WO2016116269A1 - Emissionsspitzen-anordnung und verfahren zur deren betrieb - Google Patents

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WO2016116269A1
WO2016116269A1 PCT/EP2016/000082 EP2016000082W WO2016116269A1 WO 2016116269 A1 WO2016116269 A1 WO 2016116269A1 EP 2016000082 W EP2016000082 W EP 2016000082W WO 2016116269 A1 WO2016116269 A1 WO 2016116269A1
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Franz Knopf
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Definitions

  • the invention relates to an emission tip arrangement of high-voltage electrodes for charging or discharging substrates, having at least one emission peak, and having a carrier body made of an insulating material, which has at least one high-impedance resistor and is arranged on a provided with an insulating potting metal profile, wherein the at least one emission peak can be connected via the series resistor to a high voltage terminal.
  • the metal profile can be grounded and provided with an insulating layer and the series resistor can be arranged electrically isolated on the metal profile.
  • the invention also relates to methods of operating such an arrangement in AC voltage at a particular peak voltage and to a method of operating an emission tip array with auxiliary air supply.
  • Passive and active discharge electrodes or active charging electrodes are known in a variety of embodiments and variants. Frequently, such electrodes have a plurality of emission peaks, which are arranged in different raster widths in a single row, in a double row, or else in such a manner as a surface-trained emission tip array that they are similar, for example, to a fakir board. Very often, such emission peaks are embedded together with a current-limiting resistor in elongated U-profiles by means of insulating casting resin. The electrical resistance is assigned to either each single peak or n-peaks. Passive discharge electrodes are often found in practice even without current-limiting resistors in use.
  • the highest possible electric field strength should be effective at an arrangement of emission peaks of active and passive high voltage electrodes at the tips.
  • the respective tip would have to protrude sufficiently far from the insulating embedding. This is quite similar to the necessarily freestanding end of a lightning rod over the object to be protected.
  • corona insert describes the voltage at which, before the tips, free charge carriers, ie electrons and ions of both polarities, are generated by impact ionization, which ultimately cause the passive discharge; the gas between the tips and the charged object surface becomes conductive.
  • the object surface to be passively discharged remains at a higher potential, or: the less the emission peak protrudes from the potting, the lower the passive discharge power of the electrode.
  • DE 10 2011 007 138 A1 discloses an embodiment of special high-voltage polymer resistors in conjunction with rigid emission tips, which are used as semifinished products in the production of high-voltage electrodes.
  • EP 1 241 755 A2 discloses an active discharge electrode with air assistance. Here you can even find emission peaks that are deeper than the insulating environment of the air duct or air nozzle.
  • Comparable unfavorable conditions are also found in the usual commercially available charging electrodes with and without air support, known for example from DE 20 2004 014 952 Ul.
  • an emission tip arrangement of the aforementioned type in which the emission tip is formed from a spring metal and forms an elastic spring element and a free end of the emission peak is spaced apart from the carrier body as a corona tip ,
  • the spring element can be formed, for example, helical spring-like. This is, however not mandatory, there are other spring training conceivable.
  • the emission tip or tips of the emission tip arrangement according to the invention are thus formed of a metallic spring material as spring tips and, for example, helical spring-like, provided that they can protrude as far as desired beyond the electrode body.
  • the emission tip or tips can be configured as a metal spring, that is, for example, as a spring element which is formed from a metal.
  • the high-voltage electrode is active or passively operable or operated as a charging and / or discharging electrode, with AC or DC voltage.
  • an embodiment of the emission tip assembly is advantageous in which an end portion of the free end of the emission peak, which acts for example as a corona tip, is bent towards the longitudinal axis of the extension direction of the spring element.
  • Such a last, relatively short, angled towards the center of the coil spring portion of the emission spring tip wears, for example, via the corona current, over the life of the electrode under almost constant geometric conditions.
  • the truncated cone would wear to ever-increasing diameter over the corona, the emission spring tip according to the invention over the life of the corona tip constant geometric conditions and thus the desired constant low corona threshold deployment.
  • a further advantage is an embodiment of the emission tip arrangement in which the free-standing emission spring tip can also work with air when needed, which is why the interior of the helical spring element forms a passage which can be connected to a channel of the carrier body, via which the emission tip a Auxiliary air quantity is feasible.
  • the free standing outside the electrode body emission spring tip can be so connected to the embedded, for example, in an insulating encapsulation carrier body that fits inside the carrier body made of insulating material of the air duct to the inner diameter of the emission spring tip air technically fitting and so the amount of auxiliary air through an air Distribution channel can get to each individual emissions feather tip.
  • the emission spring tip according to the invention is designed such that the degree of ionization of the amount of auxiliary air used in the case of AC discharge electrodes can be significantly increased in comparison with known active discharge electrodes with air assistance.
  • the latter is equivalent to considerable cost savings in generating the amount of compressed air required for operation.
  • Non-ionized large quantities of auxiliary air are undesirable or even annoying in many processes in addition to the high cost.
  • the increase of the degree of ionization of the auxiliary air quantity is due in particular to the formation of the corona tip at the free end of the emission spring tip, which is arranged as a thin conductive wire end freely above the center of the air-guiding spring tip.
  • the thin conductive end of the wire can be understood, which is arranged freely above the center of the, possibly air-bearing, spring tip.
  • the spring element for example the inner contour of the spring element, which acts as a boundary for the amount of air supplied within the spring element, can taper towards the free end of the emission tip.
  • the last turns of the helical spring-shaped spring tip then run, for example, conical, resulting in a nozzle-like air outlet.
  • Auxiliary air supports the ion wind generated by the corona tip and is thereby ionized in the best possible way, which ultimately makes the high degree of effect or ionization as well as the range effect of the offered ionized auxiliary air quantity.
  • this can be formed from a thermoplastic or duroplastic plastic or a ceramic material.
  • the carrier body can be provided with at least one receptacle located on a side wall for arranging at least one emission peak into which the emission peak can be pressed
  • the contour of the emission peak can be elastically deformed when it is arranged on the support body, wherein contour at this point means that the structure forming the shape of the emission peak is elastically deformable, so that, for example, the emission peak can be pressed into the receptacle is.
  • a secure conductive connection between the resistor and the respective emission tip can be produced in one embodiment of the emission tip arrangement according to the invention, the meandering the at least one series resistor is applied to the carrier body and / or contacted the spring element in the region of the recording by means of a conductive adhesive.
  • the arrangement with the carrier body is received by a grounded metal profile and the series resistor is electrically isolated from the metal profile, whereby the advantages of the technology of metal profiles can be used.
  • the metal profile is preferably made of an extrudable material, in particular of an aluminum material, and the insulation of the series resistance of the metal profile can be achieved, if possible, by means of an insulating encapsulation.
  • the metal profiles mentioned are always electrically grounded, which meant that a large part of the generated electrons and bipolar ions leaked to ground potential, which is why an expedient development of the invention is the mentioned metal profile with a thin, both mechanically, and electrically sufficiently resistant To provide insulating layer. If one chooses the volume resistivity of this insulating layer> 10 9 ⁇ , with sufficiently high electrical breakdown voltage, so flows for the electrode function relevant electrical resistive current through this resistance to ground potential.
  • a further advantageous embodiment of the emission tip arrangement according to the invention can be provided with a carrier body which has such a manipulatable in its production capacity relative to the metal profile, that the capacitive reactive current of the high voltage electrode compensates for the inductive reactive current of the high voltage transformer used in the operation of an active discharge electrode at least partially ,
  • the quality of the electrical insulation also increases the design-related quality of the capacitance (small loss angle tan ⁇ ) of the metal profile, both against the cast-in NEN carrier body as well as against the freestanding corona tip.
  • This is desirable in that high voltage transformers, which are inherently inductive components, are used to operate active AC discharge electrodes.
  • the required for operation of the transformer inductive reactive current is advantageously largely compensated in the present case, with suitable dimensioning of the metal profile of the capacitive reactive current of the capacitance of the entire electrode assembly. According to the laws of AC theory, this means that such modified metal profiles require smaller transformer designs for operating the AC electrodes, which form a unit when needed with the electrode.
  • the latter avoids the laying of high-voltage cables between the transformer and the electrode in an advantageous manner.
  • the primary-side AC supply voltage of the transformer can be either the usual mains voltage or the 24 VAC control voltage of electrical systems. In addition to these cost-effective solutions, supplying the transformer with electrical energy even with 24VDC control voltage is an option; however, then the necessary AC voltage for the transformer is to be generated via a semiconductor circuit.
  • the object is also achieved by a method for operating an arrangement of emission peaks with at least one emission peak, in particular an arrangement as described above, which is characterized in that the high voltage electrode is operated in AC voltage with a peak voltage which is lower than the breakdown voltage for the used geometry of the corona tip against the grounded metal profile provided with the insulating layer.
  • the capacitive coupling of the corona tip of the AC discharge electrode is exploited against ground potential.
  • the capacitive coupling between the corona tip and the electrically insulated on the surface, but internally grounded, metal profile improves the ion generation of ak- tive AC electrodes in addition, which equates to an additional substantial increase in efficiency.
  • the distance between the corona tip and the insulating layer must be selected so that the peak voltage of the AC operating high voltage is less than the breakdown voltage for the geometry of the corona tip against the grounded metal profile with the insulating layer. In this case, no further, isolated embedded earth conductors are necessary.
  • the object is achieved by a method for operating an arrangement of emission peaks with at least one emission peak, which is characterized in that the emission peak is formed as a spring element and a penetration is formed, through which the corona tip is supplied during operation, an auxiliary air quantity in that the degree of ionization of the amount of auxiliary air used can be significantly increased with AC discharge electrodes in comparison to known air-assisted active discharge electrodes.
  • the targeted directed to the corona tip auxiliary air supports the ion wind generated by the corona tip and is thus in turn ionized best possible, which ultimately makes the high degree of effect or ionization and the range effect of the offered ionized quantity of auxiliary air.
  • the emission tip forms a penetration, in particular the aforementioned penetration, through which the corona tip is supplied during operation an auxiliary air quantity or can be.
  • each freestanding spring tip with a high resistance in the order of 10 8 ⁇ , all resistors are individually connected to the common high voltage terminal, allows the use of such spring tips for both passively operated discharge, as well as active discharge electrodes, and also for DC charging electrodes in a potentially explosive environment.
  • DC charging electrodes with an arrangement of such freestanding emission spring tips also require a lower operating high voltage for generating the charging current required for the respective application.
  • auxiliary air flow With regard to the assistance by means of an auxiliary air flow, there is the advantage of a more efficient ionization of the auxiliary air quantity for increasing the range of the discharge effect of active discharge electrodes for medium and long ranges.
  • the auxiliary air can also be used only for continuous or interval efficient cleaning of the corona tip in a dirty environment. This is important for both discharge and charging electrodes.
  • Charging electrodes such as those used in so-called "top loading" ESA systems in printing presses, thereby obtain a significantly longer maintenance interval.
  • the active discharge with air support and at the same time Reduced AC operating voltage allows efficient use even in relatively tightly grounded machine environments, such as in packaging processes in the pharmaceutical industry, etc.
  • a long range of the discharge effect and the nearby grounded machine environment is no longer a contradiction.
  • 1 shows a sectional side view of two alternative electrode embodiments with the components required for the function, once without possible air support with metal profile (below) and once with metal profile and integrated air distribution channel for an optional air support (top).
  • 2 shows a carrier body with several built-in emission spring tips and applied resistors and separate air channels for each spring tip in a sectioned side view (right) and a top view from above
  • Fig. 3 is a sectional side view of the emission tip assembly according to the invention with
  • Air distribution duct from the top view of the
  • FIG. 1 shows two emission tip arrangements, designated as a whole by 100, in each of which an emission peak 1 can be seen, which is designed as a helical spring-like spring element.
  • the associated emission tip arrangement 100 has in each case a carrier body 7 made of an insulating material, this has for the emission peaks 1 only in the Fig.2 recognizable, high-impedance series resistors 13, wherein the at least one emission peak 1 respectively via the series resistor 13 to a high voltage terminal 14th is connectable.
  • the emission tips 1 with the associated carrier body 7 are each received in a metal profile 10, 10a.
  • the metal profile 10 has an air distribution channel 9 which continues into the air channel 8 of the carrier body 7 so that an auxiliary air quantity 15 (only visible in FIG. 3) of the emission peak 1 can be supplied via connected compressed air.
  • the lower view of Fig.l with the metal section 10a is missing the corresponding air distribution channel.
  • the emission tips for electrical discharging or charging ⁇ electrodes of Fig.l to 3 are operated with an AC or DC high voltage U g , the series resistor 13 is electrically insulated, for example, by a potting 6 (see Fig. 3) of the metal profile and, for example, in particular, the Carrier body 7 is arranged, which is embedded in a grounded metal profile 10.
  • the emission tip 1 is formed of spring metal and has a schhoff- spring spring-like shape.
  • the free end of the emission tip 1 is in the form of a corona tip 2, free above the carrier body 7 and / or above the respective metal profile 10, 10a and / or freely above the associated insulating encapsulation 6 (see Fig. 3), the latter facing away from the carrier body End portion 3 of the emission tip 1 is bent to the longitudinal axis of the extension direction towards. Therefore, during operation of the electrode, the end section 3 wears away from the corona tip 2 under almost constant geometrical conditions, which is to be equated with almost constant emission conditions for the corona current of the corona tip 2. It can be seen in FIGS. 2, 3 and in the upper illustration of FIG.
  • the auxiliary air amount 15 passes to improve the ion range over the air distribution channel 9 to each emission peak 1 and 1 corona peak.
  • the increase in the degree of ionization of the auxiliary air quantity 15 is effected via the geometric positioning of the corona tip 2 above the center of the emission tip 1.
  • the emission peak 1 causes; the auxiliary air quantity 15, together with the nozzle-like acting air outlet 5, if necessary, also only for cleaning or Serve to clean the corona tip 2.
  • the emission peaks 1 of the emission tip arrangement 100 shown in FIGS. 1 to 3 can protrude as far as possible beyond the casting 6 of the metal profile 10 in order to achieve the highest possible field strength at the corona tip 2. Nevertheless, there is no danger of injury since the emission peaks are designed as spring elements and are elastically flexible. It can also be seen in FIGS. 1 to 3 that the metal profiles 10, 10a connected to the ground potential 12 are provided with an insulating layer 11, so that the emission peaks 1 connected to the AC high voltage oppose the corona peak 2 via the adapted capacitive coupling the respective metal profile 10 or 10a, the bipolar ion production over conventional electrodes can more than double.
  • the support body 7 shown in Fig.l to 3 is made of an insulating plastic. 2 shows that the carrier body 7 is provided in such a way that the emission tips 1 can be pressed in each case accurately and without soldering process into receptacles 17 of the carrier body 7 which are open to one side, in that the diameter of the emission tips 1 elastically deformed.
  • the series resistor 13 is arranged meandering on the carrier body 7 and electrically contacted by means of a conductive adhesive 16, the metallic emission tip 1 in the region of the receptacle 17 open to one side.
  • the design-related capacity of the carrier body 7 against the metal profile 10 is dimensioned such that the capacitive reactive current with the electrode length largely compensates for the inductive reactive current of an AC high-voltage transformer (not shown) for operating the active discharge electrode, which enables very small transformers which together with the metal profile 10 can form a unit (not shown).
  • FIG. 3 the sectional view of a strand-like metal profile 10, which continues into the viewing plane, is provided with an insulating layer 11 and is U-shaped at its upper end for the observer.
  • a resistance body 7, for example, the mentioned carrier body 7, taken with air duct 8, at the metal profile 10 opposite end of an emission tip 1 is arranged.
  • the emission tip 1 is helically formed from a spring metal as a spring element, its free end tapers for the viewer with its last turns 4 upwards, the end portion 3 of its free end forms a corona tip 2, which is bent in the direction of the longitudinal central axis of the emission peak ,
  • the viewer's lower end of the emission tip 1 is connected with its cross section to the air channel 8, so that an auxiliary amount of air 15 can be supplied from the air distribution channel 9 in the cross section, leading to the air outlet 5 at the corona tip 2.
  • the latter has an earth connection 12.
  • the invention described above relates to an emission tip arrangement 100 on high-voltage electrodes for charging or discharging substrates, with at least one emission tip 1, and with a carrier body 7 of an insulating material, which has at least one high-impedance series resistor 13, wherein the at least one emission onsspitze 1 via the series resistor 13 to a high voltage terminal 14 can be connected.
  • the emission tip 1 is formed of a spring metal and forms an elastic spring element, and a free end of the emission tip 1 is a corona tip 2 both of the Sukör- by 7 and the respective metal profile 10, 10 a and the associated insulating grout 6 spaced freely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Emissionsspitzen-Anordnung (100) an Hochspannungselektroden zum Aufladen oder Entladen von Substraten, mit wenigstens einer Emissionsspitze (1), und mit einem Trägerkörper (7) aus einem isolierenden Material, der wenigstens einen hochohmigen Vorwiderstand (13) aufweist, wobei die wenigstens eine Emissionsspitze (1) über den Vorwiderstand (13) an einem Hochspannungsanschluss (14) anschließbar ist. Um eine Anordnung von Emissionsspitzen zur Verfügung zu haben, die trotz prinzipiell beliebig weitem Herausragen aus ihrem Trägerkörper (7) bzw. dem mit dem isolierenden Verguss (6) versehenen Metallprofil (10, 10a) bei unbeabsichtigter wie absichtlicher Berührung keine Verletzungen verursacht und auf diese Weise eine sichere Handhabung bei hohem Wirkungsgrad der Anordnung gestattet, ist die Emissionsspitze (1) aus einem Federmetall ausgebildet und bildet ein elastisches Federelement, und ein freies Ende der Emissionsspitze (1) steht als Korona-Spitze (2) sowohl von dem Trägerkörper (7), als auch von dem jeweiligen Metallprofil (10, 10a), als auch von dem isolierenden Verguss (6) beabstandet frei. Außerdem wird durch die Führung einer Hilfsluftmenge (15) direkt an die Korona-Spitze (2) die Reichweitenwirkung einer Entladeelektrode verbessert.

Description

Emissionsspitzen-Anordnung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Emissionsspitzen-Anordnung an Hochspannungselektroden zum Aufladen oder Entladen von Substraten, mit wenigstens einer Emissionsspitze, und mit einem Trägerkörper aus einem isolierenden Material, der wenigstens einen hochohmigen Vorwiderstand aufweist und an einem mit einem isolierenden Verguss versehenen Metallprofil angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Emissionsspitze über den Vorwiderstand an einem Hochspannungsanschluss anschließbar ist. Dabei kann das Metallprofil geerdet und mit einer Isolier- Schicht versehen und der Vorwiderstand elektrisch isoliert an dem Metallprofil angeordnet sein. Die Erfindung betrifft außerdem Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung in Wechselspannung bei einer bestimmten Scheitelspannung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Emissionsspitzen-Anordnung mit HilfsluftZuführung .
Passive und aktive Entladeelektroden oder aktive Auflade- elektroden sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen und Varianten bekannt. Häufig besitzen solche Elektroden mehrere Emissionsspitzen, die in verschiedenen Rasterweiten einreihig, zweireihig oder auch derart als flächig ausgebildetes Emissionsspitzenarray angeordnet sind, dass sie beispielsweise einem Fakirbrett ähneln. Sehr oft sind solche Emissionsspitzen zusammen mit einem strombegrenzenden Widerstand in längliche U-Profile mittels isolierenden Gießharzes eingebettet. Der elektrische Widerstand ist entweder jeder Einzelspitze oder auch n-Spitzen zugeordnet. Passiv wirkende Entladeelektroden findet man in der Praxis oft auch ohne strombegrenzende Widerstände im Einsatz. In Anwesenheit eines elektrischen Feldes soll bei einer Anordnung von Emissionsspitzen aktiver und passiver Hochspannungselektroden an den Spitzen die höchstmögliche elektrische Feldstärke wirksam sein. Neben der Einhaltung weiterer Randbedingungen müsste dazu die jeweilige Spitze hinreichend weit aus der isolierenden Einbettung herausragen. Dies ist durchaus vergleichbar mit dem notwendigerweise freistehenden Ende eines Blitzableiters über dem zu schützenden Objekt.
Eben diese Bedingung der freistehenden Spitze aber wird beim Einsatz derartiger Elektroden in der Praxis aus gutem Grund der Arbeitssicherheit untergeordnet. Um nämlich die Verletzungsgefahr des Maschinenpersonals an derartigen Elektroden mit Emissionsspitzen zu minimieren, ragen die üblicherweise starren und massiven Emissionsspitzen kaum aus dem isolierenden Verguss des Elektrodenprofils heraus. Oft sind die beiden Schenkel des meist U-förmigen Profilquerschnittes derart konstruiert, dass sie eine Ebene mit den Spitzen bilden, damit auch bei unbeabsichtigter seitlicher Berührung des Elektrodenkörpers die Verletzungsgefahr minimal bleibt.
Von Nachteil ist dabei, dass diese räumliche Nähe der Emissionsspitze zur Oberfläche des Profilkörpers unter den üblichen Betriebsbedingungen die elektrische Feldstärke an der Spitze beträchtlich vermindert, da große Feldbereiche des elektrischen Feldes mit kürzer werdendem freien Spitzenende zunehmend durch den Isolierkörper auf die leitfähigen, eingegossenen Leiter des inneren Elektrodenaufbaues hindurch greifen und daher nicht wie beabsichtigt an den frei stehenden Spitzen enden, um dort die höchstmögliche Feldstärke zu erzeugen.
Werden Entladeelektroden passiv betrieben, so geht dies beispielsweise mit einer signifikanten Erhöhung des Korona- Einsatzes bezogen auf das zu entladende Oberflächenpotential einher. Der Begriff Korona-Einsatz beschreibt dabei jene Spannung, bei der vor den Spitzen durch Stoßionisation freie Ladungsträger, also Elektronen und Ionen beider Polarität, erzeugt werden, welche letztlich die passive Entladung bewir- ken; das Gas zwischen den Spitzen und der geladenen Objektoberfläche wird leitfähig. Mit anderen Worten, bei solchen, nicht optimalen Korona-Einsatz -Bedingungen verbleibt die passiv zu entladende Objektoberfläche auf höherem Potential, oder: die passive Entladeleistung der Elektrode ist umso ge- ringer, je weniger die Emissionsspitze aus dem Verguss ragt.
Für aktiv betriebene Entladeelektroden gilt sinngemäß, dass bei kurzen Spitzen, unter den erläuterten geometrischen Verhältnissen, für die angestrebte aktive Entladewirkung die zur Erzeugung hinreichend vieler Luft- bzw. Gasionen erforderliche Wechselbetriebsspannung der Elektrode zu erhöhen ist, womit der Wirkungsgrad der aktiven Entladeleistung abnimmt.
Hohe Betriebsspannungen im Kilovolt-Bereich bringen dabei weitere Nachteile für den Betrieb solcher Elektroden mit sich, nämlich eine verminderte Betriebssicherheit, die störende Nähe geerdeter Maschinenteile und nicht zuletzt die höheren Herstellkosten, sowohl für die Elektrode als auch für das Hochspannungsnetzteil. Für positiv oder negativ betriebene Gleichspannungs (DC) - Aufladeelektroden hat eine nicht frei stehende Spitze den Nachteil, dass der für die Applikation erforderliche Ladestrom erst bei höherer Betriebs-Hochspannung fließen kann. Die sich daraus ergebenden Nachteile sind mit denen der akti- ven Entladeelektrode vergleichbar. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass dies natürlich auch für spezielle, bipolar betriebene DC-Entladeelektroden gilt.
Aus der DE 197 11 342 AI ist beispielsweise eine aktive, mit AC-Hochspannung betriebene Elektrode bekannt, deren Aufbau dem zuvor Gesagten entspricht. Die starren Emissionsspitzen der dortigen Anordnung ragen nur minimal aus dem isolierenden Gießharz heraus und die beiden Schenkel des U- förmigen Pro¬ fils enden etwa auf Höhe der Spitzen.
Weiter kennt man aus der DE 10 2011 007 138 AI eine Ausführung spezieller Hochspannungs- Polymerwiderstände in Verbindung mit starren Emissionsspitzen, die als Halbzeug bei der Herstellung von Hochspannungselektroden Verwendung finden.
Die EP 1 241 755 A2 offenbart demgegenüber eine aktive Entladeelektrode mit Luftunterstützung. Hier findet man sogar Emissionsspitzen vor, die tiefer als die isolierende Umgebung der Luftführung bzw. Luftdüse liegen.
Vergleichbar ungünstige Verhältnisse finden sich auch bei den üblichen im Handel erhältlichen Aufladeelektroden mit und ohne Luftunterstützung, bekannt etwa aus der DE 20 2004 014 952 Ul .
Es besteht daher die Aufgabe, eine Anordnung von Emissionsspitzen zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Merkmale vermeidet und trotz prinzipiell beliebig weitem Herausragen aus ihrem Trägerkörper bei unbeabsichtigter wie ab- sichtlicher Berührung keine Verletzungen verursacht und auf diese Weise eine sichere Handhabung bei hohem Wirkungsgrad der Anordnung gestattet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Emissionsspitzen- Anordnung der eingangs genannten Art, bei der die Emissions-: spitze aus einem Federmetall ausgebildet ist und ein elastisches Federelement bildet und ein freies Ende der Emissions-, spitze als Korona-Spitze von dem Trägerkörper beabstandet frei steht. Das Federelement kann dabei beispielsweise schraubenfederartig ausgebildet sein. Dies ist allerdings nicht zwingend vorgegeben, es sind auch andere Federausbildungen denkbar.
Die Emissionsspitze oder -spitzen der erfindungsgemäßen Emis- sionsspitzen-Anordnung sind also aus einem metallischen Feder-Werkstoff als Federspitzen ausgebildet und derart, beispielsweise schraubenfederartig, vorgesehen, dass sie beliebig weit über den Elektrodenkörper hinaus ragen können. Somit kann/können die Emissionsspitze oder -spitzen als Metallfeder ausgestaltet sein, also beispielsweise als ein Federelement, welches aus einem Metall geformt ist.
Hierdurch verursachen sie, also die als Federspitzen ausgebildeten Emissionsspitzen, bei unbeabsichtigter oder beab- sichtigter Berührung keinen nennenswerten mechanischen Widerstand, der geeignet wäre, Verletzungen zu verursachen. Hierdurch wird die Voraussetzung geschaffen, die funktionellen Vorteile solcher Federspitzen als Emissionsspitzen für Entlade- und Aufladeelektroden bestmöglich nutzen zu können.
Entsprechend der zugehörigen physikalischen Gesetzmäßigkeit und auch anhand von Versuchen nachweisbar hat hierbei die freistehende Federspitze ein deutlich tieferes, nämlich ein bis zu 30% vermindertes, Niveau für den Korona-Einsatz und verbessert daher selbst in der einfachsten Elektrodenausführung die Wirkung passiv arbeitender Entladeelektroden, für eine oder auch eine Anzahl von n Federspitzen. Dieser positive Effekt des niedrigen Korona-Einsatzes erhöht damit auch für aktiv arbeitende AC-Entladeelektroden den Wirkungsgrad bei der Erzeugung zusätzlicher bipolarer Ionen mit derart freistehenden Korona-Spitzen. Je nach Einsatzzweck ist von Bedeutung, dass bei vergleichbarer Entladeleistung die AC Entladeelektrode mit freistehender Federspitze mit niedrigerer AC Betriebs-Hochspannung auskommt. Dieser Umstand ist insbesondere in enger, geerdeter Maschinenumgebung von großer Bedeutung .
Die Übertragung dieses Effektes auf DC-Auf ladeelektroden be¬ deutet, dass der gewünschte bzw. der für die Auflade- Applikation erforderliche elektrische Strom ebenfalls bereits bei niedrigerer, in diesem Falle aber natürlich DC-Betriebs- Hochspannung fließen kann.
Entsprechend ist bzw. sind bei vorteilhaften Ausführungen der Emissionsspitzen-Anordnung die Hochspannungselektrode als Auf- und/oder Entladeelektrode, mit Wechsel- oder Gleichspannung aktiv oder passiv betreibbar oder betrieben.
Hinsichtlich der Abnutzung der Emissionsspitze im Einsatz ist eine Ausführung der Emissionsspitzen-Anordnung von Vorteil, bei der ein Endabschnitt des freien Endes der Emissionsspitze, welcher beispielsweise als Korona-Spitze wirkt, zur Längsachse der Erstreckungsrichtung des Federelements hin gebogen ist. Ein solches letztes, relativ kurzes, zum Zentrum der Schraubenfeder hin abgewinkeltes Teilstück der Emissions- Federspitze nutzt sich, beispielsweise über den Koronastrom, über die Lebensdauer der Elektrode unter nahezu konstanten geometrischen Verhältnissen ab. Im Gegensatz zu einer klassischen Spitze, deren Kegelstumpf sich zu immer größer werdendem Durchmesser über den Koronastrom abnutzen würde, hat die erfindungsgemäße Emissions-Federspitze über die Lebensdauer der Korona-Spitze konstante geometrische Verhältnisse und damit die gewünschte konstant niedrige Korona-Einsatzschwelle.
Von Vorteil ist weiter eine Ausführung der Emissionsspitzen- Anordnung, bei der die freistehende Emissions-Federspitze bei Bedarf auch mit Luftunterstützung arbeiten kann, weswegen das Innere des schraubenartigen Federelements einen Durchgriff bildet, der an einen Kanal des Trägerkörpers anschließbar ist, über welchen der Emissionsspitze eine Hilfsluftmenge zu- führbar ist. Hierzu kann die außerhalb des Elektrodenkörpers freistehende Emissions-Federspitze derart mit dem beispielsweise in einem isolierenden Verguss eingebetteten Trägerkörper verbunden sein, dass im Inneren des Trägerkörpers aus Isolierstoff der Luftkanal an den inneren Durchmesser der Emissions-Federspitze lufttechnisch passend anschließt und so die Hilfsluftmenge über einen Luft -Verteilerkanal zu jeder einzelnen Emissions -Federspitze gelangen kann. Die erfindungsgemäße Emissions-Federspitze ist demnach so ausgebildet, dass der Ionisierungsgrad der zum Einsatz kommenden Hilfsluftmenge bei AC-Entladeelektroden im Vergleich zu bekannten aktiven Entladeelektroden mit Luftunterstützung deutlich gesteigert werden kann. Letzteres ist gleichbedeu- tend mit beträchtlicher Kosteneinsparung bei der Erzeugung der für den Betrieb erforderlichen Druckluftmenge. Nicht ionisierte große Hilfsluftmengen sind neben den hohen Kosten bei vielen Prozessen an sich unerwünscht oder gar störend. Die Steigerung des Ionisierungsgrades der Hilfsluftmenge ist vor allem der Ausbildung der Korona-Spitze am freien Ende der Emissions-Federspitze geschuldet, die als dünnes leitfähiges Drahtende frei über dem Zentrum der luftführenden Federspitze angeordnet ist. Dies bedeutet, dass hier unter Korona-Spitze das dünne leitfähige Ende des Drahtes verstanden werden kann, welches frei über dem Zentrum der, möglicherweise luftführenden, Federspitze angeordnet ist. Zweckmäßigerweise kann sich bei einer weiteren Ausführung der Emissionsspitzen-Anordnung das Federelement, beispielsweise die innere Kontur des Fe- derelements, welche für die zugeführte Hil fsluftmenge innerhalb des Federelements als Begrenzung wirkt, zu dem freien Ende der Emissionsspitze hin verjüngen. Die letzten Windungen der schraubenfederförmigen Federspitze verlaufen dann beispielsweise konisch, was zu einem düsenähnlichen Luftaustritt führt. Die somit gezielt auf die Korona-Spitze gerichtete Hilfsluft unterstützt den von der Korona-Spitze generierten Ionenwind und wird damit ihrerseits bestmöglich ionisiert, was schlussendlich den hohen Wirkungs- bzw. Ionisierungsgrad sowie die Reichweitenwirkung der angebotenen ionisierten Hilfsluftmenge ausmacht.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Emissionsspitzen- Anordnung mit zweckmäßiger Isolation des jeweiligen Trägerkörpers kann dieser aus einem thermoplastischen oder duro- plastischen Kunststoff oder einem keramischen Werkstoff ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Emissionsspitzen- Anordnung, die insbesondere eine einfache und gut handhabbare Anordnung einer Vielzahl von Emissions-Federspitzen gestattet, kann der Trägerkörper mit wenigstens einer an einer Seitenwand befindlichen Aufnahme zur Anordnung wenigstens einer Emissionsspitze versehen sein, in welche die Emissionsspitze einpressbar ist. Vorteilhafterweise kann bei einer an- deren Weiterbildung hierfür die Kontur der Emissionsspitze bei deren Anordnung an dem Trägerkörper elastisch verformbar sein, wobei Kontur an dieser Stelle meint, dass die die Gestalt der Emissionsspitze bildende Struktur elastisch verformbar ist, sodass beispielsweise die Emissionsspitze in die Aufnahme einpressbar ist .
Eine sichere leitende Verbindung zwischen dem Widerstand und der jeweiligen Emissionsspitze lässt sich bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Emissionsspitzen-Anordnung dadurch herstellen, das der wenigstens eine Vorwiderstand mäanderartig auf den Trägerkörper aufgebracht ist und/oder das Federelement im Bereich der Aufnahme mittels eines leitenden Klebstoffes kontaktiert. Es sind an dieser Stelle auch andere Ausbildungen des Vorwiderstandes denkbar. Bei einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Emissionsspitzen-Anordnung ist die Anordnung mit dem Trägerkörper von einem geerdeten Metallprofil aufgenommen und der Vorwiderstand elektrisch isoliert an dem Metallprofil angeordnet, wodurch die Vorteile der Technologie von Metallprofilen nutzbar sind. Aufgrund guter Handhabbarkeit ist dabei das Metall - profil vorzugsweise aus einem strangpressbaren Werkstoff gefertigt, insbesondere aus einem Aluminium-Werkstoff, und die Isolation des Vorwiderstands vom Metallprofil kann nach Mög- lichkeit durch einen isolierenden Verguss erreicht werden.
Aus Sicherheitsgründen sind die erwähnten Metallprofile elektrisch immer geerdet, was bedeutete, dass ein Großteil der erzeugten Elektronen und bipolaren Ionen nach Erdpotential abflösse, weswegen eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung darin besteht, das erwähnte Metallprofil mit einer dünnen, sowohl mechanisch, als auch elektrisch hinreichend widerstandsfähigen Isolierschicht zu versehen. Wählt man den Volumenwiderstand dieser Isolierschicht > 109 Ωπι, bei hinreichend hoher elektrischer Durchschlagspannung, so fließt kein für die Elektrodenfunktion relevanter elektrischer ohmscher Strom über diesen Widerstand gegen Erdpotential.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Emissionsspitzen-Anordnung kann mit einem Trägerkörper vorgesehen sein, der eine derartige, bei seiner Herstellung manipulierbare Kapazität gegenüber dem Metallprofil aufweist, dass der kapazitive Blindstrom der Hochspannungselektrode den induktiven Blindstrom des beim Betrieb einer aktiven Entladungselektrode eingesetzten Hochspannungstransformators zumindest teilweise kompensiert.
Mit der Qualität der elektrischen Isolierung erhöht sich auch die bauartbedingte Qualität der Kapazität (kleiner Verlust- winkel tan δ) des Metallprofils, sowohl gegen den eingegosse- nen Trägerkörper als auch gegen die freistehende Korona- Spitze. Dies ist insofern erwünscht als zum Betrieb aktiver AC-Entladeelektroden Hochspannungs-Transformatoren benutzt werden, die an sich induktive Bauelemente darstellen. Der zum Betrieb des Transformators erforderliche induktive Blindstrom wird im vorliegenden Fall, bei passender Dimensionierung des Metallprofils, vom kapazitiven Blindstrom der Kapazität des gesamten Elektrodenaufbaus vorteilhafterweise weitgehend kompensiert. Nach den Gesetzen der Wechselstromlehre bedeutet dies, dass derart modifizierte Metallprofile kleinere Trafo- Bauformen zum Betrieb der AC-Elektroden benötigen, die bei Bedarf mit der Elektrode eine Einheit bilden. Letzteres vermeidet in vorteilhafter Weise dann das Verlegen von Hochspannungskabeln zwischen Transformator und Elektrode. Die primär- seitige AC-Versorgungsspannung des Transformators können entweder die übliche Netzspannung oder die 24 VAC Steuerspannung elektrischer Anlagen sein. Neben diesen kostengünstigen Lösungen ist die Versorgung des Transformators mit elektrischer Energie auch mit 24VDC Steuerspannung eine Option; allerdings ist dann die notwendige AC-Spannung für den Transformator über eine Halbleiterschaltung zu erzeugen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von Emissionsspitzen mit wenigstens einer Emissionsspitze, insbesondere einer Anordnung wie vorstehend beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass die Hochspannungselektrode in Wechselspannung mit einer Scheitelspannung betrieben wird, die geringer ist, als die Durchschlagspannung für die verwendete Geometrie der Korona-Spitze gegen das ge- erdete, mit der Isolierschicht versehene Metallprofil. In vorteilhafter Weise wird dabei die kapazitive Kopplung der Korona-Spitze der AC-Entladeelektrode gegen Erdpotential ausgenutzt. Die kapazitive Kopplung zwischen Korona-Spitze und dem an der Oberfläche elektrisch isolierten, im Inneren aber geerdeten, Metallprofil verbessert die Ionenerzeugung von ak- tiven AC- Elektroden zusätzlich, was einer zusätzlichen wesentlichen Steigerung des Wirkungsgrades gleichkommt. Dabei muss der Abstand der Korona-Spitze zur Isolierschicht so gewählt werden, dass die Scheitelspannung der AC-Betriebs- Hochspannung kleiner ist als die Durchschlagspannung für die Geometrie der Korona-Spitze gegen das geerdete Metallprofil mit der Isolierschicht. Hierbei sind auch keine weiteren, isoliert eingebetteten Erdleiter notwendig. Überdies findet die Aufgabe eine Lösung durch ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von Emissionsspitzen mit wenigstens einer Emissionsspitze, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Emissionsspitze als Federelement ausgebildet ist und ein Durchgriff gebildet ist, durch welchen der Korona-Spitze im Betrieb eine Hilfsluftmenge zugeführt wird, da der Ionisierungsgrad der zum Einsatz kommenden Hilfsluftmenge bei AC- Entladeelektroden im Vergleich zu bekannten aktiven Entladeelektroden mit Luftunterstützung deutlich gesteigert werden kann. Hierbei unterstützt die gezielt auf die Korona-Spitze gerichtete Hilfsluft den von der Korona-Spitze generierten Ionenwind und wird damit ihrerseits bestmöglich ionisiert, was schlussendlich den hohen Wirkungs- bzw. Ionisierungsgrad sowie die Reichweitenwirkung der angebotenen ionisierten Hilfsluftmenge ausmacht. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Emissionsspitze einen Durchgriff, insbesondere den zuvor erwähnten Durchgriff, bildet, durch welchen der Korona-Spitze im Betrieb eine Hilfsluftmenge zugeführt wird oder werden kann . Die vorstehende Anordnung von Emissionsspitzen hat demnach eine Reihe von Vorteilen, die sich ungefähr wie folgt zusammenfassen lassen.
Durch Herabsetzung der Korona-Einsatzschwelle wird eine ge steigerte passive Entladewirkung erreicht. Dies ist gleichbedeutend mit der elektrischen Entladung aufgeladener Oberflächen herunter auf entsprechend niedrigere elektrische Rest- Oberflächenpotentiale. Die Herabsetzung der Korona- Einsatzschwelle der frei stehenden Spitze erhöht außerdem für aktive AC-Ent ladeelektroden den Wirkungsgrad bei der zusätzlichen Erzeugung bipolarer Ionen und Elektronen. Bei vergleichbarer Ent ladeleistung reduziert sich sinngemäß die Höhe der erforderlichen Betriebs-Hochspannung.
Die Serienschaltung jeder freistehenden Federspitze mit einem hochohmigen Widerstand in der Größenordnung 108Ω, wobei alle Widerstände einzeln am gemeinsamen Hochspannungsanschluss angeschlossen sind, erlaubt den Einsatz derartiger Federspitzen sowohl für passiv betriebene Entladeelektroden, wie auch für aktiv betriebene Entladeelektroden, und auch für DC- Aufladeelektroden in explosionsgefährdeter Umgebung. Außerdem benötigen DC-Aufladeelektroden mit einer Anordnung derartig freistehender Emissions-Federspitzen ebenfalls eine niedrige- re Betriebs-Hochspannung zur Erzeugung des für die jeweilige Applikation erforderlichen Ladestroms.
Hinsichtlich der Unterstützung mittels eines Hilfsluftstromes ergibt sich der Vorteil einer effizienteren Ionisierung der Hilfsluftmenge zur Erhöhung der Reichweite der Entladewirkung aktiver Entladeelektroden für mittlere und große Reichweiten. Die Hilfsluft kann auch lediglich zur stetigen oder intervallweisen effizienten Reinhaltung der Korona-Spitze in schmutziger Umgebung zum Einsatz kommen. Dies hat sowohl für Entlade- als auch für Aufladeelektroden Bedeutung. Aufladeelektroden, wie sie beispielsweise bei sog. "Top Loading" ESA Systemen in Druckmaschinen Verwendung finden, bekommen dadurch ein deutlich längeres Wartungsintervall. Die aktive Entladung mit Luftunterstützung und gleichzeitig reduzierter AC Betriebs-Hochspannung erlaubt den effizienten Einsatz auch in relativ enger geerdeter Maschinenumgebung, wie beispielsweise bei Verpackungsvorgängen in der Pharmaindustrie etc. Hierbei stellen nun eine große Reichweite der Entladewirkung und die nahe geerdete Maschinenumgebung keinen Widerspruch mehr dar.
Bezüglich der Ausbildung des Endabschnitts der Emissions- Federspitze ergibt sich der bauartbedingte Vorteil, dass das letzte, relativ kurze, zum Zentrum der Schraubenfeder hin abgewinkelte Teilstück der Federspitze sich über die Lebensdauer der Elektrode unter nahezu konstanten geometrischen Verhältnissen abnutzt. Im Gegensatz zu einer klassischen Spitze, deren Kegelstumpf sich zu immer größer werdendem Durchmesser über den Koronastrom abnutzte, hat die erfindungsgemäße Emissions -Federspitze über die Lebensdauer der Korona-Spitze konstante geometrische Verhältnisse und damit die gewünschte konstant niedrige Korona-Einsatzschwelle. Schließlich besteht zwangsläufig mechanischer Berührungsschutz für beliebig lange, über den Elektrodenkörper hinaus freistehende Federspitzen dank der Elastizität und damit verbunden der Flexibilität der Federspitze. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen hierbei in teilweise schematisierter Darstellung die
Fig.1 eine geschnittene Seitenansicht zweier alternativer Elektrodenausführungen mit den für die Funktion erforderlichen Komponenten, einmal ohne mögliche Luftunterstützung mit Metallprofil (unten) und einmal mit Metallprofil und integriertem Luft -Verteilerkanal für eine optionale Luftunterstützung (oben) ; Fig. 2 einen Trägerkörper mit mehreren eingebauten Emissions-Federspitzen und aufgebrachten Widerständen und getrennten Luftkanälen für jede Federspitze in einer geschnittenen Seitenan- sieht (rechts) und einer Draufsicht von oben
(links) zur Verdeutlichung der Aufnahmen für die Emissions-Federspitzen;
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Emissionsspitzen-Anordnung mit
Luft -Verteilerkanal aus der oberen Ansicht der
Fig.l in größerer Detailtiefe. Die Fig.l zeigt zwei im Ganzen mit 100 bezeichnete Emissionsspitzen-Anordnungen, in denen jeweils eine Emissionsspitze 1 zu erkennen ist, die als schraubenfederartiges Federelement ausgebildet ist. Die zugehörige Emissionsspitzen-Anordnung 100 weist jeweils einen Trägerkörper 7 aus einem isolierenden Material auf, dieser hat für die Emissionsspitzen 1 nur in der Fig.2 erkennbare, hochohmige Vorwiderstände 13, wobei die wenigstens eine Emissionsspitze 1 jeweils über den Vorwiderstand 13 an einem Hochspannungsanschluss 14 anschließbar ist. In den Darstellungen der Fig.l sind die Emissionsspitzen 1 mit dem zugehörigen Trägerkörper 7 jeweils in einem Metall - profil 10, 10a aufgenommen. In der oberen Ansicht weist das Metallprofil 10 einen Luft -Verteilerkanal 9 auf, der sich in den Luftkanal 8 des Trägerkörpers 7 fortsetzt, so dass über angeschlossene Druckluft eine Hilfsluftmenge 15 (nur in Fig.3 erkennbar) der Emissionsspitze 1 zugeführt werden kann. Der unteren Ansicht der Fig.l mit dem Metallprofil 10a fehlt der entsprechende Luftverteilerkanal . Die Emissionsspitzen für elektrische Entlade- oder Auflade-^ elektroden der Fig.l bis 3 werden mit einer AC- oder DC- Hochspannung Ug betrieben, der Vorwiderstand 13 ist beispielsweise durch einen Verguss 6 (vgl. Fig. 3) von dem Metallprofil elektrisch isoliert und an, also beispielsweise insbesondere auf, dem Trägerkörper 7 angeordnet, der in einem geerdeten Metallprofil 10 eingebettet ist. Die Emissionsspitze 1 ist aus Federmetall ausgebildet und weist eine schräu- benfederähnliche Form auf. Das freie Ende der Emissionsspitze 1 steht als Korona-Spitze 2 frei über dem Trägerkörper 7 und/oder über dem jeweiligen Metallprofil 10, 10a und/oder frei über dem zugeordneten isolierenden Verguss 6 (vgl. Fig. 3), wobei der dem Trägerkörper abgewandte Endabschnitt 3 der Emissionsspitze 1 zur Längsachse von deren Erstreckungsrich- tung hin gebogen ist. Daher nutzt sich der Endabschnitt 3 beim Betrieb der Elektrode von der Korona-Spitze 2 her unter nahezu konstanten geometrischen Verhältnissen ab, was mit nahezu konstanten Emissionsbedingungen für den Korona-Strom der Korona-Spitze 2 gleichzusetzen ist. In den Fig.2, 3 und der oberen Darstellung der Fig. 1 erkennt man, dass der Innendurchmesser der Emissionsspitze 1 an einen Luftkanal 8 im Inneren des Trägerkörpers 7 angeschlossen ist . Dabei bilden die Windungen des Federelements der Emissionsspitze 1 derart einen Durchgriff 18, dass die Hilfsluftmenge 15 zur Verbesserung der Ionenreichweite über den Luft- Verteilerkanal 9 zu jeder einzelnen Emissionsspitze 1 und Korona-Spitze 2 gelangt. Die Steigerung des Ionisierungsgrades der Hilfsluftmenge 15 erfolgt dabei über die geometrische Positionierung der Korona-Spitze 2 über dem Zentrum der Emissi- onsspitze 1. Überdies wird die Steigerung des Ionisierungsgrades der Hilfsluftmenge 15 über den konisch abnehmenden Durchmesser der letzten Windungen 4 des düsenähnlich wirkenden Luftaustritts 5 der Emissionsspitze 1 bewirkt; die Hilfs- luftmenge 15 kann zusammen mit dem düsenähnlich wirkenden Luftaustritt 5 bei Bedarf auch lediglich zur Reinigung bzw. Reinhaltung der Korona-Spitze 2 dienen.
Die in den Fig.l bis 3 gezeigten Emissionsspitzen 1 der Emissionsspitzenanordnung 100 können zur Erzielung höchstmöglicher Feldstärke an der Korona-Spitze 2 beliebig weit über den Verguss 6 des Metallprofils 10 hinaus ragen, es besteht trotzdem keine Verletzungsgefahr, da die Emissionsspitzen als Federelemente ausgebildet und elastisch flexibel sind. In den Fig.l bis 3 erkennt man auch, dass die gegen das Erdpotential 12 angeschlossenen Metallprofile 10, 10a mit einer Isolierschicht 11 versehen sind, so dass die an AC-Hochspannung angeschlossenen Emissionsspitzen 1 über die angepasste kapazitive Kopplung der Korona-Spitze 2 gegen das jeweilige Metallprofil 10 bzw. 10a, die bipolare Ionenproduktion gegenüber herkömmlichen Elektroden mehr als verdoppeln können.
Der in den Fig.l bis 3 gezeigte Trägerkörper 7 ist aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt. In der Fig.2 erkennt man hierzu, dass der Trägerkörper 7 dabei derart vorgesehen ist, dass die Emissionsspitzen 1 jeweils passgenau und ohne Löt- prozess in nach einer Seite offene Aufnahmen 17 des Trägerkörpers 7 eingepresst werden können, indem sich der Durchmesser der Emissionsspitzen 1 elastisch verformt.
Weiter erkennt man in der Fig.2, dass der Vorwiderstand 13 auf dem Trägerkörper 7 mäanderförmig angeordnet ist und mittels eines leitenden Klebstoffs 16 die metallische Emissionsspitze 1 im Bereich der nach einer Seite offenen Aufnahme 17 elektrisch kontaktiert. Die bauartbedingte Kapazität des Trägerkörpers 7 gegen das Metallprofil 10 wird dimensioniert, dass der mit der Elektrodenlänge zunehmende kapazitive Blindstrom den induktiven Blindstrom eines nicht weiter dargestellten AC-Hochspannungs -Transformators zum Betrieb der aktiven Entladeelektrode weitgehend kompensiert, was sehr kleine Transformatoren ermöglicht, die zusammen mit dem Metall- profil 10 eine Einheit bilden können (nicht gezeigt) . Sich nochmals der Fig.3 zuwendend erkennt man in dieser die Schnittansicht eines strangartigen Metallprofils 10, das sich in die Betrachtungsebene fortsetzt, mit einer Isolations- schicht 11 versehen ist und an seinem für den Betrachter oberen Ende U- förmig ausgebildet ist. Zwischen den Schenkeln der U-förmigen Profilierung ist ein Widerstandskörper 7, beispielsweise der erwähnte Trägerkörper 7, mit Luftkanal 8 aufgenommen, an dessen dem Metallprofil 10 abgewandten Ende eine Emissionsspitze 1 angeordnet ist. Die Emissionsspitze 1 ist aus einem Federmetall als Federelement schraubenartig ausgebildet, ihr freies Ende verjüngt sich für den Betrachter mit seinen letzten Windungen 4 nach oben, der Endabschnitt 3 ihres freien Endes bildet eine Korona-Spitze 2, die in Richtung der Längsmittelachse der Emissionsspitze gebogen ist. Das für den Betrachter untere Ende der Emissionsspitze 1 ist mit seinem Querschnitt an den Luftkanal 8 angeschlossen, so dass eine Hilfsluftmenge 15 aus dem Luft -Verteilerkanal 9 in den Querschnitt zugeführt werden kann, die zu dem Luftaustritt 5 an der Korona-Spitze 2 führen. An dem der Emissionsspitze abgewandten Ende des Metallprofils 10 hat dieses einen Erdan- schluss 12.
Entsprechend betrifft die vorstehend beschriebene Erfindung eine Emissionsspitzen-Anordnung 100 an Hochspannungselektroden zum Aufladen oder Entladen von Substraten, mit wenigstens einer Emissionsspitze 1, und mit einem Trägerkörper 7 aus einem isolierenden Material, der wenigstens einen hochohmigen Vorwiderstand 13 aufweist, wobei die wenigstens eine Emissi- onsspitze 1 über den Vorwiderstand 13 an einem Hochspannungs - anschluss 14 anschließbar ist. Um eine Anordnung von Emissionsspitzen zur Verfügung zu haben, die trotz prinzipiell beliebig weitem Herausragen aus ihrem Trägerkörper 7 bei unbeabsichtigter wie absichtlicher Berührung keine Verletzungen verursacht und auf diese Weise eine sichere Handhabung bei hohem Wirkungsgrad der Anordnung gestattet, ist die Emissionsspitze 1 aus einem Federmetall ausgebildet und bildet ein elastisches Federelement, und ein freies Ende der Emissionsspitze 1 steht als Korona-Spitze 2 sowohl von dem Trägerkör- per 7 als auch von dem jeweiligen Metallprofil 10, 10a und dem zugeordneten isolierenden Verguss 6 beabstandet frei.
/ Ansprüche

Claims

Ansprüche Emissionsspitzen-Anordnung (100) an Hochspannungselektroden zum Aufladen oder Entladen von Substraten, mit wenigstens einer Emissionsspitze (1) , und mit einem Trägerkörper (7) aus einem isolierenden Material, der wenigstens einen hochohmigen Vorwiderstand (13) aufweist und an einem mit einem isolierenden Verguss (6) versehenen Metallprofil (10, 10a) angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Emissionsspitze (1) über den Vorwiderstand(13) an einem Hochspannungsanschluss (14) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsspitze(1) aus einem Federmetall ausgebildet ist und ein elastisches Federelement bildet, und dass ein freies Ende der Emissionsspitze (1) als Korona-Spitze (2) von dem mit dem isolierenden Verguss versehenen Metallprofil(10, 10a) beabstandet frei steht. Emissionsspitzen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsspitze (1) als Metallfeder ausgebildet ist. Emissionsspitzen-Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korona-Spitze (2) mit einem Abstand, insbesondere einem Überstand, zwischen 3 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 6 mm oberhalb des mit dem isolierenden Verguss versehenen Metallprofils (10, 10a) frei steht. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Hochspannungselektrode als Auf- und/oder Entladeelektrode , mit Wechsel- oder Gleichspannung aktiv oder passiv betreibbar oder betrieben ist. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (3) des freien Endes der Emissionsspitze (1) zur Längsachse der Erstreckungsrichtung des Federelements hin gebogen ist . Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchgriff (18) gebildet ist, insbesondere durch die wenigstens eine Emissionsspitze (1), der derart geformt ist, dass, vorzugsweise im Innern der Emissionsspitze (1), der Korona-Spitze eine Hilfsluftmenge (15) zuführbar ist. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchgriff (18), vorzugsweise durch das Innere des Federelements, gebildet ist, der an einen Luftkanal (8) des Trägerkörpers (7) anschließbar ist, über welchen der Korona-Spitze (2) eine Hilfsluftmenge (15) zuführbar ist. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement sich zu dem freien Ende der Emissionsspitze (1) hin verjüngt, insbesondere wobei sich die innere Kontur des Federelements zu dem freien Ende der Emissionsspitze (1) hin verjüngt . Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (7) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder einem keramischen Werkstoff ausgebildet ist. 0. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (7) mit wenigstens einer an einer Seitenwand befindlichen Aufnahme (17) zur Anordnung der wenigstens einen Emissionsspitze (1) versehen ist, in welche die Emissionsspitze (1) einführbar, insbesondere einpressbar, ist.
1. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung der Emissionsspitze (1) an dem Trägerkörper (7) , insbesondere bei Einführung in die Aufnahme (17) , deren Kontur elastisch verformbar ist.
2. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorwiderstand (13) mäanderartig auf den Trägerkörper (7) aufgebracht ist und/oder das Federelement im Bereich der Aufnahme (17) mittels eines leitenden Klebstoffes (16) kontaktiert.
3. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (100) mit dem Trägerkörper (7) von einem geerdeten Metallprofil (10, 10a) aufgenommen ist und der Vorwiderstand (13) , vorzugsweise durch einen isolierenden Verguss, elektrisch isoliert an dem Metallprofil (10, 10a) angeordnet ist.
4. Emissionsspitzen-Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil (10, 10a) aus einem strangpressbaren Werkstoff ausgebildet ist.
5. Emissionsspitzen-Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallprofil (10, 10a) mit einer Isolierschicht (11) versehen ist.
6. Hochspannungselektrode zum Aufladen oder Entladen von Substraten mit einer Emissionsspitzen-Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektrode als Auf- und/oder Entladeelektrode, mit Wechsel- oder Gleich- Spannung aktiv oder passiv betreibbar oder betrieben ist.
7. Verfahren zum Betrieb einer Emissionsspitzen-Anordnung (100), insbesondere nach Anspruch 1, mit wenigstens einer Emissionsspitze (1), dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Hochspannungselektrode in WechselSpannung mit einer ScheitelSpannung betrieben wird, die geringer ist, als die Durchschlagspannung für die verwendete Geometrie der Korona-Spitze (2) gegen ein geerdetes, mit einer Isolierschicht (11) versehenes Metallprofil (10, 10a) .
8. Verfahren zum Betrieb einer Emissionsspitzen-Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit wenigstens einer Emissionsspitze (1), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Emissionsspitze (1) als Federelement ausgebildet ist und dass ein Durchgriff (18), vorzugsweise durch die wenigstens eine Emissionsspitze (1), gebildet ist, durch welchen der Korona-Spitze (2) im Betrieb, vorzugsweise stetig oder intervallweise, eine Hilfsluftmenge (15) zugeführt wird.
/ Zusammenfassung
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