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Dokumentenidentifikation DE3730228A1 29.12.1988
Titel Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials durch Koronaentladung
Anmelder Keesmann, Till, 6900 Heidelberg, DE
Erfinder Keesmann, Till, 6900 Heidelberg, DE
Vertreter Hach, H., Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 6950 Mosbach
DE-Anmeldedatum 09.09.1987
DE-Aktenzeichen 3730228
Offenlegungstag 29.12.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.1988
IPC-Hauptklasse H01T 19/04
IPC-Nebenklasse B29C 59/16   B29C 71/04   
IPC additional class // H01B 1/04,1/12,12/02  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elementes durch Koronaentladung mit Hilfe einer Elektrode aus Kohlenfaserstoff.

Aus der DE-OS 33 43 063 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, bei der eine Folienbahn auf dem Umfang einer rotierenden, aus Isolierwerkstoff bestehenden Hohlwalze geführt und umgelenkt wird. Auf der Innenwand der Hohlwalze ist eine an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Bürstenelektrode angeordnet, deren Borsten aus einem Kohlenfaserstoff bestehen. Die Borsten schleifen an der Hohlwalze.

Dieser Bürstenelektrode gegenüber und gegenüber der äußeren Oberfläche der Folienbahn ist eine messerartig ausgebildete Gegenelektrode angeordnet. An der freiliegenden Oberfläche der Folienbahn soll sich, beginnend mit der Gegenelektrode und sich etwas in Förderrichtung erstreckend, ein erwünschtes Koronafeld ausbilden. An der inneren Oberfläche der Hohlwalze soll sich im Bereich der Bürstenelektrode ein unerwünschtes Koronafeld ausbilden können, für dessen Vermeidung Mittel angegeben sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit möglichst einfachen Mitteln eine möglichst intensive Potentialveränderung erzielbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

An der mit der Erfindung erzielten Spitzenentladung sind sehr viele Spitzen und sämtliche Faserenden beteiligt. Dadurch wird ein gleichmäßiger intensiver Spitzenentladestrom erzeugt, der eine entsprechend gleichmäßige und intensive Potentialänderung ermöglicht. Das ist insbesondere wichtig, wenn mit ein und derselben Elektrode auf einer größeren Breite der vorbeilaufenden Oberfläche des bewegten Elementes eingewirkt werden soll.

Ungleichmäßigkeiten in der Koronabildung sind zu erwarten beim Einsatz weniger Spitzen. Die Vielzahl der Spitzen ermöglicht die gleichmäßige Behandlung auf größerer Arbeitsbreite. Die Arbeitsbreite kann sich dabei über etliche Dezimeter erstrecken.

Es ist wünschenswert, über die gesamte Arbeitsbreite mit ein und derselben Koronaelektrode zu arbeiten, weil bei Verwendung mehrerer Koronaelektroden, die sich jeweils nur über einen Teilabschnitt der Breite erstrecken, an den Anschlußstellen der einzelnen Koronaelektroden zwangsläufig Ungleichmäßigkeiten der Einwirkungen zu erwarten sind.

Bei einer solchen Koronaelektrode sind die Fasern dicht an dicht, weitgehend parallel zueinander und im Bündel zu mehreren hundert bis vielen tausend Fasern in eine Trägersubstanz, vorzugsweise hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Kunststoff oder Keramik, eingebettet. Die Enden dieser Fasern ragen an der Stirnfläche, die die Oberfläche des Ionisierelementes bildet aus dem Trägerstoff heraus. Sie bilden so eine Vielzahl von Spitzen, an denen Spitzenentladung stattfinden kann. Die Enden der Fasern, die aus dem Trägerstoff herausragen, sind im Interesse der Spitzenentladung vorzugsweise nicht unmittelbar in elektrischem Kontakt miteinander, sie sind allerdings an den gleichen elektrischen Hochspannungspol angeschlossen, und zwar über ein längeres Stück der jeweils betreffenden Faser.

Die Fasern bestehen vorzugsweise aus polykristallinem, einphasigem oder mehrphasigem Kohlenstoff oder aus Kohlenstoff mit graphitähnlicher Struktur. Nach anderen bevorzugten Ausführungsformen bestehen die Fasern aus einer elektrisch leitenden Keramik, vorzugsweise einem supraleitenden Material, oder aus elektrisch leitendem Kunststoff, vorzugsweise Polypyrol.

Vorzugsweise sind die Fasern, mit Ausnahme der für den Ionisierungskontakt und der elektrischen Anschlüsse erforderlichen Flächen, in elektrisch isolierende Trägersubstanz, vorzugsweise Kunststoff, eingebettet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Koronaelektrode, die sich zur Behandlung breiter Oberflächen eignet, ist im Anspruch 7 gekennzeichnet.

Aufgabe einer Weiterbildung ist es, durch die geometrische Anordnung der Koronaelektrode deren Wirkung zu erhöhen. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 8 gekennzeichnet.

Der Abstand zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes ist je nach den zu behandelnden Elementen und den sonstigen Gegebenheiten unterschiedlich gewählt. Er beträgt zwischen 0,1 und 80 mm, vorzugsweise 0,5 bis 30,0 mm, und sollte so gewählt sein, daß ein Berührungskontakt zwischen der Koronaelektrode und der Oberfläche beziehungsweise dem Element sicher vermeidbar ist.

Es empfiehlt sich, eine Massenelektrode einzusetzen, die sich über die ganze Länge der Koronaelektrode erstreckt und über die ganze gemeinsame Länge mit gleichem Abstand zur Stirnfläche der Koronaelektrode angeordnet ist, wobei dieser Abstand der kleinste Abstand ist zwischen der Massenelektrode und freiliegenden Teilen der Fasern der Koronaelektrode und größer ist als der Abstand zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes.

Durch den größeren Abstand der Massenelektrode wird sichergestellt, daß die Koronaentladung durch die Massenelektrode von der Oberfläche abgezogen wird.

Die durch die Koronaentladung hervorgerufene Ionisierung der umliegenden Atmosphäre wird schnell abgeführt durch eine oder mehrere Preßluftdüsen, die in den Spalt zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes gerichtet sind.

Die Anwendung solcher Preßluftdüsen ist besonders vorteilhaft, wenn man die Koronaelektrode mit Wechselstrom betreibt, weil dann die mit der einen Phase erzeugten Ionen fortgetragen werden und nicht mit denen der nächstfolgenden Phase erzeugten gegenpoligen Ionen rekombinieren können.

Man kann auch beidseitig an einem bewegten Element jeweils eine Koronaelektrode vorsehen. Das empfiehlt sich besonders bei der Behandlung von Folien.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 im Querschnitt eine Koronaelektrode,

Fig. 2 die Ansicht gemäß dem Pfeil II aus Fig. 1, teilweise aufgebrochen,

Fig. 3 eine erste Vorrichtung zur Behandlung einer Folie,

Fig. 4 eine zweite Vorrichtung zur Behandlung einer Folie und

Fig. 5 eine dritte Vorrichtung zur Behandlung einer Folie.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Koronaelektrode 67 ist mit 70 eine aus Karbon oder aus Metall bestehende Klammer bezeichnet, die stabil und selbsttragend ist. In diese Klammer ist ein durchgehendes Büschel 71 von elektrisch leitenden Kohlenstoffasern 68 eingefaßt. Diese Fasern können aus Materialien bestehen, wie sie in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet sind. Die einzelnen Fasern 68 erstrecken sich längs nebeneinander, sie enden in einer gemeinsamen Stirnfläche 69. Pro Quadratzentimeter Stirnfläche sind 10 000 bis 500 000, vorzugsweise 100 000, Faserenden angeordnet. An diesen Faserenden erfolgt Spitzenentladung für die Ionisierung. Die Fasern sind in eine elektrisch isolierende Trägersubstanz, vorzugsweise Kunststoff, eingebettet. Aus dieser Trägersubstanz, die in der Zeichnung nicht sichtbar ist, ragen nur die Spitzen beziehungsweise die Enden der Fasern an der Stirnfläche 69 heraus.

Eine solche Koronaelektrode kann beispielsweise folgende Abmessungen haben: Länge gemäß Pfeil 73, 500 mm (Millimeter), Höhe gemäß Pfeil 74 , 5 mm, Breite gemäß Pfeil 76, 3 mm, Gesamthöhe gemäß Pfeil 77, 7 mm, Büschelbreite gemäß Pfeil 78, 2 mm.

Die Koronaelektroden können auch noch mit erheblich kleineren Abmessungen hergestellt werden. Die Koronaelektrode 67 ist stabförmig und selbsttragend. Zwischen der Klammer 70 und sämtlichen Fasern 68 des Büschels 71 besteht elektrisch leitende Verbindung. Koronaelektroden nach Fig. 1 und 2 kann man zu mehreren nebeneinander an einer Wand anordnen. Die Klammer 70 ist langgestreckt und demzufolge ist auch die Stirnfläche 69 langgestreckt und die Stirnfläche hat die Form eines langgestreckten Rechteckes.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt einer in Pfeilrichtung 1 geförderten Kunststoff-Folie 2, die auf ihrer Oberfläche 3 behandelt werden soll. Dieser Oberfläche 3 gegenüber steht eine langgestreckte Koronaelektrode 4 der Art, wie sie in Fig. 1 und 2 beschrieben ist, die sich mit der Längserstreckung ihrer Stirnfläche 7 über die ganze Breite der Folie 2 also quer zum Pfeil 1 erstreckt und der Oberfläche 3 mit einem Abstand gemäß Doppelpfeil 6 von 5 mm gegenübersteht. Die Stirnfläche 7 erstreckt sich planparallel zur Oberfläche 3.

Auf der Unterseite der Folie 2 ist eine Massenelektrode 8 angeordnet, die eine Elektrodenfläche 9 aufweist, die sich planparallel zur Stirnfläche 7 erstreckt und die Unterseite 10 der Folie 2 berührt. Die Elektrodenfläche 9 und die Stirnfläche 7 erstrecken sich mithin planparallel zueinander mit dem Abstand gemäß Doppelpfeil 6 zuzüglich der Stärke der Folie 2.

In den durch den Abstand gemäß Doppelpfeil 6 bedingten Zwischenraum 11 zwischen Stirnfläche 7 und Oberfläche 3 sind Preßluftdüsen 12 bis 16 einer Preßluftdüsenanordnung 17 gerichtet. Die Preßluftdüsenanordnung 17 ist an die Druckseite des Preßluftgenerators 18 über ein Absperrventil 19 angeschlossen. Die Koronaelektrode 4 ist an einen Spannungsgenerator 20 angeschlossen, der eine Ausgangswechselspannung oder Gleichspannung von 5000 bis 10 000 Volt, vorzugsweise im Bereich von 5000 Volt, erzeugt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Koronaelektrode 30 mit sehr schmaler Stirnfläche 31 ausgebildet. Sie ist, bezogen auf die Flächennormale 32 dieser Stirnfläche im Anstellwinkel 33 gegen die Richtung 34 senkrecht auf Oberfläche 35 einer zu behandelnden Folie 36 gerichtet, und zwar geneigt gegen die durch den Pfeil 37 angezeigte Förderrichtung. Eine Massenelektrode 38 ist förderabwärts von der Koronaelektrode angeordnet mit einem Abstand gemäß Doppelpfeil 39 von den Fasern der Koronaelektrode, der wesentlich größer ist als der Abstand gemäß Doppelpfeil 40 zwischen Stirnfläche 31 und Oberfläche 35. Der Abstand gemäß Doppelpfeil 40 beträgt beispielsweise 5 mm und der Abstand gemäß Doppelpfeil 39 beispielsweise 70 mm. Die Folie 36 besteht aus Kunststoff.

Die Koronaelektrode 30 ist an eine Gleichspannungsquelle 51 angeschlossen, deren Ausgangsspannung 5000 bis 10 000 Volt, vorzugsweise etwa 5000 Volt beträgt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist eine Kunststoff-Folie 52 in Pfeilrichtung 53 zwischen zwei Koronaelektroden 54 und 41 hindurchgeführt. Die beiden Koronaelektroden sind, jede für sich, genauso ausgebildet und gegenüber der Folie angeordnet wie die Koronaelektrode 4 aus Fig. 3, mithin also mit gleichem Abstand gemäß Doppelpfeil 42 beziehungsweise 43 der Stirnfläche 44 beziehungsweise 45 gegenüber der jeweils zugekehrten Oberfläche 46 beziehungsweise 47 der Folie.

Förderabwärts sind auf beiden Seiten Massenelektroden 48, 49 angeordnet, deren Abstand zur Folienbahn etwa genauso groß ist wie der der Stirnflächen 44, 45, und deren Abstand gemäß Doppelpfeil 55, 56 zu den Fasern der Koronaelektroden 54, 41 ein Vielfaches des Abstandes gemäß Doppelpfeil 42 beziehungsweise 43 beträgt.

Die Koronaelektroden sind an eine Spannungsquelle 50 angeschlossen, deren Ausgangsspannung 5000 bis 10 000 Volt Gleichspannung oder Wechselspannung beträgt.

Die Erfindung ist vielfältig anwendbar, zum Beispiel zur Behandlung des Druckmaterials oder der das Druckmaterial fördernden oder behandelnden Teile, insbesondere der Zylinder einer Druckmaschine. Sie ist vorzugsweise anwendbar bei Fotokopiergeräten zur Behandlung des Fotokopiermaterials und/oder der auf das Fotokopiermaterial einwirkenden Oberflächen von Teilen des Fotokopiergerätes, insbesondere von umlaufenden Walzen.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Verändern des statischen, elektrischen Potentials an der aus Isoliermaterial gebildeten Oberfläche eines bewegten Elementes durch Koronaentladung mit Hilfe einer Elektrode aus Kohlenfaserstoff, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Koronaelektrode (4) elektrisch leitende Kohlenstoffasern (68) aufweist, die büschelartig, einzeln längs nebeneinander angeordnet sind,

    daß die Fasern eines Büschels in einer gemeinsamen freiliegenden Stirnfläche (69) enden,

    daß 10 000 bis 500 000, vorzugsweise etwa 100 000, Faserenden beziehungsweise -spitzen pro Quadratzentimeter der Stirnfläche angeordnet sind,

    daß die Entladung nach Art einer Spitzenentladung von diesen Faserenden ausgeht,

    daß die Stirnfläche der Koronaelektrode freiliegt und

    daß die Koronaelektrode mit ihrer Stirnfläche der Oberfläche (3) zugekehrt gegenüber der Oberfläche berührungsfrei und mit Abstand (6) zu dieser angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Fasern aus polykristallinem, einphasigem oder mehrphasigem Kohlenstoff bestehen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Kohlenstoff mit graphitähnlicher Struktur bestehen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus einer elektrisch leitenden Keramik, vorzugsweise einem supraleitenden Material, bestehen.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus elektrisch leitendem Kunststoff, vorzugsweise Polypyrol, bestehen.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, mit Ausnahme der für den Ionisierungskontakt und der elektrischen Anschlüsse erforderlichen Flächen, in elektrisch isolierende Trägersubstanz, vorzugsweise Kunststoff, eingebettet sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaelektrode eine langgestreckte Stirnfläche (69) aufweist, die mit ihrer Schmalseite gegen die Bewegungsrichtung der Oberfläche (3) des Elementes (2) gerichtet ist und sich mit ihrer Längserstreckung quer zur Bewegungsrichtung über die Oberfläche des Elementes erstreckt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaelektrode, bezogen auf die Flächennormale (32) ihrer Stirnfläche (31) gegenüber der Richtung senkrecht auf die Oberfläche (35) im Anstellwinkel (33) von 10 bis 40° (Grad), vorzugsweise 20 bis 30°, gegen die Bewegungsrichtung des Elementes (36) geneigt angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Stirnfläche (7) der Koronaelektrode und der Oberfläche (3) des Elementes (2) 0,1 bis 80,0 mm (Millimeter), vorzugsweise 0,5 bis 30 mm, beträgt.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Massenelektrode (48, 49) vorgesehen ist, die sich über die ganze Länge der Koronaelektrode (41, 54) erstreckt und über die ganze gemeinsame Länge mit gleichem Abstand (42, 43) zur Stirnfläche (55, 56) der zugeordneten Koronaelektrode angeordnet ist,

    daß dieser Abstand der kleinste Abstand ist zwischen der Massenelektrode und freiliegenden Teilen der Fasern der Koronaelektrode und größer ist als der Abstand (44, 45) zwischen der Stirnfläche der Koronaelektrode und der Oberfläche des Elementes.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Preßluftdüsen (12-16) vorgesehen sind, die in den Spalt (11) zwischen der Stirnfläche (7) der Koronaelektrode (4) und der Oberfläche (3) des Elementes (2) gerichtet sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Behandlung eines folienförmigen Elementes (52) Koronaelektroden (41, 54) auf beiden Seiten dieses Elementes angeordnet sind.






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