode arrangement with respect to the direction of movement of the web after active electrode arrangements is positioned.
  • each positive electrode is arranged on its own film carrier, on which an associated series resistor of the positive electrode is printed.
  • a plurality of positive electrodes are arranged on a common film carrier, on which a corresponding number of series resistors of the positive electrodes is printed.
  • all positive electrodes are arranged on a common film carrier, on which all associated series resistors of the positive electrodes are printed. The same applies to the negative electrodes or to the sensor electrodes.
  • a separate film carrier with associated series resistor can be provided for each negative electrode.
  • a plurality of film carriers may be provided on which a plurality of negative electrodes are arranged and which have a plurality of series resistors for the negative electrodes.
  • a common foil carrier for All negative electrodes may be provided, which carries all the series resistors of the negative electrodes.
  • a film carrier is conceivable per sensor electrode, which carries a series resistor printed on the respective sensor electrode.
  • a plurality of film carriers may be provided on which a plurality of sensor electrodes are arranged and on which a plurality of series resistors for the sensor electrodes are printed.
  • a single film carrier is provided on which all the sensor electrodes are arranged and which carries all the series resistors of the sensor electrodes as printed resistors.
  • the positive electrodes and the negative electrodes are arranged on a common film carrier, on which the series resistors of the positive electrodes and the negative electrodes are printed.
  • An embodiment is also conceivable in which the sensor electrodes and the positive electrodes and / or the negative electrodes are arranged on a common film carrier, on which the series resistors of the sensor electrodes and the series resistors of the positive electrodes and / or the negative electrodes are printed.
  • the use of such film carriers with printed resistors leads to a particularly inexpensive design for the respective electrode arrangement and ultimately for the antistatic device.
  • the use of such film carrier allows a particularly flat design for the electrode carrier.
  • the film carrier with the electrodes and the series resistors is provided as continuous material, which considerably simplifies the assembly of the electrode arrangements and makes their production relatively inexpensive. Additionally or alternatively it can be provided that the film carrier is provided on both sides with series resistors. This leads to an extremely compact design, for example, on a film carrier positive electrodes and negative electrodes with their associated series resistors different sides of the film carrier to install. Additionally or alternatively, it can be provided that the film carrier consists of a flexible material, which facilitates the handling of the film carrier.
  • the present invention is also represented by an operating method in which an antistatic device comprising an active positive electrode arrangement and an active negative electrode arrangement is operated such that first the polarity of the material web is determined and subsequently only the required ionization electrode arrangement is activated or left active is while the respectively unnecessary ionization electrode assembly is deactivated or left in the deactivated state.
  • an embodiment in which the polarity of the material web is determined during a learning phase and the required active ionization of the electrode arrangement with an unpulsed DC voltage is operated in a subsequent working phase is particularly advantageous.
  • both ionization electrode arrangements can be operated alternately with pulsed DC voltage in order to be able to produce a certain deionization or neutralization of the material web already during the learning phase. In principle, however, it is also possible to leave both ionization electrode arrangements deactivated during the learning phase in order to activate only the required ionization electrode arrangement for the working phase.
  • a neutralization current of the respectively active ionization electrode arrangement can be monitored, wherein then depending on the determined neutralization current can be automatically switched to another mode, in particular in the learning phase.
  • a quiescent current of at least one of the two ionization electrode arrangements and / or the sensor electrode arrangement is measured.
  • the current state of the antistatic device can be evaluated. For example, depending on the measured quiescent current, electrode erosion and / or electrode contamination can be detected.
  • the two active electrode arrangements are initially operated with a predetermined output pulse width ratio of positive current pulses to negative current pulses.
  • An embodiment in which the two active electrode arrangements having at least one transition pulse width ratio are determined during the learning phase according to the determined polarity of the material web is particularly advantageous are operated by positive current pulses to negative current pulses, wherein in this at least one transition pulse width ratio in comparison to the output pulse width ratio, the current pulses required to neutralize the material web are extended while the unused current pulses are shortened accordingly.
  • the output pulse width ratio may be 50:50, so that the positive current pulses are the same length as the negative current pulses.
  • a transition pulse width ratio of 75:25 may be initially set, in which case the positive current pulses are extended in time, while the negative current pulses are correspondingly shortened secondarily.
  • the unneeded high voltage source is deactivated, for example, the negative high voltage source, further switched from pulsed operation in an unpulsed operation, which ultimately leads to a working pulse width ratio of 100: 0 in the example mentioned.
  • FIG. 1 comprises a production plant 1, in which a material web 2 is moved in a direction of movement 3, at least one antistatic device 4, with the aid of which an electrostatic charge on the material web 2 can be reduced and preferably eliminated.
  • a material web 2 is moved in a direction of movement 3, at least one antistatic device 4, with the aid of which an electrostatic charge on the material web 2 can be reduced and preferably eliminated.
  • five positive charge units 5 indicated that the material web. 2 due to production.
  • five negative charge units 6 are indicated, which are generated with the aid of the antistatic device 4 and effect a neutralization of the five positive charge units 5.
  • the material web 3 is charge-free or charge-neutral with respect to its direction of movement 3 after the antistatic device 4.
  • the antistatic device 4 comprises a positive electrode active arrangement 7, a negative electrode active arrangement 8 and, in the example shown, also a sensor electrode arrangement 9.
  • the positive electrode arrangement 7 comprises a plurality of active acicular positive electrodes 10, to which reference is made in FIG Fig. 2 in each case a series resistor 11 is assigned and which are electrically connected to a positive high voltage source 12.
  • the negative electrode assembly 8 has a plurality of active needle-shaped individual negative electrodes 13, which according to Fig. 2 in each case a series resistor 14 is assigned and which are electrically connected to a negative high voltage source 15.
  • the sensor electrode assembly 9 comprises a plurality of needle-shaped individual sensor electrodes 16, which in Fig.
  • the positive electrode assembly 7 and the negative electrode assembly 8 may also be referred to as ionization electrode assemblies 7, 8. In principle, this sensor electrode arrangement 9 can also be dispensed with in another embodiment.
  • a controller 18 cooperates with a sensor 20, with the aid of which a polarity of a neutralization current of the sensor electrode assembly 9 during operation of the antistatic device 4 can be detected.
  • the controller 18 is used to control the high voltage sources 12, 15 and is coupled to the sensor 20 in a suitable manner.
  • the sensor 20 is integrated into the controller 18.
  • the controller 18 may include a corresponding microprocessor 21.
  • a plurality of measuring resistors 22 are recognizable, via which the electrode arrangements 7, 8, 9 and the high-voltage sources 12, 15 are connected to the grounding 19, wherein parallel sensor lines 23 are guided to the control 18 or are guided to the sensor system 20, via their grounding 19 can detect the flowing currents.
  • the polarity of the charge of the material web 3 can thus be detected via the sensor system 20 in conjunction with the sensor electrode arrangement 9 via the polarity of the neutralization current of the sensor electrode arrangement 9. Since the sensor electrodes 16 are connected to the ground 19 via their series resistors 17 and the measuring resistor 22, the sensor electrode assembly 9 operates like a passive neutralizing electrode arrangement, whereby a neutralization current flows when the material web 2 is charged accordingly. By determining the polarity of the neutralization current, the polarity of the charge on the material web 2 can be detected. If there is no sensor electrode arrangement 9, the polarity of the material web 2 can also be determined on the basis of the neutralization currents which flow off at the active electrode arrangements 7, 8 and can be detected by the sensor system 18. If, for example, a larger neutralization current flows on the positive electrode arrangement 7, it may well be assumed that the material web 2 is negatively polarized. During the determination of the polarization of the material web 2, both active electrode arrangements 7, 8 are activated in this case.
  • the controller 18 can now deactivate the respectively unnecessary active electrode arrangement 7, 8 as a function of the determined polarity.
  • the polarity of the neutralization current of the sensor electrode assembly 9 be negative, which speaks for a negative charge of the web 2.
  • the controller 18 activates the positive high voltage source 12 and thus the positive electrode assembly 7.
  • the negative high voltage source 15 and thus the negative electrode assembly 8 are deactivated.
  • the controller 18 deactivates the positive high voltage source 12 and thus deactivates the positive electrode assembly 7 while simultaneously activating the negative high voltage source 15 and activating the negative electrode assembly 8.
  • the controller 18 preferably controls the respective activated high-voltage source 12 or 15 at least during a working phase so that an unpulsed DC voltage is applied to the respective active electrode arrangement 7, 8, which is preferably also constant.
  • Fig. 3 a particularly advantageous procedure is explained in more detail, which can be realized by means of the controller 18.
  • the controller 18 is designed or programmed accordingly.
  • the abscissa defines a time axis t, while the ordinate indicates the voltage U at the active electrode arrangements 7, 8.
  • the voltage characteristic of the positive electrode arrangement 7 is found, while in the negative section of the ordinate, the voltage profile of the negative electrode arrangement 8 is reproduced.
  • the time axis t is subdivided into a learning phase 24 and a working phase 25.
  • the controller 18 causes, for example, the positive high voltage source 12 to supply the positive electrode arrangement 7 with positive voltage pulses 26.
  • the negative electrode assembly 8 becomes negative negative voltage source 15 from the negative high voltage source 15 27 supplies.
  • the positive voltage pulses 26 and the negative voltage pulses 27 are phase-offset with respect to one another in time such that a kind of square-wave AC voltage is present across both active electrode arrangements 7, 8.
  • the positive voltage pulses 26 are positioned simultaneously with gaps 28 that lie between adjacent negative voltage pulses 27.
  • the negative voltage pulses 27 are also positioned so that they are simultaneously positioned to gaps 29 between adjacent positive voltage pulses 26.
  • the controller 18 determines the polarity of the neutralization current of the sensor electrode assembly 9.
  • a positive polarity is detected, so that at a time t 1 of the learning phase 24 in the working phase 25 is changed.
  • the positive high voltage source 12 is deactivated, so that there is no longer any voltage supply to the positive electrode arrangement 7.
  • the negative high voltage source 15 is driven so that it generates an unpulsed negative DC voltage 30 from said time t 1 .
  • both ionization electrode arrangements 7, 8 are deactivated during the learning phase 24. As soon as a neutralization current with stable polarity can be established via the sensor electrode arrangement 9, the respectively required ionization electrode arrangement 7, 8 can then be activated via the controller 18.
  • the neutralization current of the respectively active electrode arrangement 7, 8 can be permanently monitored.
  • the neutralizing current of the activated negative electrode arrangement 8 is monitored. If irregularities or predetermined events occur within this neutralization current,
  • controller 18 may change from the current mode to another mode.
  • the controller 18 changes from the working phase 25 back to the learning phase 24, in which both high voltage sources 12, 15 are active and expediently act on the two active electrode assemblies 7, 8 with pulsed DC voltage 26, 27.
  • a degree of electrode erosion and / or a degree of electrode contamination can also be monitored.
  • the monitoring of the quiescent current is expediently carried out during a diagnostic phase which is active, for example, every time or is switched on when the material web 2 is approached, for example after a material web change.
  • a diagnostic phase which is active, for example, every time or is switched on when the material web 2 is approached, for example after a material web change.
  • With approaching material web 2 or with a stationary material web 2 no or only a very small static charge can occur, so that, in particular, no ion currents of one of the active ionization electrodes 7, 8 to the material web arise.
  • the passive sensor electrode assembly 9 In contrast, it comes to the air to ion currents between the negative electrode assembly 8 and the positive electrode assembly 7 and between the sensor electrode assembly 9 and at least one of the Ionisationselektrodenanssenen 7, 8.
  • These quiescent currents vary significantly depending on contamination and also correlate with the erosion of the electrodes 10, 13, 16 or with the erosion of the tips of the electrodes 10, 13, 16.
  • the positive electrode arrangement 7, the negative electrode arrangement 8 and the sensor electrode arrangement 9 can be arranged in or on a common bar-shaped electrode carrier 31.
  • the Electrode carrier 31 has a positive terminal 32 for connecting the positive electrode arrangement 7 to the positive high voltage source 12, a negative terminal 33 for connecting the negative electrode arrangement 8 to the negative high voltage source 15 and a sensor terminal 34 for connecting the sensor electrode arrangement 9 to the sensor system 20.
  • the electrode carrier 31 may have a partition wall 35, which may in particular be configured in an electrically insulating manner and which extends between the two active electrode arrangements 7, 8 on the one hand and the sensor electrode arrangement 9 on the other hand.
  • the dividing wall 35 can be designed such that it protrudes in the direction of the material web 2 via the electrodes 10, 13, 16 or via their tips.
  • the individual positive electrodes 10 are arranged in a straight positive electrode row 36.
  • the negative electrodes 13 are arranged in a straight negative electrode row 37, and the sensor electrodes 16 are arranged in a straight row of sensor electrodes 38.
  • Fig. 4 an embodiment with three separate rows of electrodes 36, 37, 38, which are positioned one behind the other in the mounted state of the antistatic device 4 with respect to the direction of movement 3 of the web 2, in which case the rows 36, 37, 38 extending transversely to the direction of movement 3.
  • Fig. 5 shows a particularly advantageous embodiment in which the positive electrodes 10 and the negative electrodes 13 are arranged in a common straight row of electrodes 39 side by side, in such a way that they alternate. At the in Fig. 5 Thus, only two rows of electrodes 38, 39 can be seen thus.
  • a single row of electrodes 40 is provided, in which the positive electrodes 10, the negative electrodes 13 and the sensor electrodes 16 are arranged alternately next to each other.
  • the order in which the various electrodes 10, 13, 16 alternate in this electrode row 40 is shown in FIG Fig. 6 only indicated by way of example, so that another type of variety or order can be realized.
  • the antistatic device 4 presented here operates only with an active electrode arrangement 7 or 8 during operation, also with respect to the direction of movement 3 of the material web 2, no particularly large distance between the electrode arrangements 7, 8 must be maintained.
  • the two active electrode assemblies 7, 8 in the direction of movement 3 of the material web 2 have a distance 50 from one another which is smaller than an extension 51 of the antistatic device 4 or the electrode carrier 31 across the material web 2 or smaller than a distance 52 which is a first Electrode 10 'and a last electrode 10 "of at least five successive or juxtaposed electrodes 10 having electrode group within one of the electrode assemblies 7, 8 are spaced apart Fig. 4 the said electrode group contains exactly five individual electrodes 10.
  • the electrode group can also have more than five, eg ten, electrodes 10.
  • Such a compact design can also be realized if the active electrode arrangements 7, 8 are arranged in separate electrode carriers, as long as the abovementioned small distances in the direction of movement 3 of the material web 2 are maintained.
  • Fig. 7 shows a cross section through a profile U-shaped electrode carrier 31, which contains only one row of electrodes in the example. This may be the Positive electrode row 36 or around the negative electrode row 37 or around the sensor electrode row 38 or around the common electrode row 39 or even around the common electrode row 40.
  • the respective electrode 10, 13, 16 is attached to a substrate 41, which is embedded in an electrically insulating material 42.
  • the electrode carrier 31 also includes a high voltage conductor 43 which is electrically connected to the respective terminal 32, 33 or 34.
  • the high-voltage conductor 43 may be formed as a carbon fiber composite body and serves here for stiffening the electrode carrier 31. In the example, the carbon fiber composite body is band-shaped and flat and configured with a rectangular profile.
  • Corresponding Fig. 8 includes the substrate 41 to which the in Fig. 8 Unrecognizable electrode 10, 13, 16 can be attached, a carrier material 44, on which a resistance path 45 is printed from a resistor paste 46. Furthermore, two contact zones 47 in the region of the ends of the resistance path 45 are printed on the carrier material 44, such that the resistance path 45 is electrically contacted at its ends with the two contact zones 47.
  • the carrier material 44 is expediently a plastic material.
  • this plastic material is FR4, which is used for example for the production of circuit boards.
  • the plastic material may also be polyester or PEEK or polyimide.
  • the resistor paste 46 is a polymer paste.
  • a paint system of epoxy resin is used, wherein in the epoxy resin electrically conductive particles and electrically non-conductive particles are embedded.
  • the ratio of electrically conductive particles to electrically non-conductive particles and the density of the particles within the epoxy resin determines the electrical resistance of the resistor track 45 produced with the aid of the polymer paste.
  • Electrically conductive particles are, for example, carbon black or graphite.
  • Electrically non-conductive particles are, for example, titanium oxide (TiO) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the substrate 41 can be manufactured with resistance values of 100 k ⁇ to 100 G ⁇ .
  • the substrate 41 can be used in voltage ranges from 1 KV to 150 KV.
  • the substrate 41 has a power consumption of a maximum of 1 W. Depending on the size of the substrate 1, the power consumption may in principle be greater than 1 W.
  • the carrier material 44 Since a plastic material is used as the carrier material 44, it is also possible to realize comparatively thin carrier materials 44 whose thickness is less than 1 mm or less than 0.1 mm. Depending on the plastic material, a flexible carrier material 44 can then also be realized. In particular, the substrate 41 can then be realized as a film carrier. This film carrier is also referred to as 41 below.
  • the contact zones 47 can be used to attach, on the one hand, said electrode 10, 13, 16 and, on the other hand, an electrical connection to the film carrier 41.
  • the respective connection and the respective electrode 10, 13, 16 can be soldered to the respective contact zone 47, for example. It is also possible to crimp the terminals or the electrodes 10, 13, 16 with the contact zones 47.
  • electrical contacts can also be realized by attaching a bond or coating using an electrically conductive adhesive or an electrically conductive paint.
  • a plug connection or clamp connection is conceivable.
  • the film carrier 41 may also be provided with a protective layer 48 made of a plastic which is designed to be electrically insulating and which is applied to the film carrier 41 in such a way that it covers at least the resistance paste 46 or the resistance path 45.
  • the entire carrier material 44 preferably with the recess of the electrical contact zones 47, be coated with said electrical insulating protective layer 48.
  • the electrical contact zones 47 can be printed on the carrier material 44. Subsequently, the contact zones 47 can be baked. The stoving of the contact zones 47 may be performed, for example, in a temperature range of about 150 ° C to about 220 ° C inclusive.
  • the electrical contact zones 47 can be produced, for example, from conductive silver, which can preferably be realized on a polymeric epoxy resin base.
  • the respective resistor track 45 can be printed on the carrier material 44.
  • the baking of the resistor track 45 takes place. The baking process for the resistor track 45 can be carried out in a temperature range from approximately 150 ° C. to approximately 240 ° C. inclusive.
  • an injection process can also be carried out with the aid of which the insulation layer 48 is applied.
  • the insulation layer 48 covers at least the resistance path 45.
  • the insulation layer 48 can also cover the contact zones 47.
  • the injection process for attaching the insulation layer 48 is preferably designed as a low-temperature injection process, which is carried out at less than 200 ° C.
  • the printing of the contact zone 47 and / or the resistance path 45 is expediently carried out by means of a screen printing process.
  • a polymer paste as a resistance paste 46 makes it possible to carry out the baking of the resistance layer web 45 at comparatively low temperatures, so that a plastic can be used for the carrier material 44.
  • the film carrier 41 is extremely inexpensive.
  • the manufacturing process is relatively inexpensive, since only relatively low baking temperatures must be realized, so that the energy consumption for producing the baking temperatures or to carry out the baking processes comparatively low is.
  • Particularly useful is an embodiment of the method in which on a sheet of carrier material 44 at the same time a plurality of film carriers 41 is produced, which are then separated by cutting or punching. In this way, by simultaneously printing a plurality of contact zones 47 and / or a plurality of resistance paths 45, the time for producing the individual film carriers 41 can be significantly reduced.
  • the in Fig. 8 shown film carrier 41 is suitable for arranging a single electrode 10, 13, 16. It is clear that, for example according to Fig. 9 In other embodiments, a plurality of electrodes 10, 13, 16 may be arranged on such a film carrier 41, wherein on the film carrier 41 then a corresponding number of series resistors 11, 14, 17 may be printed in the form of resistor tracks 45. It is also possible to provide a common foil carrier 41 for all positive electrodes 10, which carries all the series resistors 11 in the form of the resistance paths 45. The same also applies to a common foil carrier 41 for all negative electrodes 13 with the corresponding series resistors 14. This also applies to a common foil carrier 41 for all sensor electrodes 16 and the associated series resistors 17 in the form of resistance paths 45. Likewise, basically any mixed forms are conceivable.
  • Fig. 9 may be provided in another embodiment of the film carrier 41 to print on the substrate 44, a plurality of resistor tracks 45 of resistor 46 paste. Furthermore, a corresponding number of contact zones 47 can also be printed, for example to contact the electrodes 10, 13 or 16. If the electrodes 10, 13, 16 are assigned to the same electrode arrangement 7, 8, 9, all resistor tracks 45 can be electrically connected to one another via a common contact track 49 be, wherein the contact track 49 is printed according to the contact zones 47. Particularly useful is now an embodiment in which the film carrier 41 is made of a flexible material. Furthermore, it is advantageous if the film carrier 41 with the resistor tracks 45, the contact zones 47 and the contact track 49 is made as a continuous material. By cutting to length each required number of electrodes required for the particular application film carrier 41 can be customized.
  • the film carrier 41 on both sides.
  • the positive electrode assembly 7 are realized by the series resistors 11 of the positive electrodes 10 are applied in the form of resistor tracks 45 on the front side of the film carrier 41.
  • the resistance paths 45 can be applied to the realization of the series resistors 14 of the negative electrode assembly 8.
  • the two-sided printing of the film carrier 41 may suitably take place such that in the longitudinal direction of the film carrier 41 positive electrodes 10 and negative electrodes 11 alternate.
  • the printed conductor tracks 49 can be positioned so that a short circuit through the carrier material 44 can be avoided.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antistatikvorrichtung zum Reduzieren von elektrostatischen Ladungen auf bewegten Materialbahnen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antistatikvorrichtung.
  • Elektrostatische Ladungen entstehen, wenn dielektrische Materialien relativ zueinander oder relativ zu anderen Materialien bewegt werden. Kritisch sind derartige elektrostatische Ladungen vor allem im Bereich schnell bewegter, dünner Materialbahnen, wie zum Beispiel Papier oder Folien. Werden diese elektrostatischen Ladungen nicht reduziert bzw. neutralisiert, können sie sich unkontrolliert entladen. Derartige Entladungen können Personenschäden, Materialschäden sowie Funken, Feuer und Explosionen auslösen. Außerdem können nachfolgende Prozesse wie Beschichtungen, Bedrucken und Weiterverarbeiten, beeinträchtigt werden. Auch kann dadurch die Produktqualität erheblich beeinträchtigt werden, bis hin zur vollständigen Zerstörung des Produkts bzw. des Materials.
  • Aus der DE 197 11 342 A1 ist eine aktive Elektrodenanordnung bekannt, die mehrere aktive nadelförmige einzelne Elektroden aufweist, die im Betrieb einer Antistatikvorrichtung elektrisch an eine Hochspannungsquelle angeschlossen und mit Wechselspannung beaufschlagt sind. Die Elektrodenanordnung ist hierbei in einem balkenförmigen Elektrodenträger angeordnet, in den auch ein Erdleiter integriert ist.
  • Aus der US 6,674,630 B1 sind Antistatikvorrichtungen bekannt, bei denen entweder zwei aktive Elektrodenanordnungen gleicher Polarität in der Bewegungsrichtung einer Materialbahn aufeinanderfolgen oder bei der zwei Paare von Elektrodenanordnungen in der Bewegungsrichtung der Materialbahn aufeinanderfolgen, wobei jedes Paar eine Positivelektrodenanordnung und eine Negativelektrodenanordnung umfasst, die in der Bewegungsrichtung der Materialbahn hintereinander angeordnet sind. Bei diesen bekannten Antistatikvorrichtungen wird der an den aktiven Elektrodenanordnungen fließende Neutralisationsstrom gemessen und ausgewertet. Abhängig vom erfassten Neutralisationsstrom wird die Effektivität der Neutralisierung bzw. die auf der Materialbahn verbleibende Restladung ermittelt. Abhängig von dieser Restladung kann dann die Bewegungsgeschwindigkeit der Materialbahn verändert werden.
  • Aus der US 6,259,591 ist eine weitere Antistatikvorrichtung bekannt, bei der eine aktive Positivelektrodenanordnung und eine aktive Negativelektrodenanordnung in der Bewegungsrichtung der Materialbahn hintereinander angeordnet sind und bei der mit Hilfe der gemessenen Neutralisationsströme der aktiven Elektrodenanordnungen die Effektivität der Neutralisierung gemessen werden kann.
  • DE102009033827 offenbart den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 15.
  • Derartige Systeme, bei denen im Betrieb positive Elektroden als auch negative Elektroden aktiv sind, können auch als bipolare Systeme bezeichnet werden. Aktive Elektrodenanordnungen unterscheiden sich von passiven Elektrodenanordnungen dadurch, dass die aktiven Elektrodenanordnungen an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind, während passive Elektrodenanordnungen an eine Massung, insbesondere Erdung, angeschlossen sind. Eine Hochspannung beträgt im vorliegenden Zusammenhang mindestens 1 kV.
  • Für derartige aktive Elektrodenanordnung ist es grundsätzlich möglich, die zugehörigen Hochspannungsquellen zum Erzeugen eines Wechselstroms oder zum Erzeugen eines gepulsten Gleichstroms anzusteuern, wobei es bei gepulstem Gleichstrom zweckmäßig ist, die beiden Hochspannungsquellen einer Positivelektrodenanordnung und einer Negativelektrodenanordnung gezielt so anzusteuern, dass sich positive Spannungspulse an der Positivelektrodenanordnung mit negativen Spannungspulsen an der Negativelektrodenanordnung abwechseln, wodurch eine Art virtueller Wechselstrom entsteht, wenn die beiden Elektroden als Einheit betrachtet werden. Bei Wechselstrom und bei gepulstem Gleichstrom wird jedoch der sogenannte "Zebraeffekt" beobachtet. Zwischen zwei positiven oder negativen Spannungspulsen existiert jeweils eine nicht benötigte Halbwelle bzw. nicht benötigte Polarität, in der nicht neutralisiert wird da diese Halbwelle die identische Polarität der Bahn besitzt, und somit zur Entladung der Materialbahn und zur Vermeidung von Personenschäden, Materialschäden sowie Funken, Feuer und Explosionen nicht zur Verfügung steht. Außerdem benötigt die Spannung zu Beginn des jeweiligen Spannungspulses eine gewisse Zeit, bis die Ionisationsspannung aufgebaut ist. Die Ionisationsspannung ist dabei die Spannungshöhe, bei der die Ionisation der umgebenden Luftmoleküle an einer aufgeladenen Spitze einsetzt. Diese Ionisierungsphase mittels einer gewissen Mindestspannung ist unbedingt erforderlich, damit die Neutralisation stattfinden kann. Während dieser zeitlich verzögerten Aufbauphasen und Abbauphasen des jeweiligen Spannungspulses und während der nicht benötigten Halbwellen bzw. Polaritäten ist die Neutralisationswirkung der jeweiligen Elektrodenanordnung reduziert oder sogar aufgehoben. Je nach Bewegungsgeschwindigkeit der Materialbahn können dann neutralisierte und nicht neutralisierte oder wenig neutralisierte Bahnabschnitte wie bei Zebrastreifen aufeinanderfolgen. Die Abstände dieser Streifen, also das Raster der Zebrastreifen, korrelieren dabei mit der Pulsfrequenz der Ionisation und der Bahngeschwindigkeit.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Antistatikvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch die Vermeidung von nicht neutralisierten oder wenig neutralisierten Bahnabschnitten bei gleichzeitigem reduzierten Energieverbrauch auszeichnet.
  • Dieses Problem wird bei der vorliegenden Erfindung insbesondere durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Antistatikvorrichtung, die zumindest eine Positivelektrodenanordnung und wenigstens eine Negativelektrodenanordnung umfasst, abhängig von der Polarität der jeweils zu neutralisierenden Materialbahn die jeweils nicht benötigte Elektrodenanordnung zu deaktivieren und nur noch die benötigte Elektrodenanordnung unipolar aktiv zu betreiben.
  • Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Antistatikvorrichtung nur eine einzige Positivelektrodenanordnung und nur eine einzige Negativelektrodenanordnung. Weiterhin ist bevorzugt, dass die jeweilige aktive Elektrodenanordnung nur eine einzige Reihe quer zur Bewegungsrichtung der Materialbahn nebeneinander angeordnete nadelförmige Elektroden aufweist, so dass maximal zwei Nadelreihen oder Elektrodenreihen zur Realisierung der beiden aktiven Elektrodenanordnungen vorgesehen sind. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die nadelförmigen Elektroden der Positivelektrodenanordnung und der Negativelektrodenanordnung in einer gemeinsamen Reihe quer zur Bewegungsrichtung der Materialbahn nebeneinander angeordnet sein, so dass im Extremfall beide aktiven Elektrodenanordnungen durch eine einzige Elektroden- oder Nadelreihe gebildet sein können.
  • Insbesondere kann die Steuerung bei der Erfindung bei einem positiven Neutralisationsstrom die negative Hochspannungsquelle aktivieren oder aktiviert lassen und die positive Hochspannungsquelle deaktivieren oder deaktiviert lassen, und bei einem negativen Neutralisationsstrom die negative Hochspannungsquelle deaktivieren oder deaktiviert lassen und die positive Hochspannungsquelle aktivieren oder aktiviert lassen. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die sich an einer Materialbahn während eines Produktionsprozesses einstellende Polarität konstant bleibt, solange sich die Prozessparameter nicht ändern. Dabei lässt sich die sich einstellende Polarität nicht vorhersagen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überprüfung der sich an der Materialbahn einstellenden Polarität kann die jeweils nicht benötigte aktive Elektrodenanordnung deaktiviert werden, da diese im Wesentlichen keinen Beitrag zur Neutralisation der elektrostatischen Ladung der Materialbahn beitragen kann. Das System arbeitet dann im Vergleich zu anderen Systemen nicht bipolar sondern unipolar. Durch die Deaktivierung der nicht benötigten Elektrode lässt sich der Energieverbrauch der Antistatikvorrichtung signifikant reduzieren, da es nicht erforderlich ist, an der nicht benötigten Elektrodenanordnung eine Hochspannung anzulegen. Die erfindungsgemäße Antistatikvorrichtung arbeitet bei deaktivierter nicht benötigter Elektrodenanordnung in einem unipolaren Gleichstrombetrieb (DC-Betrieb), was den Energieverbrauch der Antistatikvorrichtung signifikant reduziert. Der erfindungsgemäße unipolare DC-Betrieb der Antistatikvorrichtung ist vorzugsweise ungepulst, so dass der benötigte Neutralisationsstrom konstant bzw. permanent vorhanden ist, wodurch sich der Steuerungs- bzw. Regelungsaufwand erheblich reduziert.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Steuerung so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie zumindest zwischen einer Lernphase und einer Arbeitsphase umschaltbar ist. In der Lernphase sind sowohl die positive Hochspannungsquelle als auch die negative Hochspannungsquelle aktiviert, während in der Arbeitsphase nur noch eine der Hochspannungsquellen, nämlich die zum Neutralisieren der Materialbahn benötigte Hochspannungsquelle aktiv ist. Vorteilhaft kann nun die Sensorik so ausgestaltet und/oder programmiert sein, dass sie zum Erkennen der Polarität des Neutralisationsstroms während der Lernphase die von der jeweiligen Hochspannungsquelle abfließenden Ströme, also die Neutralisationsströme der aktiven Elektrodenanordnungen überwacht. Zwangsläufig fließt an der einen Hochspannungsquelle erkennbar mehr Strom als an der anderen, woraus auf die Polarität der Ladung der Materialbahn bzw. auf die Polarität des Neutralisationsstroms geschlossen werden kann.
  • Alternativ kann bei einer anderen Ausführungsform vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den beiden Elektrodenanordnungen eine passive Sensorelektrodenanordnung vorgesehen ist, die mehrere nadelförmige einzelne Sensorelektroden aufweist und die im Betrieb der Antistatikvorrichtung elektrisch an eine Massung angeschlossen ist. Durch ihre Verbindung mit der Massung handelt es sich bei der Sensorelektrodenanordnung um eine passive Elektrodenanordnung. Des Weiteren kann nun die Sensorik so programmiert und/oder ausgestaltet sein, dass sie zum Erkennen der Polarität des Neutralisationsstroms den von der Sensorelektrodenanordnung abfließenden Strom, also den Neutralisationsstrom der Sensorelektrodenanordnung überwacht.
  • Die Erfindung beruht in diesem Fall also auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Antistatikvorrichtung, die zumindest eine Positivelektrodenanordnung und wenigstens eine Negativelektrodenanordnung umfasst, zumindest eine Sensorelektrodenanordnung vorzusehen, mit deren Hilfe die Polarität eines Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung erfasst werden kann, um abhängig von der ermittelten Polarität die jeweils nicht benötigte Elektrodenanordnung zu deaktivieren und nur noch die benötigte Elektrodenanordnung aktiv zu betreiben. Insbesondere kann die Steuerung hierzu bei einem positiven Neutralisationsstrom die negative Hochspannungsquelle aktivieren oder aktiviert lassen und die positive Hochspannungsquelle deaktivieren oder deaktiviert lassen, und bei einem negativen Neutralisationsstrom die negative Hochspannungsquelle deaktivieren oder deaktiviert lassen und die positive Hochspannungsquelle aktivieren oder aktiviert lassen. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die sich an einer Materialbahn während eines Produktionsprozesses einstellende Polarität konstant bleibt, solange sich die Prozessparameter nicht ändern. Dabei lässt sich die Polarität nicht vorhersagen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überprüfung der sich an der Materialbahn einstellenden Polarität kann die jeweils nicht benötigte aktive Elektrodenanordnung deaktiviert werden, da diese im Wesentlichen keinen Beitrag zur Neutralisation der elektrostatischen Ladung der Materialbahn beitragen kann. Durch die Deaktivierung der nicht benötigten Elektrode lässt sich der Energieverbrauch der Antistatikvorrichtung signifikant reduzieren, da es nicht erforderlich ist, an der nicht benötigten Elektrodenanordnung eine Hochspannung anzulegen.
  • Zweckmäßig ist bei der erfindungsgemäßen Antistatikvorrichtung die Sensorelektrodenanordnung, insbesondere über einen Messwiderstand, an eine Massung angeschlossen, und zwar insbesondere an eine Erdung. Hierdurch wirkt die Sensorelektrodenanordnung gleichzeitig als passive Neutralisationselektrodenanordnung, über die bereits ein Großteil der elektrostatischen Ladung der Materialbahn neutralisiert werden kann. Durch diese passive Neutralisierung an der Sensorelektrodenanordnung entsteht ein Neutralisationsstrom an der Sensorelektrodenanordnung, der beispielsweise mittels eines entsprechenden Messwiderstands gemessen werden kann. Durch die Wirkung der Sensorelektrodenanordnung als passive Neutralisierungselektrodenanordnung ist es gleichzeitig möglich, die Leistung an der jeweiligen aktiven Elektrodenanordnung zu reduzieren bzw. bei gleicher Leistung eine verbesserte Neutralisationswirkung zu erzielen oder einen größeren Abstand zwischen Elektrodenanordnung und Materialbahn einzustellen.
  • Insbesondere ist es möglich, mittels der Sensorik die Höhe des Neutralisationsstroms zu messen, um Abhängig von der gemessenen Stromhöhe die Leistung an der jeweils benötigten Ionisationselektrodenanordnung einzustellen bzw. einzuregeln.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, die jeweils aktivierte Hochspannungsquelle so anzusteuern, dass diese eine ungepulste und vorzugsweise konstante positive oder negative Gleichspannung liefert. Durch die Verwendung eines ungepulsten Gleichstroms ist es möglich, permanent Ladung von der Materialbahn abzuziehen bzw. Ladung auf der Materialbahn zu neutralisieren. Durch die Verwendung einer ungepulsten Gleichspannung kann der Zebraeffekt weitgehend und insbesondere vollständig vermieden werden, wodurch eine besonders hochwertige, durchgehende bzw. kontinuierliche Neutralisation der Materialbahn weitgehend und insbesondere vollständig ohne Restladung erzielbar ist.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass während einer Lernphase die Hochspannungsquellen zum Erzeugen einer gepulsten Gleichspannung an der jeweiligen aktiven Elektrodenanordnung angesteuert werden, so dass sowohl an der Positivelektrodenanordnung als auch an der Negativelektrodenanordnung eine gepulste Gleichspannung anliegt. Auch hier kann zweckmäßig vorgesehen sein, die Hochspannungsquellen so anzusteuern, dass die gepulsten Gleichspannungen an der Positivelektrodenanordnung und an der Negativelektrodenanordnung im Wechsel anliegen. Mit anderen Worten, ein positiver Spannungspuls der Positivelektrodenanordnung tritt gleichzeitig zu einer Spannungslücke an der Negativelektrodenanordnung auf, während eine Spannungslücke an der Positivelektrodenanordnung mit einem negativen Spannungspuls der Negativelektrodenanordnung zusammenfällt.
  • Während dieser Lernphase wird die Polarität des Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung ermittelt. Sobald festliegt, dass stabil eine bestimmte Polarität vorliegt, wird in eine Arbeitsphase gewechselt, während der die nicht benötigte Elektrodenanordnung bzw. deren Hochspannungsquelle deaktiviert wird, während die weiterhin benötigte Elektrodenanordnung aktiv bleibt und die zugehörige Hochspannungsquelle zum Erzeugen einer ungepulsten Gleichspannung angesteuert wird. Diese Ausführungsform geht davon aus, dass während der Lernphase, die beispielsweise durch eine Veränderung der Prozessparameter eines mit der Materialbahn in Verbindung stehenden Produktionsprozesses, zum Beispiel durch einen Wechsel der Materialbahn, ausgelöst werden kann, zu Beginn noch unklar ist, welche Polarität sich an der Materialbahn einstellen wird. Während dieser Lernphase sind dann beide aktiven Elektrodenanordnungen, also sowohl die Positivelektrodenanordnung als auch die Negativelektrodenanordnung aktiviert, um bereits während der Lernphase eine effektive Neutralisierung zu erreichen. Während dieser Lernphase werden beide aktiven Elektrodenanordnungen mit gepulster Gleichspannung versorgt. Sobald jedoch während der Lernphase die Polarität stabilisiert und identifiziert ist, wird auf die Arbeitsphase umgeschaltet, in der dann nur noch eine der aktiven Elektrodenanordnungen aktiviert ist, die dann mit einer ungepulsten Gleichspannung versorgt wird. Auch hier ist die ungepulste Gleichspannung bevorzugt konstant.
  • Ebenso ist es möglich, dass während der Lernphase beide Hochspannungsquellen noch deaktiviert sind und in der Arbeitsphase dann nur die Hochspannungsquelle der benötigten Elektrodenanordnung aktiviert wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Steuerung abhängig von der ermittelten Polarität der Materialbahn in kurzer Zeit die erforderliche Elektrodenanordnung aktivieren kann.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann mit der Sensorik, beispielsweise mittels einer Strommesseinrichtung, ein Neutralisationsstrom der jeweils aktivierten aktiven Elektrodenanordnung gemessen werden. Das heißt, während der Arbeitsphase wird nun auch der Neutralisationsstrom der jeweiligen aktivierten aktive Elektrodenanordnung überwacht. Abhängig vom gemessenen Neutralisationsstrom der aktiven Elektrodenanordnung kann nun zwischen zwei Betriebsarten der Antistatikvorrichtung umgeschaltet werden. Beispielsweise kann zwischen einer Hauptbetriebsart bzw. einem Hauptbetrieb und einer Rückfallbetriebsart bzw. Rückfallbetrieb unterschieden werden. Im Hauptbetrieb ist nur eine der beiden Hochspannungsquellen aktiv, insbesondere um die zugehörige Elektrodenanordnung mit ungepulstem Gleichstrom zu versorgen. Dieser Hauptbetrieb entspricht somit insbesondere dem gewünschten Betriebszustand der Arbeitsphase. Der Rückfallbetrieb kann sich dagegen dadurch auszeichnen, dass beide Hochspannungsquellen aktiv sind, und zwar bevorzugt so, dass beide Elektrodenanordnungen mit gepulster Gleichspannung, insbesondere im Wechsel, versorgt werden. Die Rückfallbetriebsart kann somit insbesondere der Lernphase mit aktiven Ionisationselektroden entsprechen. Grundsätzlich lässt sich eine derartige Ausführungsform daher auch so realisieren, dass abhängig vom Neutralisationsstrom der Sensorelektrodenanordnung von der Lernphase in die Arbeitsphase gewechselt werden kann, während abhängig vom Neutralisationsstrom der während der Arbeitsphase aktivierten Elektrodenanordnung wieder ein Wechsel zurück in die Lernphase möglich ist. Beispielsweise kann ein zu schwach werdender Neutralisationsstrom an der aktiven Elektrodenanordnung ein Anzeichen dafür sein, dass möglicherweise ein Prozessparameter verändert worden ist, so dass sich die Polarität an der Materialbahn verändert hat. Somit kann beispielsweise durch die Überwachung des Neutralisationsstroms der aktiven Elektrodenanordnung eine neue Lernphase ausgelöst werden.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass durch eine Überwachung des Ruhestroms wenigstens einer der aktiven Elektrodenanordnungen und/oder der Sensorelektrodenanordnung beispielsweise ein Elektrodenabbrand und/oder eine Elektrodenverschmutzung erkannt werden kann. Durch die Überwachung des Ruhestroms lässt sich somit eine Diagnose der Antistatikvorrichtung durchführen. Ein derartiger Ruhestrom tritt insbesondere dann auf, wenn die Materialbahn nahezu keine elektrostatische Aufladung aufweist und/oder wenn die Materialbahn ruht oder nur eine geringe Bewegungsgeschwindigkeit besitzt. In diesem Fall können sich z.B. die positiven Ionen der Positivelektrodenanordnung durch die Luft bis zur Negativelektrodenanordnung bewegen, wodurch ein Stromfluß, nämlich besagter Ruhestrom entsteht. Ebenso können sich Ionen von der Positivelektrodenanordnung sowie Ionen von der Negativelektrodenanordnung durch die Luft zur Sensorelektrodenanordnung bewegen, die mit der Masse elektrisch verbunden ist, so dass auch hierüber ein Ruhestrom entstehen kann. Zweckmäßig kann ein derartiger Ruhestrom während einer Diagnosephase der Antistatikvorrichtung gemessen werden, die sich durch eine niedrige elektrostatische Aufladung der Materialbahn charakterisiert. Beispielsweise baut sich die elektrostatische Ladung auf der Materialbahn beim Anfahren der Materialbahn erst allmählich auf, so dass es besonders zweckmäßig ist, beim Anfahren oder bei einem Stillstand der Materialbahn eine derartige Diagnosephase vorzusehen.
  • Beispielsweise kann ein Abfallen des Ruhestroms, zum Beispiel unter 50% oder unter 40% eines Referenzstroms, auf eine elektrisch nicht-leitende Verschmutzung der betreffenden Elektroden hinweisen. Der jeweilige Referenzstrom repräsentiert dabei den 100%-Wert. Alternativ kann beispielsweise ein Anstieg des Ruhestroms auf beispielsweise mehr als 150% oder mehr als 160% eines Referenzstroms auf eine elektrisch leitende Verschmutzung der relevanten Elektroden hinweisen. Der jeweilige Referenzstrom repräsentiert dabei den 100%-Wert. Sofern also durch Auswertung des Ruhestroms der aktiven Elektrodenanordnungen und/oder der Sensorelektrodenanordnung eine Elektrodenverschmutzung erkannt wird, kann an einer entsprechenden Überwachungseinrichtung ein entsprechendes Verschmutzungssignal generiert werden. Als Option kann dabei außerdem signalisiert werden, ob es sich um eine elektrisch leitende oder um eine elektrisch nicht leitende Verschmutzung handelt, so dass geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass ausgehend von einem Basis-Referenzstrom, der bei neuen Elektroden vorliegt, nach jedem Reinigungsvorgang der Elektroden ein neuer Referenzstrom ermittelt wird. Der neue Referenzstrom ist dabei gegenüber dem Basis-Referenzstrom reduziert. Mit der Zeit nimmt der immer wieder neue Referenzstrom immer weiter ab. Die Abnahme des Referenzstroms korreliert dabei mit dem Abbrand der Elektroden. Eine Überwachungseinrichtung kann dabei einen Reinigungsvorgang der Elektroden automatisch erkennen, da sich durch das Reinigen der Elektroden der Ruhestrom sprungartig in Richtung des jeweils vorausgehenden Referenzstroms ändert. Sobald ein vorbestimmter Abbrand der Elektroden in Bezug auf den Basis-Referenzstrom erreicht ist, kann wieder ein entsprechendes Wartungssignal generiert werden.
  • Der Ruhestrom bzw. die Diagnosephase liegt also vorzugsweise dann vor, wenn die Materialbahn nicht geladen ist und/oder wenn die Materialbahn ruht. Im Unterschied dazu liegt die Lernphase bzw. ein Neutralisierungsstrom der Sensorelektrodenanordnung insbesondere dann vor, wenn die Materialbahn Geschwindigkeit aufnimmt und bereits eine gewisse passiv ableitbare Ladung trägt. In der Arbeitsphase bewegt sich die Materialbahn mit der üblichen Arbeitsgeschwindigkeit, trägt die dabei anfallende Ladung, so dass an der jeweils aktiven Ionisationselektrodenanordnung ein Neutralisationsstrom fließt.
  • Da die erfindungsgemäße Antistatikvorrichtung im Betrieb, also während der Arbeitsphase nur mit einer aktiven Elektrodenanordnung arbeitet, ist auch bezüglich der Bewegungsrichtung der Materialbahn kein besonders großer Abstand zwischen den Elektrodenanordnungen einzuhalten. Beispielsweise können die beiden aktiven Eletrodenanordnungen in der Bewegungsrichtung der Materialbahn einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als die Erstreckung der Antistatikvorrichtung quer zur Materialbahn oder kleiner ist als eine Strecke, die eine erste und eine letzte Elektrode einer 10 oder 5 aufeinanderfolgende bzw. nebeneinander angeordnete Elektroden aufweisenden Elektrodengruppe innerhalb einer der Elektrodenanordnungen voneinander beabstandet sind. Insoweit baut die erfindungsgemäße Antistatikvorrichtung vergleichsweise kompakt.
  • Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die beiden aktiven Elektrodenanordnungen in bzw. an einem gemeinsamen balkenförmigen Elektrodenträger angeordnet sein, wodurch sich die Installation der Antistatikvorrichtung erheblich vereinfacht. Sofern außerdem die vorstehend genannte Sensorelektrodenanordnung vorhanden ist, kann diese zweckmäßig ebenfalls in bzw. an diesem gemeinsamen Elektrodenträger angeordnet sein. Ein derartiger Elektrodenträger kann zweckmäßig mit Anschlüssen für die Hochspannungsquellen und für die Sensorik ausgestattet sein, um die Positivelektrodenanordnung an die Positivhochspannungsquelle, die Negativelektrodenanordnung an die Negativhochspannungsquelle und ggf. die Sensorelektrodenanordnung an die Sensorik elektrisch anschließen zu können.
  • Der Elektrodenträger kann eine Trennwand aufweisen, die sich zwischen den aktiven Elektrodenanordnungen einerseits und der Sensorelektrodenanordnung andererseits erstreckt. Die Trennwand kann insbesondere elektrisch isolierend sein. Die Trennwand kann somit die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den aktiven Elektroden über den direkten Luftweg und den Sensorelektroden reduzieren, da sie für die Ionenbewegung eine Ausrichtung in Richtung zur Materialbahn erzwingt. Diese Ausrichtung der Ionenbewegung zur Materialbahn hin kann beispielsweise dadurch verbessert werden, dass die Trennwand über die Elektroden bzw. über deren Elektrodenspitzen in Richtung Materialbahn vorsteht.
  • Der Elektrodenträger kann bei einer anderen Ausführungsform zumindest einen Hochspannungsleiter aufweisen, der mit dem jeweiligen Hochspannungsanschluss elektrisch verbunden ist. Durch den Hochspannungsleiter lassen sich besonders einfach die einzelnen Elektroden der jeweiligen Elektrodenanordnung an die jeweilige Hochspannungsquelle anschließen. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der jeweilige Hochspannungsleiter durch einen Kohlefaserverbundkörper gebildet sein, der gleichzeitig zur Aussteifung des Elektrodenträgers verwendet werden kann. Insbesondere ist der Hochspannungsleiter bzw. der Kohlefaserverbundkörper flach bzw. bandförmig und insbesondere mit einem Rechteckprofil konfiguriert.
  • Vorteilhaft sind die Sensorelektroden in einer geraden Sensorelektrodenreihe nebeneinander angeordnet. Auch die Positivelektroden können in einer geraden Positivelektrodenreihe nebeneinander angeordnet sein. Ferner können auch die Negativelektroden in einer geraden Negativelektrodenreihe nebeneinander angeordnet sein. Entsprechend einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform können die Positivelektroden und die Negativelektroden in einer gemeinsamen geraden Elektrodenreihen aneinander abwechselnd nebeneinander angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform für die Antistatikvorrichtung bzw. für den Elektrodenträger.
  • Insbesondere kann die Antistatikvorrichtung dann zwei Elektrodenreihen aufweisen, die bezüglich der Bewegungsrichtung der Materialbahn hintereinander angeordnet sind, wobei die eine Elektrodenreihe die Sensorelektroden enthält, während die andere Elektrodenreihe die Positivelektroden und die Negativelektroden enthält. Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Sensorelektroden, die Positivelektroden und die Negativelektroden in einer gemeinsamen geraden Elektrodenreihe aneinander abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Somit ist nur eine einzige Elektrodenreihe erkennbar, in der sich Positivelektroden, Negativelektroden und Sensorelektroden auf geeignete Weise abwechseln. Hierdurch baut die Antistatikvorrichtung bzw. der Elektrodenträger besonders kompakt.
  • Zweckmäßig ist die Sensorelektrodenanordnung im Betrieb der Antistatikvorrichtung bezüglich einer Bewegungsrichtung der Materialbahn vor den aktiven Elektrodenanordnungen angeordnet. Hierdurch kann die Sensorelektrodenanordnung die Polarität der Materialbahn messen, bevor die Materialbahn die aktiven Elektrodenanordnungen erreicht. Es hat sich jedoch überraschender Weise herausgestellt, dass es für die erfindungsgemäße Antistatikvorrichtung kaum eine Rolle spielt, ob die Sensorelektrodenanordnung vor oder nach den aktiven Elektrodenanordnungen positioniert ist, so dass auch eine Ausführungsform möglich ist, bei welcher die Sensorelektrodenanordnung bezüglich der Bewegungsrichtung der Materialbahn nach den aktiven Elektrodenanordnungen positioniert ist.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass jede Positivelektrode an einem eigenen Folienträger angeordnet ist, auf den ein zugehöriger Vorwiderstand der Positivelektrode aufgedruckt ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass mehrere Positivelektroden an einem gemeinsamen Folienträger angeordnet sind, auf den eine entsprechende Anzahl an Vorwiderständen der Positivelektroden aufgedruckt ist. Ferner ist es möglich, alle Positivelektroden an einem gemeinsamen Folienträger anzuordnen, auf den alle zugehörigen Vorwiderstände der Positivelektroden aufgedruckt sind. Entsprechendes gilt auch für die Negativelektroden bzw. für die Sensorelektroden. So kann für jede Negativelektrode ein separater Folienträger mit zugehörigem Vorwiderstand vorgesehen sein. Ebenso können mehrere Folienträger vorgesehen sein, an denen mehrere Negativelektroden angeordnet sind und die mehrere Vorwiderstände für die Negativelektroden aufweisen. Auch kann ein gemeinsamer Folienträger für alle Negativelektroden vorgesehen sein, der alle Vorwiderstände der Negativelektroden trägt. Auch ist je Sensorelektrode ein Folienträger denkbar, der einen Vorwiderstand der jeweiligen Sensorelektrode aufgedruckt trägt. Ebenso können mehrere Folienträger vorgesehen, an denen mehrere Sensorelektroden angeordnet sind und auf die mehrere Vorwiderstände für die Sensorelektroden aufgedruckt sind. Schließlich ist auch hier eine Ausführungsform denkbar, bei der ein einziger Folienträger vorgesehen ist, an dem alle Sensorelektroden angeordnet sind und der alle Vorwiderstände der Sensorelektroden als aufgedruckte Widerstände trägt.
  • Des Weiteren ist es ebenso möglich, die Positivelektroden und die Negativelektroden an einem gemeinsamen Folienträger anzuordnen, auf den die Vorwiderstände der Positivelektroden und der Negativelektroden aufgedruckt sind. Auch ist eine Ausführungsform denkbar, bei der die Sensorelektroden und die Positivelektroden und/oder die Negativelektroden an einem gemeinsamen Folienträger angeordnet sind, auf den die Vorwiderstände der Sensorelektroden und die Vorwiderstände der Positivelektroden und/oder der Negativelektroden aufgedruckt sind. Die Verwendung derartiger Folienträger mit aufgedruckten Widerständen führt zu einer besonders preiswerten Bauform für die jeweilige Elektrodenanordnung und letztlich für die Antistatikvorrichtung. Ferner ermöglicht die Verwendung derartiger Folienträger eine besonders flache Bauform für den Elektrodenträger.
  • Optional kann ferner vorgesehen sein, dass der Folienträger mit den Elektroden und den Vorwiderständen als Endlosmaterial bereitgestellt wird, was die Konfektionierung der Elektrodenanordnungen erheblich vereinfacht und deren Herstellung relativ preiswert gestaltet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Folienträger beidseitig mit Vorwiderständen versehen ist. Dies führt zu einer extrem kompakten Bauform, beispielsweise um an einem Folienträger Positivelektroden und Negativelektroden mit ihren zugehörigen Vorwiderständen an verschiedenen Seiten des Folienträgers anzubringen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Folienträger aus einem flexiblen Material besteht, was die Handhabung des Folienträgers erleichtert.
  • Die vorliegende Erfindung wird auch durch ein Betriebsverfahren repräsentiert, bei dem eine Antistatikvorrichtung, die eine aktive Positivelektrodenanordnung und eine aktive Negativelektrodenanordnung umfasst, so betrieben wird, dass zunächst die Polarität der Materialbahn ermittelt wird und anschließend nur die benötigte Ionisationselektrodenanordnung aktiviert wird bzw. im Aktivzustand belassen wird, während die jeweils nicht benötigte Ionisationselektrodenanordnung deaktiviert wird bzw. im deaktivierten Zustand belassen wird.
    Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher während einer Lernphase die Polarität der Materialbahn ermittelt wird und in einer daran anschließenden Arbeitsphase die benötigte aktive Ionisation der Elektrodenanordnung mit einer ungepulsten Gleichspannung betrieben wird.
  • Während der Lernphase können beide Ionisationselektrodenanordnungen mit gepulster Gleichspannung im Wechsel betrieben werden, um bereits während der Lernphase eine gewisse Deionisierung bzw. Neutralisierung der Materialbahn erzeugen zu können. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso möglich, während der Lernphase beide Ionisationselektrodenanordnungen deaktiviert zu lassen, um für die Arbeitsphase nur die benötigte Ionisationselektrodenanordnung zu aktivieren.
  • Während der Arbeitsphase kann ein Neutralisationsstrom der jeweils aktiven Ionisationselektrodenanordnung überwacht werden, wobei dann abhängig vom ermittelten Neutralisationsstrom automatisch in eine andere Betriebsart, insbesondere in die Lernphase umgeschaltet werden kann.
  • Ferner ist es bei einer weiteren Ausführungsform möglich, insbesondere während einer Diagnosephase, einen Ruhestrom wenigstens einer der beiden Ionisierungselektrodenanordnungen und/oder der Sensorelektrodenanordnung zu messen. Abhängig vom gemessenen Ruhestrom kann der aktuelle Zustand der Antistatikvorrichtung ausgewertet werden. Beispielsweise kann abhängig vom gemessenen Ruhestrom ein Elektrodenabbrand und/oder eine Elektrodenverschmutzung erkannt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des Betriebsverfahrens, bei dem während einer Lernphase die beiden aktiven Elektrodenanordnungen mit gepulster Gleichspannung betrieben werden, derart, dass sich positive Strompulse der Positivelektrodenanordnung mit negativen Strompulsen der Negativelektrodenanordnung abwechseln, und bei dem während einer Arbeitsphase die nicht benötigte aktive Elektrodenanordnung deaktiviert ist, während nur noch die benötigte aktive Eletrodenanordnung aktiv ist und mit ungepulster Gleichspannung betrieben wird. Insoweit wird also für die Ermittlung der Polarität der Materialbahn ein bipolarer gepulster Gleichstrombetrieb (DC-Betrieb) eingestellt, während für den eigentlichen Neutralisierungsbetrieb ein unipolarer ungepulster DC-Betrieb eingestellt wird. Da die Lernphase im Vergleich zur Arbeitsphase regelmäßig zeitlich verschwindend klein ist, arbeitet die hier vorgestellte Antistatikvorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen bipolaren DC-Systemen mit einem deutlich reduzierten Stromverbrauch.
  • Zweckmäßig kann dabei vorgesehen sein, dass während der Lernphase die beiden aktiven Elektrodenanordnungen zunächst mit einem vorbestimmten Ausgangs-Pulsweitenverhältnis von positiven Strompulsen zu negativen Strompulsen betrieben werden. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei der während der Lernphase nach ermittelter Polarität der Materialbahn die beiden aktiven Elektrodenanordnungen mit wenigstens einem Übergangs-Pulsweitenverhältnis von positiven Strompulsen zu negativen Strompulsen betrieben werden, wobei bei diesem wenigstens einen Übergangs-Pulsweitenverhältnis im Vergleich zum Ausgangs-Pulsweitenverhältnis die zum Neutralisieren der Materialbahn benötigten Strompulse verlängert sind, während die nicht benötigten Strompulse entsprechend verkürzt sind. Durch diese Vorgehensweise kann während der Lernphase die vorab ermittelte Polarität nochmals verifiziert werden, bevor die nicht benötigte Hochspannungsquelle deaktiviert wird. Hierdurch kann eine erhöhte Betriebssicherheit erzielt werden. Beispielsweise kann das Ausgangs-Pulsweitenverhältniss 50:50 betragen, so dass die positiven Strompulse gleich lang sind wie die negativen Strompulse. Im Falle einer negativen Polarität der Materialbahn kann dann beispielsweise zunächst ein Übergangs-Pulsweitenverhältnis von 75:25 eingestellt werden, bei dem also die positiven Strompulse zeitlich verlängert sind, während die negativen Strompulse entsprechend zweitlich verkürzt sind. In der Arbeitsphase wird dann die nicht benötigte Hochspannungsquelle deaktiviert, z.B. die negative Hochspannungsquelle, ferner wird von gepulstem Betrieb in einen ungepulsten Betrieb umgeschaltet, was im genannten Beispiel letztlich zu einem Arbeits-Pulsweitenverhältnis von 100:0 führt.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1
    eine stark vereinfachte Ansicht einer Produktionsanlage im Bereich einer Antistatikvorrichtung,
    Fig. 2
    ein Blockschaltbild der Antistatikvorrichtung,
    Fig. 3
    ein Spannung-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung unterschiedlicher Betriebsphasen der Antistatikvorrichtung,
    Fig. 4-6
    je eine stark vereinfachte isometrische Ansicht eines Elektrodenträgers bei verschiedenen Ausführungsformen,
    Fig. 7
    einen Querschnitt durch einen Elektrodenträger,
    Fig. 8 und 9
    jeweils eine Draufsicht auf ein Substrat, bei verschiedenen Ausführungsformen.
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Produktionsanlage 1, in der eine Materialbahn 2 in einer Bewegungsrichtung 3 bewegt wird, zumindest eine Antistatikvorrichtung 4, mit deren Hilfe eine elektrostatische Ladung auf der Materialbahn 2 reduziert und vorzugsweise eliminiert werden kann. Rein exemplarisch sind in Fig. 1 auf der Materialbahn 2 bezüglich der Bewegungsrichtung 3 vor der Antistatikvorrichtung 4 fünf positive Ladungseinheiten 5 angedeutet, die die Materialbahn 2 produktionsbedingt mit sich trägt. Im Bereich der Antistatikvorrichtung 4 sind fünf negative Ladungseinheiten 6 angedeutet, die mit Hilfe der Antistatikvorrichtung 4 erzeugt werden und die eine Neutralisierung der fünf positiven Ladungseinheiten 5 bewirken. Im gezeigten Idealfall ist die Materialbahn 3 bezüglich ihrer Bewegungsrichtung 3 nach der Antistatikvorrichtung 4 ladungsfrei bzw. ladungsneutral.
  • Entsprechend Fig. 2 umfasst die Antistatikvorrichtung 4 eine aktive Positivelektrodenanordnung 7, eine aktive Negativelektrodenanordnung 8 und im gezeigten Beispiel außerdem eine Sensorelektrodenanordnung 9. Die Positivelektrodenanordnung 7 weist mehrere aktive nadelförmige einzelne Positivelektroden 10 auf, denen in Fig. 2 jeweils ein Vorwiderstand 11 zugeordnet ist und die elektrisch an eine positive Hochspannungsquelle 12 angeschlossen sind. Die Negativelektrodenanordnung 8 weist mehrere aktive nadelförmige einzelne Negativelektroden 13 auf, denen gemäß Fig. 2 jeweils ein Vorwiderstand 14 zugeordnet ist und die an eine negative Hochspannungsquelle 15 elektrisch angeschlossen sind. Die Sensorelektrodenanordnung 9 umfasst mehrere nadelförmige einzelne Sensorelektroden 16, denen in Fig. 2 einzelne Vorwiderstände 17 zugeordnet sind und die elektrisch an eine Massung 19 angeschlossen sind. Bei der Massung 19 handelt es sich im Normalfall um eine Erdung. Die Positivelektrodenanordnung 7 und die Negativelektrodenanordnung 8 können auch als Ionisationselektrodenanordnungen 7, 8 bezeichnet werden. Grundsätzlich kann bei einer anderen Ausführungsform auch auf diese Sensorelektrodenanodnung 9 verzichtet werden.
  • Eine Steuerung 18 kooperiert mit einer Sensorik 20, mit deren Hilfe eine Polarität eines Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung 9 während des Betriebs der Antistatikvorrichtung 4 erkannt werden kann. Die Steuerung 18 dient zum Ansteuern der Hochspannungsquellen 12, 15 und ist auf geeignete Weise mit der Sensorik 20 gekoppelt. Im Beispiel ist die Sensorik 20 in die Steuerung 18 integriert. Zum Auswerten der mit Hilfe der Sensorik 20 ermittelten Signale bzw. zum Ansteuern der Hochspannungsquellen 12, 15 kann die Steuerung 18 einen entsprechenden Mikroprozessor 21 enthalten.
  • In Fig. 2 sind außerdem mehrere Messwiderstände 22 erkennbar, über welche die Elektrodenanordnungen 7, 8, 9 und die Hochspannungsquellen 12, 15 an die Massung 19 angeschlossen sind, wobei parallele Sensorleitungen 23 zur Steuerung 18 geführt sind bzw. zur Sensorik 20 geführt sind, die über ihre Massung 19 die fließenden Ströme erfassen kann.
  • Über die Sensorik 20 kann somit in Verbindung mit der Sensorelektrodenanordnung 9 die Polarität der Ladung der Materialbahn 3 über die Polarität des Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung 9 erfasst werden. Da die Sensorelektroden 16 über ihre Vorwiderstände 17 und den Messwiderstand 22 an die Massung 19 angeschlossen sind, arbeitet die Sensorelektrodenanordnung 9 wie eine passive Neutralisierungselektrodenanordnung, wodurch bei entsprechender Ladung der Materialbahn 2 ein Neutralisationsstrom fließt. Durch Bestimmen der Polarität des Neutralisationsstroms kann die Polarität der Ladung auf der Materialbahn 2 erfasst werden. Bei fehlender Sensorelektrodenanordnung 9 kann die Polarität der Materialbahn 2 auch anhand der Neutralisationsströme bestimmt werden, die an den aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 abfließen und von der Sensorik 18 erfasst werden können. Fließt beispielsweise an der Positivelektrodenanordnung 7 ein größerer Neutralisationsstrom darf wohl davon ausgegangen werden, dass die Materialbahn 2 negativ polarisiert ist. Während der Bestimmung der Polarisation der Materialbahn 2 sind in diesem Fall beide aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 aktiviert.
  • Die Steuerung 18 kann nun abhängig von der ermittelten Polarität die jeweils nicht benötigte aktive Elektrodenanordnung 7, 8 deaktivieren. Beispielsweise kann die Polarität des Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung 9 negativ sein, was für eine negative Ladung der Materialbahn 2 spricht. In der Folge aktiviert die Steuerung 18 die positive Hochspannungsquelle 12 und somit die Positivelektrodenanordnung 7. Gleichzeitig wird die negative Hochspannungsquelle 15 und somit die Negativelektrodenanordnung 8 deaktiviert. Wird jedoch festgestellt, dass der Neutralisationsstrom der Sensorelektrodenanordnung 9 positiv ist, lässt dies auf eine positive Ladung der Materialbahn 2 schließen. In der Folge bewirkt die Steuerung 18 eine Deaktivierung der positiven Hochspannungsquelle 12 und somit eine Deaktivierung der Positivelektrodenanordnung 7, während gleichzeitig die negative Hochspannungsquelle 15 aktiviert wird und die Negativelektrodenanordnung 8 aktiviert wird.
  • Die Steuerung 18 steuert bevorzugt die jeweils aktivierte Hochspannungsquelle 12 bzw. 15 zumindest während einer Arbeitsphase so an, dass an der jeweiligen aktiven Elektrodenanordnung 7, 8 eine ungepulste Gleichspannung anliegt, die vorzugsweise außerdem konstant ist.
  • Mit Bezug auf Fig. 3 wird eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise näher erläutert, die mit Hilfe der Steuerung 18 realisiert werden kann. Hierzu ist die Steuerung 18 entsprechend ausgestaltet bzw. programmiert. Im Diagramm der Fig. 3 definiert die Abszisse eine Zeitachse t, während die Ordinate die Spannung U an den aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 anzeigt. Dabei findet sich im positiven Abschnitt der Ordinate der Spannungsverlauf der Positivelektrodenanordnung 7, während im negativen Abschnitt der Ordinate der Spannungsverlauf der Negativelektrodenanordnung 8 wiedergegeben ist. Die Zeitachse t unterteilt sich in eine Lernphase 24 und eine Arbeitsphase 25. Während der Lernphase 24, die zu einem Zeitpunkt t0 beginnt, bewirkt die Steuerung 18 beispielsweise, dass die positive Hochspannungsquelle 12 die Positivelektrodenanordnung 7 mit positiven Spannungspulsen 26 versorgt. Gleichzeitig wird die Negativelektrodenanordnung 8 von der negativen Hochspannungsquelle 15 mit negativen Spannungspulsen 27 versorgt. Zweckmäßig sind dabei die positiven Spannungspulse 26 und die negativen Spannungspulse 27 zeitlich zueinander soweit phasenversetzt, dass über beide aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 eine Art Rechteck-Wechselspannung anliegt. Mit anderen Worten, die positiven Spannungspulse 26 sind zeitgleich zu Lücken 28 positioniert, die zwischen benachbarten negativen Spannungspulsen 27 liegen. Umgekehrt sind auch die negativen Spannungspulse 27 so positioniert, dass sie gleichzeitig zu Lücken 29 zwischen benachbarten positiven Spannungspulsen 26 positioniert sind. Während der Lernphase 24 ermittelt die Steuerung 18 in Verbindung mit der Sensorik 20 die Polarität des Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung 9. Im Beispiel der Fig. 3 wird eine positive Polarität festgestellt, so dass zu einem Zeitpunkt t1 von der Lernphase 24 in die Arbeitsphase 25 gewechselt wird. In der Arbeitsphase 25 wird im Falle einer positiven Polarität des Neutralisationsstroms der Sensorelektrodenanordnung 9 die positive Hochspannungsquelle 12 deaktiviert, so dass keine Spannungsversorgung der Positivelektrodenanordnung 7 mehr vorliegt. Gleichzeitig wird die negative Hochspannungsquelle 15 so angesteuert, dass diese ab besagtem Zeitpunkt t1 eine ungepulste negative Gleichspannung 30 erzeugt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass während der Lernphase 24 beide Ionisationselektrodenanordnungen 7, 8 deaktiviert sind. Sobald über die Sensorelektrodenanordnung 9 ein Neutralisationsstrom mit stabiler Polarität festgestellt werden kann, lässt sich dann über die Steuerung 18 die jeweils benötigte Ionisationselektrodenanordnung 7, 8 aktivieren.
  • Während dieser Arbeitsphase 25 kann beispielsweise permanent der Neutralisationsstrom der jeweils aktiven Elektrodenanordnung 7, 8 überwacht werden. Im Beispiel der Fig. 3 wird also in der Arbeitsphase 25 der Neutralisierungsstrom der aktivierten Negativelektrodenanordnung 8 überwacht. Kommt es innerhalb dieses Neutralisierungsstroms zu Unregelmäßigkeiten oder zu vorbestimmten Ereignissen, kann die Steuerung 18 von der aktuellen Betriebsart in eine andere Betriebsart wechseln. Zweckmäßig wechselt die Steuerung 18 von der Arbeitsphase 25 zurück in die Lernphase 24, in der beide Hochspannungsquellen 12, 15 aktiv sind und zweckmäßig die beiden aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 mit gepulster Gleichspannung 26, 27 beaufschlagen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann durch Messen eines Ruhestroms der jeweiligen aktiven Elektrodenanordnung 7, 8 und/oder der Sensorelektrodenanordnung 9 auch ein Grad an Elektrodenabbrand und/oder ein Grad an Elektrodenverschmutzung überwacht werden.
  • Die Überwachung des Ruhestroms wird zweckmäßig während einer Diagnosephase durchgeführt, die beispielsweise jedes Mal dann aktiv ist oder eingeschaltet ist, wenn die Materialbahn 2, beispielsweise nach einem Materialbahnwechsel, angefahren wird. Bei anfahrender Materialbahn 2 bzw. bei ruhender Materialbahn 2 kann sich keine oder nur eine sehr geringe statische Aufladung einstellen, so dass insbesondere keine Ionenströme einer der aktiven Ionisationselektroden 7,8 zur Materialbahn entstehen. Entsprechendes gilt auch für die passive Sensorelektrodenanordnung 9. Dagegen kommt es über die Luft zu Ionenströmen zwischen der Negativelektrodenanordnung 8 und der Positivelektrodenanordnung 7 sowie zwischen der Sensorelektrodenanordnung 9 und wenigstens einer der Ionisationselektrodenanordnungen 7, 8. Diese Ruheströme variieren signifikant abhängig von Verschmutzungen und korrelieren außerdem mit dem Abbrand der Elektroden 10, 13, 16 bzw. mit dem Abbrand der Spitzen der Elektroden 10,13, 16.
  • Entsprechend den Fig. 4 bis 6 können die Positivelektrodenanordnung 7, die Negativelektrodenanordnung 8 und die Sensorelektrodenanordnung 9 in oder an einem gemeinsamen balkenförmigen Elektrodenträger 31 angeordnet sein. Der Elektrodenträger 31 weist dann einen Positivanschluss 32 zum Verbinden der Positivelektrodenanordnung 7 mit der positiven Hochspannungsquelle 12, einen Negativanschluss 33 zum Verbinden der Negativelektrodenanordnung 8 mit der negativen Hochspannungsquelle 15 und einen Sensoranschluss 34 zum Verbinden der Sensorelektrodenanordnung 9 mit der Sensorik 20 auf. Bei den Ausführungsformen der Figuren 4 und 5 kann der Elektrodenträger 31 eine Trennwand 35 aufweisen, die insbesondere elektrisch isolierend konfiguriert sein kann und die sich zwischen den beiden aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 einerseits und der Sensorelektrodenanordnung 9 andererseits erstreckt. Hierdurch kann ein Kurzschluss über die Luft zwischen den beiden aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 und der passiv arbeitenden Sensorelektrodenanordnung 9 vermieden werden. Um diesen Effekt zu verbessern, kann die Trennwand 35 so konzipiert werden, dass sie in Richtung der Materialbahn 2 über die Elektroden 10, 13, 16 bzw. über deren Spitzen vorsteht.
  • Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Positivelektroden 10 in einer geraden Positivelektrodenreihe 36 angeordnet. Die Negativelektroden 13 sind in einer geraden Negativelektrodenreihe 37 angeordnet und die Sensorelektroden 16 sind in einer geraden Sensorelektrodenreihe 38 angeordnet. Somit zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform mit drei separaten Elektrodenreihen 36, 37, 38, die im montierten Zustand der Antistatikvorrichtung 4 bezüglich der Bewegungsrichtung 3 der Materialbahn 2 hintereinander positioniert sind, wobei sich dann die Reihen 36, 37, 38 quer zur Bewegungsrichtung 3 erstrecken.
  • Fig. 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, bei der die Positivelektroden 10 und die Negativelektroden 13 in einer gemeinsamen geraden Elektrodenreihe 39 nebeneinander angeordnet sind, und zwar so, dass sie einander abwechseln. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind somit nur zwei Elektrodenreihen 38, 39 erkennbar.
  • Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist eine einzige Elektrodenreihe 40 vorgesehen, in der die Positivelektroden 10, die Negativelektroden 13 und die Sensorelektroden 16 einander abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Die Reihenfolge, in der sich die verschiedenen Elektroden 10, 13, 16 in dieser Elektrodenreihe 40 abwechseln, ist in Fig. 6 nur exemplarisch angedeutet, so dass auch eine andere Art der Abwechslung oder Reihenfolge realisierbar ist.
  • Da die hier vorgestellte Antistatikvorrichtung 4 im Betrieb, also während der Arbeitsphase 25 nur mit einer aktiven Elektrodenanordnung 7 oder 8 arbeitet, ist auch bezüglich der Bewegungsrichtung 3 der Materialbahn 2 kein besonders großer Abstand zwischen den Elektrodenanordnungen 7, 8 einzuhalten. Beispielsweise können gemäß Fig. 4 die beiden aktiven Eletrodenanordnungen 7, 8 in der Bewegungsrichtung 3 der Materialbahn 2 einen Abstand 50 voneinander aufweisen, der kleiner ist als eine Erstreckung 51 der Antistatikvorrichtung 4 bzw. des Elektrodenträgers 31 quer zur Materialbahn 2 oder kleiner ist als eine Strecke 52, die eine erste Elektrode 10' und eine letzte Elektrode 10" einer wenigstens fünf aufeinanderfolgende bzw. nebeneinander angeordnete Elektroden 10 aufweisenden Elektrodengruppe innerhalb einer der Elektrodenanordnungen 7, 8 voneinander beabstandet sind. Im Beispiel der Fig. 4 enthält die genannte Elektrodengruppe genau fünf einzelne Elektroden 10. Es ist klar, dass die Elektrodengruppe auch mehr als fünf, z.B. zehn, Elektroden 10 aufweisen kann. Eine derartige kompakte Bauform lässt sich auch dann realisieren, wenn die aktiven Elektrodenanordnungen 7, 8 in separaten Elektrodenträgern angeordnet werden, solange die vorstehend genannten geringen Abstände in der Bewegungsrichtung 3 der Materialbahn 2 eingehalten werden.
  • Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen im Profil U-förmigen Elektrodenträger 31, der im Beispiel nur eine Elektrodenreihe enthält. Hierbei kann es sich um die Positivelektrodenreihe 36 oder um die Negativelektrodenreihe 37 oder um die Sensorelektrodenreihe 38 oder um die gemeinsame Elektrodenreihe 39 oder gar um die gemeinsame Elektrodenreihe 40 handeln. Die jeweilige Elektrode 10, 13, 16 ist dabei an einem Substrat 41 angebracht, das in ein elektrisch isolierendes Material 42 eingebettet ist. Der Elektrodenträger 31 enthält außerdem einen Hochspannungsleiter 43, der mit dem jeweiligen Anschluss 32, 33 oder 34 elektrisch verbunden ist. Der Hochspannungsleiter 43 kann als Kohlefaserverbundkörper gebildet sein und dient hier zur Aussteifung des Elektrodenträgers 31. Im Beispiel ist der Kohlefaserverbundkörper bandförmig und flach sowie mit einem Rechteckprofil konfiguriert.
  • Entsprechend Fig. 8 umfasst das Substrat 41, an dem die in Fig. 8 nicht erkennbare Elektrode 10, 13, 16 angebracht werden kann, ein Trägermaterial 44, auf das eine Widerstandsbahn 45 aus einer Widerstandspaste 46 aufgedruckt ist. Ferner sind zwei Kontaktzonen 47 im Bereich der Enden der Widerstandsbahn 45 auf das Trägermaterial 44 aufgedruckt, derart, dass die Widerstandsbahn 45 an ihren Enden mit den beiden Kontaktzonen 47 elektrisch kontaktiert ist. Das Trägermaterial 44 ist zweckmäßig ein Kunststoffmaterial. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Kunststoffmaterial um FR4, das beispielsweise für die Produktion von Schaltungsplatinen verwendet wird. Alternativ kann es sich beim Kunststoffmaterial auch um Polyester oder um PEEK oder um Polyimid handeln. Die Widerstandspaste 46 ist eine Polymerpaste. Als Polymerpaste kommt beispielsweise ein Lacksystem aus Epoxidharz zum Einsatz, wobei in das Epoxidharz elektrisch leitende Partikel sowie elektrisch nicht leitende Partikel eingebettet sind. Das Verhältnis von elektrisch leitenden Partikeln zu elektrisch nicht leitenden Partikeln sowie die Dichte der Partikel innerhalb des Epoxidharzes bestimmt den elektrischen Widerstand der mit Hilfe der Polymerpaste hergestellten Widerstandsbahn 45. Elektrisch leitende Partikel sind beispielsweise Ruß oder Graphit. Elektrisch nicht leitende Partikel sind beispielsweise Titanoxid (TiO) und Aluminiumoxid (Al2O3). Das Substrat 41 kann mit Widerstandswerten von 100 kΩ bis 100 GΩ hergestellt werden. Das Substrat 41 lässt sich in Spannungsbereiche von 1 KV bis 150 KV verwenden. Das Substrat 41 besitzt eine Leistungsaufnahme von maximal 1 W. Abhängig von der Baugröße des Substrats 1 kann die Leistungsaufnahme grundsätzlich auch größer als 1 W sein.
  • Da als Trägermaterial 44 ein Kunststoff verwendet wird, lassen sich auch vergleichsweise dünne Trägermaterialien 44 realisieren, deren Dicke weniger als 1 mm oder weniger als 0,1 mm beträgt. Je nach Kunststoffmaterial kann dann auch ein flexibles Trägermaterial 44 realisiert werden. Insbesondere lässt sich das Substrat 41 dann als Folienträger realisieren. Dieser Folienträger wird im Folgenden ebenfalls mit 41 bezeichnet.
  • Die Kontaktzonen 47 lassen sich dazu verwenden, einerseits besagte Elektrode 10, 13, 16 und andererseits einen elektrischen Anschluss am Folienträger 41 anzubringen. Der jeweilige Anschluss und die jeweilige Elektrode 10, 13, 16 lassen sich beispielsweise an die jeweilige Kontaktzone 47 anlöten. Ebenso ist es möglich, die Anschlüsse bzw. die Elektroden 10, 13, 16 mit den Kontaktzonen 47 zu verkrimpen. Alternativ können elektrische Kontaktierungen auch durch Anbringen einer Verklebung oder Lackierung unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs bzw. eines elektrisch leitfähigen Lacks realisiert werden. Ebenso ist eine Steckverbindung oder Klemmverbindung denkbar. Der Folienträger 41 kann außerdem mit einer Schutzschicht 48 aus einem Kunststoff versehen sein, die elektrisch isolierend konzipiert ist und die auf den Folienträger 41 so aufgebracht ist, dass sie zumindest die Widerstandspaste 46 bzw. die Widerstandsbahn 45 abdeckt. Insbesondere kann das gesamte Trägermaterial 44, vorzugsweise unter Aussparung der elektrischen Kontaktzonen 47, mit besagter elektrischer isolierender Schutzschicht 48 beschichtet sein.
  • Für die Herstellung des hier vorgestellten Folienträgers 41 können zunächst die elektrischen Kontaktzonen 47 auf das Trägermaterial 44 aufgedruckt werden. Anschließend können die Kontaktzonen 47 eingebrannt werden. Das Einbrennen der Kontaktzonen 47 kann beispielsweise in einem Temperaturbereich von etwa einschließlich 150°C bis etwa einschließlich 220°C durchgeführt werden. Die elektrischen Kontaktzonen 47 können beispielsweise aus Leitsilber hergestellt werden, das bevorzugt auf einer polymeren Epoxidharzbasis realisiert werden kann. Nach dem Einbrennen der elektrischen Kontaktzonen 47 kann die jeweilige Widerstandsbahn 45 auf das Trägermaterial 44 aufgedruckt werden. Nach dem Aufdrucken der Widerstandsbahn 45 erfolgt das Einbrennen der Widerstandsbahn 45. Der Einbrennvorgang für die Widerstandsbahn 45 kann dabei in einem Temperaturbereich von etwa einschließlich 150°C bis etwa einschließlich 240°C durchgeführt werden. Nach dem Einbrennen der jeweiligen Widerstandsbahn 45 kann außerdem ein Spritzprozess durchgeführt werden, mit dessen Hilfe die Isolationsschicht 48 aufgebracht wird. Dabei bedeckt die Isolationsschicht 48 zumindest die Widerstandsbahn 45. Je nachdem, ob an den Kontaktzonen 47 bereits elektrische Anschlüsse bzw. Elektroden 10, 13, 16 angebracht sind oder nicht, kann die Isolationsschicht 48 außerdem die Kontaktzonen 47 abdecken. Der Spritzprozess zum Anbringen der Isolationsschicht 48 ist bevorzugt als Niedertemperatur-Spritzprozess konzipiert, der bei weniger als 200°C durchgeführt wird. Das Aufdrucken der Kontaktzone 47 und/oder der Widerstandsbahn 45 erfolgt zweckmäßig mittels eines Siebdruckverfahrens. Die Verwendung einer Polymerpaste als Widerstandspaste 46 erlaubt es, das Einbrennen der Widerstandstandsbahn 45 bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen durchzuführen, so dass für das Trägermaterial 44 ein Kunststoff verwendet werden kann. Hierdurch wird der Folienträger 41 extrem preiswert. Auch das Herstellungsverfahren wird vergleichsweise preiswert, da nur relativ niedrige Einbrenntemperaturen realisiert werden müssen, so dass auch der Energiebedarf zum Herstellen der Einbrenntemperaturen bzw. zum Durchführen der Einbrennprozesse vergleichsweise gering ist. Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher auf einen Bogen aus Trägermaterial 44 gleichzeitig eine Vielzahl von Folienträgern 41 hergestellt wird, die anschließend durch Zuschneiden oder Stanzen vereinzelt werden. Hierdurch kann durch gleichzeitiges Aufdrucken einer Vielzahl von Kontaktzonen 47 und/oder einer Vielzahl von Widerstandsbahnen 45 die Zeit zum Herstellen der einzelnen Folienträger 41 signifikant reduziert werden.
  • Der in Fig. 8 gezeigte Folienträger 41 eignet sich zum Anordnen einer einzelnen Elektrode 10, 13, 16. Es ist klar, dass z.B. gemäß Fig. 9 bei anderen Ausführungsformen mehrere Elektroden 10, 13, 16 an einem derartigen Folienträger 41 angeordnet sein können, wobei auf den Folienträger 41 dann eine entsprechende Anzahl an Vorwiderständen 11, 14, 17 in Form der Widerstandsbahnen 45 aufgedruckt sein kann. Ebenso ist es möglich, für alle Positivelektroden 10 einen gemeinsamen Folienträger 41 vorzusehen, der sämtliche Vorwiderstände 11 in Form der Widerstandsbahnen 45 trägt. Entsprechendes gilt auch für einen gemeinsamen Folienträger 41 für alle Negativelektroden 13 mit den entsprechenden Vorwiderständen 14. Ebenso gilt dies auch für einen gemeinsamen Folienträger 41 für sämtliche Sensorelektroden 16 und die zugehörigen Vorwiderstände 17 in Form der Widerstandsbahnen 45. Ebenso sind grundsätzlich beliebige Mischformen denkbar.
  • Gemäß Fig. 9 kann bei einer anderen Ausführungsform des Folienträgers 41 vorgesehen sein, auf das Trägermaterial 44 eine Vielzahl von Widerstandsbahnen 45 aus Widerstandspaste 46 aufzudrucken. Ferner kann auch eine entsprechende Anzahl an Kontaktzonen 47 aufgedruckt werden, beispielsweise um die Elektroden 10, 13 oder 16 zu kontaktieren. Sofern die Elektroden 10, 13, 16 der gleichen Elektrodenanordnung 7, 8, 9 zugeordnet sind, können alle Widerstandsbahnen 45 über eine gemeinsame Kontaktbahn 49 elektrisch miteinander verbunden sein, wobei auch die Kontaktbahn 49 entsprechend den Kontaktzonen 47 aufgedruckt ist. Besonders zweckmäßig ist nun eine Ausführungsform, bei welcher der Folienträger 41 aus einem flexiblen Material hergestellt ist. Ferner ist vorteilhaft, wenn der Folienträger 41 mit den Widerstandsbahnen 45, den Kontaktzonen 47 und der Kontaktbahn 49 als Endlosmaterial hergestellt ist. Durch Ablängen der jeweils benötigten Elektrodenanzahl kann der für den jeweiligen Anwendungsfall benötigte Folienträger 41 individualisiert werden.
  • Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Folienträger 41 beidseitig zu verwenden. So kann beispielsweise auf die in Fig. 9 dem Betrachter zugewandte Vorderseite des Folienträgers 41 die Positivelektrodenanordnung 7 realisiert werden, indem die Vorwiderstände 11 der Positivelektroden 10 in Form der Widerstandsbahnen 45 auf die Vorderseite des Folienträgers 41 aufgebracht werden. Auf die in Fig. 9 vom Betrachter abgewandte Rückseite des Folienträgers 41 können dann die Widerstandsbahnen 45 zur Realisierung der Vorwiderstände 14 der Negativelektrodenanordnung 8 aufgebracht werden. Dabei kann die beidseitige Bedruckung des Folienträgers 41 zweckmäßig so erfolgen, dass sich in der Längsrichtung des Folienträgers 41 Positivelektroden 10 und Negativelektroden 11 abwechseln. Ferner können die aufgedruckten Leiterbahnen 49 so positioniert sein, dass ein Kurzschluss durch das Trägermaterial 44 hindurch vermieden werden kann.

Claims (19)

  1. Antistatikvorrichtung zum Reduzieren von elektrostatischen Ladungen auf bewegten Materialbahnen (2),
    - mit einer aktiven Positivelektrodenanordnung (7), die mehrere aktive nadelförmige einzelne Positivelektroden (10) aufweist und die im Betrieb der Antistatikvorrichtung (4) elektrisch an eine positive Hochspannungsquelle (12) angeschlossen ist,
    - mit einer aktiven Negativelektrodenanordnung (8), die mehrere aktive nadelförmige einzelne Negativelektroden (13) aufweist und die im Betrieb der Antistatikvorrichtung (4) elektrisch an eine negative Hochspannungsquelle (15) angeschlossen ist,
    - mit einer Sensorik (20) zum Erkennen der Polarität eines Neutralisationsstroms zwischen der Materialbahn (2) und der Antistatikvorrichtung (4) während des Betriebs der Antistatikvorrichtung (4),
    - mit einer Steuerung (18) zum Steuern der Hochspannungsquellen (12, 15),
    - wobei die Steuerung (18) mit der Sensorik (20) gekoppelt ist und so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie abhängig von der ermittelten Polarität des Neutralisationsstroms die jeweils benötigte Hochspannungsquelle (12, 15) aktiviert oder aktiviert lässt und die jeweils nicht benötigte Hochspannungsquelle (12, 15) deaktiviert oder deaktiviert lässt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Steuerung (18) die jeweils aktivierte Hochspannungsquelle (12, 15) so ansteuert, dass diese eine ungepulste positive oder negative Gleichspannung liefert,
    - dass die Steuerung (18) so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie während einer Lernphase (24) die Polarität des Neutralisationsstroms ermittelt und dass sie abhängig von der ermittelten Polarität in eine Arbeitsphase (25) wechselt und darin die Hochspannungsquelle (12, 15) der benötigten aktiven Elektrodenanordnung (7, 8) zum Erzeugen einer ungepulsten Gleichspannung ansteuert,
    - dass sie während der Lernphase (24) beide Hochspannungsquellen (12, 15) zum Erzeugen einer gepulsten Gleichspannung an der jeweiligen aktiven Elektrodenanordnung (7, 8) ansteuert und in der Arbeitsphase (25) die Hochspannungsquelle (12, 15) der nicht benötigten aktiven Elektrodenanordnung (7, 8) deaktiviert und bei der benötigten aktiven Elektrodenanordnung (7, 8) von gepulster Gleichspannung auf ungepulste Gleichspannung umschaltet, oder dass sie während der Lernphase (24) beide Hochspannungsquellen (12, 15) deaktiviert hält und in der Arbeitsphase (25) nur die Hochspannungsquelle (12, 15) der benötigten Elektrodenanordnung (7, 8) aktiviert.
  2. Antistatikvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensorik (20) so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie zum Erkennen der Polarität des Neutralisationsstroms die von der jeweiligen Hochspannungsquelle (12, 15) abfließenden Ströme überwacht.
  3. Antistatikvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichent,
    - dass zusätzlich eine Sensorelektrodenanordnung (9) vorgesehen ist, die mehrere nadelförmige einzelne Sensorelektroden (16) aufweist und die im Betrieb der Antistatikvorrichtung (4) elektrisch an eine Massung (19) angeschlossen ist,
    - dass die Sensorik (20) so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie zum Erkennen der Polarität des Neutralisationsstroms den von der Sensorelektrodenanordnung (9) abfließenden Strom überwacht.
  4. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    - mit einer Sensorik (20) zum Messen eines Neutralisationsstroms der jeweils aktivierten aktiven Elektrodenanordnung (7, 8),
    - mit einer Steuerung (18) zum Steuern der Hochspannungsquellen (12, 15),
    - wobei die Steuerung (18) mit der Sensorik (20) gekoppelt ist und so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie abhängig vom gemessenen Neutralisationsstrom selbsttätig zumindest zwischen zwei Betriebsarten der Antistatikvorrichtung (4) umschalten kann.
  5. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    - mit einer Sensorik (20) zum Messen eines Ruhestroms wenigstens einer der beiden aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) und/oder der Sensorelektrodenanordnung (9),
    - mit einer Steuerung (18) zum Steuern der Hochspannungsquellen (12, 15),
    - wobei die Steuerung (18) mit der Sensorik (20) gekoppelt ist und so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie den gemessenen Ruhestrom zum Erkennen eines Elektrodenabbrands und/oder einer Elektrodenverschmutzung auswertet.
  6. Antistatikvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Steuerung (18) die Messung und Auswertung des Ruhestroms während einer Diagnosephase durchführt, die insbesondere beim Anfahren der Materialbahn (2) durchgeführt wird.
  7. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) in oder an einem gemeinsamen balkenförmigen Elektrodenträger (31) angeordnet sind.
  8. Antistatikvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in oder an dem gemeinsamen Elektrodenträger (31) außerdem die Sensorelektrodenanordnung (9) angeordnet ist.
  9. Antistatikvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der gemeinsame Elektrodenträger (31) Anschlüsse (32, 33, 34) für die Hochspannungsquellen (12, 15) und die Sensorik (20) aufweist.
  10. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Elektrodenträger (31) eine Trennwand (35) aufweist, die sich zwischen den aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) und der Sensorelektrodenanordnung (9) erstreckt, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Trennwand (35) elektrisch isolierend ausgestaltet ist und/oder dass die Trennwand (35) in Richtung Materialbahn (2) über die Elektroden (10, 13, 16) vorsteht.
  11. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Elektrodenträger (31) zumindest einen Hochspannungsleiter (43) aufweist, der mit dem jeweiligen Anschluss (32, 33) elektrisch verbunden ist.
  12. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Sensorelektroden (16) in einer geraden Sensorelektrodenreihe (38) nebeneinander angeordnet sind, und/oder
    - dass die Positivelektroden (10) in einer geraden Positivelektrodenreihe (36) nebeneinander angeordnet sind, und/oder
    - dass die Negativelektroden (13) in einer geraden Negativelektrodenreihe (37) nebeneinander angeordnet sind,
    - wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Positivelektroden (10) und die Negativelektroden (13) in einer gemeinsamen geraden Elektrodenreihe (39) einander abwechselnd nebeneinander angeordnet sind,
    - wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Sensorelektroden (16), die Positivelektroden (10) und die Negativelektroden (13) in einer gemeinsamen geraden Elektrodenreihe (40) einander abwechselnd nebeneinander angeordnet sind.
  13. Antistatikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass eine oder mehrere oder alle Positivelektroden (10) an einem Folienträger (41) angeordnet sind, auf den ein oder mehrere oder alle Vorwiderstände (11) der Positivelektroden (10) aufgedruckt sind, und/oder
    - dass eine oder mehrere oder alle Negativelektroden (13) an einem Folienträger (41) angeordnet sind, auf den ein oder mehrere oder alle Vorwiderstände (14) der Negativelektroden (13) aufgedruckt sind, und/oder
    - dass eine oder mehrere oder alle Sensorelektroden (16) an einem Folienträger (41) angeordnet sind, auf den ein oder mehrere oder alle Vorwiderstände (17) der Sensorelektroden (16) aufgedruckt sind,
    - wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Positivelektroden (10) und die Negativelektroden (13) an einem gemeinsamen Folienträger (41) angeordnet sind, auf den die Vorwiderstände (11, 14) der Positivelektroden (10) und der Negativelektroden (13) aufgedruckt sind, und/oder
    - wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Sensorelektroden (16), die Positivelektroden (10) und/oder die Negativelektroden (13) an einem gemeinsamen Folienträger (41) angeordnet sind, auf den die Vorwiderstände (17) der Sensorelektroden (16) und die Vorwiderstände (11) der Positivelektroden (10) und/oder die Vorwiderstände (14) der Negativelektroden (13) aufgedruckt sind.
  14. Antistatikvorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Folienträger (41) mit den Elektroden (10, 13, 16) und den Vorwiderständen (11, 14, 17) als Endlosmaterial bereitgestellt wird, und/oder
    - dass der Folienträger (41) beidseitig mit Vorwiderständen (11, 14, 17) versehen ist, und/oder
    - dass der Folienträger (41) aus einem flexiblen Material besteht.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Antistatikvorrichtung (4) zum Reduzieren von elektrostatischer Ladung auf einer bewegten Materialbahn (2), wobei die Antistatikvorrichtung (4) eine aktive Positivelektrodenanordnung (7) und eine aktive Negativelektrodenanordnung (8) aufweist, bei dem eine Polarität der bewegten Materialbahn (2) ermittelt wird und bei dem abhängig von der ermittelten Polarität die jeweils zum Reduzieren der elektrostatischen Ladung der bewegten Materialbahn (2) benötigte Elektrodenanordnung aktiviert wird oder im aktivierten Zustand belassen wird, während die jeweils nicht benötigte Elektrodenanordnung (7, 8) deaktiviert wird oder im deaktivierten Zustand belassen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die jeweils aktivierte Hochspannungsquelle (12, 15) so angesteuert wird, dass diese eine ungepulste positive oder negative Gleichspannung liefert,
    - dass während einer Lernphase (24) die Polarität der Materialbahn (2) ermittelt wird und in einer Arbeitsphase (25) die benötigte Elektrodenanordnung (7, 8) zum Erzeugen einer ungepulsten Gleichspannung angesteuert wird,
    - dass während der Lernphase (24) die beiden aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) mit gepulster Gleichspannung betrieben werden, derart, dass sich positive Strompulse der Positivelektrodenanordnung (7) mit negativen Strompulsen der Negativelektrodenanordnung (8) abwechseln,
    - dass während der Arbeitsphase (25) die eine aktive Elektrodenanordnung (7, 8) deaktiviert ist, während die andere aktive Eletrodenanordnung (7, 8) aktiv ist und mit ungepulster Gleichspannung betrieben wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15,
    bei dem ein Neutralisationsstrom der jeweils aktivierten aktiven Elektrodenanordnung (7, 8), insbesondere während der Arbeitsphase (25), gemessen wird und abhängig vom gemessenen Neutralisationsstrom selbsttätig zumindest zwischen zwei Betriebsarten der Antistatikvorrichtung (4) umgeschaltet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
    bei dem ein Ruhestrom wenigstens einer der beiden aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) und/oder einer Sensorelektrodenanordnung (9) gemessen wird und der gemessene Ruhestrom zum Erkennen eines Elektrodenabbrands und/oder einer Elektrodenverschmutzung ausgewertet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17,
    bei dem die Messung und Auswertung des Ruhestroms während einer Diagnosephase durchgeführt wird, die zweckmäßig beim Anfahren und/oder bei Stillstand der Materialbahn (2) durchgeführt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
    - bei dem während der Lernphase (24) die beiden aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) zunächst mit einem vorbestimmten Ausgangs-Pulsweitenverhältnis von positiven Strompulsen zu negativen Strompulsen betrieben werden,
    - bei dem während der Lernphase (24) nach ermittelter Polarität der Materialbahn (2) die beiden aktiven Elektrodenanordnungen (7, 8) mit wenigstens einem Übergangs-Pulsweitenverhältnis von positiven Strompulsen zu negativen Strompulsen betrieben werden, wobei beim wenigstens einen Übergangs-Pulsweitenverhältnis im Vergleich zum Ausgangs-Pulsweitenverhältnis die zum Neutralisieren der Materialbahn (2) benötigten Strompulse verlängert sind, während die nicht benötigten Strompulse entsprechend verkürzt sind.
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