DE2064545B2

DE2064545B2 - Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen eines Materials

Info

Publication number: DE2064545B2
Application number: DE2064545A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6202 Hahn Marx
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1979-09-06
Also published as: BE777424A; AT317678B; US3716755A; SE361748B; DE2064545C3; JPS535816B1; IT945668B; CH528199A; ES398456A1; CA949122A; ZA718702B; DE2064545A1; AU452831B2; NL7117483A; AU3704771A; FR2121128A5; GB1377490A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elelcrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen eines Materials nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung scum elektrostatischen Aufladen von Isolierschichten (US-PS 03 401) sind unter der aufzuladenden Schicht »ine geerdete walzenförmige Gegenelektrode und über der Schicht eine Entladungselektrode und seitlich angeordnete Hilfselektroden angebracht. Die Entladungselektrode besteht beispielsweise aus einer Nadelreihe oder einer Schneide, während die Hilfselektroden entweder die Form von Streifen mit einer Schneide oder von Walzen aufweisen. Der Abstand der Hilfselektroden von dem aufzuladenden Material ist im allgemeinen kürzer als der Abstand der Entladungselektrode von dem Material gehalten.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-AS 12 08629) führt eine walzenförmige Sprühelektrode gegenüber zwei feststehenden Hilfselektroden eine Drehbewegung aus. Auf der Oberfläche der Sprühelektrode ist ein Wendel aufgebracht, die die Ent'adungskante bildet

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart zu verbessern, daß über eine lange Betriebsdauer, unabhängig von der Größe dsr zu behandelnden Materialoberfiäche, eine stets gleichmäßige Auf- oder Entladung über die gesamte Oberfläche bei niedriger Betriebsspannung der Sprühelektrode erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst

Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Patentansprüche zu ersehen.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß anstelle der bekannten Sprühkegel, die von jeder Nadelspitze einer Sprühelektrode ausgehen, sich eine dichte Sprühwand zwischen den Sprühelektroden und der Saugelektrode aufbaut, die selbst bei Ausfall einzelner Nadelspitzen, keine Lücken der Auf- oder

Entladung der Materialoberfläche entstehen läßt Dadurch ergibt sich auch mit niedriger Coronaspan-

nung bei konstantem Abstand zu dem zu behandelnden Material über eine lange Betriebsdauer ein störungsfreies Arbeiten, da der geringe Abstand der Nadeln voneinander eine geringe elektrische Belastung jeder einzelnen Nadelspitze mit sich bringt Hierdurch ergibt sich auch daß bei einem nicht vermeidbaren Ausfall einer Nadel ein Ausgleich durch die benachbarten Nadeln geschaffen wird. Von Vorteil ist auch, daß die auf der Saugelektrode niedergeschlagenen Verschmutzungen ohne Unterbrechung des Betne'usvorganges ent-

ίο fernt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit schräg zur Materialbahnebene verlaufenden Sprühelektroden,

Fig.2 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit zur Materialbahnebene parallel verlaufenden Sprühelektroden und

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Unteransicht der Erfindung.

Die Materialien, deren Oberflächen aufgeladen oder entladen werden, sind Papier, Textilien, Leder, Gummi, kunststoffbeschichtete Metallfolien, entsprechende Verbundmaterialien und insbesondere fotoelektrisch leitende Isolierschichten, wie sie in elektrofotografischen Kopiergeräten, Rückvergrößerungsgeräten und dgl. eingesetzt werden.
Als Saugelektrode 1 wird eine aus leitendem Vollmaterial, beispielsweise Chrom-Nickel-Stahl bestehende, drehbare Walzen verwendet, deren Oberfläche aufgerauht ist Die Aufrauhung geschieht durch Schmirgeln Sandstrahlen, Rändeln oder eine andere mechanische Bearbeitung und hat zur Folge, daß eine

6^r> feine, kanten- und eckenartige Oberflächenstruktur geschaffen wird, die die Elektronen besser einfangen oder abgeben kann.
Die Drehbewegungsrichtung der Walze ist beliebig

und kann mit oder gegen die Materialbahnbewegung erfolgen. Zweckmäßig erfolgt die Drehbewegung in Materialbahnrichtung. Die beiden Bewegungen können miteinander gekoppelt oder relativ zueinander unterschiedlich sein. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Umlaufgeschwindigkeit der Saugelektrode etwa doppelt so groß einzustellen wie die Materialbahngeschwindigkeit.

Die Sprühelektroden 2 werden gebildet aus einem Metallprofil 9, an welchem kammartig und, wie aus F i g. 3 zu entnehmen, die einzelnen elektrisch leitenden Nadeln 3 in gleicher Höhe parallel nebeneinander befestigt sind. Der Abstand der Nadeln bzw. der Nadelspitzen 4 voneinander kann bis zu einigen Nadelstärken betragen. Vorteilhaft jedoch wird ein geringerer Abstand gewählt. In bevorzugter Ausführungsform beträgt der Abstand der Nadeln voneinander eine Nadelstärke.

Die Nadelstärken liegen im Bereich zwischen etwa 2 mm upd etwa 0,i nun. In Abhängigkeit vom Material, das aufgeladen oder entladen werden soll, werden dickere oder dünnere Nadelstärken verwendet So wird man bei der Entladung von zum Beispiel Textiioberflächen dicke Nadeln verwenden. Bei der bevorzugten elektrostatischen Aufladung photoeiektrisch leitender Isolierschichten werden extrem dünne Nadeln mit Stärken von etwa 0,1—1 nun mit ausgeprägt feinen Spitzen benutzt. Nadelstärken von 0,3 mm haben sich besonders bewährt

Als Material für die Nadeln wird Stahl, eine spezielle Stahl- oder andere Metall-Legierung oder Edelmetall eingesetzt

Die Saugelektrode 1 befindet sich in der Mitte der Anordnung und gegenüber dem zu behandelnden Material 10 in einem senkrechten Abstand A, der im wesentlichen von der angelegten Hochspannung bestimmt wird und zwischen etwa 5 und 30 mm beträgt Die Saugelektrode 1 ist durch die Isolierung 5 von den Sprühelektroden 2 getrennt angeordnet Der Saugelektrode 1 sind zwei Sprühelektroden 2 zugeordnet Es ist auch möglich, mehrere Anordnungen hintereinander in gestreckter oder gekrümmter Bahn anzuordnen.

Die Spitzen 4 der Sprühelektroden 2 sind der Saugelektrodenwalze 1 im gleichen Abstand und parallel zu deren Achse zugeordnet und zwar so, daß sich die untere Mantellinie 7 (F i g. 2) der Saugelektrode 1 in etwa gleicher Höhe mit den Nadelspitzen 4 befindet Kleinere Höhenabweichungen sind möglich, wobei aber darauf geachtet werden muß, daß das Sprühen stets nur aus den Nadelspitzen 4 erfolgt

Die Richtung der Nadelanordnung der Sprühelektrode 2 in Bezug auf die Materialbahnebene 10 und die Saugelektrode 1 kann variiert werden, in der Weise, daß die Nadeln 3 parallel zur Materialbahnebene 10 und in Richtung auf die Saugelektrode 1 liegen oder einen Winkel zur Senkrechten zur Materialbahnebene 10 bilden. In vorteilhafter Ausführung nehmen die Sprühelektroden 2 einen Winkel von 0° bis etwa 60° zur Materialbahnebene ein, wie dies in F i g. 1 und 2 angedeutet ist Es ist auch möglich, die Nadelanordnung senkrecht zur Materialbahnebene anzuordnen und die Nadeln 3 zur Saugelektrode 1 entsprechend abzubiegen. Die Winkelanordnung hangt auch davon ab, ob eine flach gebaute Anordnung oder eine kompaktere Form in einer größeren Maschine verwendet werden soll.

Der Abstand B parallel zur Materialbahnebene zwischen den Nadelspitzen 4 und der Oberfläche der Saugelektrode 1 ist abhängig von der anzulegenden Hochspannung und beträgt etwa 5 bis 15 ram. Bei wesentlicher Vergrößerung der Hochspannung ist auch ein größerer Abstand möglich. Bei einer Hochspannung von 10 kV beträgt der Abstand etwa 10 mm.
Die Saugelektrode 1 kann mit einer Reinigungsanlage 12 versehen sein, beispielsweise in Form einer abstreifenden, feststehenden oder rotierenden Bürste, welche anhaftende Verschmutzungen ohne Arbeitsunterbrechung entfernt Die Bürstenreinigung kann über

to einen in die Isolierkörper 5, 6 eingelassenen Kanal erfolgen.

Der Isolierkörper 5 der Saugelektrode ist im Querschnitt U-förmig, wobei die Breite der inneren öffnung von dem Durchmesser der Saugelektrode

is abhängt Die Saugelektrode wird so weit eingeschlossen, daß nur der kleinere Teil ihrer Oberfläche über die U-Schenkel übersteht In bevorzugter Ausführungsform steht die Saugelektrode 1 nur einige Millimeter, etwa 1 —3, über der Isolierung. Die U-Schenkel sind an ihren

Innenseiten zweckmäßigerweise abgeschrägt

Die Isolierung 6 der Sprühelektrode^ 2 schirmt die Vorrichtung gegen Berührung von außen ab und kann als Gehäuse ausgeführt sein.
Als Isoliermaterial werden geeignete, bekannte

Isolierstoffe, insbesondere Kunststoffe, verwendet

Wie in Fig.2 gezeigt, können die Isolierkörper 5, 6 Kanäle 11 zur Zuführung oder Absaugung von Gasen und/oder Staubteilchen enthalten. Im Falle einer Absaugung wird mit nur geringem Unterdrück gearbeitet, wodurch zwar die bei der Auf- oder Entladung gebildeten unerwünschten Gase entfernt werden, die Bewegung der laufenden Materialbahn oder des Einzelformates jedoch nicht gestört wird. Ist eine stärkere Absaugung erforderlich, so kann zweckmäßig mit einer doppelten Anordnung gearbeitet werden. Andererseits kann unter Zuführung von Luft eine bessere Führung des Materials erzielt werden. Nach dieser Methode wird das bevorzugt zu behandelnde elektrophotographische Material auf die Gegenelektrode 8 gepreßt, womit besserer Kontakt, konstanter Abstand A und ruhige Führung des Materials erzielt werden.

Die Anordnung der Kanäle 11 in den Isolierkörpern 5, 6 ist an sich beliebig. Es ist jedoch zweckmäßig, bei Absaugung die Kanäle 11 senkrecht und bei Zuführung von Luft im spitzen Winkel zur Materialbahn 10 und in deren Laufrichtung anzuordnen.

Als Gegenelektrode 8 kann eine Walze oder ein Metall- oder ein metallisiertes Transportband dienen.

Unter Berücksichtigung des zu behandelnden Materials und dessen Format ist die erfindungsgemäß: Vorrichtung für Hochspannungen im Bereich von 1 bis 15 kV oder darüber eingerichtet Im Falle der bevorzugten Behandlung photoelektrisch leitender Isolierschichten sina Hochspannungen zwischen etwa 4 und etwa 12 kV geeignet

Die Vorrichtung eignet sich zur Auf- oder Entladung von dielektrischen Materialien, welche mit Geschwindigkeiten zwischen 1 bis 50 m/min, bevorzugt 4—20 m/min geführt werden.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wurde bei einer Hochspannung von 6000VoIt für Zinkoxidpapier im DIN A4 Format bei einer Durchlaufgeschindigkeit von 11 m/min die richtige Sättigung erreicht Es wurden dabei Nadeln mit einer Stärke von 03 mm eingesetzt, und es herrschte ein Nadelabstand von 03 mm. Der Abstand B zwischen den Nadelspitzen und der Saugelektrode betrug 10 mm, und der Abstand

A von der Saugelektrode zum Papier war 18 mm.

Mit einer Anordnung aus Spitzenelektroden in Kombination mit seitlich angeordneten Hilfselektroden ergab sich erst bei einer Hochspannung von 10 000 Volt und bei der niedrigen Geschwindigkeit von 6 m/min für Zinkoxidpapier richtige Sättigung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen eines Materials mittels einer Sprühelektrode in Form einer Nadelreihe, einer Saugelektrode als drehbare, zur Sprühelektrode parallele Walze, die auf gleichem elektrischen Potential wie eine unterhalb des Materials, der Saugelektrode gegenüber befindliche Gegenelektrode liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Sprühelektrode (2) in Form einer Nadelreihe vorgesehen ist, daß die Saugelektrode (1) zwischen den beiden Sprühelektroden (2) angeordnet ist und daß der Abstand der unteren Mantelllinie (7) der Saugelektrode (1) von der Materialbahnebene (10) dem Abstand der Nadelspitzen (4) der Sprühelektroden (2) von dieser Materialbahnebene (10) entspricht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugelektrode (1) von einem im Querschnitt Ü-förmigen isolierkörper (S) umgeben ist und einen bis drei Millimeter in Richtung auf die Materialebene (10) aus dem Isolierkörper (5) herausragt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die walzenförmige Saugelektrode (1) mit einer aufgerauhten Oberfläche versehen ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Nadeln (3) voneinander in den Nadelreihen der Sprühelektrode (2) gleich einer NadelstLke ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelstärke 0,1 bis 1 mm beträgt

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bus 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (3) der Sprühelektroden (2) mit den Nadelspitzen einander zugewandt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (3) der Sprühelektroden (2) mit der Materialbahnebene (10) einen Winkel von 0° bis 60° einschließen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Isolierkörper (6), der als Gehäuse der Vorrichtung ausgebildet ist, die Sprühelektroden (2) und den die Saugelektrode (1) umgebenden Isolierkörper (5) umschließt

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (5,6) Kanäle (U) für die Zufuhr von Luft oder das Absaugen von staubhaltiger Luft und/oder Gas aufweisen.