EP4216381A1 - Ionisator und verfahren zum neutralisieren von ladungen auf oberflächen - Google Patents

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EP4216381A1
EP4216381A1 EP23150441.6A EP23150441A EP4216381A1 EP 4216381 A1 EP4216381 A1 EP 4216381A1 EP 23150441 A EP23150441 A EP 23150441A EP 4216381 A1 EP4216381 A1 EP 4216381A1
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EP
European Patent Office
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positive
waveform
negative
charges
treated
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EP23150441.6A
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EP4216381B1 (de
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Matthias Hecht
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Illinois Tool Works Inc
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Illinois Tool Works Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T19/00—Devices providing for corona discharge
    • H01T19/04—Devices providing for corona discharge having pointed electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05F—STATIC ELECTRICITY; NATURALLY-OCCURRING ELECTRICITY
    • H05F3/00—Carrying-off electrostatic charges
    • H05F3/04—Carrying-off electrostatic charges by means of spark gaps or other discharge devices

Definitions

  • the present invention relates to an ionizer for neutralizing charges on surfaces, in particular an AC-based ionizer. According to a further aspect, the invention relates to a method for neutralizing charges on surfaces, in particular with alternating voltage.
  • the charging and discharging of bodies with static electricity is a phenomenon that can occur in all industrial sectors. Electrostatic charging occurs in particular when two boundary layers suddenly separate, allowing electrons to jump from one body to the other. When two atoms meet with their shells, for example touch briefly and then quickly separate, electrons jump from one atom to the other. This process, known as charging, throws the neutral state of the atoms out of balance. Negatively or positively charged surfaces can arise. Atoms with an excess of positive or negative charges always try to return to their neutral state, e.g. by repelling the excess charge in a process also known as "discharging".
  • Spontaneous and uncontrolled discharges can cause significant problems. For example, manufacturing processes can be hampered, especially if material webs stick together unintentionally due to the electrostatic charge. There are even more serious consequences: electrical devices can be damaged if the discharge occurs through them. Finally, uncontrolled discharge can lead to fires, especially when processing highly flammable materials.
  • Discharge devices for the non-contact dissipation of electrostatic charges on electrically insulating materials are known and are used in many production processes.
  • the document relates DE 19 710 984 C1 an active ionizer is known, which ionizes the air surrounding it by high voltage applied to emission electrodes, the free electrons and gas ions thus generated being attracted by the electric field of the charged material, so that they contribute to its neutralization.
  • the ionization of the air by the electrode usually takes place independently of the degree and/or the polarity of the material charge on the surface to be treated. Accordingly, with the arrangements known from the prior art, it is not possible, or not readily possible, to achieve surfaces with residual charges of +/-10V.
  • the present invention is based on the object of specifying an ionizer and a method for neutralizing charges on surfaces with which particularly low residual charges, in particular below +/-10V, can be achieved without increasing the production costs.
  • the invention relates to an ionizer for neutralizing charges on surfaces, the ionizer having an AC voltage source which includes an output which emits a waveform with a positive half-wave and a negative half-wave.
  • the ionizer also has a transformer with a primary side and a secondary side, the primary side being electrically connected or connectable to the output of the AC voltage source.
  • the ionizer has a discharge device which is electrically connected or connectable to the secondary side of the transformer and a controller for adjusting the waveform.
  • the controller is there designed to control the waveform such that the positive and negative half waves are asymmetrical to each other.
  • the number of ions generated at the electrode can be easily adjusted to the surface to be treated.
  • a higher number of positive ions or negative ions can be generated by the asymmetrical design of the waveform, depending on the charging of the surface.
  • the amount of positive and negative ions generated by the waveform at the at least one electrode can be adjusted to the static charges on the surface to be neutralized. For example, if there is an excess of positive static charge on the surface, the waveform can be altered such that more negative ions are released at the discharge electrode to compensate for the excess positive static charge on the surface. The opposite is the case when an excess of negative charges on the surface has to be compensated.
  • the ionizer according to the invention enables a particularly efficient, active neutralization of surface charges, so that residual charges in the range below +/-10 volts can be achieved.
  • the control device is designed to reduce an amplitude of the positive half-wave and/or the negative half-wave provided by the AC voltage source.
  • Such a change in the amplitude of the positive or negative half-wave is a particularly effective way of controlling the ions generated at the electrode. This is the case in particular because ions are typically generated at an electrode above a certain voltage value, for example 4 kV, as will be explained in more detail later.
  • the control device can be designed to measure the amplitude of the positive half-wave to be reduced when there is an excess of positive charges on the surface. The situation is similar when reducing the amplitude of the negative half-wave. This can be reduced if a lower number of negative ions is required, for example if the surface to be treated has an excess of negative charge carriers.
  • control device is designed to flatten out a voltage rise during the positive and/or the negative half-wave, at least in certain areas.
  • control device can be designed to lengthen or shorten one of the two half-waves in relation to the other.
  • Such a steeper or flatter voltage increase makes it possible in a simple manner to make the amplitude of the positive and negative half-wave different. The electrical work done during the positive and negative half-wave is not changed, despite the different amplitude.
  • the AC voltage source has an inverter which is connected or can be connected to the primary side of the transformer.
  • the control device is designed to control the waveform by driving the inverter.
  • the control device can be designed to directly control an AC voltage source designed as a power supply unit, so that an asymmetrical waveform is output.
  • control device is designed to receive surface charge data which are characteristic of the electrical charges present on a surface to be treated.
  • controller is further configured to control the waveform based on the surface charge data.
  • the ionizer can be dynamically adapted to the electrical charges on the surface to be treated. For example, if there is an excess of positive charges on the surface to be treated, the waveform can be changed such that a plurality of negative ions are generated at the electrode.
  • the positive ion data can be determined by a positive electricity amount measuring device arranged on the secondary side of the transformer and transmitted to the control device.
  • the negative ion data can be determined by an appropriate measuring device, which is arranged on the secondary side of the transformer and is designed to determine the amount of electricity of negative charges.
  • the waveform for generating the ions can be precisely adapted to the number of positive and negative charges on the surface to be treated, so that a particularly low residual charge value can be achieved.
  • the negative or the positive half-wave of the waveform is only changed if the difference between the positive and negative charges on the surface to be treated exceeds/falls below a specific limit value.
  • an adaptation of the waveform is only necessary in the case of significant charge differences on the surface, which can lead to a more gentle use of the electrode.
  • the changing of the AC voltage provided includes a reduction in the amplitude of the provided positive half-wave and/or the negative half-wave.
  • changing the AC voltage provided includes, at least in certain areas, flattening out of a voltage rise during the positive and/or the negative half-wave.
  • FIG. 12 shows a schematic view of a discharge device 18 and a surface 10 to be treated.
  • the surface 10 to be treated can be, for example, a web of material which is wound up and unwound in rolls (not shown here). During the winding and unwinding of webs of material from such rolls, thin layers of material separate from one another, as a result of which charging of the surface 10 can occur. In the one shown here FIG. 1 positive charges 12 and negative charges 14 have accumulated on the material web 10 as a result.
  • a discharge device 18 is shown, which may be part of an ionizer (not fully shown).
  • the discharge device 18 is rod-shaped and has a large number of discharge electrodes 20 .
  • Each of these discharge electrodes 20 is supplied with high voltage, so that a strong electric field is created at the electrodes 20 shaped as a tip, through which positive or negative ions can be released. Ions released in this way are released onto the web of material as an ion cloud in order to neutralize the charges 12 , 14 .
  • the surface 10 shown as a web of material can move, for example, in the direction of the arrow 22 with respect to the stationary unloading device 18 .
  • the invention is not limited to a specific number of discharge electrodes or discharge devices. Rather, the ionizer of the present invention may have any number of discharge electrodes. In other embodiments, the discharge device has, instead of or in addition to the discharge electrodes, blast heads or rotating nozzles which are connected to the AC voltage source of the ionizer.
  • FIG. 1 It can also be seen that there is an imbalance of positive and negative charges 12, 14 on the surface 10 of the material web.
  • an excess of positive charge carriers is shown as an example.
  • This embodiment variant is based on the consideration that the proportion of positive and negative charges changes only insignificantly in an established manufacturing process and thus a one-off calibration when the ionizer is put into operation is generally sufficient.
  • a sensor device (not shown) can be provided, which detects the surface charge continuously or at predetermined times and communicates this to a blocking device.
  • a sensor device (not shown) can be provided, which detects the surface charge continuously or at predetermined times and communicates this to a blocking device.
  • “field mill sensors” or “piezoelectric field sensors” can be used for this purpose, which are aligned with respect to the surface 10 to be discharged such that a measurement of the electrostatic field of the surface 10 via the physical effect “charging by induction” is made possible.
  • the type and amount of positive and negative ions emitted from the discharger 18 can be changed quickly and easily. Accordingly, the ionizer of the present invention can be adjusted for an excess of positive and/or negative charges 12, 14, respectively.
  • the discharging device shown is a discharging device which is preferably supplied with an alternating voltage.
  • a waveform 30 of an AC voltage known from the prior art, which can be used to supply the discharge device 18, is in FIG. 2 shown.
  • the waveform 30 off FIG. 2 is a symmetric waveform, that means the positive half-waves 32, 34, 36 are axisymmetric with the negative half-waves 38, 40.
  • a shift between the positive and negative half-waves 32, 34, 36, 38, 40 by ⁇ /2 must be taken into account. Accordingly, in this specification, the phrase "symmetrical" means that the positive and negative half waves have substantially identical amplitude, width and slope.
  • the one in the FIG. 2 7 kV.
  • the negative half waves 38, 40 of the waveform 30 have an amplitude 44 of about -7 kV. If such a waveform 30 at a discharge device 18 according to FIG. 1 applied, there is an essentially uniform production of negative and positive ions at the discharge device 18. Although such a waveform 30 can also be used to actively discharge the surface to be treated, which is more effective than discharging by passive discharge devices, particularly low residual charges of below +/- 10 V can generally not be achieved by such a control.
  • FIG. 3 Fig. 12 shows a schematic view of an embodiment of an ionizer according to the present invention.
  • the ionizer 40 has an AC voltage source 42 .
  • the AC voltage source 42 has an output 41 which outputs a waveform with a positive half cycle and a negative half cycle.
  • a transformer 44 has a primary side 43 which is electrically connected or connectable to the output of the AC voltage source.
  • the transformer 44 also has a secondary 45 connected to an electrode 46 (such as one of the electrodes 20 in Fig FIG. 1 ) is electrically connected or connectable.
  • the ionizer 40 also has a control device 48 for adjusting the waveform.
  • the control device is designed to control the waveform on the primary side of the transformer.
  • the control device is connected to the AC voltage source 42 for this purpose. Accordingly, the controller 48 directly determines the waveform provided at the output of the AC voltage source.
  • the AC voltage source 42 can have an inverter which can be controlled by the control device 48 .
  • the inverter can convert a DC voltage (not shown) provided to operate the AC voltage source 42 into an AC voltage with various waveforms.
  • the control device 48 is designed to control which waveform is generated by the inverter.
  • the AC voltage source can be a power supply unit which is operated with an AC voltage, the control device 48 then being designed to control the power supply unit in such a way that a modification of the AC voltage present at the input of the AC voltage source 42 can be controlled.
  • the waveform provided at the output 41 of the AC voltage source 42 can be set by the control device 48 .
  • the controller is adapted to control the waveform such that the positive and negative half waves are asymmetrical to each other.
  • the control device 48 can be designed to change the amplitude and/or the rise/fall of the positive and negative half-waves, so that an asymmetrical waveform is formed. Examples of such altered, asymmetrical waveforms are den FIGs. 4 and 5 refer to.
  • the control device 48 is designed to control the waveform at the output of the AC voltage source 42 on the basis of the surface charge data.
  • the control device according to a waveform figure 4 set if surface charge measurements indicate an excess of positive charge carriers on the surface. If there is an excess of negative charge carriers on the surface to be treated, the control device 48 can generate a waveform within the meaning of figure 5 set.
  • the control device 48 can be designed to determine a difference in the number of positive and negative charges on the surface using surface charge data.
  • the difference can be a positive value, for example, if there is an excess of positive charge carriers.
  • a negative differential value can indicate an excess of negative charge carriers on the surface.
  • a difference value of essentially zero indicates an essentially neutrally charged surface.
  • the controller can control the waveform based on this difference.
  • the control device 48 can be designed to compare the difference in the charge carriers on the surface to be treated with one or more limit values.
  • the control device 48 can be designed to compare the difference value with a first limit value.
  • the first limit can be a positive limit. Should the difference be positive (surplus of positive charge carriers) and above the limit value, the control device 48 can reduce the amplitude of the positive half-wave of the waveform, as is the case, for example, in 4 is shown.
  • the control device 48 can be designed to compare the difference value with a second limit value.
  • the second limit can be a negative limit. If the difference value is negative (excess of negative charge carriers) and below the second limit value, the control device 48 can reduce the amplitude of the negative half-cycle of the waveform, as is the case, for example, in figure 5 is shown.
  • the comparison of the difference in charge carriers on the surface to be treated with one or more limit values has the advantage that a change in the ions released by the ionizer electrode (i.e. a change in the waveform) is only made if significant charge differences on the surface have been determined.
  • FIG. 4 shows an example of a waveform 130 such as may be output on the secondary side 45 of the transformer 44, for example in accordance with the present invention. It should be noted that according to the embodiment in FIG. 3 the waveform is already provided at the output of the AC voltage source in the form shown here. Only the amplitude of waveform 130 is increased by transformer 44 relative to the signal provided at the output of the AC power source, as is well known.
  • the waveform 130 of the FIG. 4 is a waveform in which the positive half-waves 132, 134, 136 have been reduced in amplitude compared to the negative half-waves 138, 140. This can be the case particularly when the charges on the surface to be treated are in excess have positive charges. Compared to the one in the FIG. 2 In the symmetrical waveform 30 shown, the negative half-waves 138, 140 are essentially unchanged. These continue to have an amplitude 144 of approximately 7 kV. Only the amplitude of the positive half waves 132, 134, 136 of the waveform 130 is reduced compared to the amplitude 44 of the waveform 30.
  • the positive amplitude 142 of the waveform 130 is reduced to about 5.5 kV, which produces fewer positive ions at the electrodes of the ionizer than the negative ions. This is the case because ions at the electrodes of the discharge device designed as tips are typically only produced above a limit voltage.
  • an exemplary limit voltage of 4 kV is represented by the discharge voltage ranges 150, 152, 154 shown hatched on the positive half-waves 132, 134, 136 and the discharge voltage ranges 156, 158 of the negative half-waves 138, 140.
  • the limit voltage is also dependent in particular on the arrangement of the discharge electrodes and can therefore vary greatly.
  • the areas of the discharge areas 150, 152, 154 of the positive half-waves 132, 134, 136 are significantly smaller than the areas of the discharge areas 156, 158 of the negative half-waves 138, 140.
  • a larger proportion of the electrical work generated by the negative half-waves 138, 140 is used to produce negative ions than is used in the positive half-waves 1 32, 134, 136 is the case.
  • An adjustment of the amplitude, in particular a reduction in the amplitude, of the positive half-waves 132, 134, 136 is in accordance with the FIG. 4 achieved by flattening the slope of the positive half waves 132,134,136.
  • the rise in voltage on the positive half-waves 132,134,136 of the waveform 130 in particular is slower than is the case with the negative half-waves 138,140.
  • the electrical work performed by the positive and negative half-waves is essentially identical, the slower increase and the associated broadening/lengthening of the positive half-waves 132, 134, 136 result in a reduction in the amplitude 142 of the positive half-waves 132, 134, 136.
  • FIG. 5 Another embodiment of a waveform according to the present invention is in FIG. 5 shown.
  • the waveform 230 in FIG. 5 corresponds essentially the Indian FIG. 4 waveform 130 shown, but this is mirrored about the zero axis.
  • the waveform 230 according to FIG. 5 asymmetrical.
  • the FIG. 5 does not reduce the amplitude 242 of the positive half waves 232,234,236. Rather, in the case of the waveform 230, the amplitude 244 of the negative half-waves 238, 240 is now reduced.
  • the resulting amplitude 244 of the negative half-waves 238, 240 can have a value of approximately -5.5 kV, with the positive amplitude 242 of the positive half-waves 232, 234, 236 having a value of approximately 7 kV.
  • the discharge voltage areas 250, 252, 254 of the positive half-waves 232, 234, 236 also have a correspondingly larger area than is the case with the discharge voltage areas 256, 258 of the negative half-waves 238, 240. It follows that a waveform 230, with negative half-waves of reduced amplitude, is used in particular for the treatment of surfaces where an excess of negative charge carriers is found.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ionisator (40) zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, wobei der Ionisator (40) eine Wechselspannungsquelle (42) aufweist, die einen Ausgang aufweist, der eine Wellenform (130) mit einem einer positiven Halbwelle und mit einer negativen Halbwelle ausgibt. Der Ionisator (40) weist einen Transformator (44) mit einer Primärseite (43) und einer Sekundärseite (45), wobei die Primärseite mit dem Ausgang der Wechselspannungsquelle (42) elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Eine Elektrode (46) ist mit der Sekundärseite des Transformators (44) elektrisch verbunden oder verbindbar. Der Ionisator (40) weist eine Steuereinrichtung (48) zur Einstellung der Wellenform (130) auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist die Wellenform (130) derart zu kontrollieren, dass die positive und die negative Halbwelle asymmetrisch zueinander sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ionisator zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, insbesondere einen auf Wechselspannung basierenden Ionisator. Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, insbesondere mit Wechselspannung.
  • Die Auf- und Entladung von Körpern mit statischer Elektrizität ist ein Phänomen, das in allen Industriebereichen vorkommen kann. Elektrostatische Aufladung entsteht insbesondere durch plötzliche Trennung zweier Grenzschichten, bei der Elektronen von einem Körper auf den anderen überspringen können. Wenn zwei Atome mit ihren Hüllen aufeinandertreffen, sich beispielsweise kurz berühren und dann schnell getrennt werden, springen Elektronen von einem Atom auf das Andere über. Dieser als Aufladung bezeichnete Vorgang bringt den neutralen Zustand der Atome aus dem Gleichgewicht. Es können negativ oder positiv geladene Oberfläche entstehen. Atome mit einem Überschuss an positiven oder negativen Ladungen versuchen stets in ihren neutralen Zustand zurückzukehren, z.B. durch Abstoßung der überschüssigen Ladung in einem Vorgang, welcher auch als "Entladung" bekannt ist.
  • Durch spontane und unkontrollierte Entladungen können erhebliche Probleme entstehen. Beispielsweise kann es zu einer Behinderung von Fertigungsprozessen kommen, insbesondere wenn Materialbahnen durch die elektrostatische Ladung ungewollt aneinanderhaften. Es gibt noch gravierendere Folgen: so können elektrische Geräte beschädigt werden, falls die Entladung über diese erfolgt. Schließlich kann es durch die unkontrollierte Entladung zu Bränden zu kommen, insbesondere bei der Verarbeitung von leicht entflammbaren Materialien.
  • Um die oben genannten Probleme zu vermeiden, muss eine kontrollierte Entladung sichergestellt werden. Entladevorrichtungen zum berührungslosen Abbauen von elektrostatischen Ladungen auf elektrisch isolierenden Materialien sind bekannt und werden in vielen Produktionsprozessen eingesetzt.
  • Beispielsweise betrifft die Druckschrift DE 19 710 984 C1 ein aktiver Ionisator bekannt, welcher durch an Emissionselektroden angelegte Hochspannung die sie umgebende Luft ionisieren, wobei die so erzeugten, freien Elektronen und Gasionen durch das elektrische Feld des aufgeladenen Materials angezogen werden, so dass sie zu dessen Neutralisation beitragen.
  • Die Ionisierung der Luft durch die Elektrode erfolgt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen gewöhnlich unabhängig vom Grad und/oder der Polarität der Materialaufladung auf der zu behandelnden Oberfläche. Dementsprechend ist es mit den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen nicht oder nicht ohne weiteres möglich, Oberflächen mit Restladungen von +/-10V zu erzielen.
  • Auf Grundlage der oben genannten Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Ionisator und ein Verfahren zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen anzugeben, mit welchen besonders geringe Restladungen, insbesondere unter +/- 10V erzielt werden können, ohne die Herstellungskosten zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den entsprechenden, abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
  • Demgemäß betrifft die Erfindung einen Ionisator zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, wobei der Ionisator eine Wechselspannungsquelle aufweist, die einen Ausgang umfasst, der eine Wellenform mit einer positiven Halbwelle und einer negativen Halbwelle ausgibt. Der Ionisator weist ferner einen Transformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite auf, wobei die Primärseite mit dem Ausgang der Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Der Ionisator weist eine Entladevorrichtung, die mit der Sekundärseite des Transformators elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Wellenform auf. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die Wellenform derart zu kontrollieren, dass die positive und die negative Halbwelle asymmetrisch zueinander sind.
  • Durch die asymmetrische Einstellung der Wellenform auf der Primärseite des Transformators kann die Anzahl der erzeugten Ionen an der Elektrode auf einfache Weise auf die zu behandelnde Oberfläche angepasst werden. Insbesondere kann durch die asymmetrische Ausbildung der Wellenform, je nach Aufladung der Oberfläche, eine höhere Anzahl positiver Ionen oder negativer Ionen erzeugt werden. Dementsprechend kann die Menge an positiven und negativen Ionen, die durch die Wellenform an der mindestens einen Elektrode erzeugt werden, auf die statischen Ladungen der zu neutralisierenden Oberfläche angepasst werden. Zum Beispiel kann die Wellenform bei einem Überschuss an positiver, statischer Ladung auf der Oberfläche, derart verändert werden, dass an der Entladeelektrode mehr negative Ionen freigesetzt werden, um den Überschuss der positiven statischen Ladungen auf der Oberfläche zu kompensieren. Das Gegenteil ist der Fall, wenn ein Überschuss negativer Ladungen auf der Oberfläche zu kompensieren ist.
  • Durch die Bereitstellung einer asymmetrischen Wellenform auf der Primärseite des Transformators, kann auf eine Einstellung der Wellenform durch Hardware auf der Sekundärseite des Transformators verzichtet werden. Hierdurch ist der Einsatz zusätzlicher Hardware nicht notwendig. Auch bestehen keine hardwaretechnischen Grenzen zur Optimierung der Ionenbalance auf der zu behandelnden Oberfläche.
  • Insgesamt ermöglicht der erfindungsgemäße Ionisator eine besonders effiziente, aktive Neutralisierung von Oberflächenladungen, so dass Restladungen im Bereich von unter +/-10 Volt erzielt werden können.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, eine Amplitude der von der Wechselspannungsquelle bereitgestellten positiven Halbwelle und/oder der negativen Halbwelle zu reduzieren. Eine derartige Veränderung der Amplitude der positiven bzw. negativen Halbwelle ist eine besonders effektive Möglichkeit, um die erzeugten Ionen an der Elektrode zu steuern. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, da Ionen an einer Elektrode typischerweise ab einem bestimmten Spannungswert erzeugt werden, beispielsweise 4 kV, wie dies später näher erläutert werden wird. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein die Amplitude der positiven Halbwelle dann zu reduzieren, wenn ein Überschuss an positiven Ladungen auf der Oberfläche vorhanden ist. Ähnlich verhält es sich bei der Reduzierung der Amplitude der negativen Halbwelle. Diese kann reduziert werden, wenn eine geringere Anzahl an negativen Ionen benötigt wird, beispielsweise wenn die zu behandelnde Oberfläche einen Überschuss an negativen Ladungsträgern aufweist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, einen Spannungsanstieg während der positiven und/oder der negativen Halbwelle zumindest bereichsweise abzuflachen. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine der beiden Halbwellen gegenüber der anderen zu verlängern oder zu verkürzen. Durch einen derartigen, steileren oder flacheren Spannungsanstieg kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die Amplitude der positiven und negativen Halbwelle unterschiedlich ist. Dabei wird die während der positiven und negativen Halbwelle verrichtete elektrische Arbeit, trotz der unterschiedlichen Amplitude, nicht verändert.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Wechselspannungsquelle einen Wechselrichter auf der mit der Primärseite des Transformators verbunden oder verbindbar ist. Die Steuereinrichtung ist dabei dazu ausgebildet, die Wellenform durch Ansteuerung des Wechselrichters zu kontrollieren. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung jedoch dazu ausgebildet sein, eine als Netzgerät ausgebildete Wechselspannungsquelle direkt zu kontrollieren, so dass eine asymmetrische Wellenform ausgegeben wird.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet Oberflächenladungsdaten zu empfangen, welche kennzeichnend für die auf einer zu behandelnden Oberfläche befindlichen elektrischen Ladungen sind. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu ausgebildet die Wellenform, auf Grundlage der Oberflächenladungsdaten, zu kontrollieren. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Ionisator dynamisch auf die auf der zu behandelnden Oberfläche befindlichen elektrischen Ladungen anpassbar. Beispielsweise kann, bei einem Überschuss an positiven Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, die Wellenform derart verändert werden, dass eine Mehrzahl an negativen Ionen an der Elektrode erzeugt werden.
  • Die Oberflächenladungsdaten können eine oder mehrere der folgenden Daten aufweisen:
    • Positiv-Ionen-Daten kennzeichnend für eine Menge positiver Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche;
    • Negativ-Ionen-Daten kennzeichnend für eine Menge negativer Ladungen auf einer zu behandelnden Oberfläche.
  • Dabei können die Positiv-Ionen-Daten durch eine auf der Sekundärseite des Transformators angeordnete Messeinrichtung zum Messen der positiven Elektrizitätsmenge bestimmt und an die Steuereinrichtung übertragen werden. Die Negativ-Ionen-Daten können durch eine entsprechende Messeinrichtung, welche auf der Sekundärseite des Transformators angeordnet und dazu ausgelegt ist die Elektrizitätsmenge an negativen Ladungen zu ermitteln, bestimmt werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet zum:
    • Bestimmen einer Anzahl positiver Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Positiv-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Anzahl negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Negativ-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche;
    • Kontrollieren der Wellenform auf Grundlage der Differenz zwischen positiven und negativen Ladungen.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist die Wellenform zur Erzeugung der Ionen genau auf die Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche anpassbar, so dass ein besonders geringer Restladungswert erzielbar ist.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet zum:
    • Vergleichen der Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem ersten Grenzwert;
    • Reduzieren der Amplitude der positiven Halbwellen der Wellenform, sofern die Differenz den ersten Grenzwert übersteigt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgebildet zum:
    • Vergleichen der Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem zweiten Grenzwert;
    • Reduzieren der Amplitude der negativen Halbwellen der Wellenform, sofern die Differenz den zweiten Grenzwert unterschreitet.
  • Gemäß den oben genannten Ausführungsformen wird die negative bzw. die positive Halbwelle der Wellenform nur dann verändert, soweit die Differenz zwischen den positiven und negativen Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche einen bestimmten Grenzwert übersteigt/unterschreitet. Somit ist eine Anpassung der Wellenform nur bei signifikanten Ladungsunterschieden auf der Oberfläche notwendig, was zu einer schonenderen Verwendung der Elektrode führen kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, wobei das Verfahren folgendes aufweist:
    • Bereitstellen eine Wechselspannung, welche eine Wellenform mit einer positiven Halbwelle und mit einer negativen Halbwelle aufweist;
    • Änderung der bereitgestellten Wechselspannung in eine Eingangsspannung derart, dass die Eingangsspannung eine positive und eine negative Halbwelle aufweist, die asymmetrisch zueinander sind;
    • Umwandeln der Eingangsspannung in eine Ausgangspannung mit Hilfe eines Transformators;
    • Anlegen der Ausgangspannung an einer Entladevorrichtung.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ändern der bereitgestellten Wechselspannung eine Reduzierung der Amplitude der bereitgestellten positiven Halbwelle und/oder der negativen Halbwelle.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Ändern der bereitgestellten Wechselspannung, zumindest bereichsweise, ein Abflachen eines Spannungsanstiegs während der positiven und/oder der negative Halbwelle.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgendes auf:
    • Empfangen von Oberflächenladungsdaten, welche kennzeichnend für die auf einer zu behandelnden Oberfläche befindlichen elektrischen Ladungen sind;
    • Änderung der bereitgestellten Wellenform auf Grundlage der Oberflächenlad ungsdaten.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgendes auf:
    • Bestimmen einer Anzahl positiver Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Positiv-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Anzahl negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Negativ-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche;
    • Ändern der bereitgestellten Wellenform auf Grundlage der Differenz zwischen positiven und negativen Ladungen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner folgendes auf:
    • Vergleichen der Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem ersten Grenzwert und/oder einem zweiten Grenzwert;
    • Reduzieren der Amplitude der positiven Halbwellen der Wellenform, sofern die Differenz den ersten Grenzwert übersteigt oder Reduzieren der Amplitude der negativen Halbwellen der Wellenform, sofern die Differenz den zweiten Grenzwert unterschreitet.
  • Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ionisators sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • FIG. 1
    eine schematische Ansicht einer Entladevorrichtung sowie einer zu behandelnden Oberfläche;
    FIG. 2
    eine schematische Ansicht einer im Wesentlichen symmetrischen Wellenform;
    FIG. 3
    eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Ionisators gemäß der vorliegenden Erfindung;
    FIG. 4
    eine schematische Ansicht einer ersten Wellenform, bei der die Amplitude der positiven Halbwelle verringert wurde; und
    FIG. 5
    eine schematische Ansicht einer Wellenform bei der die Amplitude der negativen Halbwelle verringert wurde.
  • Identische Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnlich ausgebildete Elemente oder Merkmale in den hier dargestellten FIGs.
  • FIG. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Entladungsvorrichtung 18 sowie einer zu behandelnden Oberfläche 10. Bei der zu behandelnden Oberfläche 10 kann es sich beispielsweise um eine Materialbahn handeln, welche in Rollen (hier nicht gezeigt) auf- und abgewickelt wird. Beim Auf- und Abwickeln von Materialbahnen aus derartigen Rollen kommt es zu einer Trennung von dünnen Materialschichten voneinander, wodurch eine Aufladung der Oberfläche 10 entstehen kann. In der hier dargestellten FIG. 1 haben sich hierdurch auf der Materialbahn 10 beispielsweise positive Ladungen 12 und negative Ladungen 14 angesammelt.
  • Wie oben bereits erwähnt, kann es durch die auf der Oberfläche 10 vorhandenen Ladungen zu einer Behinderung des Fertigungsprozesses bis hin zu Bränden kommen. Um eine derartige Entladung zu verhindern ist in der FIG. 1 eine Entladungsvorrichtung 18 dargestellt, welche Teil eines Ionisators (nicht komplett dargestellt) sein kann. Die Entladevorrichtung 18 ist stabförmig ausgebildet und weist eine Vielzahl von Entladeelektroden 20 auf. Jede dieser Entladeelektroden 20 wird mit Hochspannung versorgt, so dass an der als Spitze ausgeformten Elektroden 20 ein starkes elektrisches Feld entsteht, durch welches positive bzw. negative Ionen freigesetzt werden können. Derart freigesetzte Ionen werden als Ionenwolke auf die Materialbahn abgegeben, um die Ladungen 12, 14 zu neutralisieren. Die als Materialbahn dargestellte Oberfläche 10 kann sich beispielsweise in Richtung des Pfeils 22 gegenüber der stationären Entladevorrichtung 18 bewegen.
  • Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Entladeelektroden oder Entladevorrichtungen beschränkt. Vielmehr kann der Ionisator der vorliegenden Erfindung eine beliebige Anzahl an Entladeelektroden aufweisen. In anderen Ausführungsformen weist die Entladungsvorrichtung, anstatt oder zusätzlich zu den Entladeelektroden, Blasköpfe oder Rotationsdüsen auf, die mit der Wechselspannungsquelle des Ionisators verbunden sind.
  • Wie dies der FIG. 1 ferner zu entnehmen ist, besteht auf der Oberfläche 10 der Materialbahn ein Ungleichgewicht an positiven und negativen Ladungen 12, 14. Insbesondere ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Überschuss an positiven Ladungsträgern beispielhaft gezeigt. Zur Erfassung der positiven und negativen Ladungen 12, 14 können diese insbesondere vor Inbetriebnahme des Ionisators gemessen werden. Dieser Ausführungsvariante liegt die Überlegung zu Grunde, dass sich der Anteil an positiven und negativen Ladungen in einem etablierten Fertigungsprozess nur unwesentlich ändert und somit eine einmalige Kalibrierung bei Inbetriebnahme des Ionisators in Regel ausreicht.
  • Alternativ kann eine nicht dargestellte Sensorvorrichtung vorgesehen sein, welche fortlaufend oder zu vorgegebenen Zeitpunkten die Oberflächenladung erfasst und diese an eine Sperrvorrichtung kommuniziert. Hierzu können insbesondere "Feldmühlen-Sensoren" bzw. "piezoelektrische Feldsensoren" verwendet werden, welche derart gegenüber der zu entladenden Oberfläche 10 ausgerichtet sind, sodass eine Messung des elektrostatischen Felds der Oberfläche 10 über den physikalischen Effekt "Aufladung durch Influenz" ermöglicht wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Art und Menge an positiven und negativen Ionen, welche von der Entladungsvorrichtung 18 abgegeben wird, schnell und einfach verändert werden. Dementsprechend kann der Ionisator der vorliegenden Erfindung auf einen Überschuss an positiven und/oder negativen Ladungen 12, 14 entsprechend angepasst werden.
  • Bei der in FIG. 1 gezeigten Entladevorrichtung handelt es sich um eine Entladevorrichtung, welche vorzugsweise mit einer Wechselspannung gespeist wird. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Wellenform 30 einer Wechselspannung, die zur Versorgung der Entladevorrichtung 18 verwendet werden kann, ist in FIG. 2 gezeigt. Die Wellenform 30 aus FIG. 2 ist eine symmetrische Wellenform, das heißt die positiven Halbwellen 32, 34, 36 sind achsensymmetrisch mit den negativen Halbwellen 38, 40. Selbstverständlich ist eine Verschiebung zwischen den positiven und negativen Halbwellen 32, 34, 36, 38, 40 um π/2 zu beachten. Dementsprechend ist in dieser Beschreibung mit der Formulierung "symmetrisch" gemeint, dass die positiven und negativen Halbwellen eine im Wesentlichen identische Amplitude, Breite und Steigung aufweisen.
  • Die in der FIG. 2 gezeigten positiven Halbwellen 32, 34, 36 der Wellenform 30 haben eine Amplitude 42 von ca. 7 kV. Die negativen Halbwellen 38, 40 der Wellenform 30 haben eine Amplitude 44 von ca. -7 kV. Wird eine derartige Wellenform 30 an einer Entladungsvorrichtung 18 gemäß FIG. 1 angelegt, so kommt es zu einer im Wesentlichen gleichmäßigen Produktion von negativen und positiven Ionen an der Entladungsvorrichtung 18. Zwar ist auch mit einer derartigen Wellenform 30 eine aktive Entladung der zu behandelnden Oberfläche zu erreichen, welche effektiver als die Entladung durch passive Entladungsvorrichtungen ist, jedoch können besonders geringe Restladungen von unter +/- 10 V durch eine derartige Ansteuerung in der Regel nicht erzielt werden.
  • FIG. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Ionisators gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Ionisator 40 weist eine Wechselspannungsquelle 42 auf. Die Wechselspannungsquelle 42 weist einen Ausgang 41 auf, der eine Wellenform mit einer positiven Halbwelle und einer negativen Halbwelle ausgibt. Ein Transformator 44 weist eine Primärseite 43 auf, welche mit dem Ausgang der Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Der Transformator 44 weist ferner eine Sekundärseite 45 auf die mit einer Elektrode 46 (wie beispielsweise eine der Elektroden 20 in FIG. 1) elektrisch verbunden oder verbindbar ist.
  • Der Ionisator 40 weist ferner eine Steuereinrichtung 48 zur Einstellung der Wellenform auf. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Wellenform auf der Primärseite des Transformators zu kontrollieren. In der Ausführungsform gemäß FIG. 3 ist die Steuereinrichtung hierzu mit der Wechselspannungsquelle 42 verbunden. Dementsprechend bestimmt die Steuereinrichtung 48 die am Ausgang der Wechselspannungsquelle bereitgestellte Wellenform direkt.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Wechselspannungsquelle 42 einen Wechselrichter aufweisen, welcher durch die Steuereinrichtung 48 kontrollierbar ist.
  • Der Wechselrichter kann eine zum Betreiben der Wechselspannungsquelle 42 bereitgestellte Gleichspannung (nicht gezeigt) in eine Wechselspannung mit verschiedenen Wellenformen konvertieren. Die Steuereinrichtung 48 ist dabei dazu ausgebildet zu kontrollieren, welche Wellenform durch den Wechselrichter erzeugt wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann es sich bei der Wechselspannungsquelle um ein Netzgerät handeln, welches mit einer Wechselspannung betrieben wird, wobei die Steuereinrichtung 48 dann dazu ausgelegt ist das Netzgerät derart zu kontrollieren, dass eine Modifikation, der am Eingang der Wechselspannungsquelle 42 anliegenden Wechselspannung kontrollierbar ist. Somit ist auch in dieser Ausführungsform die am Ausgang 41 der Wechselspannungsquelle 42 bereitgestellte Wellenform durch die Steuereinrichtung 48 einstellbar.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Wellenform derart zu kontrollieren, dass die positive und die negative Halbwelle asymmetrisch zueinander sind. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 48 dabei dazu ausgebildet sein, die Amplitude und/oder den Anstieg/Abfall der positiven und negativen Halbwellen zu verändern, so dass eine asymmetrische Wellenform gebildet wird. Beispiele derartig veränderter, asymmetrischer Wellenformen sind den FIGs. 4 und 5 zu entnehmen.
  • Die Steuereinrichtung 48 ist dazu ausgebildet, die Wellenform am Ausgang der Wechselspannungsquelle 42 auf Grundlage der Oberflächenladungsdaten zu kontrollieren. Insbesondere kann die Steuereinrichtung eine Wellenform gemäß Figur 4 einstellen, falls Oberflächenladungsmessungen auf einen Überschuss an positiven Ladungsträgern auf der Oberfläche hinweisen. Bei einem Überschuss an negativen Ladungsträgern auf der zu behandelnden Oberfläche, kann die Steuereinrichtung 48 eine Wellenform im Sinne der Figur 5 einstellen.
  • Die Steuereinrichtung 48 kann dazu ausgebildet sein, eine Differenz der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der Oberfläche anhand von Oberflächenladungsdaten zu bestimmen. Die Differenz kann beispielsweise ein positiver Wert sein, wenn ein Überschuss an positiven Ladungsträgern vorhanden ist. Entsprechende kann ein negativer Differenzwert auf einen Überschuss an negativen Ladungsträgen auf der Oberfläche hinweisen. Ein Differenzwert von im Wesentlichen null, deutet auf eine im Wesentlichen neutral geladene Oberfläche hin.
  • Die Steuereinrichtung kann die Wellenform auf Basis dieser Differenz kontrollieren. Dabei kann die Steuereinrichtung 48 dazu ausgebildet sein, die Differenz der Ladungsträger auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem oder mehreren Grenzwerten zu vergleichen. In einem ersten Beispiel, kann die Steuereinrichtung 48 dazu ausgebildet sein, den Differenzwert mit einem ersten Grenzwert zu vergleichen. Der erste Grenzwert kann ein positiver Grenzwert sein. Sollte die Differenz positiv sein (Überschuss positiver Ladungsträger) und über dem Grenzwert liegen, so kann die Steuereinrichtung 48 die Amplitude der positiven Halbwelle der Wellenform reduzieren, wie dies bspw. in Fig. 4 gezeigt ist.
  • Die Steuereinrichtung 48 kann dazu ausgebildet sein, den Differenzwert mit einem zweiten Grenzwert zu vergleichen. Der zweite Grenzwert kann ein negativer Grenzwert sein. Sollte der Differenzwert negativ sein (Überschuss negativer Ladungsträger) und unter dem zweiten Grenzwert liegen, so kann die Steuereinrichtung 48 die Amplitude der negativen Halbwelle der Wellenform reduzieren, wie dies bspw. in Fig. 5 gezeigt ist.
  • Der Vergleich der Differenz von Ladungsträgern auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem oder mehreren Grenzwerten hat den Vorteil, dass eine Änderung der durch die Elektrode des Ionisators freigegebenen Ionen (d.h. eine Änderung der Wellenform) nur dann vorgenommen wird, wenn signifikante Ladungsunterschiede auf der Oberfläche ermittelt wurden.
  • FIG. 4 zeigt ein Beispiel einer Wellenform 130, wie diese beispielsweise gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Sekundärseite 45 des Transformators 44 ausgegeben werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass gemäß der Ausführungsform in FIG. 3 die Wellenform bereits am Ausgang der Wechselspannungsquelle in der hier gezeigten Form bereitgestellt wird. Lediglich die Amplitude der Wellenform 130 ist gegenüber des am Ausgang der Wechselspannungsquelle bereitgestellten Signals durch den Transformator 44 erhöht, wie dies hinlänglich bekannt ist.
  • Die Wellenform 130 der FIG. 4 ist eine Wellenform, bei der die positiven Halbwellen 132, 134, 136 in ihrer Amplitude reduziert wurden, im Vergleich zu den negativen Halbwellen 138, 140. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die auf der zu behandelnden Oberfläche befindlichen Ladungen einen Überschuss an positiven Ladungen aufweisen. Im Vergleich zu der in der FIG. 2 dargestellten, symmetrischen Wellenform 30 sind die negativen Halbwellen 138, 140 im Wesentlichen nicht verändert. Diese weisen auch weiterhin eine Amplitude 144 von ca. 7 kV auf. Lediglich die Amplitude der positiven Halbwellen 132, 134, 136 der Wellenform 130 ist gegenüber der Amplitude 44 der Wellenform 30 reduziert. Insbesondere ist die positive Amplitude 142 der Wellenform 130 auf ca. 5,5 kV reduziert, wodurch weniger positive Ionen an den Elektroden des Ionisators erzeugt werden, im Vergleich zu den negativen Ionen. Dies ist deshalb der Fall, da Ionen an den als Spitzen ausgebildeten Elektroden der Entladungsvorrichtung typischerweise erst ab einer Grenzspannung produziert werden.
  • Im Beispiel gemäß der FIG. 4 ist eine beispielhafte Grenzspannung von 4 kV durch die schraffiert dargestellten Entladungsspannungsbereiche 150, 152, 154 auf den positiven Halbwellen 132, 134, 136 sowie die Entladungsspannungsbereiche 156, 158 der negativen Halbwellen 138, 140 dargestellt. Selbstverständlich ist die Grenzspannung insbesondere auch von der Anordnung der Entladungselektroden abhängig und kann somit stark variieren. Wie direkt zu erkennen ist, sind die Flächen der Entladungsbereiche 150, 152, 154 der positiven Halbwellen 132, 134, 136 wesentlich kleiner als die Flächen der Entladungsbereiche 156, 158 der negativen Halbwellen 138, 140. In anderen Worten wird ein größerer Anteil der durch die negativen Halbwellen 138, 140 erzeugten elektrischen Arbeit zur Produktion von negativen Ionen verwendet, als dies bei den positiven Halbwellen 132, 134, 136 der Fall ist.
  • Ein Anpassen der Amplitude, insbesondere eine Reduzierung der Amplitude, der positiven Halbwellen 132, 134, 136 wird gemäß der FIG. 4 durch ein Abflachen der Steigung der positiven Halbwellen 132, 134, 136 erzielt. Mit anderen Worten ist insbesondere der Anstieg der Spannung bei den positiven Halbwellen 132, 134, 136 der Wellenform 130 langsamer als es bei den negativen Halbwellen 138, 140 der Fall ist. Somit ist die durch die positiven und negativen Halbwellen verrichtete elektrische Arbeit zwar im Wesentlichen identisch, jedoch wird durch den langsameren Anstieg und die damit verbundene Verbreiterung/Verlängerung der positiven Halbwellen 132, 134, 136 eine Verringerung der Amplitude 142 der positiven Halbwellen 132, 134, 136 erzielt.
  • Eine weitere Ausführungsform einer Wellenform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in FIG. 5 dargestellt. Die Wellenform 230 in FIG. 5 entspricht im Wesentlichen der in der FIG. 4 dargestellten Wellenform 130, wobei diese jedoch um die Nullachse gespiegelt ist. Dementsprechend ist auch die Wellenform 230 gemäß der FIG. 5 asymmetrisch. Im Gegensatz zu der Wellenform 130 aus FIG. 4 ist bei der Wellenform 230 der FIG. 5 nicht die Amplitude 242 der positiven Halbwellen 232, 234, 236 reduziert. Vielmehr ist bei der Wellenform 230 nun die Amplitude 244 der negativen Halbwellen 238, 240 reduziert.
  • Ähnlich wie bei der Wellenform gemäß FIG. 4 wird die Reduzierung der Amplitude 244 der negativen Halbwellen 238, 240 gemäß der FIG. 5 durch eine Verringerung der Steigung der negativen Halbwellen 238, 240 erzielt. Die daraus resultierende Amplitude 244 der negativen Halbwellen 238, 240 kann dabei einen Wert von etwa -5,5 kV aufweisen, wobei die positive Amplitude 242 der positiven Halbwellen 232, 234, 236 einen Wert von ca. 7 kV aufweist.
  • Wie bereits im Hinblick auf die FIG. 4 beschrieben, weisen auch die Entladungsspannungsbereiche 250, 252, 254 der positiven Halbwellen 232, 234, 236 eine entsprechend größere Fläche auf, als dies bei den Entladungsspannungsbereichen 256, 258 der negativen Halbwellen 238, 240 der Fall ist. Es folgt daraus, dass eine Wellenform 230, mit negativen Halbwellen mit reduzierter Amplitude, insbesondere zur Behandlung von Oberflächen eingesetzt wird, bei denen ein Überschuss an negativen Ladungsträgern festgestellt wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.

Claims (15)

  1. Ein Ionisator (40) zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, wobei der Ionisator (40) folgendes aufweist:
    • eine Wechselspannungsquelle (42), die einen Ausgang aufweist, der eine Wellenform (130) mit einem einer positiven Halbwelle und mit einer negativen Halbwelle ausgibt;
    • einen Transformator mit einer Primärseite (43) und einer Sekundärseite (45), wobei die Primärseite (43) mit dem Ausgang der Wechselspannungsquelle (42) elektrisch verbunden oder verbindbar ist;
    • eine Entladevorrichtung, die mit der Sekundärseite (45) des Transformators elektrisch verbunden oder verbindbar ist;
    • eine Steuereinrichtung (48) zur Einstellung der Wellenform (130),
    wobei die Steuereinrichtung (48) dazu ausgebildet ist die Wellenform (130) derart zu kontrollieren, dass die positive und die negative Halbwelle (132, 134, 136, 138, 140) asymmetrisch zueinander sind.
  2. Der Ionisator (40) nach Anspruch 1,
    wobei die Steuereinrichtung (48) dazu ausgebildet ist, eine Amplitude der von der Wechselspannungsquelle (42) bereitgestellten positiven Halbwelle (132, 134, 136) und/oder der negativen Halbwelle (138, 140) zu reduzieren.
  3. Der Ionisator (40) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Steuereinrichtung (48) dazu ausgebildet ist einen Spannungsanstieg während der positiven und/oder der negative Halbwelle (132, 134, 136, 138, 140) zumindest bereichsweise abzuflachen.
  4. Der Ionisator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei die Wechselspannungsquelle (42) einen Wechselrichter aufweist, mit der Primärseite (43) des Transformators verbunden oder verbindbar ist, wobei die Steuereinrichtung (48) dazu ausgebildet ist, die Wellenform (130) durch Ansteuerung des Wechselrichters zu kontrollieren.
  5. Der Ionisator (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei die Steuereinrichtung (48) ausgebildet ist zum:
    • Empfangen von Oberflächenladungsdaten, welche kennzeichnend für die auf einer zu behandelnden Oberfläche befindlichen elektrischen Ladungen sind;
    • Kontrollieren der Wellenform (130) auf Grundlage der Oberflächenladungsdaten.
  6. Der Ionisator (40) nach Anspruch 5,
    wobei die Oberflächenladungsdaten eine oder mehrere der folgenden Daten aufweist:
    • Positiv-Ionen-Daten kennzeichnend für eine Menge positiver Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche;
    • Negativ-Ionen-Daten kennzeichnend für eine Menge negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche.
  7. Der Ionisator (40) nach Anspruch 6,
    wobei die Steuereinrichtung (48) ausgebildet ist zum:
    • Bestimmen einer Anzahl positiver Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Positiv-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Anzahl negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Negativ-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche;
    • Kontrollieren der Wellenform (130) auf Grundlage der Differenz zwischen positiven und negativen Ladungen.
  8. Der Ionisator (40) nach Anspruch 7,
    wobei die Steuereinrichtung (48) ausgebildet ist zum:
    • Vergleichen der Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem ersten Grenzwert;
    • Reduzieren der Amplitude der positiven Halbwelle (132, 134, 136) der Wellenform (130), sofern die Differenz den ersten Grenzwert übersteigt.
  9. Der Ionisator (40) nach Anspruch 7 oder 8,
    wobei die Steuereinrichtung (48) ausgebildet ist zum:
    • Vergleichen der Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem zweiten Grenzwert;
    • Reduzieren der Amplitude der negativen Halbwelle (138, 140) der Wellenform (130), sofern die Differenz den zweiten Grenzwert unterschreitet.
  10. Verfahren zum Neutralisieren von Ladungen auf Oberflächen, das Verfahren folgendes aufweist:
    • Bereitstellen eine Wechselspannung, welche eine Wellenform (130) mit einer positiven Halbwelle (132, 134, 136) und mit einer negativen Halbwelle (138, 140) aufweist;
    • Änderung der bereitgestellten Wechselspannung in eine Eingangsspannung derart, dass die Eingangsspannung eine positive und eine negative Halbwelle (132, 134, 136, 138, 140) aufweist, die asymmetrisch zueinander sind;
    • Umwandeln der Eingangsspannung in eine Ausgangspannung mit Hilfe eines Transformators;
    • Anlegen der Ausgangspannung an einer Entladevorrichtung.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    wobei das Ändern der bereitgestellten Wechselspannung eine Reduzierung der Amplitude der bereitgestellten positiven Halbwelle und/oder der negativen Halbwelle zu umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
    wobei das Ändern der bereitgestellten Wechselspannung, zumindest bereichsweise, ein Abflachen eines Spannungsanstiegs während der positiven und/oder der negative Halbwelle (132, 134, 136, 138, 140) umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 10 bis 12,
    wobei das Verfahren ferner folgendes aufweist:
    • Empfangen von Oberflächenladungsdaten, welche kennzeichnend für die auf einer zu behandelnden Oberfläche befindlichen elektrischen Ladungen sind;
    • Änderung der bereitgestellten Wellenform (130) auf Grundlage der Oberflächenladungsdaten.
  14. Verfahren nach Anspruch 10 bis 13,
    wobei das Verfahren ferner folgendes aufweist:
    • Bestimmen einer Anzahl positiver Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Positiv-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Anzahl negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche, auf Grundlage der Negativ-Ionen-Daten;
    • Bestimmen einer Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche;
    • Ändern der bereitgestellten Wellenform (130) auf Grundlage der Differenz zwischen positiven und negativen Ladungen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    wobei das Verfahren ferner folgendes aufweist:
    • Vergleichen der Differenz zwischen der Anzahl positiver und negativer Ladungen auf der zu behandelnden Oberfläche mit einem ersten Grenzwert und/oder einem zweiten Grenzwert;
    • Reduzieren der Amplitude der positiven Halbwellen der Wellenform (130), sofern die Differenz den ersten Grenzwert übersteigt oder Reduzieren der Amplitude der negativen Halbwellen der Wellenform (130), sofern die Differenz den zweiten Grenzwert unterschreitet.
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