CH287379A

CH287379A - Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den Oberflächen elektrisch schlecht leitender Materialien.

Info

Publication number: CH287379A
Authority: CH
Inventors: Societe Financiere D E Sfindex
Original assignee: Sfindex
Priority date: 1951-01-20
Filing date: 1951-01-20
Publication date: 1952-11-30

Description

Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den Oberflächen elektrisch schlecht leitender Materialien. Die vorliegende Erfinduns- betrifft eine Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den. Oberfläehen elektrisch schlecht leitender Materialien mittels hoch- frequenter Hochspannung. Zur Erzeugung- der hochfrequenten Hochspannung ist ein Schwingungskreis vorhanden, der aus minde stens einer Induktionsspule und mindestens einem Kondensator besteht.

Der Kondensator wird durch einen Umschalter in periodischer Folge zuerst an einer Spannungsquelle aufge laden und dann über die Induktionsspule ent laden, wobei diese Kondensatorentladungeit im Schwingungskreis gedämpfte Schwingun gen hervorrufen. Die Schwingungen erzeugen an den Enden einer mit der Induktionsspule eng gekoppelten Sekundärspule grosser Win- dungszahl eine hohe Spannung gleichen zeit lichen Verlaufes. Diese hochfrequente Hoch spannung liegt auch an mindestens einer mit einem Ende der Sekundärspule verbundenen metallischen Elektrode,

an der sich die zu ent ladenden llaterialfläeheii vorbeibewegen. Die Elektrode weist zumindest an jenen Teilen, die den zu entladenden Materialflächen un mittelbar gegenüberstehen, eine Formgebung auf, die dort eine Feldstärkekonzentration be wirkt von einer Grösse, dass bei der an ihr liegenden hochfrequenten Hochspannung eine selbständige Glimmentladung in der umgeben- den Luft und zumindest einem Teil des Luft raumes zwischen der Elektrode und den zu entladenden Materialoberflächen herrscht.

Zwi schen den Glimmbereichen der Elektrode und den elektrostatisch aufgeladenen Materialober flächen bildet sieh ein Ionenstroin aus, der die Oberflächenladungen zu der metallischen Elek trode und von dort aus über die Sekundär spule und deren anderes geerdetes Ende ab leitet.

Es existieren bereits eine Anzahl von Ver fahren und Einrichtungen 'zur Ableitung von elektrostatischen Oberfläeheniadungen mit tels einer mehr oder weniger intensiven Ioni sation des Luftraumes in der Umgebung der zu entladenden Materialoberflächen. Bei der artigen mit elektrischen Mitteln arbeitenden Apparaturen wird zur Ionisation der Luft in der Umgebung der zu entladenden Material oberflächen eine mit einzelnen Spitzen ver sehene kammartige Metallelektrode verwen det, an der eine hohe Gleichspannung liegt. Die Spitzenentladungen in Form des elektri schen Windes bewirken eine mehr oder weni ger intensive Ionisation im Luftraum zwischen den Spitzen der kammartigen Elektrode und der zu entladenden Materialoberfläche.

Dieses Verfahren weist aber den Nachteil auf, eine Gefährdung des Betriebspersonals bei zufäl ligen Berührungen zu verursachen, wodurch man gezwungen ist, den Innenwiderstand des Gleiehspannungsgenerators zwecks Verringe rung dieser Gefährdung extrem hoch zu machen, was die Ableitungswirkung der Ein richtung stark beeinträchtigt. Zur Verrin gerung des apparativen Aufwandes hat man derartige Kaminelektroden auch an hohen Wechselspannungen von 50 Hz angeschlossen, aber auch hierbei keine wesentliche Verbesse rung erzielt im Hinblick auf die Gefährdung des Betriebspersonals.

Es ist. auch bereits vor geschlagen worden, hochfrequente Hochspan nung zur Speisung der Elektroden zu verwen den; jedoch ist bisher der technische Auf. wand im Hochfrequenzgenerator zu gross für eine Anwendung dieser Methode in der Praxis.

Ein anderes bekanntes Verfahren nicht elektrischer Art. bewirkt die Ionisation des Luftraumes zwischen einer metallischen Elek trode und den zu entladenden Materialober flächen durch radioaktive Bestrahlung der Luft. Dieses Verfahren weist aber den Nach teil auf, dass nur relativ schwache elektrische Oberflächenladungen abgeleitet werden kön nen, da für stärkere Ionisierung des Luft raumes Konzentrationen in den radioaktiven Strahlungsquellen erforderlich wären, die zu bedenklichen gesundheitlichen Schädigungen des Bedienungspersonals führen könnten.

Die Apparatur gemäss vorliegender Erfin dung ermöglicht. nunmehr die Verwendung sehr intensiver Ionisation durch metallische Elektroden, die an einer Hochfrequenzspan- nung der Grössenordnung von 50 000 Volt und mehr liegen können, wobei aber zur Erzeu gung dieser - Hochspannung ein Generator sehr geringen Aufwandes verwendet wird. Ferner kann der Gleichstrom-Innenwiderstand des Iloclifrequenzgenerators an den Hochspan nungsklemmen sehr niedrig gehalten werden, was für die vollständige Ableitung der Ober flächenladungen bedeutungsvoll ist.

Ausfüh rungsbeispiele der erfindungsgemässen Appa ratur sind in den Fig. 1 bis 24 dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzip der Apparatur, Fig. 2 und 3 je eine beispielsweise Aus führung des Hochfrequenzgenerators mit Hilfe eines elektromagnetisch betätigten Unischal- ters, Fig. 4 und 5 der zeitliche Verlauf von Teilspannungen in einem Hochfrequenzgene- rator nach Fig. 3,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung, Fig. r und 3 den zeitlichen Verlauf der Ladespannung in den beiden Schaltungshälf ten, Fig. 9 ein NTockensehalter, Fig. 10 ein rotierender Schleifring, Fig. 11. eine weitere beispielsweise Schal tung mit elektronischem Schalter, Fig. 12 den Spannungsverlauf der Schal tung nach Fig. 11, Fig. 13 die beispielsweise Ausführung eine Hochfrequenzgenerators mit räumlich aufge teiltem Schwingkreis,

Fig. 14 bis 19 die beispielsweise Ausfüh rung von Elektroden für die Entladung band förmiger Materialien, Fig. 20 und 21 je eine Anwendung der Apparatur zur Entladung von besonders ge arteten Materialien, Fig. 22 bis 24 weitere beispielsweise Aus führungen von Elektroden.

Das Prinzip der Apparatur ist schematisch in Fig. 1. dargestellt. Der Schwingungskreis besteht in dieser beispielsweisen Ausführung aus der Induktionsspule 1 und dem Konden sator 2, der von Umschalter 3 in periodischer Folge zuerst über den Kontakt K1 an der Stromquelle 4, die hier als Batterie angedeutet ist, aufgeladen und dann über den Kontakt K? über die Induktionsspule 1 entladen wird.

Der Umschalter 3 wird zu diesem Zweck durch die Steuerung 5 derart betätigt, dass er in rascher Aufeinanderfolge die Aufladunt.z bzw. Entladung des Kondensators 2 ermög licht, wobei insbesondere die jeweilige Ent ladungsperiode zeitlich so lang gemacht wird, dass die am Kondensator 2 vorhandene Rest spannung beim Unterbrechen der Entladung sehr gering ist.

Durch die jeweilige Konden- satorentladung wird in dem aus Induktions spule 1 und Kondensator 2 gebildeten Schwin gungskreis eine gedämpfte hochfrequente Schwingung erregt und in der mit der Induktionsspule 1 eng gekoppelten Sekundär spule 6 grosser Windungszahl eine Spannung gleicher Frequenz erzeugt. Das Windungs- zahlverhältnis zwischen den Spulen 1. und 6 wird so gross gemacht, dass an der Klemme 7 gegen die geerdete Klemme 8 eine Hoch frequenzspannung der Grössenordnung von 50000 Volt oder mehr auftritt.

An der Klemme 7 sind metallische Elektroden ange schlossen, hier beispielsweise als zwei sehr dünne Metalldrähte 9 und 1.0 dargestellt, zwischen welchen sich das zii entladende, hier beispiels weise als Band 11 dargestellte Material hin durchbewegt. Durch die an den dünnen Me talldrähten 9 und 10 gegen Erde herrschende Spannung und die Feldstärkekonzentra- tion an der Oberfläche der lIetalldrähte bil det sich in der Luft in unmittelbarer Um gebung der beiden Drähte eine selbständige elektrische Glimmentladung aus.

Elektro statische Ladungen, die an den Oberflächen des 31aterialbandes 11. haften, bewirken einen Ionenstroin zwischen den Metalldrähten und der Ober- bzw. Unterseite des Materialbandes 11, gespeist aus der Wolke von ionisierten Luftmolekülen im Glimmbereich der Elektro- dendrähte 9 bz -. 10. Dureli diesen Ionenstront werden die Oherflächenladungen zu den par allelgeschalteten Elektroden 9 bzw.

10 abge leitet, wo sie sich zum Teil untereinander aus gleichen oder über Anschlusskleinme 7, Se kundärspule 6 und Anschlusskleinme 8 zur Erde abfliessen.

In der Prinzipdarstellung von Fig. 1 ist. der Unischalter 3 mit seinen Kontakten K1 und K2 sowie der Steuereinrichtung 5 als mechanischer Sehalter dargestellt. Es ist aber auch jede andere Bauweise des rasch bewegten Umschalters anwendbar, also mechanisch oder elektrisch angetriebene schwingende oder rotierende Kontaktmechanismen, sowie rein elektrisch arbeitende elektronische Schalter.

Eine beispielsweise Ausführung eines Hoehfrequenzgenerators mit elektroinechani- schein Umschalter zeigt Fig. 2 unter Verwen dung eines handelsüblichen Zerhackers 12. Die Induktionsspule 1 liegt ain Kontakt K.., des Zerhaekerumsehalters, dessen schwingender Anker 3 den Kondensator 2 zur Aufladung über den Kontakt K1 an die Batterie 4 legt und zur Entladung über die Induktionsspule 1 an den Kontakt K2.

Der Antrieb des An kers 3 erfolgt hier aus der gleichen Batterie -1 mittels der Magnetspule 13 des Zerhaekers, die so geschaltet. ist., dass sie erregt. ist, solange der Anker 3 den KontaktK2 berührt. Der federnde Anker 3 erhält also jeweils dann, wenn er K.. berührt, einen Kraftimpuls, der ihn zurückschnellen lässt, wodurch die peri odische Ankervibration aufrechterhalten wird. In Ruhelage kann aber der Anker nicht von selbst. ausschwingen, weshalb ein Startkontakt 14 vorgesehen ist.

In dieser beispielsweisen Ausführung kann der Hochfrequenzgenerator aus einer in der Apparatur eingebauten lang lebigen Trockenbatterie gespeist werden und ist dann unabhängig von äussern Strom quellen.

Eine weitere beispielsweise Ausführung eines derartigen Hochfrequenzgenerators zeigt. das Schaltschema von Fig. 3, wobei ebenfalls ein handelsüblicher Zerhacker 12, aber als Stromquelle ein Wechselstromnetz am Klem- inenpaar 15 verwendet wird.

Die Magnetspule 13 des Zerhackers 12 wird hier mit der Wech selspannung TTl vom Netztransformator 16 erregt und bewirkt eine periodische Schwin gung des federnden Ankers 3 mit der doppel ten Netzfrequenz, sobald der Netzschalter 1.7 eingeschaltet ist und die Primärwicklung des Netztransformators 16 über die Sicherung 1.8 Netzspannung erhält. Der Kondensator 2 wird über Kontakt K2 an die Spannung T-L = Z-1 + il. gelegt und nach Aufladung über den Kontakt. K 1 und die Induktionsspule 1 entladen.

Da. die Ladespannung Z'L = 1r1 + I'." eine Weeliselspannung von der Form(TL (t) = Z"o sin wt ist, muss die Auf- und Entladung des Kondensators 2 phasenrichtig erfolgen. In Fig. 4 ist. der Zeitverlauf von UL (t) dar gestellt und durch die gestrichelten, mit K1 bzw. K2 bezeichneten Bereiche angegeben, während welcher Zeitabschnitte der Anker 3 die Kontakte K1 bzw. K2 berührt.

Bei der hier vorliegenden Weehselstromerregung der Zerhacker-Magnetspule 13 schwingt der Anker 3 mit einer Phasenverschiebung von 90 gegen über der erregenden Spannung tll, die phasen gleich mit TTL (t) verläuft.

Die Schaltung ist deshalb so ausgeführt, dass zu Beginn des in Fig. a mit K2 bezeichneten Zeitabschnittes je weils der Kondensator des Hoehfrequenzgene- rators (in Fig. 3 mit 2 bezeichnet) an die Spannung UL gelegt wird, was praktisch fun- kenfrei erfolgt, da die Spannung UL in diesem Zeitpunkt noch sehr gering ist.

Der Konden sator wird während der Kontaktzeit IL, dann fast bis auf die Spitzenspannung Z'o aufge laden, und der Kontakt K2 öffnet wieder zu einer Zeit, wo der Ladestrom zum Konden sator gering ist, also kein Öffnungsfunke ent stehen kann.

Während der Schliessungszeit von K1 wird der Kondensator über die In duktionsspule (in Fig. 3 mit 1 bezeichnet) entladen und verursacht einen oszillierenden Strom im Schwingungskreis, dessen Dämp fung so gewählt wird, da.ss die Sehwingampli- tude innerhalb der Kontaktschliessungszeit K1 bis auf einen kleinen Wert abgeklungen ist, damit beim Öffnen des Kontaktes K 1 kein Öffnungsfunke entsteht.

Der periodisch sich wiederholende Lade- und Entladevorgang des Kondensators ist schematisch in Fig. 5 ab hängig von der Zeit t dargestellt.

Bei der beispielsweisen Schaltung nach Fig. 3 ist, der Schwingungskreis nur während der Kontaktschliessungszeit KI erregt, also in weniger als 50% jeder vollen Wechselspan- nungsperiode. Durch Anwendung einer Ge gentaktschaltung mit einem weiteren völlig gleichartigen Zerhacker 12 lässt sieh in der beispielsweisen Sehaltung von Fig. 6 errei chen, dass der Schwingungskreis während der doppelten Zeit erregt wird.

Hierfür ist. gegen über Fig. 3 ein zweiter Kondensator 2 gleicher Kapazität erforderlich und ein zweiter Trans formator 16 gleicher Ausführung. Die Primär wicklungen der Transformatoren1.6 liegen aber nicht parallel an den Weehselstromspan- nungsklemmen 15, sondern an den gegenüber liegenden Eckpunkten einer sogenannten 90 - Phasenbrüeke bekannter Ausführung oder einem andern 90 -Phasendrehglied, derart, dass die Primärspannungen beider Transforma toren 16 zwar gleiche Grösse, aber eine Pha senverschiebung von 90 gegeneinander auf weisen.

Der zeitliche Verlauf der Ladespan nung UI, (t) und die Kontaktzeiten der einen Schaltungshälfte sind in Fig. 7, die entspre- ehenden Grössen der andern Sehaltungshälfte in Fig. 8 angegeben.

Da beide Zerhacker 7.2 nunmehr mit einer Phasenversehiebung von 90 arbeiten, fällt die Ladeperiode des einen Kondensators \' zeitlich mit der Entlade periode des andern Kondensators 2 zusammen, und die Induktivität 1 bildet abwechselnd mit dem einen bzw. dem andern Kondensator _ einen Sehwingkreis, der durch die je-Nveili- gen Kondensatorentladungen zu gedämpften Schwingungen erregt wird.

An Stelle der in den beispielsweisen Aus führungen des Hoehfrequenzgenerators nach Fig. \?, 3 und 6 angegebenen handelsübliellen Zerhacker mit elektromaunetisch angetrie benem Sehwinganker kann\ auch ein Noeken- schalter mit rotierender Noekenseheibe benützt werden, wie in der beispielsweisen Ausführung von Fig. 9 dargestellt.

Die Noekenscheibe mit den vier Kontaktsätzen bewirkt die wechsel weise Auf- und Entladung der beiden Konden satoren 2, in welcher Weise wie bei Fig. 6. wenn die \ockenseheibe durch einen Syn- chronmotor von der Spannungsquelle L @L (t) angetrieben wird und die Kontaktzeiten für K1 und K2 so eingestellt werden, wie in Fig. 7 bzw. 8 dargestellt.

Aueh mittels eines rotierenden Schleifrin ges nach Art der sehematisehen Darstellung von Fig. 1,0 kann der gleiche Schaltvorgang erzielt. werden, wie an Hand der Fig. 3 bis 5 beschrieben, wenn der Sehleifring eine Kon- taktfläehe über etwa l80 seines Umfanges besitzt, durch einen Synchronmotor von der Wechselspannungsquelle Z'L (t) angetrieben wird und relativ zu den Kontaktsätzen K1 bzw.

K#, so justiert ist, dass die Sehaltzeiten gemäss Fig. 4 eingehalten werden.

Die beispielsweisen Ausführungen des IIoehfrequenzgenerators mit synehron rotie renden Sehalteinrichtungen sind besonders ge eignet für den Betrieb aus Weehselspannungs- quellen höherer Frequenz.. Bei den hierbei auftretenden kurzen Schaltzeiten und hohen Schaltfrequenzen sind mechanische Umschalter mit Schwinganker nicht mehr verwendbar.

Schliesslich können auch für Schaltfre quenzen jeder Grösse elektronische Schalter angewendet werden, wie in der beispielsweisen Ausführung der Fig. 11 angegeben. Hier sind zwei gasgefüllte Dreielektrodenröhren K1 und K2 in Serie geschaltet, von denen die mit K2 bezeichnete den Kondensator auflädt, so lange ihre Anodenspannung TTL (t) positiv ist (siehe Fig. 12), während welchem Zeitab schnitt die Schaltröhre K1 keinen Strom führt,

da ihr Gitter eine negative Vorspannung U, (t,1 aufweist. Erst während der negativen Halb periode von h"L (t), während der K2 sperrt, wird das Gitter von K1 positiv und über K1 entlädt. sich der Kondensator 2 durch die Induktivität 1, dabei den Schwingungskreis erregend.

Um eine Unterdrückung der einen Amplitude der so angestossenen Schwingun gen zu vermeiden, wird der Schaltröhre Kt eine gleiche Röhre für die CTegenriehtung par allel geschaltet, wie in Fig.11 gestrichelt an gedeutet. Den Verlauf der Spannungen TTL (t) und U" (t) zeigt. Fig.12.

Bei der praktischen Anwendung der Ap paratur zur Ableitung elektrostatischer Ruf ladungen gemäss vorliegender Erfindung ist es häufig erwünscht., clen Hochfrequenzgene- rator in einiger Entfernung von den Elek troden anzuordnen. In solchen Fällen wird der Hochfrequenzgenerator in zwei räumlich getrennte Baugruppen aufgeteilt, wie in Fig. 13 in einer beispielsweisen Ausführung dargestellt.

Die Induktionsspule 1, die hier aus zwei Hälften besteht, bildet mit der iso lierten Doppelleitung 19 und dem Konden sator 2 den Schwingungskreis, sobald der Umschalter 3 auf dem Kontakt K1 liegt. Die Leitung 19 kann mehrere Meter lang sein, da dieselbe als bifilare Leitung wirkt und zur Induktivität 1 keinen Beitrag liefert, son dern ausschliesslich die Kapazität des Schwin gungskreises erhöht. Im Hochfrequenzgene- rator selbst liegt. noch eine Glimmlampe 20 in Serie mit. einem Widerstand 21 parallel zur Leitung 19, zwecks Anzeige der Hochfrequenz spannung im Betrieb bzw. eventuellen Kurz schlüssen in der Leitung 19.

Je eine der zwei Induktionsspulen 1 ist bei der vorliegenden. beispielsweisen Ausführung mit. der entspre chenden Sekundärspule 6 zu einem Hoch frequenztransformator vereinigt und mit. der jeweiligen Elektrode 9 bzw. 10 direkt zusam mengebaut, wodurch eine Zuführungsleitung für die hochfrequente Hochspannung zu den Elektroden vermieden wird.

Die Apparatur zur Ableitung elektrosta tischer Aufladungen von den Oberflächen elektrisch schlecht leitender Materialien ge mäss vorliegender Erfindung besitzt Elektro den, die zumindest an jenen Teilen, die den zu entladenden Materialflächen unmittelbar gegenüberstehen, eine Formgebung aufweisen, die an diesen Stellen eine bedeutende Feld stärkekonzentration bewirkt.

Bei der an den Elektroden liegenden hohen. Hoehfrequenz- spannung tritt an diesen Stellen in der um gebenden Luft und zumindest. einem Teil des Luftraumes zwischen jeder Elektrode und den zu entladenden Materialoberflächen eine selbständige Glimmentladung auf. In den Fig. 14 bis 24 sind verschiedene beispielsweise Ausführungen derartiger Elektroden sehema- tiseh dargestellt.

Für die Entladung von bandförmigem Ma terial zeigt Fig. 14 eine Elektrode im Quer schnitt, bestehend ans einem runden Stab 22 aus Isoliermaterial, dessen Oberfläche glatt geschliffen und poliert ist. Der runde Isolier stab besitzt über seine ganze Länge eine Dreieeknut 23, in der ein\ sehr dünner Me talldraht 24 liegt, der an der nicht geerdeten Hochspannungsklemme der Sekundärspule eines rloehfrequenzgenerators angeschlossen ist.. Das auf seiner Unterseite zu entladende Materialband 11 gleitet über den Isolierstab 22 und die Längsnut 23, ohne den Metalldraht. 2-1- zu berühren.

Durch die im Luftzwischen- raum zwischen dem Materialband l l und dem Draht 24 in unmittelbarer Umgebung von des sen Oberfläche herrschende Glimmentladuno- entsteht eine intensive Ionenwolke im Glimm bereich und ermöglicht die Ausbildung eines Zonenstromes zwischen den an der Bandunter seite anhaftenden Ladungen und dem Metall draht 24.

Zur Ableitung sehr starker Oberfläehen- ladungen wird ein Isolierstab 22 nach Fig. 1.5 mit zwei oder mehr Längsnuten 23 und je einem dünnen Metalldraht 24 pro mit ver wendet. Bei derartigen Elektroden kann sieh die zu entladende Materialfläche auch in grö sseren Abstand oberhalb der Isolierstäbe vor beibewegen und braucht nicht unbedingt über die Isolierstäbe zu schleifen.

Die Fig.l6 zeigt im Querschnitt eine Elektrodenform, bei der sich eine sehr dünne Metallfolie 25 zwischen zwei Halbrundstäben 26 aus Isoliermaterial befindet. Nach dem Zu sammenfügen der beiden Halbrundstäbe mit der Metallfolie wird der so gebildete Rund stab auf seiner Oberfläche abgeschliffen und poliert, so dass die Folie an der Oberfläche wie eine sehr dünne Metalleinlage erscheint. Die Metallfolie wird mit der hochfrequenten Hochspannung verbunden, wodurch in der Umgebung der in die Oberfläche eingebet teten Metallkanten je eine selbständige Glimm- entladung der Luft auftritt.

Durch Zusam menfügen von drei stabförmigen Isolierschie- nen 27 naeh Fig.17 mit je einer dünnen Me tallfolie 25 in den Grenzflächen entsteht in gleicher Weise ein Rundstab aus Isolier material mit mehreren, hier drei, Metallein lagen längs der Oberfläche. Cber diese Elek troden bewegen sich die zu entladenden Ma terialoberfläehen, entweder indem sie auf liegen oder in einem geringen Abstand sieh befinden.

Die gleichzeitige Entladung von Ober- und Unterseite bandförmiger Materialien mit Elektroden der in den Fig.14 bis 17 bei spielsweise angegebenen Bauarten, zeigt sche matisch die Fig. 18 in Aufsieht, und die Fig. 19 in einem Querschnitt. Das Material band 11 bewegt. sich in Pfeilriehtung durch eine Apparatur, die mehrere, hier beispiels weise vier, als runde Stäbe 28 ausgebildete Elektroden aufweist, wovon je zwei auf der Oberseite bzw. Unterseite des Materialbandes schleifen.

Die runden Stäbe 28 bestehen aus Isoliermaterial und besitzen je eine oder meh rere Metalleinlagen längs ihrer Oberfläche gemäss den beispielsweisen Bauarten der Fig. 14 bis 17. Sämtliche Metalleinlaaen sind durch eine Metallschiene 29 miteinander lei tend verbunden und liegen an der die hoch- frequente Hochspannung führenden An- sehlussklemme 7 der Sekundärspule 6.

Die einzelnen Elektroden 28 sind dabei so ein ,erichtet, dass an dem vom Materialband 11 berührten Oberfläehenteil der Isolierstäbe 28 zumindest. eine Metalleinla-e sieh befindet, in deren Umgebung die Luft eine selbständige lilimmentladung aufweist.

Die Anwendung der Apparatur zur Ab leitung elektrostatiseher Ladungen von den Oberflächen einzelner oder mehrerer zu einem Strang zusammengefasster Fäden aus elek trisch schlecht leitenden Materialien zeigt im Prinzip in einer beispielsweisen Ausführung die Fig. 20. Der zu entladende Strang 30 be wegt sieh in Pfeilriehtung an einer Elektrode vorbei, die hier beispielsweise durch einen dünnen metallischen Drahtring 31 dargestellt ist. Der Drahtring 31 ist mit der Anschluss klemme 7 der Sekundärspule 6 des Hoch- frequenzgenerators verbunden, die mit ihrer andern Klemme 8 an Erde liegt.

Die zwischen den Klemmen 7 und 8 herrschende Hoch frequenzspannung hat eine CTrösse, dass in folge der Feldstärkekonzentration in unmit telbarer Umgebung der Drahtoberfläehe rings um den Drahtring 31 eine selbständige Glimmentladung der Luft. auftritt.

Die auf den Oberflächen des Strangmaterials haften den elektrostatisehen Ladungen bewirken einen Ionenstrom zwischen dem bewegten Strang 30 und der Elektrode 31, der den ge samten Innenraum der Drahtringebene aus füllt. und die elektrostatisehen Oberflächen ladungen des Materials 30 zum Drahtring 31 und von dort über den niedrigen C#r'Ieiehstrom- Innenwiderstand der Sekundärspule 6 zur Erde ableitet.

Zur Erhöhung der Ableitungs- wirkung können mehrere gleichartige Ring elektroden hintereinander längs des bewegten Materialstranges angeordnet werden, die sämtlich untereinander und mit der Klemme 7 der Sekundärspule des FIoelifrequen7gene- rators verbunden sind.

Für die Ableitung von elektrostatischen Oberflächenladungen fein- oder grobkörniger Materialien zeigt Fig. 21 die prinzipielle An wendung der Apparatur in einer beispiels weisen Ausführung. Das aus dem Vorrats gefäss 32 in einem dünnen Strahl ausfliessende pulverisierte Material 33 fällt in Pfeilrieh- tung dureh den Innenraum einer Elektrode 34, die hier beispielsweise als Schraube aus sehr dünnem Metalldraht dargestellt ist.. Diese Metallsehraube 34 liegt an der Klemme 7 der Sekundärspule 6 des Hoehfrequenzgene- rators, deren Klemme 8 geerdet ist.

Die zwi schen den Klemmen 7 und 8 vom Hoehfre- quenzgenerator erzeugte hochfrequente Wecb- selspannung führt. infolge der Feldstärke konzentration an der Oberfläche des sehr dünnen Metalldrahtes der Schraube 34 in deren unmittelbaren Umgebung zii einer selbständigen Crrlimmentladtin ,y der Luft.

Etwa vorhandene elekt.rostatiselie Oberflä chenladungen der durch den Innenraum der Schraube 34 sieh bewegenden Materialpartikel erzeugen einen aus der Ionenwolke in der Glimmentladung gespeisten Ionenstrom, der eine Ableitung dieser Oberfläehenladungen zur Metallschraube 34 und von dort durch den niedrigen Gleiehstrom-Innenwiderstand der Sekundärspule 6 zur Erde bewirkt.

Eine für die Anwendungen gemäss Fig. 20 und 21 geeignete Elektrodenbauform zeigt. in einer beispielsweisen Ausführung die Fig.22 im Längssehnitt und die Fig.23 in Vorder ansicht. Die gesamte rohrförmige, aus Isolier inaterial bestehende Elektrode ist zusammen gesetzt. aus einer Anzahl, hier vier, scheiben artigen Isolierringen 35, die aneinander an grenzen und zwischen sieh und den beiden isolierenden Deckringen 36 je ein Blatt schi- dünner 11etallfolie 37 aufweisen.

Die Isolier- ringe 35 werden von einem Metallrohr 38 zu sammengehalten, das gleichzeitig die leitende Verbindung aller Metallfolien 37 bewirkt und eine Ansehlussklemme 39 besitzt. Ein Isolier- mantel 40 deckt das Metallrohr 38 nach aussen ab. Nach erfolgten) Zusammenbau der Elek- trode wird die Innenwandung der Bohrung 41 ausgesehliffen und poliert, so dass die Me tallfolien 37 auf der Innenwandung nur noch als sehr dünne Metalleinlagen erscheinen.

Wird die Klemme 39 an die hochfrequente Hochspannung der Anschlussklemme 7 des Hochfrequenzgenerators angeschlossen, so be wirkt die Feldstärkekonzentration an den Metallkanten auf der Innenwandung der Boh rung 41 das Auftreten von selbständigen CTlimmentladungen in der Luft in unmittel barer Umgebung der Metallkanten.

Eine andere Ausführung einer ähnlichen Elektrode verwendet ein Isolierrohr, auf des sen glatte Innenwandung ein sehr dünner Me talldraht in Form einer weiten, mehrgängigen Schraube axial angebracht und aufgekittet wird, der mit der Hoehspannungsklemme 7 des Hochfrequenzgenerators verbunden ist.

Sämtliche in den Fig. 1.4 bis 23 beschrie benen Elektrodenformen weisen eine selbstän dige Glimmentladung in der unmittelbaren Umgebung jener Metallteile auf, an denen infolge ihrer Formgebung eine Feldstärkekon- zentration vorliegt. Diese Glimmerseheinung ist als Quelle für die notwendige starke Luft ionisation für den vorliegenden Zweck nicht zu entbehren, kann aber für gewisse Anwen dungen der Apparatur zur Ableitung elektro- statiseher Oberflächenladungen schwerwie gende Nachteile mit sich bringen. Dies ist.

besonders der Fall für Anwendungen in Räu men oder in Verbindung mit Materialien, die brennbare Gase, Dämpfe usw. aufweisen, oder wo die Bildung derselben gelegentlich möglich ist.. Um in solchen Fällen die Explosions gefahr zu verringern bzw. gänzlieh zu be seitigen, können entsprechende Massnahmen an allen vorgenannten Elektrodenbauarten vorgenommen werden. In Fig. 24 ist die betreffende Massnahme an einer Elektrode der Bauart gemäss Fig. 14 im vergrösserten Mass stab seheinatiseh dargestellt.

Es ist wieder der Rundstab aus Isoliermaterial mit 22, die dreieckförmige Längsnut mit 23 und der in dieselbe eingelegte sehr dünne Metalldraht mit 24 bezeichnet. Um eine Zündung der in der Umgebung der Elektrode eventuell auf- tretenden explosiblen Gase durch die in der unmittelbaren Umgebung der Drahtober fläche herrschende elektrische Glimmentla dung der Luft züt verhüten, ist. die dreieck- förmige Nut. 23 längs ihrer ganzen Ausdeh nung durch ein feinmaschiges Gewebe 42 ans elektrisch nicht. leitendem und nicht. brenn barem Material abgedeckt.

Diese Abdeckung wird beispielsweise durch ein Rohr 43 aus isolierendem Material befestigt, das über den runden Isolierstab 22 geschoben und samt dem Gewebe 42 auf demselben befestigt ist. Das feinmaschige Gewebe 42 behindert das Zu standekommen eines Ionenstromes zu den oberhalb der Längsnut vorbeibewegten zu ent- ladenden Materialoberflächen praktisch nicht. Dagegen verhindert es mit Sicherheit, dass durch die im Innern der so abgedeckten Dreiecksnut herrschende Glimmerscheinungen eine Zündung eventuell im Aussenraum vor handener explosibler Gase oder Dämpfe er folgt.

In analoger Weise wie in Fig. 24 dar gestellt, lässt sich eine solche Schutzmassnahme auch bei allen andern Elektrodenformen durchführen.

Claims

PATENTANSPRUCH Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den Oberflächen elektrisch schlecht leitender Materialien mit Hilfe hoch- frequenter Hochspannung, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Erzeugung der hochfrequen- ten Hochspannung ein aus mindestens einer Induktionsspule und mindestens einem Kon densator bestehender Schwingungskreis vor handen ist, dessen Kondensator durch einen Umschalter in periodischer Folge zuerst an einer Spannungsquelle aufgeladen und dann über die Induktionsspule entladen wird, wo bei diese Kondensatorent.ladung im Schwin gungskreis gedämpfte Schwingungen hervor ruft,

die ihrerseits an den Enden einer mit der Induktionsspule eng gekoppelten Sekun därspule grosser Windungszahl eine Hoch spannung gleichen zeitlichen Verlaufes be wirken und diese hochfrequente Hochspan nung mindestens einer mit einem Ende der Sekundärspule verbundenen metallischen hlektrode aufgedrückt wird, an welcher sieh die zu entladenden Materialflächen vorbei bewegen und die zumindest an jenen Teilen, die den Materialoberflächen unmittelbar ge genüberstehen, eine Formgebung aufweist, die dort eine Feldstärkekonzentration bewirkt von einer Grösse,

die bei der an ihr liegenden hochfrequenten Hochspannung eine selbstän dige Glimmentladung in der umgebenden Luft und zumindest einem Teil des Luft raumes zwischen der Elektrode und den zu entladenden Materialoberflächen hervorruft, wobei durch den zwischen den Glimmberei ehen der Elektrode und den elektrostatisch aufgeladenen Materialoberflächen sich ausbil denden Ionenstrom diese Oberflächenladungen zu der metallischen Elektrode, und von dort aus über die Sekundärspule und deren an deres, geerdetes Ende abgeleitet werden. UNTER ANSPRÜCHE 1.

Apparatur nach Patentansprueli, da durch gekennzeichnet. class als Umschalter ein federnder Eisenanker vorhanden ist, der sieh in der Ruhelage nvisclien zwei Kontakten be findet, ohne dieselben zu berühren, und der mittels einer Magnetspule in Schwingungen versetzt wird, wobei der Eisenanker abwech selnd die beiden Kontakte berührt. 2.

Apparatur naeli Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schwingende Anker des U msehalters ausser zur Aufladung und Entladung des Schwingkreiskondensators auch gleichzeitig den die Magnetspule erregenden Strom in einem Rhythmus ein- und ausschaltet, der die Ankerschwingungen unterstützt. 3.

Apparatur nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass eine gemeinsame Gleiehspan- nungsquelle für die periodische Aufladung des Sehwingkreiskondensators und für den Strom zur Erregung der Magnetspule vorhan den ist. 4. Apparatur nach Patentanspruch und jTnteransprueh 1, dadurch gekennzeichnet.

dass die Magnetspule aus einer niederfrequen ten Weehselspannungsquelle gespeist wird und der federnde Eisenanker mechanische Schwin gunIrn von doppelter Frequenz wie die crrer>cndc 'ech @el@l>annun@, ausfülii#t. 5.

Apparatur nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und q, dadurch gekenn zeichnet, dass zur periodischen Aufladung, des S(#liwingl@i#eiskondensators eine höhere Wechselspannung jedoch gleicher Frequenz und Phase, wie die an der Magnetspule lie gende Weeliselspannung, vorhanden ist, da l.,

ferner die mechanische #liikei#sehwiiigiing gre- gen die Ladewechselspannung eine Phasenver- sehiebung besitzt und dadurch der Beginn dei# jeweiligen Aufladezeit des '-,el)wingkreiskon- densators ungefähr zusammenfällt. mit dein Nulldurchgang der Halbperioden der Lade- wechselspannung,

und die jeweilige Ruf ladung erst dann beendet wird, wenn die be treffende Halbperiode der Ladewechselspan nung ungefähr ihren Kelieitelwert erreicht hat. 6.

Apparatur naeli 1'at.entanspruch und Unteransprüchen 1, 4 und 5, dadurch ge- kennzeielinet, dass der Schwingkreis eine Dämpfung aufweist, deren Grösse eine Ab nahme der im Schwingkreis oszillierenden Energie bis auf einen praktisch verschwin denden Restbetrag bewirkt. innerhalb der durch die Verweilzeit des seliwingenden An kers auf dem Entladekontakt bestimmten Ent ladungsperiode des Sehwingkreiskondensators. 7.

Apparatur nach Patentanspruch und Unteranspriiehen 1 und q, dadurch gekenn zeichnet, da.ss als Uinsehalter zwei getrennte federnde Eisenanker, die mit gleicher Fre quenz, aber einer gegenseitigen Phasenver- sc#hiehung von etwa S)0" schwingen, sowie zwei Wechselspannungsquellen gleicher Amplitude, aber einer gegenseitigen Phasenverschiebung von etwa 90 vorhanden sind, und von jedem der Umschalter ,

je ein Schwingkreiskonden- sator an ,je einer Weehselspannungsquelle auf geladen und über die gleielie Induktionsspule entladen wird, wobei der Zeitabschnitt der Rufladung des einen Kondensators genau mit dem Zeitabschnitt der Entladung des andern Kondensators zusammenfällt und umgekehrt.

Apparatur nach Patentanspruch, da durch \gekennzeichnet, dass als Umschalter eine rotierende I:inricbtun, vorhanden ist, die mindestens einen \chwingkreiskondensator in periodischem Wechsel an einer Ladespan nungsquelle auflädt und dann über die Schwingki#eisspule entlädt. 9. Apparatur nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Umschalter gas- _-efüllte Entladungsröhren vorhanden sind, die periodisch im.

Gegentakt gesperrt und ent- sperrt werden, wodurch im gleielien Takte mindestens ein Sehwingkreiskondensator an einer Spannungsquelle aufgeladen und über die Schw ingkreisspule entladen wird.

10. Apparatur nach Patentanspriteh, zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen von den Oberflächen bandförmiger Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrode mindestens ein Rundstab aus glattem und oberflächenpoliertem Isoliermaterial vorhan den ist, der mindestens eine längs einer 1Ian- tellinie des Rundstabes verlaufende Längsnut mit polierten Rändern aufweist, in der ein Metalldraht ruht,

der auf diese Weise von den Oberflächen des über den Rundstab und die Längsnut gleitenden handförmigen Materials einen Abstand besitzt und längs der den 1Ia- terialflächen zugekehrten Drahtoberfläche eine stille Uliminentladung bei Vorhandensein der lioelifrequenten Hoelispannung aufweist. 11.

Apparatur nach Patentanspruch, zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen von den Oberflächen bandförmiger Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrode mindestens ein Rundstab aus glattem und oberfläehenpoliertein Isoliermaterial vorhan den ist, der aus mindestens zwei sich zu einem Rundstab ergänzenden Stäben zusammenge setzt ist., an deren Innenflächen mindestens eine diese Fläche in ihrer ganzen Quer- und Längsausdehnung bedeckende Metallfolie auf gebracht ist,

so dass an der polierten Rund- stabaussenfläelie nach erfolgter Zusammen setzung der einzelnen Teile mindestens eine völlig -in ihr eingebettete Metallkante erscheint, längs der eine stille Glimmentladung in der sie umgebenden Luft auftritt. und über welche das zu entladende Materialband hinweggleitet. 12.

Apparatur nach Patentanspruch, zur gleichzeitigen Ableitung von elektrostatischen Ladungen von den Ober- und Unterseiten bandförmiger Materialien, dadurch gekenn zeichnet, dass sowohl die Ober- wie die Unter seite der Materialbänder über mindestens je einen Rundstab aus Isoliermaterial als Träger der Metallelektrode mit mindestens je einer durch eine Metalleinlage gebildeter C11imm- strecke längs einer ilIantellinie gleiten, wobei die Metalleinlagen aller Rundstäbe unterein ander und mit dem Hochfrequenzgenerator leitend verbunden sind. 13.

Apparatur nach Patentansprueh, zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen von den Oberflächen einzelner fadenförmiger und strangförmig gebündelter Materialien, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um dieselben durch eine rohrartige Elek trode hindurchzubewegen, die aus einem Iso- lierrohr besteht, das auf seiner glatten und polierten Innenwandung mindestens eine in diese eingebettete Metalleinlage besitzt, die sich längs des gesamten Innenumfanges erstreckt. und eine stille Glimmentladung in der sie un mittelbar umgebenden Luft aufweist. 14.

Apparatur nach Patentanspruch und Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als eine solche rohrartige Elektrode vorhanden ist. und diese untereinander gleich artigen Elektroden sämtlich untereinander und mit. dem Hoehfrequenzgenerator leitend verbunden sind. 15.

Apparatur nach Patentanspruch, zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen von den Oberflächen grob- und feinkörniger Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass Mit tel vorgesehen sind, um einen Strahl des zu entladenden Materials durch eine rohrartige Elektrode hindurehfliessen zu lassen, die aus einem Isolierrohr besteht, das auf seiner glat ten und polierten Innenwandung mindestens eine in diese eingebettete Metalleinlage besitzt, die sieh längs des gesamten Innenumfanges erstreckt, und eine stille Glimmentladung in der sie unmittelbar umgebenden Luft auf weist. 16.

Apparatur nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass sieh die zu ent- ladenden Materialoberflächen im Abstand an den Glimmbereiehen vorbeibewegen und zwi- sehen den Glimmbereiehen und den zu ent- ladenden Materialfläehen ein feinmaschiges Geflecht aus niehtbrennbarem, elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist, das die Glimmbereiche der metallischen Elektroden vollständig und allseitig von dem sie umge benden Raum abtrennt.