DE102005061332A1

DE102005061332A1 - Device for contactless removal of electrostatic electrical double layer from flat electrically insulating material has contactless compensating device for feed of charge particles to flat material for compensation of charges

Info

Publication number: DE102005061332A1
Application number: DE102005061332A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Ludwig (FH)
Original assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Current assignee: Eltex Elektrostatik GmbH
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: DE102005061332B4

Abstract

The device (10) for contactless removal of an electrostatic electrical double layer from a flat electrically insulating material (11) has a contactless compensating device (16-19) for the feed of charge particles to the flat material in a first region for compensation of the charges at least in one layer plane of the double layer, an electrically conducting element (13) for forming an electrical near field in a second region, and a field strength measuring device (15) allocated to the second region. The compensating unit on the input side is connected to the field strength measuring device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung einer elektrostatischen Ladungsdoppelschicht von einem geförderten flächigen, elektrisch im wesentlichen isolierenden Material. Unter einem flächigen Material sollen sowohl eine quasiendlose Materialbahn als auch vereinzelte Bögen verstanden werden, und als im wesentlichen isolierende Materialien sind solche zu verstehen, die mindestens über den größeren Bereich ihrer Oberfläche als Isolator wirken, etwa Druck- oder Verpackungspapiere, Kunststofffolien, folienkaschierte Papiere, kunststoff-kaschierte Metallfolien oder dergleichen.The The invention relates to a device for eliminating an electrostatic Charge double layer of a funded flat, electrically substantially insulating material. Under a sheet material should both a quasiendlose material web as well as isolated sheets are understood and as essentially insulating materials are to be understood as such the least about the larger area their surface act as an insulator, such as printing or packaging papers, plastic films, foil-laminated papers, plastic-laminated metal foils or like.

Ladungsdoppelschichten sind in verschiedenen Industriezweigen, die insbesondere isolierende Materialien mit hohen Geschwindigkeiten handhaben bzw. verarbeiten, als elektrostatische Aufladungserscheinungen bekannt und gefürchtet. Man versteht darunter eine elektrostatische Aufladung der einen Seite eines isolierenden Materials, kombiniert mit einer gegenpoligen elektrostatischen Aufladung der gegenüberliegenden Seite. Ladungsdoppelschichten treten häufig an hochisolierenden, dünnen und schnelllaufenden Materialbahnen oder -bögen auf und führen häufig zu schwerwiegenden und kostspieligen Prozessstörungen. Sie können sogar Zerstörungen des Materials durch Funkenentladungen durch dieses hindurch zur Folge haben.Charge bilayers are in different industries, especially insulating materials handle or process at high speeds, as electrostatic Charging phenomena known and dreaded. One understands under it an electrostatic charge on one side of an insulating Material, combined with a reverse polarity electrostatic charge the opposite Page. Charge bilayers often occur on highly insulating, thin and fast running Webs or sheets up and lead often to serious and costly process disturbances. You can even destructions of the material by spark discharges therethrough Episode.

Zur Beseitigung elektrostatischer Aufladungen von geförderten Materialien der oben erwähnten Art sind kontaktlos arbeitende Entladeelektroden bekannt und kommerziell verfügbar und haben sich in vielen Anwendungssituationen bewährt; vgl. dazu unter www.eltex.de "FAQs für Entladung/Aufladung".to Elimination of electrostatic charges of subsidized Materials of the above mentioned kind For example, contactless discharge electrodes are known and commercially available available and have proven themselves in many application situations; see. see also www.eltex.de "FAQs for discharge / charging ".

Diese bekannten Entladesysteme/-elektroden nutzen das von dem aufgeladenen Material zur (neutralen) Erde ausgehende elektrische Feld zum Ladungsausgleich, indem sie Gasionen und freie Elektronen in das elektrische Feld zuführen. Diese werden aufgrund der Kraftwirkung des elektrischen Feldes zu gegenpoligen Ladungen auf dem aufgeladenen Material hin angezogen und bewirken dort eine Neutralisierung (Kompensation) der Aufladung. Ihre Effizienz ist besonders hoch bei hohen Feldstärken. Da bei gleichbleibender Ladungsmenge Q in einem Aufladungsbereich die elektrische Feldstärke E gemäß der Beziehung E ~ Q/C mit abnehmender Kapazität zunimmt, werden die bekannten Entladeeinrichtungen gezielt in Bereichen geringer Kapazität der Anordnung, also beispielsweise möglichst weit entfernt von Leitwalzen, positioniert.These known discharge systems / electrodes use that of the charged Material for (neutral) earth outgoing electric field for charge compensation, by injecting gas ions and free electrons into the electric field respectively. These become due to the force of the electric field attracted opposite polarity charges on the charged material and cause there a neutralization (compensation) of the charge. Your Efficiency is particularly high at high field strengths. Since at the same Amount of charge Q in a charging region, the electric field strength E according to the relationship E ~ Q / C with decreasing capacity increases, the known unloading devices are targeted in areas low capacity of Arrangement, so for example as possible far from guide rollers, positioned.

Die bekannten Entladesysteme versagen jedoch weitgehend bei der Beseitigung von Ladungsdoppelschichten. Dies ist zu wesentlichen Teilen auf den Umstand zurückzuführen, dass von Ladungsdoppelschichten kein elektrisches Fernfeld ausgeht, obgleich in ihnen große Ladungsmengen gespeichert sein können. Das von auf der einen Materialseite befindlichen positiven Ladungen ausgehende elektrostatische Feld wird nämlich durch das von den negativen Ladungen auf der anderen Materialseite ausgehende Feld mit negativem Vorzeichen überlagert.The However, known discharge systems fail largely in the elimination of charge bilayers. This is essential to the Circumstance attributed to that of charge bilayers no electric far field emanates, though big in them Charge quantities can be stored. The positive charges on one side of the material outgoing electrostatic field is in fact by that of the negative Charges on the other material side outgoing field with negative Superimposed sign.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvolle und kontaktlos arbeitende Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die insbesondere in Anordnungen zum schnellen Transport und zur schnellen Verarbeitung von Materialien der o.g. Art eingesetzt werden kann.Of the Invention is therefore based on the object, an effective and contactless device according to the preamble of the claim 1, in particular in arrangements for fast transport and for the rapid processing of materials of the above mentioned Kind used can be.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by a device having the features of the claim 1 solved. Appropriate training of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung baut auf der Feststellung auf, dass Materialien, die Ladungsdoppelschichten tragen, bei einseitigem Kontakt mit einer elektrisch leitfähigen und geerdeten bzw. auf Masse liegenden Oberfläche ein von der dieser Oberseite abgewandten Seite ausgehendes, messbares elektrisches Feld (nachfolgend auch als Nahfeld bezeichnet) aufweisen. Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, dieses Feld zu einer mindestens teilweisen Neutralisierung bzw. Kompensation der Ladungsdoppelschicht zu nutzen, indem in seinem Bereich dem Material Ladungsträger geeigneter Polarität zugeführt werden.The The invention is based on the finding that materials, the charge bilayers wear, in one-sided contact with an electrically conductive and grounded or grounded surface from that of this top opposite side outgoing, measurable electric field (hereinafter also referred to as the near field). The invention includes the essential Thoughts, this field to an at least partial neutralization or compensation of the charge double layer to exploit by in his Area the material carrier suitable polarity supplied become.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das besagte Nahfeld in einem Messschritt gemessen und zur Steuerung oder Regelung eines Kompensationsschrittes (an einem vom Messpunkt beabstandeten Punkt) benutzt. Eine Vorrichtung gemäß dieser Ausführung zeichnet sich aus durch ein dem flächigen Material in einem zweiten Kontaktbereich benachbartes zweites leitfähiges Element zur Ausbildung eines elektrischen Nahfeldes und eine dem zweiten Kontaktbereich zugeordnete Feldstärkemesseinrichtung zur Erfassung der Feldstärke des Nahfeldes. Hierbei ist die Kompensationseinrichtung eingangsseitig mit der Feldstärkemesseinrichtung verbunden und zur gesteuerten Zuführung von Ladungsträgern in Reaktion auf das Erfassungsergebnis ausgebildet.In a preferred embodiment According to the invention, said near field is measured in a measuring step and for controlling a compensation step (at a point spaced from the measuring point). A device according to this execution is characterized by the sheet material in a second Contact area adjacent second conductive element for training an electric near field and the second contact area assigned field strength measuring device for recording the field strength of the near field. Here, the compensation device is the input side connected to the field strength measuring device and to the controlled feeder of carriers formed in response to the detection result.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung dieser vorgeschlagenen Vorrichtung ist der zweite Kontaktbereich stromabwärts des ersten Kontaktbereiches angeordnet derart, dass die Steuerung der Zuführung der Ladungsträger als Regelung wirkt. Alternativ hierzu kann der zweite Kontaktbereich stromaufwärts des ersten Kontaktbereiches angeordnet sein, so dass also die Messung des Nahfeldes der Ladungsdoppelschicht vor dem Kompensationsschritt erfolgt. Es handelt sich dann um eine gesteuerte Kompensation. Die Steuerung bzw. Regelung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Kompensationseinrichtung dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf das Erfassungsergebnis der Feldstärkemesseinrichtung selektiv positive oder negative Ladungsträger zuzuführen und wahlweise deren Menge geeignet einzustellen.In a further preferred embodiment of this proposed device, the second contact region is arranged downstream of the first contact region such that the control of the supply of the charge carriers acts as a regulation. Alternatively, the second contact region may be arranged upstream of the first contact region, so that therefore the measurement of the near field of the charge double layer before the compensation step takes place. It is then a controlled compensation. The control or regulation is characterized in particular by the fact that the compensation device is designed to selectively supply positive or negative charge carriers in response to the detection result of the field strength measuring device, and optionally to adjust their quantity appropriately.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, auch aufladungs-kritische Materialien, wie etwa Kunststofffolien oder Papierbahnen, problemlos in schnelllaufenden Anlagen zu fördern bzw. zu verarbeiten.The suggested solution allows it also includes charge-critical materials, such as plastic films or paper webs, easily conveyed in high-speed systems or to process.

Eine bei herkömmlichen Produktionsanlagen bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das erste und/oder zweite leitfähige Element als leitfähige Oberfläche eines die Materialbahn kontaktierenden Antriebs- und/oder Führungselementes einer Fördereinrichtung ausgebildet ist. Speziell ist hierbei vorgesehen, dass das erste und/oder zweite leitfähige (speziell geerdete) Element als Oberfläche einer Umlenkwalze ausgebildet ist.A at conventional Production equipment preferred embodiment provides that the first and / or second conductive Element as the conductive surface of a the material web contacting drive and / or guide element a conveyor is trained. Specifically, it is provided that the first and / or second conductive (specifically earthed) element as a surface a deflection roller is formed.

Die Kompensationseinrichtung selbst weist bevorzugt eine mit einer Hochspannungsquelle verbundene Aufladeelektrode auf, die bezüglich des Materials dem ersten leitfähigen Element gegenüberliegt und Gasionen und frei Elektronen dem Material zuführt.The Compensation device itself preferably has one with a high voltage source connected charging electrode, with respect to the material of the first conductive Element opposite and gas ions and freely supplying electrons to the material.

Verbleibende unipolare Aufladungen (quasi die nicht-kompensierte Schichtebene der Ladungsdoppelschicht oder Teile hiervon) können durch eine der erwähnten Kompensationseinrichtung in Material-Laufrichtung folgende konventionelle Entladeeinrichtung in an sich bekannter Weise beseitigt werden. Eine solche Entladeeinrichtung umfasst dann mindestens eine als solche bekannte Entladeelektrode, wie sie u.a. von der Anmelderin erhältlich ist.remaining Unipolar charges (virtually the uncompensated layer plane the charge bilayer or parts thereof) may be replaced by one of the aforementioned compensation means in the material running direction following conventional unloading be eliminated in a conventional manner. Such an unloading device then comprises at least one discharge electrode known as such, such as they u.a. available from the applicant is.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:advantages and expediencies The invention will be apparent in the rest from the dependent claims as well the following description of two embodiments with reference to the Characters. From these show:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und 1 a schematic representation of a first embodiment of the invention and

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. 2 a schematic representation of a second embodiment of the invention.

1 zeigt als Prinzipskizze eine Kompensationsvorrichtung 10 zur Kompensation von Doppelladungen auf einer in eine Laufrichtung 12 schnell geförderten Materialbahn 11. Die Materialbahn wird bei diesem Ausführungsbeispiel über eine erste und zweite Umlenkwalze 13, 14 Z-förmig umgelenkt. Die Umlenkwalzen 13, 14 haben eine gut leitfähige Oberfläche, die über eine niederohmige Verbindung geerdet ist. 1 shows a schematic diagram of a compensation device 10 to compensate for double charge on one in one direction 12 quickly conveyed material web 11 , The material web is in this embodiment via a first and second guide roller 13 . 14 Z-shaped deflected. The guide rollers 13 . 14 have a good conductive surface which is grounded through a low resistance connection.

An der ersten Umlenkwalze 13 bildet sich aufgrund einer auf dem isolierenden Material 11 ausgebildeten elektrostatischen Doppelschicht ein elektrisches Nahfeld aus, welches durch eine Feldstärke-Messeinrichtung 15 erfasst wird. Der Messeinrichtung 15 ist ein Messverstärker 16 nachgeschaltet, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Steuereinrichtung 17 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 17 gewinnt aus dem aufbereiteten Feldstärke-Messsignal eine Stellgröße, die einem Steuereingang eines Hochspannungsnetzgerätes 18 zugeführt wird.At the first guide roller 13 forms due to a on the insulating material 11 trained electrostatic double layer of an electric near field, which by a field strength measuring device 15 is detected. The measuring device 15 is a measuring amplifier 16 downstream, whose output with an input of a control device 17 connected is. The control device 17 wins from the conditioned field strength measurement signal a manipulated variable, the control input of a high voltage power supply unit 18 is supplied.

Die von diesem erzeugte, in Abhängigkeit vom Feldstärke-Messsignal gesteuerte Hochspannung wird einer Aufladeelektrode 19 zugeführt, die, bezogen auf die Materialbahn 11, gegenüber der zweiten Umlenkwalze 14 angeordnet ist. Das zwischen der Aufladeelektrode 19 und der zweiten Umlenkwalze 14 ausgebildete elektrische Feld ionisiert Gasmoleküle der Atmosphäre und erzeugt und beschleunigt (in Abhängigkeit von Polarität und Betrag der bereitgestellten Hochspannung) Ladungsträger auf die Materialbahn 11 hin, die eine zumindest weitgehende Kompensation der dort vorliegenden Ladungsdoppelschicht bewirken. Etwa verbleibende Restladungen auf der Materialbahn werden bei diesem Beispiel, das eine gesteuerte Kompensation der Ladungsdoppelschicht beschreibt, toleriert.The generated by this, controlled in response to the field strength measurement signal high voltage is a charging electrode 19 supplied, which, based on the material web 11 , opposite the second guide roller 14 is arranged. That between the charging electrode 19 and the second guide roller 14 formed electric field ionizes gas molecules of the atmosphere and generates and accelerates (depending on polarity and magnitude of the provided high voltage) charge carriers on the material web 11 towards an at least substantial compensation of the charge double layer present there. Any remaining charges on the material web are tolerated in this example, which describes a controlled compensation of the charge double layer.

In 2 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine weitere Kompensationsvorrichtung 20 in einer an 1 angelegten Darstellung gezeigt. Funktionsgleiche bzw. – ähnliche Komponenten sind mit an 1 angelehnten Bezugsziffern bezeichnet.In 2 is a further embodiment, a further compensation device 20 in one 1 shown in the illustration. Functionally identical or similar components are included 1 designated reference numerals.

Eine isolierende Materialbahn 21 hat hier über zwei Umlenkwalzen 23, 24 in einer Laufrichtung 22 einen U-förmigen Abschnitt eines Laufweges. Bei dieser Ausführung ist gegenüber der zweiten leitfähigen Umlenkwalze 24 eine Feldstärke- Messeinrichtung 25 angeordnet, deren Messsignal in eine Aufbereitungs- und Regeleinrichtung 26 eingespeist wird, an deren Ausgang eine Stellgröße für ein steuerbares Hochspannungsnetzgerät 28 bereitgestellt wird. Dieses Netzgerät 28 ist mit einer in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform wirkenden Aufladeelektrode 29 gegenüber der ersten leitfähigen Umlenkwalze 23 verbunden.An insulating material web 21 here has two guide rollers 23 . 24 in one direction 22 a U-shaped section of a walkway. In this embodiment, with respect to the second conductive deflecting roller 24 a field strength measuring device 25 arranged, the measurement signal in a processing and control device 26 is fed to the output of a manipulated variable for a controllable high voltage power supply 28 provided. This power supply 28 is with a charging electrode acting in the same manner as in the first embodiment 29 opposite the first conductive deflecting roller 23 connected.

Bei der vorliegenden Ausführung wird durch den Regelkreis die der Materialbahn 21 über die Auflade- bzw. Kompensationselektrode 29 zugeführte Ladung so eingestellt, dass die von der Feldstärke-Messeinrichtung 25 gemessene Feldstärke des Nahfeldes an der Umlenkwalze 24 Null wird. Die Ausgestaltung des Kompensationsvorganges als Regelung ergibt somit bereits eine verbesserte Kompensationswirkung gegenüber der ersten Ausführungsform. Zusätzlich sind stromabwärts der zweiten Umlenkwalze 24 konventionelle Entladeelektroden 31, jeweils mit zugeordnetem Netzteil 32, zur Beseitigung etwa verbleibender unipolarer Aufladungen auf den beiden Oberflächen der Materialbahn 21 vorgesehen.In the present embodiment, the loop is that of the web 21 via the charging or compensation electrode 29 supplied charge adjusted so that by the field strength measuring device 25 measured field strength of the near field at the deflection roller 24 Becomes zero. The design of the compensation process as a rain Already results in an improved compensation effect compared to the first embodiment. In addition, downstream of the second guide roller 24 conventional discharge electrodes 31 , each with associated power supply 32 to eliminate any remaining unipolar charges on the two surfaces of the web 21 intended.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere sind Kombinationen der verschiedenen Aspekte der abhängigen Ansprüche in beliebiger Kombination miteinander dem Schutzbereich der Erfindung zuzurechnen.The execution The invention is not limited to the examples described above, but also in a variety of modifications possible in the context of professional action lie. In particular, combinations of different aspects the dependent claims in any combination with each other, the scope of the invention Act.

Claims

Contraption ( 10 ; 20 ) for the contactless removal of an electrostatic charge double layer from a conveyed flat, electrically substantially insulating material ( 11 ; 21 ), with a conductive element disposed adjacent to the material in a first contact region (US Pat. 14 ; 23 ) for forming a near-field electric field and a contactless compensation device ( 16 - 19 ; 26 - 29 ) for supplying charge carriers to the material in the region of the first conductive element for at least partial compensation of the charges at least in a layer plane of the charge double layer.

Apparatus according to claim 1, characterized by a flat material ( 11 ; 21 ) in a second contact region adjacent second conductive element ( 13 ; 24 ) for forming a near electric field and a second contact area associated field strength measuring device ( 15 ; 25 ) for detecting the field strength of the near field, wherein the compensation device ( 16 - 19 ; 26 - 29 ) on the input side connected to the field strength measuring device and is designed for the controlled supply of charge carriers to the material in response to the detection result.

Device according to claim 2, characterized in that the second contact area ( 24 ) downstream of the first contact area ( 23 ) is arranged such that the control of the supply of the charge carrier acts as a control.

Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the compensation device ( 16 - 19 ; 26 - 29 ) is adapted to selectively supply positive or negative charge carriers to the field strength measuring device in response to the detection result.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second conductive element ( 13 . 14 ; 23 . 24 ) is formed as a conductive surface of the material web contacting drive and / or guide element of a conveyor.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the first and / or second conductive element as a surface of a guide roller ( 13 . 14 ; 23 . 24 ) is trained.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second conductive element is grounded.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation device ( 16 - 19 ; 26 - 29 ) one with a high voltage source ( 18 ; 28 ) connected charging electrode ( 19 ; 29 ) which faces the first conductive element with respect to the material and supplies positive or negative charges to the material.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that downstream of the compensation device ( 26 - 29 ) an unloading device ( 31 . 32 ) for removing remaining unipolar charges from the material ( 21 ) is provided.