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Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den Oberflächen
elektrisch schlecht leitender Materialien Die Erfindung betrifft eine Apparatur
zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den Oberflächen elektrisch schlecht
leitender Materialien mittels hochfrequenter Hochspannung. Zur Erzeugung der hochfrequenten
Hochspannung ist ein Schwingungskreis vorhanden, der aus mindestens einer Induktionsspule
und mindestens einem Kondensator besteht. Der Kondensator wird durch einen Umschalter
in periodischer Folge an einer Spannungsquelle aufgeladen und dann über die Induktionsspule
entladen, wobei diese Kondensatorentladuna im Schwingungskreis gedämpfte Schwingungen
hervorruft. Die Schwingungen erzeugen an den Enden einer mit der Induktionsspule
eng gekoppelten Sekundärspule großer Windungszahl eine hohe Spannung gleichen zeitlichen
Verlaufes. Diese hochfrequente Hochspannung liegt auch an den mit mindestens einem
Ende der Sekundärspule verbundenen metallischen Elektroden, an denen sich in geringem
Abstand die zu entladenden Materialflächen vorbeibewegen. Die Elektroden weisen
zumindest an jenen Teilen, die den zu entladenden Materialflächen unmittelbar gegenüberstehen,
eine Formgebung auf, die dort eine Feldstärkekonzentration bewirkt von einer Größe,
daß bei der an ihnen liegenden hochfrequenten Hochspannung eine selbständige Glimmentladung
in der umgebenden Luft und zumindest
einem Teil des Luftraumes zwischen
jeder Elektrode und den zu entladenden Materialoberflächen herrscht. Zwischen den
Glimmbereichen der Elektroden und den elektrostatisch aufgeladenen Materialoberflächen
bildet sich ein Ionenstrom aus, der die Oberflächenladungen zu den metallischen
Elektroden und von dort aus über die Sekundärspule und deren anderes geerdetes Ende
ableitet.
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Es existiert bereits eine Anzahl von Verfahren und Einrichtungen zur
Ableitung von elektrostatischen Oberflächenladungen mittels einer mehr oder weniger
intensiven Ionisation des Luftraumes in der Umgebung der zu entladenden Materialoberflächen.
Bei derartigen, mit elektrischen Mitteln arbeitenden Apparaturen wird zur Ionisation
der Luft in der Umgebung :der zu entladenden Materialoberflächen eine mit einzelnen
Spitzen versehene kammartige Metallelektrode verwendet, an der eine hohe Gleichspannung
liegt. Die Spitzenentladungen in Form des elektrischen Windes bewirken eine mehr
oder weniger 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 zufälligen Berührungen
zu verursachen, wodurch man gezwungen ist, den Innenwiderstand des Gleichspannungsgenerators
zwecks Verringerung .dieser Gefährdung extrem hoch zu machen, was die Ableitungswirkung
der Einrichtung stark beeinträchtigt. Zur Verringerung des apparativen Aufwandes
hat man derartige Kammelektroden auch an hohen Wechselspannungen von 5o Hz angeschlossen,
aber auch hierbei keine wesentliche Verbesserung erzielt im Hinblick auf die Gefährdung
des Betriebspersonals. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, hochfrequente Hochspannung
zur Speisung der Elektroden zu verwenden; jedoch ist bisher der technische Aufwand
im Hochfrequenzgenerator zu groß für eine Anwendung dieser Methode in der Praxis.
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Ein anderes bekanntes Verfahren nicht elektrischer Art bewirkt die
Ionisation des Luftraumes zwischen einer metallischen Sammelelektrode und den zu
entladenden Materialoberflächen durch radioaktive Bestrahlung der Luft. Dieses Verfahren
weist aber den Nachteil auf, daß nur relativ schwache elektrische Oberflächenladungen
abgeleitet werden können, da für stärkere Ionisierung des Luftraumes Konzentrationen
in den radioaktiven Strahlungsquellen erforderlich wären, die zu bedenklichen gesundheitlichen
Schädigungen des Bedienungspersonals führen könnten.
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Die Apparatur gemäß vorliegender Erfindung ermöglicht nunmehr die
Verwendung mehr intensiver Ionisation durch metallische Elektroden, die an einer
Hochfrequenzspannung der Größenordnung von 5oooo Volt und mehr liegen, wobei aber
zur Erzeugung dieser Hochspannung ein Generator sehr geringen Aufwandes verwendet
wird. Ferner ist der Gleichstrominnenwiderstand des Hochfrequenzgenerators an den
Hochspannungsklemmen sehr niedrig, was für die vollständige Ableitung der Oberflächenladungen
bedeutungsvoll ist. Die Apparatur ist in den Fig. i bis 24 erläutert, wobei dargestellt
ist in Fig. i das Prinzip -der Apparatur, Fig.2 und 3 je eine beispielsweise Ausführung
des Hochfrequenzgenerators mit Hilfe eines elektromagnetisch betätigten Umschalters,
Fig.4 und 5 der zeitliche Verlauf von Teilspannungen in einem Hochfrequenzgenerator
nach Fig. 3, Fig.6 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung, Fig. 7 und 8 den
zeitlichen Verlauf der Ladespannung in den beiden Schaltungshälften, Fig. 9 ein
Nockenschalter, Fig. io ein rotierender Schleifring, Fig. i i eine weitere beispielsweise
Schaltung mit elektronischem Schalter, Fig. 12 den Spannungsverlauf der Schaltung
nach Fig. i i, Fig. 13 die beispielsweise Ausführung eines Hochlrequenzgenerators
mit räumlich aufgeteiltem Schwingkreis, Fig. 14 bis ig die beispielsweise Ausführung
von Elektroden für die Entladung bandförmiger Materialien, Fig. 2o und 21 je eine
Anwendung der Apparatur zur Entladung von besonders gearteten Materialien, Fig.22
bis 24 weitere beispielsweise Ausführungen von Elektroden.
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Das Prinzip der Apparatur ist schematisch in Fig. z dargestellt. Der
Schwingungskreis besteht in dieser beispielsweisen Ausführung aus der Induktionsspule
i und dem Kondensator 2, der vom Umschalter 3 in periodischer Folge zuerst über
den Kontakt K, an der Stromquelle 4, die hier als Batterie angedeutet ist, aufgeladen
und dann über den Kontakt K, über die Induktionsspule i entladen wird. Der Umschalter
3 wird zu diesem Zweck durch die Steuerung 5 derart betätigt, daß er in rascher
Aufeinanderfolge die Aufladung bzw. Entladung des Kondensators 2 ermöglicht, wobei
insbesondere die jeweilige Entladungsperiode zeitlich so lang gemacht wird, daß
die am Kondensator 2 vorhandene Restspannung beim Unterbrechen der Entladung sehr
gering ist. Durch die jeweilige Kondensatorentladung wird in dem aus Induktionsspule
i und Kondensator 2 gebildeten Schwingungskreis eine gedämpfte hochfrequente Schwingung
erregt und in der mit der Induktionsspule i eng gekoppelten Sekundärspule 6 großer
Windungszahl eine Spannung gleicher Frequenz erzeugt. Das Windungszahlverhältnis
zwischen den Spulen i und 6 wird so groß gemacht, daß an ,der Klemme 7 gegen die
geerdete Klemme 8 eine Hochfrequenzspannung der Größenordnung von 5oooo Volt oder
mehr auftritt. An der Klemme 7 sind metallische Elektroden angeschlossen, hier beispielsweise
als zwei sehr dünne Metalldrähte 9 und io dargestellt, zwischen welchen sich das
zu entladende, hier beispielsweise als Band i i dargestellte Material hindurchbewegt.
Durch die an den dünnen Metalldrähten 9 und io gegen Erde herrschenden Spannung
und die Feld-
Stärkekonzentration an der Oberfläche der Metalldrähte
bildet sich in der Luft in unmittelbarer Umgebung der beiden Drähte eine selbständige
elektrische Glimmentladung aus. Elektrostatische Ladungen, die an den. Oberflächen
des Materialbandes i i haften, bewirken einen Ionenstrom zwischen den Metalldrähten
und der Ober- bzw. Unterseite des Materialbandes i i, gespeist aus der Wolke von
ionisierten Luftmolekülen im Glimmbereich der Elektrodendrähte 9 bzw. io. Durch
diesen Ionenstrom werden. die Oberflächenladungen zu den parallel geschalteten Elektroden
9 bzw. io abgeleitet, wo sie sich zum Teil untereinander ausgleichen oder über Anschlußklemme
7, Sekundärspule 6 und Anschlußklemme 8 zur Erde abfließen.
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In der Prinzipdarstellung von Fig. i ist der Umschalter 3 mit seinen
Kontakten K1 und K2 sowie der Steuereinrichtung 5 als mechanischer Schalter 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.
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Eine beispielsweise Ausführung eines Hochfrequenzgenerators mit elektromechanischem
Umschalter zeigt Fig. 2 unter Verwendung eines handelsüblichen Zechackers 12. Die
Induktionsspule i liegt am Kontakt K2 des Zerhackerumschalters; dessen schwingender
Anker 3 den Kondensator 2 zur Auf ladung über den Kontakt K1 an die Batterie 4.
legt und zur Entladung über die Induktionsspule i an den Kontakt K2. Der Antrieb
des Ankers 3 erfolgt hier aus der gleichen Batterie .l mittels der Magnetspule 13
des Zechackers, die so geschaltet ist, daß sie erregt ist, solange der Anker 3 den
Kontakt K2 berührt. Der federnde Anker 3 erhält also jeweils dann, wenn er K2 berührt,
einen Kraftimpuls, der ihn zurückschnellen läßt, wodurch die periodische Ankervibration
aufrechterhalten wird. In Ruhelage kann aber der Anker nicht von selbst anschwingen,
weshalb ein Startkontakt 14 vorgesehen ist. In dieser beispielsweisen Ausführung
kann der Hochfrequenzgenerator aus einer in der Apparatur eingebauten langlebigen
Trockenbatterie gespeist werden und ist dann unabhängig von äußeren Stromquellen.
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Eine weitere beispielsweise Ausführung eines derartigen Hochfrequenzgenerators
zeigt das Schaltschema von Fig.3, wobei ebenfalls ein handelsüblicher Zechacker
12, aber als Stromquelle ein Wechselstromnetz am Klemmenpaar 15 verwendet wird.
Die Magnetspule 13 des Zechackers 12 wird hier mit der Wechselspannung Ui vom Netztransformator
16 erregt und bewirkt eine periodische Schwingung des federnden Ankers 3 mit der
doppelten Netzfrequenz, sobald der Netzschalter 17 eingeschaltet ist und die Primärwicklung
des 'Netztransformators 1.6 über die Sicherung 18 Netzspannung erhält. Der Kondensator
2 wird über Kontakt K2 an die Spannung LT, = Ui -a- U2 gelegt und nach Aufladung
über den Kontakt K1 und die Induktionsspule i entladen. Da die Ladespannung L IL
= L'1 -fi- L'2 eine Wechselspannung von der Form UL (t) = L'o sin
wt ist, muß die Auf- und Entladung des Kondensators 2 phasenrichtig erfolgen. In
Fig. q. ist der Zeitverlauf von LTL (t) dargestellt und durch die gestrichelten,
mit K1 bzw. K2 bezeichneten Bereiche angegeben, während welcher Zeitabschnitte der
Anker 3 die Kontakte K1 bzw. K, berührt. Bei der hier vorliegenden Wechselstromerregung
der Zerhackermagnetspule 13 schwingt -der Anker 3 mit einer Phasenverschiebung von
9o° gegenüber der erregenden Spannung Ui, die phasengleich mit UL (t)° verläuft.
Die Schaltung ist deshalb so ausgeführt, daß zu Beginn des in Fig. q. mit K2 bezeichneten
Zeitabschnittes jeweils der Kondensator des Hochfrequenzgenerators (in Fig. 3 mit
2 bezeichnet) an die Spannung UL gelegt wird, was praktisch funkenfrei erfolgt,
da die Spannung UL in diesem Zeitpunkt noch sehr gering ist. Der Kondensator wird
während der Kontaktzeit K2 dann fast bis auf die Spitzenspannung Uo aufgeladen,
und der Kontakt K2 öffnet wieder zu einer Zeit, wo der Ladestrom zum Kondensator
gering ist, also kein Öffnungsfunke entstehen kann. Während der Schließungszeit
von K1 wird der Kondensator über die Induktionsspule (in Fig. 3 mit i bezeichnet)
entladen und verursacht einen oszillierenden Strom im Schwingungskreis, dessen Dämpfung
so gewählt wird, daß,die Schwingamplitude innerhalb der Kontaktschließungszeit K1
bis auf einen kleinen Wert abgeklungen ist, damit beim Öffnen des Kontaktes K1 kein
Öffnungsfunke entsteht. Der periodisch sich wiederholende Lade- und Entladevorgang
des Kondensators ist schematisch in F'ig. 5 abhängig von der Zeit t dargestellt.
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Bei der beispielsweisen Schaltung nach Fig. 3 ist der Schwingungskreis
nur während der Kontaktschließungszeit K, erregt, also in weniger als 5o °/o jeder
vollen Wechselspannungsperiode. Durch Anwendung einer Gegentaktschaltung mit einem
weiteren völlig gleichartigen Zechacker 12 läßt sich in der beispielsweisen Schaltung
von Fig.6 erreichen, daß der Schwingungskreis während der doppelten Zeit erregt
wird. Hierfür ist gegenüber Fig. 3 ein zweiter Kondensator,2 gleicher Kapazität
erforderlich und ein zweiter Transformator 16 gleicher Ausführung. Die Primärwicklungen
der Transformatoren 16 liegen aber nicht parallel an den Wechselstromspannungsklemmen
15, sondern an den gegenüberliegenden Eckpunkten einer sogenannten go°-Phasenbrücke
bekannter Ausführung oder einem anderen ga°-Phasendrehglied derart, daß die Primärspannungen
beider Transformatoren 16 zwar gleiche Größe, aber eine Phasenverschiebung von 9o°
gegeneinander aufweisen. Der zeitliche Verlauf der Ladespannung UL (t) und
die Kontaktzeiten der einen Schaltungshälfte sind in Fig.7, die entsprechenden Größen
der anderen Schaltungshälfte in Fig. 8 angegeben. Da beide Zechacker 12 nunmehr
mit einem Phasenverschieben von 9c° arbeiten, fällt die Ladeperiode des einen Kondensators
2 zeitlich mit der Entladeperiode des anderen Kondensators 2 zusammen, und die Induktivität
i bildet abwechselnd mit dem einen bzw. dem anderen Kondensator 2 einen Schwingkreis,
der
durch die jeweiligen Kondensatorenladungen zu gedämpften Schwingungen
erregt wird.
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An Stelle der in den beispielsweisen Ausführungen des Hochfrequenzgenerators
nach Fig. 2, 3 und 6 angegebenen handelsüblichen Zerhacker mit elektromagnetisch
angetriebenem Schwingankerkann auch ein Nockenschalter mit rotierender Nockenscheibe
benutzt werden, wie in der beispielsweisen Ausführung von Fig. g dargestellt. Die
Nockenscheibe mit den vier Kontaktstützen bewirkt die wechselweise Auf- und Entladung
der beiden Kondensatoren 2 in gleicher Weise wie bei Fig. 6, wenn die Nockenscheibe
durch einen Synchronmotor von der Spannungsquelle UL (t) angetrieben wird
und die Kontaktzeiten für K1 und K2 so eingestellt werden, wie in Fig. 7 bzw. 8
dargestellt.
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Auch mittels eines rotierenden Schleifringes nach Art der schematischen
Darstellung von Fig. io kann der gleiche Schaltvorgang erzielt werden, wie an Hand
der Fig. 3 bis 5 beschrieben, wenn der Schleifring eine Kontaktfläche über etwa
i So` seines Umfanges besitzt, durch einen Synchronmotor von der Wechselspannungsquelle
UL (t) angetrieben wird und relativ zu den Kontaktsätzen K1 bzw. K, so justiert
ist, daß die Schaltzeiten gemäß Fig_4 eingehalten werden.
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Die beispielsweisen Ausführungen des Hochfrequenzgenerators mit synchron
rotierenden Schalteinrichtungen sind besonders geeignet für den Betrieb aus Wechselspannungsquellen
höherer Frequenz. Bei den hierbei auftretenden kurzen Schaltzeiten und hohen Schaltfrequenzen
sind mechanische Umschalter mit Schwinganker nicht mehr verwendbar.
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Schließlich können auch für Schaltfrequenzen jeder Größe elektronische
Schalter angewendet werden, wie in der beispielsweisen Ausführung der Fig. ii angegeben.
Hier sind zyvei gasgefüllte Dreielektrodenröhren K1 und K2 in Serie geschaltet,
von denen die mit K2 bezeichnete,den Kondensator auflädt, solange ihre Anodenspannung
UL (t) positiv ist (s. Fig. i2), während welchem Zeitabschnitt die Schaltröhre
K1 keinen Strom führt, da ihr Gitter eine negative Vorspannung US (t) aufweist.
Erst während der negativen Halbperiode von UL (t),
während der K1 sperrt,
wird das Gitter von K1 positiv, und über K1 entlädt sich der Kondensator 2 durch
die Induktivität i, dabei den Schwingungskreis erregend. Um eine Unterdrückung der
einen Amplitude der so angestoßenen Schwingungen zu vermeiden, wird der Schaltröhre
K1 eine gleiche Röhre für die Gegenrichtung parallel geschaltet, wie in Fig. i i
gestrichelt angedeutet. Den Verlauf der Spannungen UL (t) und US (t) zeigt
Fig. 12.
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Bei der praktischen Anwendung der Apparatur zur Ableitung elektrostatischer
Aufladungen gemäß vorliegender Erfindung ist es häufig erwünscht, den Hochfrequenzgenerator
in einiger Entfernung von den Elektroden anzuordnen. In solchen Fällen wird der
Hochfrequenzgenerator in zwei räumlich getrennte Baugruppen aufgeteilt, wie in Fig.
13 in einer beispielsweisen Ausführung dargestellt. Die Induktionsspule i, die hier
aus zwei Hälften besteht, bildet mit der isolierten Doppelleitung ig und ,dem Kondensator
2 den Schwingungskreis, sobald der Umschalter 3 auf dem Kontakt K1 liegt. Die Leitung
ig kann mehrere Meter lang sein, da dieselbe als bifilare Leitung wirkt und zur
Induktivität i keinen Beitrag liefert, sondern ausschließlich die Kapazität des
Schwingungskreises erhöht. Im Hochfrequenzgenerator selbst liegt noch eine Glimmlampe
2o in Serie mit einem Widerstand 21 parallel zur Leitung ig zwecks Anzeige der Hochfrequenzspannung
im Betrieb bzw. eventuellen Kurzschlüssen inder Leitung ig. Je eine der zwei Induktionsspulen
i ist beider vorliegenden beispielsweisen Ausführung mit der entsprechenden Sekundärspule
6 zu einem Hochfrequenztransformator vereinigt und mit der jeweiligen Elektrode
g bzw. io direkt zusammengebaut, wodurch eine Zuführungsleitung für die hochfrequente
Hochspannung zu den Elektroden vermieden wird.
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Die Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen von den
Oberflächen elektrisch schlecht leitender Materialien gemäß vorliegender Erfindung
besitzt Elektroden, die zumindest an jenen Teilen, die den zu entladenden Materialflächen
unmittelbar gegenüberstehen, eine Formgebung aufweisen, die an diesen Stellen eine
bedeutende Fel,dstärkekonzentration bewirkt. Bei .der an den Elektroden liegenden
hohen Hochfrequenzspanrnung tritt an diesen Stellen in der umgebenden 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 schematisch dargestellt.
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Für die Entladung von; bandförmigem Material zeigt Fig. 14 eine Elektrode
im Querschnitt, bestehend aus einem runden Stab 2z aus Isoliermaterial, dessen Oberfläche
glattgeschliffen und poliert ist.. Der runde Isolierstab besitzt über seine ganze
Länge eine Dreiecksnut 23, in der ein sehr dünner Metalldraht 24 liegt, der an der
nicht geerdeten Hochspannungsklemme der Sekundärspule eines Hochfrequenzgenerators
angeschlossen ist. Das auf seiner Unterseite zu entladende Materialband i i gleitet
über den Isolierstab 2u, und die Längsnut 23, ohne den Metalldraht 24 zu berühren.
Durch die im Luftzwischenraum zwischen dem Materialband i i und dem Draht 24 in
unmittelbarer Umgebung von dessen Oberfläche herrschende Glimmentladung entsteht
eine intensive Ionenwolke im Glimmbereich und ermöglicht die Ausbildung eines Ionenstromes
zwischen den an der Bandunterseite anhaftenden Ladungen und dem Metalldraht 24.
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Zur Ableitung sehr starker Oberflächenladungen wird ein Isolierstab
22 nach Fig. 15 mit zwei oder mehr Längsnuten 23 und je einem dünnen Metalldraht
24 je Nut verwendet. Bei derartigen Elektroden kann sich die zu entladende Materialfläche
auch in größerem Abstand oberhalb der Isolierstäbe vorbeibewegen und braucht nicht
unbedingt über die Isolierstäbe zu schleifen.
Fig. 16 zeigt im Querschnitt
eine Elektrodenform, bei der sich eine sehr dünne Metallfolie 25 zwischen zwei Halbrundstäben
26 aus Isoliermaterial befindet. Nach dem Zusammenfügen der beiden Halbrundstäbe
mit der Metallfolie wird der so gebildete Rundstab 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 der Oberfläche eingebetteten Metallkanten j e eine selbständige
Glimmentladung der Luft auftritt. Durch Zusammenfügen von drei stabförmigen Isolierschienen
27 nach Fig. 17 mit je einer dünnen Metallfolie 25 in den Grenzflächen entsteht
in gleicher Weise ein Rundstab aus Isoliermaterial mit mehreren, hier drei Metalleinlagen
längs der Oberfläche. Über diese Elektroden bewegen sich die zu entladendenMaterialoberflächen,
entweder indem sie aufliegen oder in einem geringen Abstand sich befinden.
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Die gleichzeitige Entladung von Ober- und Unterseite bandförmiger
Materialien mit Elektroden der in den Fig. 14 bis 17 beispielsweise angegebenen
Bauarten zeigen schematisch die Fig. 18 in Aufsicht und die Fig. ig in einem Querschnitt.
Das Materialband i i bewegt sich in Pfeilrichtung durch eine Apparatur, die mehrere,
hier beispielsweise 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 mehrere Metalleinlagen
längs ihrer Oberfläche gemäß den beispielsweisen Bauarten der Fig. 14 bis
17. Sämtliche Metalleinlagen sind durch eine Metallschiene 2,9 miteinander
leitend verbunden und liegen an der die hochfrequente Hochspannung führenden Anschlußklemme
7 der Sekundärspule 6. Die einzelnen Elektroden 28 sind dabei so eingerichtet, daß
an dem vom Materialband i i berührten Oberflächenteil der Isolierstäbe 28 zumindest
eine Metalleinlage sich befindet, in deren Umgebung die Luft eine selbständige Glimmentladung
aufweist.
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Die Anwendung der Apparatur zur Ableitung elektrostatischer Ladungen
von den Oberflächen einzelner oder mehrerer zu einem Strang zusammengefaßter Fäden
aus elektrisch schlecht leitenden Materialien zeigt im Prinzip in einer beispielsweisen
Ausführung die Fig. 2o. Der zu entladende Strang 3o bewegt sich in Pfeilrichtung
an einer Elektrode vorbei, die hier beispielsweise durch einen dünnen metallischen
Drahtring 31 dargestellt ist. Der Drahtring 31 ist mit der Anschlußklemme
7 der Sekundärspule 6 des Hochfrequenzgenerators verbunden, die mit ihrer anderen
Klemme 8 an Erde liegt. Die zwischen den Klemmen 7 und 8 herrschende Hochfrequenzspannung
hat eine Größe, daß infolge der Feldstärkekonzentration in unmittelbarer Umgebung
der Drahtoberfläche ringsum den Drahtring 3 i eine selbständige Glimmentladung der
Luft auftritt. Die auf den Oberflächen des Strangmaterials haftenden elektrostatischen
Ladungen bewirken einen Ionenstrom zwischen dem bewegten Strang 30 und der
Elektrode 31, der den gesamten Innenraum der Drahtringebene ausfüllt und die elektrostatischen
Oberflächenladungen des Materials 30 zum Drahtring 31 und von dort über den
niedrigen Gleichstrominnenwiderstand der Sekundärspule 6 zur Erde ableitet. Zur
Erhöhung der Ableitungswirkung können mehrere gleichartige Ringelektroden hintereinander
längs des bewegten Materialstranges angeordnet werden, die sämtlich untereinander
und mit .der Klemme 7 ,der Sekundärspule des Hochfrequenzgenerators verbunden sind.
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Für -die Ableitung von elektrostatischen Oberflächenladungen fein-
oder grobkörnigerMaterialien zeigt Fig. 21 die prinzipielle Anwendung der Apparatur
in einer beispielsweisen Ausführung. Das aus, dem Vorratsgefäß 3-2 in einem dünnen
Strahl ausfließende pulverisierte Material 33 fällt in Pfeilrichtung durch den.
Innenraum einer Elektrode 34, die hier beispielsweise als Spirale aus sehr dünnem
Metalldraht dargestellt ist. Diese Metallspirale 34 liegt an der Klemme 7 der Sekundärspule
6 des Hochfrequenzgenerators, deren Klemme 8 geerdet ist. Die zwischen -den Klemmen
7 und 8 vom Hochfrequenzgenerator erzeugte hochfrequente Wechselspannung führt infolge
der Feldstärkekonzentration an der Oberfläche des sehr-dünnen Metalldrahtes der
Spirale 34 in deren unmittelbaren Umgebung zu einer selbständigen Glimmentladung
der Luft. Etwa vorhandene elektrostatische Oberflächenladungen der durch den Innenraum
der Spirale 34 sich bewegenden Materialpartikel erzeugen einen aus der Ionenwolke
in der Glimmentladung gespeisten Ionenstrom, der eine Ableitung dieser Oberflächenladungen
zur Metallspirale 34 und von dort durch den niedrigen Gleichstrominnenwiderstand
der Sekundärspule 6 zur Erde bewirkt.
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. Eine für die Anwendungen gemäß Fig. 2o und 2,1 geeignete Elektrodenbauform
zeigt in einer beispielsweisen Ausführung die Fig.22 im Längsschnitt und die Fig.
23 in Vorderansicht. Die gesamte rohrförmige, aus Isoliermaterial bestehende Elektrode
ist zusammengesetzt aus einer Anzahl, hier vier scheibenartiger Isolierringe 35,
die aneinander angrenzen und zwischen sich und den beiden isolierenden Deckringen
36 je ein Blatt sehr dünner Metallfolie 37 aufweisen. Die Isolierringe 35 werden
von einem Metallrohr 38 zusammengehalten, das gleichzeitig die leitende Verbindung
aller Metallfolien 37 bewirkt und eine Anschlußklemme 39 besitzt. Ein Isoliermantel
4o deckt das Metallrohr 38 nach außen ab. Nach erfolgtem Zusammenbau der Elektrode
wird die Innenwandung der Bohrung 41 ausgeschliffen und poliert, so daß die Metallfolien
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 bewirkt die Feldstärkekonzentration an
den Metallkanten auf der Innenwandung der Bohrung 41 das Auftreten von selbständigen
Glimmentladungen in der Luft in unmittelbarer Umgebung der Metallkanten.
Eine
andere Ausführung einer ähnlichen Elektrode verwendet ein Isolierrohr, auf dessen
glatte Innenwandung ein sehr .dünner Metalldraht in Form einer weiten, mehrgängigen
Spirale axial angebracht und aufgekittet wird, der mit der Hochspannungsklemme7
des Hochfrequenzgenerators verbunden ist.
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Sämtliche in den Fig. 14 bis 23 beschriebenen Elektrodenformen weisen
eine selbständige Glimmentladung in der unmittelbaren Umgebung jener Metallteile
auf, an denen infolge ihrer Formgebung eine Feldstärkekonzentration vorliegt. Diese
Glimmerscheinung ist als Quelle für die notwendige starke Luftionisation für den
vorliegenden Zweck nicht zu entbehren, kann aber für gewisse Anwendungen der Apparatur
zur Ableitung elektrostatischer Oberflächenladungen schwerwiegende Nachteile mit
sich bringen. Dies ist besonders der Fall für Anwendungen in Räumen oder in Verbindung
mit Materialien, die brennbare Gase, Dämpfe usw. aufweisen, oder wo die Bildung
derselben gelegentlich möglich ist. Um in solchen Fällen die Explosionsgefahr zu
verringern bzw. gänzlich zu beseitigen, 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 Maßstab schematisch
dargestellt. Es sind wieder derRundstab aus Isoliermaterial mit a2, 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 auftretenden explosiblen
Gase"-durch die in der unmittelbaren Umgebung der Drahtoberfläche herrschende elektrische
Glimmentladung .der Luft zu verhüten, ist die dreieckförmige Nut 23 längs ihrer
ganzen Ausdehnung durch ein feinmaschiges Gewebe 42 aus elektrisch nicht leitendem
und nicht brennbarem 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 4.2 auf demselben befestigt ist. Das feinmaschige
Gewebe 42 behindert das Zustandekommen eines Ionenstromes zu den oberhalb der -Längsnut
vorbeibeivegten, zu entladenden Materialoberflächen praktisch nicht. Dagegen verhindert
es mit Sicherbeit, -daß durch die im Innern der so abgedeckten Dreiecksnut herrschende
Glimmerscheinung eine Zündung eventuell im Außenraum vorhandener explosibler Gase
oder Dämpfe erfolgt. In analoger Weise, wie in Filg. 24 dargestellt, läßt sich eine
solche Schutzmaßnahme auch bei allen anderen Elektrodenformen .durchführen.