CH621448A5

CH621448A5 -

Info

Publication number: CH621448A5
Application number: CH1055877A
Authority: CH
Inventors: Warren W Levy
Original assignee: Simco Co Inc
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-08-30
Publication date: 1981-01-30
Also published as: JPS5335496A; GB1540342A; FR2364592A1; FR2364592B1; DE2724118C2; NL161963C; US4092543A; NL161963B; DE2724118A1; NL7705692A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Neutralisationsvorrichtung mit mindestens einer punktförmigen Entladungselektrode, die kapazitiv an eine erste Klemme einer Hochspannungsquelle gekoppelt ist.

Bekanntlich sind elektrostatische Neutralisationsvorrichtungen Vorrichtungen zur Erzeugung von positiven und negativen Ionen, um Gegenstände zu neutralisieren, welche mit einer einzelnen Polarität aufgeladen wurden, und zwar durch Reibung oder elektrostatische Aufladung. Liegt eine Wechselstrom-Hochspannung ausreichender Höhe über den Entladungspunkten und dem geerdeten Gehäuse oder der Abschirmung, so werden Ionen jeder Polarität ausgestrahlt. Während unter bestimmten Umständen eine Erzeugung von gleichvielen positiven und negativen Ionen möglich ist, werden jedoch gewöhnlich Ionen einer Polarität überwiegen, was im wesentlichen vom Aufbau und ob die Ionisationspunkte kapazitiv oder direkt an die Wechselstrom-Hochspannungsquelle gekoppelt sind, abhängt.

Bei direkt gekoppelten Elektroden werden überwiegend negative Ionen emittiert, obwohl die Hochspannungsquelle eine Wechselspannung mit gleichbleibender negativer und positiver Amplitude abgibt. Diese Erzeugung von überwiegend negativen Ionen ergibt sich aus der grösseren Mobilität solcher Ionen und auch wegen der Koronaeigenschaften, bei der die Ionisation über einen grösseren Teil der negativen Spannungshalbwelle im Vergleich zur positiven Spannungshalbwelle auftritt. Bei kapazitiv gekoppelten Elektroden werden jedoch überwiegend positive Ionen emittiert, was sich daraus ergibt, dass eine Gleichspannung über der Kapazität in Richtung der leicht positiv vorgespannten Punkte entsteht. D. h. bei einer kapazitiv gekoppelten Elektrode bewirkt die Eigenschaft eines Punktes, während einer negativen Halbwelle der anliegenden Spannung mehr negative Ionen zu emittieren, die Aufladung der Kapazität auf eine positive Gleichspannung, welche algebraisch zur Wechselspannung addiert wird. Da die Spannung am Punkt, bezüglich dem Gehäuse, während der positiven Halbwelle höher als während der negativen Halbwelle ist, wird der Anteil von zu emittierenden positiven Ionen erhöht. Wenn das zu entladende Material über oder neben einer geerdeten oder anderen Fläche liegt, kann dieses Material deshalb so aufgeladen werden, dass eine überwiegend positive Ladung durch die kapazitiv gekoppelte Elektrode emittiert wird oder eine überwiegend negative Ladung durch die direkt gekoppelte Elektrode emittiert wird.

Bei einem bekannten Verfahren zum Ausgleichen der Erzeugung von Ionen beider Polarität wird eine kleine Gleichspannungsquelle verwendet, die entweder zwischen das Gehäuse und Erde oder den Wechselspannungsgenerator und Erde geschaltet ist, siehe US-PS Nr. 2 879 395. Diese Gleichspannung erzeugt am Gehäuse oder den Entladungspunkten eine Vorspannung bestimmter Polarität und ist so geschaltet, dass sie die Ausstrahlung von Ionen der gewöhnlich überwiegenden Polarität dämpft und/oder die Ausstrahlung von Ionen der entgegengesetzten Polarität unterstützt. Durch eine zweckmässige Einstellung der Gleichspannungshöhe wird der gewünschte Ausgleich in der Emission positiver und negativer Ionen erzielt. Während bei der direkt gekoppelten Vorrichtung die zusätzliche Gleichspannungsquelle entweder zwischen das Gehäuse und Erde oder zwischen Wechselstromgenerator und Erde geschaltet werden kann, kann diese zusätzliche Gleichspannungsquelle bei der kapazitiv gekoppelten Vorrichtung nur zwischen dem Gehäuse und der Erde geschaltet werden. D. h. wird bei der kapazitiv gekoppelten Vorrichtung die Gleichspannungsquelle zwischen den Wechselstromgenerator und Erde geschaltet, so werden die Entladungspunkte nicht vorgespannt. Der zusätzliche Gleichstromgenerator hat in jedem Fall den Nachteil einer separaten Einspeisung, wodurch die Vorrichtung teuer und sperrig wird. Es ist auch zu beachten, dass dort, wo der Gleichstromgenerator in den Gehäuseschaltkreis, welcher bei der kapazitiv gekoppelten Elektrode nur die geeignete Stelle ist, geschaltet ist, sich das Potential des Gehäuses erhöht, so dass das Gehäuse warm wird und isoliert werden muss.

Eine andere, weniger teure Vorrichtung zum Ausgleichen der Erzeugung von negativen und positiven Ionen ist in der

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US-PS Nr. 3 714 531 offenbart, bei der eine Parallelschaltung aus einer Diode und einem Widerstand den Gleichstromgenerator ersetzt. Diese Vorrichtung, welche auch auf der Änderung des Gleichspannungspegels des Gehäuses bezüglich der Erde oder der Änderung des Gleichspannungspegels der Wechselspannung, die an den Entladungspunkten anliegt, beruht, verlangt gleichfalls eine Isolierung des Gehäuses, wenn diese zwischen Gehäuse und Erde geschaltet ist, da eine Spannung am Gehäuse anliegt. Ausserdem kann diese Parallelschaltung aus Diode und Widerstand beim kapazitiv gekoppelten i System nicht zwischen die Wechselspannungsquelle und Erde geschaltet werden, weil die Kapazität zwischen Entladungspunkten und Wechselspannungsgenerator die elektrische Vorspannung blockiert.

Ziel der Erfindung ist eine elektrostatische Neutralisations- i Vorrichtung zu schaffen, die einfach und wirtschaftlich herstellbar, eine gedrungene Konstruktion hat und einen hohen Wirkungsgrad hat.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruches 1 erreicht. 2

Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn eine Mehrzahl von punktförmigen Entladungselektroden vorgesehen ist, die an der ersten Klemme der Wechselstrom-Hochspannungsquelle angeschlossen sind, deren zweite Klemme über eine elektrische Leitung an ein elektrisch leiten- 2 des Element angeschlossen ist, das in einem Abstand neben den Entladungselektroden angeordnet ist, eine Mehrzahl von Nadeln aus elektrisch leitenden Material, die in einem Abstand neben mindestens einigen Entladungselektroden angeordnet sind, und dass Mittel zur Bildung eines elektrisch leitenden Pfa- j des vorgesehen sind, der die Nadeln mit der zweiten Klemme der Wechselstrom-Hochspannungsquelle verbindet, derart,

dass eine gleiche Ionenzahl jeder Polarität auf einen zu neutralisierenden Gegenstand ausgestrahlt wird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsge- 1 genstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine im Schnitt dargestellte schematische Ansicht einer elektrostatischen Neutralisationseinrichtung mit ausgeglichener Ionenemission; 1

Fig. 2 eine räumliche Ansicht, teilweise aufgebrochen dargestellt, eines Ausführungsbeispieles der Neutralisationseinrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel •> der Neutralisationseinrichtung, und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. In den Zeichnungen ist eine elektrostatische Neutralisations- ' Vorrichtung dargestellt, in welcher punktförmige Entladungselektroden A kapazitiv an eine Klemme einer Wechselspannungsquelle B gekoppelt sind. Die andere Klemme der Spannungsquelle ist an Erde angeschlossen. Ein leitendes Teil C liegt ebenfalls an Erde und ist in einem Abstand neben den Entladungselektroden A angeordnet, wodurch ein Koronaeffekt in dem zwischen diesen gebildeten Luftspalt erzeugt wird, um Ionen beider Polarität, die auf die Oberfläche eines zu neutralisierenden Gegenstandes auftreffen sollen, zu erzeugen. Es ist ein zweiter Satz von Entladungselektroden D vorgesehen, der t in einem Abstand neben den ersten Entladungselektroden A angeordnet ist, um die den kapazitiv gekoppelten Entladungselektroden anhaftende Eigenschaft, ein Übergewicht an positiven Ionen abzustrahlen, auszugleichen. Auf diese Weise wird eine gleiche Anzahl von Ionen jeder Polarität erhalten, die auf t den aufgeladenen und zu neutralisierenden Gegenstand aufprallen und damit die elektrostatischen Ladungen neutralisieren und die Induzierung von Gleichspannungen auf die Oberfläche des Gegenstandes verhindern.

Die Wechselspannungsquelle B ist eine bekannte Einrichtung und gibt Spannungen im Bereich von 2,5 bis 15 kV bei kleinem Strom ab. Die kapazitive Kopplung der punktförmigen Elektroden an die Spannungsquelle ist im allgemeinen bekannt und wird in den US-PS Nr. 3 120 626,3 714 531 oder 3 585 448 offenbart. Darin stehen die Entladungspunkte von elektrisch leitenden Ringen (oder einer halbleitenden Hülse) ab, wobei die Ringe konzentrisch um ein isoliertes Kabel, dessen Mittelleiter an die spannungsführende Klemme eines Wechselspannungsgenerators angeschlossen ist, angeordnet sind. Das elektrisch leitende Teil C kann als ein rechteckförmiges Gehäuse oder Rahmen, wie dies in der US-PS Nr. 3137 806 gezeigt ist, als ein flaches gelochtes Gehäuse, wie dies in der US-PS Nr. 2 163 294 dargestellt ist, als ein gelochtes zylindrisches Gehäuse, wie dies in der US-PS Nr. 3 443 155 offenbart ist, oder lediglich als ein Satz von Stäben oder Stangen, die neben den Entladungspunkten angeordnet sind oder diese eingabein, wie dies in Fig. 6 der US-PS Nr. 3 120 626 dargestellt ist, ausgebildet sein. Anstelle einer Vielzahl von punktförmigen Entladungselektroden kann eine einzelne punktförmige Entladungselektrode kapazitiv an die Wechselspannungsquelle gekoppelt werden, so dass die Vorrichtung die Form einer geerdeten Luftdüse einnimmt, wie dies in der US-PS Nr. 3 179 849 dargestellt ist.

In den Fig. 2 und 3 ist eine über einen erweiterten Bereich stossfrei arbeitende elektrostatische Neutralisationsvorrichtung dargestellt, bei der mittels einem Gebläse 12 ein Luftstrom durch Löcher 14 im Gehäuse C über die Entladungselektroden C geblasen wird. Durch diese Anordnung können die ausgestrahlten positiven und negativen Ionen durch den Luftstrom über eine längere Distanz getragen werden, um auch auf entferntere Flächen auftreffen zu können. Der kapazitiv gekoppelte Aufbau der Entladungselektroden weist ein isoliertes Kabel W mit einem Mittelleiter 16 auf, der von einem Isoliermantel 18 umschlossen ist. Eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Ringen 20 und isolierenden Hülsen 22 sind abwechselnd in Längsrichtung auf dem Kabel W angeordnet. Diese sind verschiebbar und durch den Isoliermantel 18 des Kabels W vom Mittelleiter 16 getrennt. Über den Ringen 20 und den Hülsen 22 ist ein rohrförmiger Mantel 24 aus Isoliermaterial verschiebbar angeordnet. Die Entladungselektroden A sind nadeiförmige Elemente 25, deren Basis durch Öffnungen im Mantel 24 direkt mit den elektrisch leitenden Ringen 20 verbunden sind. Ein Endring 26 aus Isoliermaterial stellt die genaue Einstellung der Ringe 20 bezügliche der Öffnungen im Mantel sicher, wenn letzterer in Längsrichtung über die Ringe 20 und die Hülsen 22, die auf dem Kabel W gehalten werden, geschoben wird. Die Enden des Mantels 24 sind in Halteblöcken 28 und 30 befestigt. Die Halteblöcke sind im Innenraum des Gehäuses C so befestigt, dass die nadeiförmigen Elemente 25 koaxial zu den Löchern 14 des Gehäuses C angeordnet sind.

Der Mittelleiter 16 des Kabels W ist an die spannungsführende Klemme des Wechselspannungsgenerators B angeschlossen, während das Gehäuse C an die geerdete Klemme des Wechselspannungsgenerators angeschlossen ist.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der kapazitiv gekoppelte Entladungselektrodenaufbau auf jede Reihe von Löchern 14 im Gehäuse C ausgerichtet. Der die Strahlung ausgleichende Elektrodenaufbau D weist eine mit Stacheln versehene elektrisch leitende Stange 32 auf, die parallel ausgerichtet zwischen zwei Entladungselektrodenaufbauten A angeordnet ist. Jede Stange 32 ist verschiebbar in einer Führungsbohrung in den Blöcken 28,30 angeordnet und ist durch Stellschrauben 34 gehalten. Die Nadeln 35 stehen von den ■ gegenüberliegenden Seiten der Stange 32 ab. Die Spitzen der Nadeln 35 liegen in einer Ebene, die etwa Vi über der Basis der Elemente 25 liegt, wobei jedes Nadelpaar 35 in Längsrichtung voneinander beabstandet ist, und zwar ca. um den Längsab

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stand der Elemente 25. Die die Strahlung ausgleichenden Elektroden sind an die geerdete Klemme des Wechselspannungsgenerators angeschlossen.

Die Nadeln 35 sind einstellbar bezüglich der Elemente 25 angeordnet und die Stangen 32 können durch Lösen der Stell- 5 schrauben 34 ausgerichtet werden, bis die Anzahl der Ionen der beiden Polaritäten gleich sind. Dies kann durch ein Ladungsmessgerät (nicht dargestellt) bestimmt werden, welches in der Nullstellung steht, wenn die Ausstrahlung genau ausgeglichen ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Nadeln 35 10 nicht gleich der Anzahl Elemente 25 zu sein braucht. Es ist jedoch wesentlich, dass die Gesamtausstrahlung der elektrostatischen Neutralisationsvorrichtung innerhalb des Einstellbereiches der Elemente 35 null ist. Somit kann mit einer kleineren Zahl von Nadeln 35, die den Elementen 25 gegenüberliegen, 15 durch engeres Ausrichten der Nadeln 35 auf die Elemente ein Nullzustand erreicht werden.

In den Fig. 4 und 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem kein Gehäuse C verwendet wird. Dafür wird ein Paar von elektrisch leitenden Stangen Cl verwendet. Von 20 einem der Stäbe 32 A der elektrisch leitenden Stange Cl steht ein Satz von Nadeln 35 ab. Der Stab 32 A ist in der Längsrichtung verschiebbar und einstellbar angeordnet und im Halteblock 28 drehbar gelagert. Der Stab 32 A sowie der Stab 32 B ist direkt an die geerdete Klemme der Wechselspannungs-quelle B angeschlossen, während die Elemente 25, in bekannter Weise, kapazitiv an die spannungsführende Klemme der Wechselspannungsquelle B gekoppelt sind.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, sind die punktförmigen Elektroden D direkt an die geerdete j0

Klemme des Wechselspannungsgenerators B angeschlossen, während die Entladungselektroden A kapazitiv an die spannungsführende Klemme gekoppelt sind. Die Nadeln 35 sind gewöhnlich mittels eines elektrisch leitenden Stabes 32 oder 32 A verbunden und geerdet. Die punktförmigen Elektroden D strahlen mittels ihrer Nadeln 35 die in einem Abstand von den Elementen 25 angeordnet sind, Ionen ab, so dass ein Spannungsgradient dazwischen auftritt. Weil die kapazitiv gekoppelten Entladungselektrodenelemente 25 an einem etwas geringeren Gleichspannungspotential anliegen, wie vorstehend beschrieben, und weil der zweite Satz von Nadeln 35 direkt geerdet ist, wird ein Übergewicht an negativen Ionen von den Nadeln 35 der Elektrode D ausgestrahlt, wodurch die gewöhnlich überwiegende Ausstrahlung von positiven Ionen durch die kapazitiv gekoppelten Elemente 25 reduziert wird. Durch die Einstellung der Stellung der Nadeln 35 der Elektrode D bezüglich der Elemente der Elektrode A kann das Übergewicht an positiven Ionen eliminiert werden, so dass eine gleiche Anzahl von positiven und negativen Ionen erzeugt werden. Es ist auch zu beachten, dass die Nadeln 35 näher zu den Elementen 25 hin verstellt werden können, um die Erzeugung von negativen Ionen zu steigern. Sind die Elektroden A und D so zueinander eingestellt, dass die Ausstrahlung eine gleiche Anzahl von positiven und negativen Ionen aufweist, so werden auf den zu neutralisierenden Gegenstand gleichviele negative wie positive Ionen auftreffen, wodurch die elektrische Ladung neutralisiert wird und die Induzierung einer Gleichspannung auf der Oberfläche des Gegenstandes verhindert wird.

Ist die kapazitiv gekoppelte Entladungselektrode A nicht in einem Gehäuse C gehalten, noch ist diese nicht nahe genug neben einem geerdeten elektrisch leitenden Element Cl, wie einem elektrisch leitenden Stab 32 A oder ähnlichem, angeordnet oder ist das elektrisch leitende Element Cl durch einen Überzug isoliert oder ein geerdetes Element befindet sich nicht in der Nähe, dann ist es notwendig, eine geerdete Nadel 35 neben jedem Element 25 zu montieren.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

621448 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrostatische Neutralisationsvorrichtung mit mindestens einer punktförmigen Entladungselektrode, die kapazitiv an eine erste Klemme einer Wechselstrom-Hochspannungsquelle gekoppelt ist, gekennzeichnet durch mindestens eine Nadel (35) aus elektrisch leitendem Material, die über ein Mittel mit einer zweiten Klemme der Wechselstrom-Hochspannungsquelle verbunden ist, und durch ein Mittel, durch das die Nadel in einem Abstand und eine Stellung bezüglich der punktförmigen Elektrode einstellbar ist, derart, dass eine gleiche Ionenzahl gleicher Polarität oder eine überwiegende Ionenzahl mit positiver oder negativer Polarität ausgestrahlt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Klemme der Hochspannungsquelle und die Nadel geerdet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versteilvorrichtung vorgesehen ist, die die Nadel bezüglich der nächstliegenden benachbarten Entladungselektrode hält, um den Abstand zwischen diesen zu verändern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Löchern versehenes Gehäuse vorgesehen ist und dass die Entladungselektrode im Gehäuse angeordnet ist,

wobei ein Abstand zwischen der Entladungselektrode und dem Gehäuse besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem elektrisch leitenden Material besteht und mit der zweiten Klemme der Wechselstrom-Hochspannungsquelle elektrisch verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, um einen Luftstrom über die Entladungselektroden zu blasen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von punktförmigen Entladungselektroden vorgesehen sind, die an der ersten Klemme der Wechselstrom-Hochspannungsquelle angeschlossen sind, deren zweite Klemme über eine elektrische Leitung an ein elektrisch leitendes Element angeschlossen ist, das in einem Abstand neben den Entladungselektroden angeordnet ist, eine Mehrzahl von Nadeln aus elektrisch leitenden Material, die in einem Abstand neben mindestens einigen Entladungselektroden angeordnet sind, und dass Mittel zur Bildung eines elektrisch leitenden Pfades vorgesehen sind, der die Nadeln mit der zweiten Klemme der Wechselstrom-Hochspannungsquelle verbindet, derart,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, _ dass eine Verstellvorrichtung zum Verstellen des Abstandes der Nadeln bezüglich der Entladungselektroden vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Element ein gelochtes Gehäuse aufweist, in welches die Entladungselektroden hineinragen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um einen Luftstrom durch das Gehäuse und in Längsrichtung über die punktförmigen Entladungselektroden zu blasen.