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Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Druckhilfe.
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Elektrostatische Druckhilfen werden beim Rotationsdruck, insbesondere beim Tiefdruck eingesetzt. In der Rotations-Drucktechnik wird ein zu bedruckendes Material (z. B. Papier, Pappe oder Kunststofffolie) zwischen einer Druckwalze und einem Presseur hindurchgeleitet. Ein Druckzylinder nimmt in napfförmigen Einbuchtungen, welche in seiner Mantelfläche ausgebildet sind, Farbe aus einer Farbzufuhr auf. Eine Rakeleinrichtung rakelt den Überschuss ab. Um die aufgenommene Farbe aus den napfförmigen Vertiefungen des Druckzylinders auf das zu druckende Material möglichst effizient zu übertragen, wird der elektrisch leitfähig ausgebildete Druckzylinder auf ein elektrisches Bezugspotenzial (Masse) gelegt. Eine begrenzt leitfähige oberflächliche Schicht auf der Mantelfläche des Presseurs („Halbleiterschicht”) wird mit einer geeigneten Einrichtung mit Hochspannung versorgt. Durch die sich auf der Halbleiterschicht ansammelnden Ladungen wird zwischen dieser Schicht und dem elektrisch auf einem Bezugspotenzial befindlichen Druckzylinder ein elektrisches Feld ausgebildet, welches auf die Farbe in den napfförmigen Vertiefungen eine elektrische Feldkraft ausübt, mittels welcher der Übergang der Farbe auf den Bedruckstoff verstärkt/unterstützt und die Qualität des Druckes gesteigert wird.
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Um die Hochspannung effektiv auf die halbleitende Schicht des Presseurs aufzubringen, kommen verschiedene herkömmliche Methoden in Betracht. Eine Möglichkeit ist es, die Ladung auf die Oberfläche über geeignete Elektroden, beispielsweise Nadelelektroden berührungslos aufzubringen, was unter dem Begriff „top loading” bekannt ist. Ein Presseur, welcher für top loading ausgelegt ist, weist innen einen elektrisch leitfähigen Metallkern auf, auf welchen eine elektrisch isolierende Schicht folgt. Optional ist auf dieser elektrisch isolierenden Schicht eine elektrisch hochleitende Schicht ausgebildet. Bezogen auf den Umfang außen ist die Halbleiterschicht ausgebildet. Beim top loading wird die elektrische Ladung der Halbleiterschicht am Presseur-Umfang zugeführt. Die gegebenenfalls vorhandene hochleitende Schicht dient dazu, die elektrische Ladung in Axialrichtung des Presseurs gleichmäßig zu verteilen. Falls diese optionale hochleitende Schicht nicht vorhanden ist, kann eine Nadelelektrode oder dergleichen vorgesehen sein, welche zwecks gleichmäßiger Verteilung der Ladung entlang der gesamten axialen Länge des Presseurs verläuft. Die Isolationsschicht dient dazu, den Abfluss der Ladung zum Bezugspotenzial, das heißt in der Regel nach Masse, zu vermeiden. Ihr elektrischer Widerstand beträgt etwa ein bis mehrere Gigaohm, sodass die aufgebrachte Ladung zwar nicht unmittelbar abfließen kann, jedoch dann, wenn der Presseur nicht mit Ladung beaufschlagt wird, allmählich abfließt.
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In der Druckschrift
EP 1 640 160 A1 ist eine herkömmliche Nadelelektrode für das top loading offenbart, welche mindestens einen Strömungskanal mit einer Ausströmöffnung aufweist, wobei die Ausströmöffnung auf einen Bereich mindestens einer Nadel der Nadelelektrode ausgerichtet ist. Die Ausströmöffnung bzw. der Strömungskanal ist mit einer Druckgasquelle verbindbar, wobei eine dadurch ausgebildete Luft- bzw. Gasströmung bewirkt, dass es Schmutzpartikeln erschwert wird sich auf den Nadeln in der Nadelelektrode abzulagern, wodurch der Aufwand für Wartung und Reparatur verringert wird.
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Eine weitere herkömmliche Methode zum Zuführen der Ladung erfolgt auf direktem Weg zum Kern des Presseurs („direct-charge”). Der metallische Kern des Presseurs ist hierbei isoliert gelagert und an dessen Mantelfläche mit der Halbleiterschicht versehen. Der Halbleiterschicht wird direkt über den Kern die elektrische Ladung zugeführt. Hierzu kommen herkömmlicherweise Elektroden oder Bürstenschleifkontakte zum Einsatz. Aus der Druckschrift
US 4,697,514 ist ein Presseur bekannt, welcher eine isoliert gelagerte Welle aufweist. Dieser Welle wird elektrische Ladung über einen oder mehrere Schleifkontakte zugeführt. Weiterhin ist aus der Druckschrift
US 4,966,555 ein Presseur bekannt, welche eine elektrisch isoliert gelagerte Achse aufweist. Auf der Achse ist ein hohlzylindrischer Kern drehbar gelagert. Über Schleifkontakte wird dem Kern eine elektrische Ladung zugeführt. Die Schleifkontakte stehen in elektrischem Kontakt mit einem Flansch am Ende des Hohlzylinders.
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Die Druckschrift
EP 0 566 463 B1 offenbart einen Presseur, welche eine isoliert gelagerte Achse aufweist. Der Presseur ist aus einem Stahlmantel ausgebildet, auf welchem ein begrenzt leitfähiger Belag ausgebildet ist. Die Ladungszufuhr zum Belag erfolgt über die Achse, ein Kugellager zwischen der Achse und dem Stahlmantel. Weiterhin offenbart die
EP 0 566 463 B1 auch einen Presseur mit einer Welle, wobei der Presseur einen begrenzt elektrisch leitfähigen Belag über einem Stahlmantel aufweist. Diesem Belag wird die elektrische Ladung über ein an der Stirnseite der Welle angeordnetes Kugellager, die Welle und den Stahlmantel zugeführt.
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Von Nachteil bei der direkten Ladungszufuhr über Elektroden, Bürsten und Kugellager ist, dass Verschmutzung, Abnutzung sowie Abrieb die direkte Ladungszufuhr beeinträchtigen.
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Die Druckschrift
EP 1 780 011 A2 offenbart einen Presseur mit einem Kern, wobei dem Presseur die Ladung mittels eines elektrisch leitfähigen Fluides zugeführt wird. Mit dem Kern ist eine Rotorelektrode verbunden, wobei konzentrisch dazu eine Statorelektrode und ein elektrisch leitfähiges Fluid in einem Hohlraum zwischen Rotor- und Statorelektrode vorgesehen sind. Indem eine Hochspannung an die Statorelektrode angelegt wird, wird elektrische Ladung über das elektrisch leitfähige Fluid auf die Rotorelektrode übertragen. Von der Rotorelektrode aus erfolgt die Ladungsübertragung auf den elektrisch leitfähigen Bereich des Zylinders.
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Für beide Prinzipien, das heißt sowohl für „top loading” also auch für „direct-charge” ist es bekannt, den Presseur mit einer elastisch aufweitbaren Einrichtung (einem „Sleeve”) auszustatten. Der Sleeve wird auf den Kern bzw. einen zu diesem Zweck ausgebildeten „Sleeve-Dorn” aufgebracht. Auf dem Sleeve ist die Halbleiterschicht ausgebildet. Für top loading kommt beispielsweise ein Sleeve zum Einsatz, welcher eine Trägerhülse aus GFK aufweist, auf welcher eine Schicht aus halbleitendem Gummi ausgebildet ist. Im Falle von direct-charge ist beispielsweise vorgesehen, dass der Sleeve eine Trägerhülse bzw. eine „Sleeve-Hülse” aus GFK aufweist. Mittels in diese eingebettete elektrische leitfähige Partikel oder aber über einen integrierten elektrisch leitfähigen Ring weist eine solche Trägerhülse zumindest bereichsweise eine elektrische Leitfähigkeit von innen nach außen auf. Eine Schicht aus halbleitendem Material, in der Regel aus halbleitendem Gummi, ist auf der Trägerhülse angebracht. Je nach Breite des jeweils zu bedruckenden Materials kann ein daran angepasster Sleeve auf den Presseur aufgebracht werden, das heißt der Sleeve kann ausgewechselt werden. Auch zu Nachbearbeitungszwecken, wenn beispielsweise die halbleitende Schicht Abnutzungserscheinungen aufweist, ist eine derart abnehmbare Ausgestaltung des Sleeves vorteilhaft. Eine derartig auswechselbare Ausgestaltung des Sleeves erweist sich auch beim top loading als vorteilhaft, da dann ein sogenannter Sicherheits-Sleeve zum Einsatz kommen kann, wenn bei bestimmten Anwendungsfällen eine elektrostatische Aufladung der äußeren Mantelfläche des Sleeves nicht wünschenswert ist. Der Sicherheits-Sleeve ist bzgl. der GFK Trägerhülse definiert hochohmig ableitend (leitend) ausgebildet, das heißt er leitet elektrische Ladungen von seiner Innenseite zu seiner Außenseite und umgekehrt, sodass die Ladung zum Bezugspotenzial, das heißt in der Regel zur Maschinenmasse langsam abfließen kann. Derartige Sicherheits-Sleeves werden vor allem dann eingesetzt, wenn Folienmaterial wie beispielsweise Kunststofffolien bedruckt werden sollen. In diesem Fall ist eine elektrostatische Unterstützung nur bei bestimmten Farbarten erforderlich. Wenn andere Farben verwendet werden, ist eine solche elektrostatische Druckhilfe nicht vonnöten, sodass ein solcher Sicherheits-Sleeve eine Aufladung des Presseurs durch die zu bedruckende Folie verhindern kann, indem er einen Abfluss der entstehenden Ladungen zur Maschinenmasse sicherstellt. Dies geschieht vor allem aus Explosionsschutzgründen, da bei bestimmten Lösungsmitteln, welche in manchen Farbarten enthalten sind, eine elektrostatische Entladung zum Brand bzw. zur Explosion führen könnte. Insbesondere Verschmutzungen begünstigen derartige Spannungsüberschläge, da durch diese der Widerstand zwischen voneinander normalerweise isolierten Bereichen reduziert wird.
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Um Druckmaschinen mit elektrostatischen Druckhilfen, welche Sleeves für verschiedene Bahnbreiten aufweisen, auszurüsten und welche für top loading und direct-charge, gegebenenfalls mit Sicherheits-Sleeves, geeignet sind, ist ein großer Aufwand erforderlich. Insbesondere dann, wenn die Sleeves getauscht werden sollen, beispielsweise gegen Sicherheits-Sleeves, sind Stillstandszeiten der Druckmaschine unumgänglich. Hinzu kommt, dass Presseure, welche für das top loading konstruiert sind, keine elektrische Isolierung gegenüber der Maschinenmasse aufweisen, sodass diese sich von den für direct-charge isolierend gegenüber dem Maschinenrahmen ausgebildeten Presseure grundlegend unterscheiden. Ein Umrüsten eines für top loading geeigneten Drucksystems auf ein für direct-charge geeignetes Drucksystem und umgekehrt ist nicht ohne großen Aufwand möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Druckhilfe anzugeben, welche das Ableiten elektrischer Ladung vom Presseur auf leichtere Weise ermöglicht, wenn der Presseur nicht zur elektrostatischen Unterstützung willentlich mit Ladung beaufschlagt werden soll. Die elektrostatische Druckhilfe soll variabel einsetzbar sein, das heißt ihr soll sowohl eine Ladung mit dem top load-Verfahren, als auch eine Ladung mittels des direct-charge-Verfahrens zugeführt werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrostatische Druckhilfe mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrostatischen Druckhilfe sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Demgemäß weist die elektrostatische Druckhilfe für eine Rotationsdruckvorrichtung folgendes auf:
- – einen Presseur, dessen Kern aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist und der eine äußere Schicht aufweist, die elastisch ist und halbleitende Eigenschaften aufweist;
- – mindestens eine Lagereinrichtung zum drehbaren Lagern des Presseurs;
- – mindestens eine Isoliereinrichtung zum Isolieren der mindestens einen Lagereinrichtung gegenüber einem Massepotential;
- – eine schaltbare Spannungsversorgungseinrichtung für Hochspannung;
- – eine Einrichtung zum Zuführen von Ladung von der Spannungsversorgungseinrichtung zum Presseur;
- – eine Einrichtung zum Abführen der Ladung vom Presseur;
- – eine Schalteinrichtung, welche eingangsseitig mit der Einrichtung zum Abführen der Ladung vom Presseur und ausgangsseitig mit dem Massepotential verbunden ist,
wobei die Schalteinrichtung mindestens ein nichtlineares Schaltelement aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass es beim Überschreiten einer vorab festgelegten Schwellenspannung selbsttätig eine leitende Verbindung der Eingangsseite der Schalteinrichtung mit der Ausgangsseite der Schalteinrichtung herstellt.
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In vorteilhafter Weise ist das mindestens eine nichtlineare Schaltelement durch in eine in Sperrrichtung angeordnete Z-Diode gebildet, deren Durchbruchspannung gleich oder kleiner der für das direct-charge-Verfahren aus Sicherheitsgründen zugelassenen höchsten Betriebsspannung ist. In der Regel werden sich derartige Begrenzungen aus Gründen des Explosionsschutzes ergeben.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist es dabei denkbar, dass die Schalteinrichtung mindestens einen hochohmigen Widerstand zusätzlich zu dem mindestens einen nicht linearen Schaltelement aufweist, wobei der hochohmige Widerstand vorzugsweise schaltbar mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Schalteinrichtung verbunden oder verbindbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schalteinrichtung mit einem ansteuerbaren Schaltelement ausgestattet, wobei zusätzlich eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgelegt ist, das ansteuerbare Schaltelement in Antwort auf ein automatisch oder manuell ausgelöstes Ereignis von einer Öffnungsstellung der Schalteinrichtung in eine Geschlossenstellung der Schalteinrichtung umzuschalten.
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Erfindungsgemäß ist bei der elektrostatischen Druckhilfe der Presseur sowohl dann, wenn er an einer Welle zum Einsatz kommt, als auch dann, wenn er an einer Achse zum Einsatz kommt, elektrisch isoliert gegenüber dem Maschinengehäuse, welches das Massepotenzial darstellt, gelagert. Der Kern aus elektrisch leitfähigem Material des Presseurs, welcher vorzugsweise starr ausgebildet ist, weist an seiner äußeren Mantelfläche eine elektrisch begrenzt leitende („halbleitende”) äußere Schicht auf. In Folge der elektrisch isoliert ausgebildeten Lagerung des Presseurs ist dieser sowohl für das top-loading-Verfahren, als auch für das direct-charge-Verfahren verwendbar. Ein Übergang der Ladung vom Kern zu dessen äußerer Schicht wird nicht durch eine elektrisch isolierende Schicht behindert, wie es bei den herkömmlichen elektrostatischen Druckhilfen des top-loading-Verfahrens üblich ist. Unabhängig davon, ob die Ladungszufuhr mittels direct-charge oder mittels top loading erfolgt, kann stets derselbe Presseur verwendet werden. Wenn die Spannungsversorgungseinrichtung für Hochspannung eingeschaltet ist, erfolgt in beiden Fällen eine Zufuhr elektrischer Ladung zu der Außenschicht, um den Übergang von Farbe auf das zu bedruckende Material zu unterstützen. Bei ausgeschalteter Spannungsversorgungseinrichtung für Hochspannung ist es bevorzugt möglich, durch die schaltbare Ausgestaltung eine elektrisch leitende Verbindung des Kerns des Presseurs mit Masse vorzunehmen, sodass störende (Rest-)Ladungen auf der Außenschicht des Presseurs zum Bezugspotenzial, das heißt nach Masse abfließen können. Dies ist insbesondere für Wartungsarbeiten, beispielsweise Austauschen des Sleeves oder dergleichen vorteilhaft.
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Unabhängig davon, ob ein derartiges manuelles Verbinden mit dem Bezugspotenzial erfolgt, ist aus Sicherheitsgründen (Explosionsschutz) jedoch stets ein nichtlineares Schaltelement vorgesehen. Dieses nichtlineare Schaltelement ist in der Schalteinrichtung vorgesehen, welche eingangsseitig mit der Einrichtung zum Abführen der Ladung vom Presseur und ausgangsseitig mit dem Massepotenzial verbunden ist. Das nichtlineare Schaltelement ist derart ausgebildet, dass es beim Überschreiten einer vorab festgelegten Schwellenspannung selbsttätig eine leitende Verbindung der Eingangsseite der Schalteinrichtung mit der Ausgangsseite der Schalteinrichtung herstellt. Mit anderen Worten, wenn das elektrische Potenzial zwischen dem Presseur und dem Bezugspotenzial (in der Regel Gehäusemasse bzw. Betriebserde) überschritten wird, so löst dieses nichtlineare Sicherheits-Schaltelement automatisch aus und begrenzt die Spannung auf dem leitfähigen metallischen Presseurkern auf den maximal zugelassenen Wert. Dieser Wert wird für gewöhnlich durch die explosionsschutztechnische Zulassung der zuständigen Behörde vorgegeben. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich ein – wie auch immer gearteter – elektrischer Entladungsvorgang unkontrolliert in dem Bereich ausbildet, in welchem potenziell entzündungsgefährdete Lösungsmittel der Druckfarbe oder dergleichen zu finden sind; mit anderen Worten, die maximale Energie einer solchen Entladung darf nie zur Zündung der explosiven Atmosphäre führen. Hierbei ist zu beachten, dass maßgeblich für eine Gefährdung aus Sicht des Explosionsschutzes ist, ob die zur Zündung des Lösungsmittel-Luft-Gemisches erforderliche Zündenergie überschritten wird. Im vorliegenden Fall würde das Überschreiten einer derartigen Zündenergie durch eine elektrische Entladung mit unzulässig hoher Energie erfolgen. Dieses Risiko besteht vor allem beim top loading. Hierbei ergibt sich nämlich das Problem, dass ein (eventuell vorhandener) Widerstand zwischen dem Presseur und der Gehäusemasse in jedem Fall ein lineares Bauteil darstellt. In Betracht kommt hierbei, einen entsprechend hochohmigen Widerstand vorzusehen; es ist jedoch auch möglich, den ohnehin vorhandenen parasitären Widerstand in Folge von nicht idealer Isolation gegenüber dem Bezugspotenzial als einen derartigen hochohmigen Widerstand anzunehmen. Um überhaupt ein elektrostatisch unterstütztes Drucken mittels top loading zu ermöglichen, muss dieser Widerstand derart hoch sein, dass eine ausreichend hohe Spannung am Sleeve des Presseurs aufgebaut werden kann, ohne dass diese sofort wieder über den Widerstand, der ein lineares Bauteil darstellt, zur Masse hin abfließt. Um einen zuverlässigen Explosionsschutz gewährleisten zu können, das heißt um sicherzustellen, dass eine in Folge von elektrischer Entladung im explosionsgefährdeten Bereich auftretende freiwerdende Energie in jedem Fall unterhalb der Zündenergie des jeweiligen Lösungsmittel-Luft-Gemisches bleibt, ist es unabdingbar, dass die maximal auftretende Spannung zwischen Presseur und Masse hart auf einen ungefährlichen Wert begrenzt wird. Dieser wird im einfachsten Fall aus der elektrostatischen Energiegleichung (W = 0,5 CU2) bestimmt, wobei C die Presseurkapazität ist, U die maximale Spannung sowie W die zulässige Zündenergie.
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In vorteilhafter Weise bietet sich für ein derartiges nichtlineares Schaltelement eine Z-Diode an, welche in Sperrrichtung zwischen Presseur und Bezugspotenzial, das heißt zwischen die Einrichtung zum Abführen der Ladung von Presseur und das Massepotenzial geschaltet ist. Die Durchbruchspannung einer derartigen in Sperrrichtung geschalteten Z-Diode ist anhand der zulässigen Zündenergie zu wählen, wobei hierbei eine eventuell variable Presseurkapazität (variable Presseurbreite usw.) berücksichtigt werden muss. Für eine variable Anpassung ist es vorteilhaft, dass eine derartige Z-Diode tauschbar ausgebildet ist und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst ist.
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Beim Vorsehen eines derartigen nichtlinearen Schaltelements ist es dann auch hinsichtlich eines wirksamen top loadings unter Explosionsschutzaspekten möglich, gezielt einen extrem hochohmigen Widerstand (im Gigaohm-Bereich) parallel zu dem nicht linearen Schaltelement vorzusehen, welcher dem Abführen von Ladungen auf „Null” im ausgeschalteten Zustand dienen kann. Auch ein Schalter, beispielsweise auch ein elektronischer Schalter in Form eines Transistors, zum zwangsweisen Abführen von Restladungen für Wartungsarbeiten oder dergleichen kann dann vorgesehen sein, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn die Schwellenspannung der Z-Diode als nichtlineares Schaltelement nicht überschritten wurde.
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Durch die sehr schnelle Auslösezeit der Z-Diode infolge des Lawineneffektes bietet sich diese als nichtlineares Bauteil bzw. Schaltelement vorzugsweise an. Es können jedoch grundsätzlich auch geeignete andersartig gestaltete nichtlineare Schaltelemente zum Begrenzen der maximal zulässigen Zündenergie vorgesehen sein, solange deren automatisches Umschalten in den leitenden Zustand beim Überschreiten einer Schwellenspannung nur schnell genug erfolgt. Denkbar sind somit auch gekapselte Entladungsschalter oder dergleichen, solange sie nur die maximal zulässige Entladungsenergie im aus Explosionsschutzgründen gefährdeten Bereich nach unten begrenzen und bei der zuständigen Zulassungsbehörde für Explosionsschutzsachen als hinreichend sicher eingestuftes Bauelement anerkannt sind.
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Ein derartiger wirksamer Explosionsschutz für die Verwendung der elektrostatischen Druckhilfe in explosionsgefährdeten Umgebungen, beispielsweise beim Verwenden von lösungsmittelhaltiger Druckfarbe oder dergleichen, ist allein mit einem Widerstand oder anderen linearen Elementen bzw. alleine mit einem nicht selbsttätig auslösenden nichtlinearen Schaltelement wie beispielsweise einem manuell betätigbaren Schalter oder dergleichen nicht zu erreichen. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass zu Wartungs- und Montagearbeiten zusätzlich der Presseur mittels eines manuell betätigbaren nichtlinearen Schaltelementes oder dergleichen willentlich mit Masse verbunden wird, um eine sichere, ladungsfreie Handhabung zu gewährleisten. Außerdem ist es selbstverständlich auch möglich, eine derartige manuell betätigbare Entladungseinrichtung zu benutzen, um den Presseur ladungsfrei zu halten, wenn beispielsweise der Synchronlauf oder dergleichen der Druckwerke eingestellt werden soll, ohne dass die erfindungsgemäße elektrostatische Druckhilfe eine entsprechende Ladungsbeaufschlagung durchführt.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass dann auch beim Durchführen von top loading keine Sicherheits-Sleeves mehr vonnöten sind. Die Ableitung unerwünschter elektrischer Ladungen erfolgt dann allein über die Schalteinrichtung.
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Ein derartiger Presseur ist also sowohl für das top loading als auch für direct-charge-Verfahren geeignet. Dessen Lagerung, beispielsweise gegenüber einem Maschinengehäuse, hängt demnach nicht davon ab, ob mit top loading oder mit direct-charge gearbeitet wird. Hierdurch ist ein einheitliches Ausführen der Druckmaschinen und der Presseure möglich. Hierdurch können Kosten gesenkt werden, insbesondere was die Produktion, die Lagerhaltung und den Betrieb betrifft.
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Die äußere Schicht des Presseurs kann (langlebiger) dauerhaft ausgebildet sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die äußere Schicht auf einer Hülse angeordnet. Diese Hülse ist vorzugsweise eine Sleeve-Hülse. Der Kern ist hierbei ein Hülsen-dorn, vorzugsweise ein Sleeve-Hülsendorn. In diesem Fall kann die isolierende Schicht wegfallen, wodurch sich der Aufwand für den Sleeve verringert. Bei einer (langlebiger) dauerhaft ausgebildeten äußeren Schicht kann diese (das heißt die halbleitende Schicht) des Sleeves dann dicker ausgeführt werden. Ein eventuelles Aufbereiten (Nachbearbeiten) des Sleeves kann somit häufiger erfolgen, wodurch sich eine längere Lebensdauer gegenüber herkömmlichen Sleeves ergibt. Zur zumindest bereichsweisen elektrisch leitfähigen Ausbildung dieser Sleeve-Hülse ist diese zumindest in einem Bereich aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet oder aus einem Isolationsmaterial (z. B. GFK) ausgebildet, in welches elektrisch leitfähige Partikel eingelassen sind. Derartige elektrische leitfähige Partikel können zum Beispiel Graphit-, Ruß-, Eisen- oder Kohlefaserteilchen sein. Es kann aber auch in die Hülse mindestens ein elektrisch leitfähiger Ring integriert sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die mindestens eine Lagereinrichtung eine drehstarr mit dem Kern verbundene Welle und mindestens ein Drehlager auf. Das mindestens eine Drehlager ist hierbei derart ausgestaltet, dass es die Welle gegenüber einer Befestigungseinrichtung, vorzugsweise gegenüber einem Maschinengehäuse, drehbar lagert. In diesem Fall ist vorzugsweise des Weiteren vorgesehen, dass die mindestens eine Isoliereinrichtung zwischen einem Lageraufnehmer der Befestigungseinrichtung und der zugehörigen in den Lageraufnehmer eingesetzten mindestens einen Lagereinrichtung angeordnet ist.
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Alternativ ist es möglich, dass die mindestens eine Lagereinrichtung einer Achse mindestens ein Drehlager aufweist. Das mindestens eine Drehlager lagert den Kern auf der Achse drehbar. In diesem Fall ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens eine Isoliereinrichtung zwischen einem Lageraufnehmer der Befestigungseinrichtung und einem Bereich der Achse angeordnet ist, vorzugsweise einem äußeren Bereich der Achse.
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Im Falle der Welle ist es auch möglich, die mindestens eine Isoliereinrichtung zwischen der Welle und der Lagereinrichtung anzuordnen. Des Weiteren ist es möglich, den Presseur mit einer Welle zu versehen, welche als hochohmig ableitende Welle ausgebildet ist.
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Im Falle der feststehenden Achse ist es möglich, dass die Einrichtung zum Zuführen von Ladung von der Spannungsversorgungseinrichtung zum Presseur einen elektrischen Anschluss aufweist, welcher an der feststehenden Achse angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die mindestens eine Isoliereinrichtung zwischen der mindestens einen Lagereinrichtung und der Achse oder zwischen dem Kern und der mindestens einen Lagereinrichtung angeordnet ist. Auch die Achse kann aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein. In diesen Fällen ist es möglich, dass die Einrichtung zum Zuführen von Ladung von der Spannungsversorgungseinrichtung zum Presseur eine Aufladeelektrode ist. Es ist auch möglich, dass die Einrichtung zum Zuführen von Ladung von der Spannungsversorgungseinrichtung zum Presseur und/oder die Einrichtung zum Abführen der Ladung vom Presseur ein seitlich am Kern angeordnetes Fluidübertragungssystem und/oder ein elektrischer Schleifkontakt und/oder ein elektrischer Bürstenkontakt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die mindestens eine Isoliereinrichtung eine zylindrische Lagerschale aus einem elektrisch isolierenden Material. Eine derartige Lagerschale kann einteilig oder geteilt ausgeführt sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Lagereinrichtung ein Wälzlager ist.
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Als Einrichtung zum Zuführen von Ladung kommen verschiedenartig ausgeführte Einrichtungen in Frage. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Einrichtung zum Zuführen von Ladung mindestens eine Aufladeelektrode auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens ein Fluidübertragungssystem auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens einen elektrischen Schleifkontakt auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens einen elektrischen Bürstenkontakt auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens einen elektrischen Kontakt an der mindestens einen Lagereinrichtung auf. Es ist insbesondere jedoch auch möglich, dass die eingangs in der Beschreibung bei der Diskussion des Standes der Technik erwähnten Einrichtungen zum Zuführen von Ladung im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung benutzt werden können.
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Ebenso kommen für die Einrichtung zum Abführen der Ladung verschiedenartige Lösungen in Frage. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Einrichtung zum Abführen der Ladung mindestens ein Fluidübertragungssystem auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens einen elektrischen Schleifkontakt auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens einen elektrischen Bürstenkontakt auf. Alternativ oder zusätzlich weist sie mindestens einen elektrischen Kontakt an der mindestens einen Lagereinrichtung auf. Wiederum gilt, dass die eingangs im Zuge der Diskussion des Standes der Technik erwähnten Einrichtungen zum Abführen der Ladung allesamt mit der erfindungsgemäßen Lösung benutzt werden können.
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Es ist möglich, dass die Einrichtung zum Zuführen von Ladung und die Einrichtung zum Abführen von Ladung dieselbe Einrichtung ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Schalteinrichtung mit der Spannungsversorgungseinrichtung integriert ausgebildet. Mit anderen Worten, die Schalteinrichtung und die Spannungsversorgungseinrichtung teilen sich ein gemeinsames Gehäuse. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung und die Spannungsversorgungseinrichtung jeweils in voneinander getrennten Gehäusen angeordnet sind. Eine integrierte Ausführung innerhalb ein und desselben Gehäuses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Einrichtung zum Zuführen von Ladung von der Spannungsversorgungseinrichtung zum Presseur dieselbe Einrichtung ist wie die Einrichtung zum Abführen der Ladung vom Presseur. Es ist dann möglich, über ein und dieselbe Verbindung mit dem Presseur elektrische Ladung zu und auch wieder abzuführen. Eine separate Anordnung in einem getrennten Gehäuse kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine Nachrüstlösung angeboten wird, das heißt wenn eine herkömmliche elektrostatische Druckhilfe oder ein herkömmliches System mit top loading vorhanden ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das ansteuerbare Schaltelement ein Relais oder einen manuellen Schalter oder einen Halbleiterschalter auf. Insbesondere dann, wenn eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, kann dann über eine elektrische Signalleitung oder dergleichen ein Betriebszustand an das ansteuerbare Schaltelement übermittelt werden, das heißt bei ausgeschalteter Hochspannungsversorgung kann der Kern des Presseurs durch entsprechende Ansteuerung mit Masse verbunden sein und bei eingeschalteter Hochspannungsversorgung kann er von der Masse getrennt sein. Bei ausgeschalteter Maschine oder dann, wenn die Maschine im Einlaufbetrieb läuft, kann der Kern in Folge dieser Ansteuerung mit Masse verbunden sein. Der Kern kann dann von der Masse getrennt werden, wenn die Maschine im Druckbetrieb läuft.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Steuerungseinrichtung eine Signalleitung auf, die mit der Spannungsversorgungseinrichtung verbunden ist. Über eine derartige Signalleitung kann dann eine Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung und der Spannungsversorgungseinrichtung zwecks Ein- bzw. Ausschaltens der Spannungsversorgungseinrichtung erfolgen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuerungseinrichtung mit einer Einrichtung zum Ermitteln der Umdrehungsgeschwindigkeit des Presseurs verbunden. Die Einrichtung zum Ermitteln der Umdrehungsgeschwindigkeit gibt beim Überschreiten einer vorab festgelegten Umdrehungsgeschwindigkeit ein Signal an die Steuerungseinrichtung ab. Dieses Signal stellt das automatisch ausgelöste Ereignis dar, das heißt die Steuerungseinrichtung veranlasst die Schalteinrichtung, den ansteuerbaren Schalter, das heißt beispielsweise das Relais oder den Halbleiterschalter umzuschalten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine elektrostatische Druckhilfe mit Presseur und einer Welle und direct-charge-Hochspannungszuführung in einer schematischen Schnittansicht;
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2 eine elektrostatische Druckhilfe mit Presseur und einer Welle und top load-Hochspannungszuführung in einer schematischen Schnittansicht;
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3 eine elektrostatische Druckhilfe mit Presseur und einer Achse und direct-charge-Hochspannungszuführung in einer schematischen Ansicht; und
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4 eine elektrostatische Druckhilfe mit Presseur und einer Achse und top load-Hochspannungszuführung in einer schematischen Ansicht.
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In der nachfolgenden Beschreibung der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen elektrostatischen Druckhilfe sind gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Aus 1 ist folgendes ersichtlich: Ein insgesamt mit 1 bezeichneter Presseur weist einen zylindrischen Kern 50 auf, der in seinen axialen Endbereichen in eine drehbare Welle übergeht. Der Kern 50 und die Welle sind aus einem elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet.
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Auf der äußeren Mantelfläche des Kerns 50 ist eine Hülse 51, beispielsweise eine Sleeve-Hülse angeordnet. Am äußeren Umfang der Sleeve-Hülse ist eine äußere Schicht 52 ausgebildet, welche aus einem begrenzt elektrisch leitfähigen elastischen Material gebildet ist. Dabei kann es sich beispielsweise um Gummi handeln, welches durch entsprechende Beimischungen (Einschlüsse wie z. B. Graphit-, Ruß-, Eisen- oder Kohlefaserteilchen) begrenzt elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
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Der Presseur 1 weist nicht dargestellte Druckluftkanäle auf, sodass aus einer Druckgasquelle ein unter Druck stehendes Gas, beispielsweise Luft an den Presseur zugeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich, zwischen dem Kern 50 und der Hülse 51 ein Druckluftpolster aufzubauen, wodurch der Sleeve auf einfache Weise in Axialrichtung von der Sleeve-Hülse 51 abziehbar ist.
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Die Bereiche des Kerns 50, welche die Welle bilden, sind mit Lagereinrichtungen 60, beispielsweise Wälzlagern, gelagert. Beispielsweise kommen Kugellager zum Einsatz. Die für gewöhnlich elektrisch leitfähig ausgebildeten Lagereinrichtungen 60 sind in zugehörige Lageraufnehmer 61 eingesetzt, jedoch nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung einer Isoliereinrichtung 70. Bei der Isoliereinrichtung 70 kann es sich beispielsweise um eine elektrisch isolierende Lagerschale handeln.
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An der Welle des Kerns 50 ist eine Kontakteinrichtung 25 vorgesehen, welche mit einer Leitung verbunden ist, die gleichzeitig als Ladungs-Zuführungsleitung 23 und Ladungs-Abführungsleitung 24 dient.
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Diese Ladungs-Zuführungsleitung 23 und Ladungs-Abführungsleitung 24 (auch im Folgenden 23, 24) ist mit einer Spannungsversorgungseinrichtung 20 verbunden. Diese Spannungsversorgungseinrichtung 20 ist schaltbar ausgebildet und stellt eine Hochspannung zur Verfügung. In der Spannungsversorgungseinrichtung 20 ist eine (nicht dargestellte) Schalteinrichtung vorgesehen, welche eingangsseitig mit der Leitung 23, 24 und ausgangsseitig mit einem Massepotenzial 21, beispielsweise der Maschinenmasse verbunden ist. Die Schalteinrichtung weist mindestens ein (nicht dargestelltes) nichtlineares Schaltelement auf. Dieses ist derart ausgebildet, dass es beim Überschreiten einer vorab festgelegten Schwellenspannung selbsttätig eine leitende Verbindung zwischen der Leitung 23, 24 und dem Massepotenzial 21 herstellt. Diese leitende Verbindung ist sehr niederohmig, sodass im Bedarfsfall auch ein Explosionsschutz gewährleistet ist. Das vorliegende nichtlineare Schaltelement ist beispielsweise eine Z-Diode, welche in Sperrrichtung zwischen die Leitung 23, 24 und das Massepotenzial 21 geschaltet ist. Die Spannung für ihren Lawinendurchbruch liegt in einem Bereich, welcher derart gestaltet ist, dass die infolge einer elektrischen Entladung freiwerdende Zündenergie zwischen dem Presseur 1 und dem Erdpotential nicht erreicht bzw. überschritten wird.
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Die Spannungsversorgungseinrichtung 20 ist mit einer Steuerungseinrichtung 10 verbunden.
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Beim Betrieb der dargestellten elektrostatischen Druckhilfe an einer (nicht dargestellten) Rotationsdruckanlage wird dann, wenn an den Presseur elektrische Ladung übertragen werden soll, mittels der Steuerungseinrichtung 10 die Spannungsversorgungseinrichtung 20 derart angesteuert, dass diese eine Hochspannung an die Ladungs-Zuführungsleitung 23 ausgibt. Diese Hochspannung wird mittels der Kontakteinrichtung 25 auf den leitfähigen Kern 50 und die elektrisch leitfähige Hülse 51 übertragen und anschließend auf die äußere Schicht 52 übertragen. Sie wirkt durch das zu bedruckende Material, welches zwischen dem Presseur 1 und dem Druckzylinder hindurchgeführt wird, auf die auf dem Druckzylinder vorhandene Farbe ein.
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Infolge der Isolierung der Lagereinrichtungen 60 gegenüber dem Massepotenzial 21 („Maschinenmasse”) fließt diese Hochspannung nicht zum Massepotenzial 21 ab.
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Bei Bedarf wird mittels der Steuerungseinrichtung 10 die Hochspannungsversorgungseinrichtung 20 abgeschaltet und eine (nicht dargestellte) zusätzliche nichtlineare Schalteinrichtung, beispielsweise ein einfacher Schalter, welche zusätzlich zu dem selbsttätig schaltenden nicht linearen Schaltelement in der Spannungsversorgungseinrichtung 20 vorgesehen ist, eine Verbindung zwischen dem Kern 50 über die Kontakteinrichtung 25 und die Leitung 23, 24 mit dem Massepotenzial 21 herstellt. Hierdurch werden unerwünschte elektrische Entladungen vermieden.
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In dem Ausführungsbeispiel aus 2 ist eine Aufladeelektrode 22 vorgesehen, welche über eine gesonderte Ladungs-Zuführungsleitung 23 mit der Spannungsversorgungseinrichtung 20 verbunden ist. Die Ladungs-Abführungsleitung 24 dient weiterhin dem Abführen unerwünschter Ladungen vom Presseur 1 und ist mit einer Kontakteinrichtung 25 verbunden, wie es oben im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel aus 1 erläutert wurde. Die Aufladeelektrode 22 ist beispielsweise eine Nadelelektrode. Diese Aufladeelektrode 22 ist parallel zum Presseur 1 angeordnet und dient dem Aufladen der äußeren Schicht 52 mittels top loading.
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Wenn über den Presseur 1 eine elektrische Ladung auf den zu bedruckenden Stoff aufgebracht werden soll, steuert die Steuerungseinheit 10 die Spannungsversorgungseinrichtung 20 entsprechend an, und elektrische Ladung wird über die Aufladeelektrode 22 auf die äußere Schicht 52 aufgebracht. Infolge der Isolierung der Lagereinrichtungen 60 mittels der Isoliereinrichtungen 70 gegenüber dem Massepotenzial 21 ist gewährleistet, dass die aufgebrachte elektrische Ladung dann nicht nach Masse abfließt, solange nicht die Schwellenspannung des mindestens einen nichtlinearen Schaltelementes innerhalb der Spannungsversorgungseinrichtung 20 überschritten ist. Sobald jedoch diese Schwellenspannung überschritten wird, das heißt sobald jedoch gemäß der Auslegung der elektrostatischen Druckhilfe jene (eine) Zündenergie überschritten wird, welche das Entzünden eines Lösungsmittel-Luft-Gemisches im Bereich des zu bedruckenden Materials zur Folge haben könnte, so stellt das selbsttätig wirkende (betätigende) nichtlineare Schaltelement eine niederohmige Verbindung zwischen dem Kern 50 über die Kontakteinrichtung 25 und die Ladungs-Abführungsleitung 24 zum Erdpotential (Massepotenzial) 21 her.
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Zusätzlich kann ein hochohmiger Widerstand in der Spannungsversorgungseinrichtung 20 vorgesehen sein, welcher beispielsweise auch ein parasitärer (Isolations-)Widerstand sein kann. Über diesen Widerstand (nicht dargestellt) können Ladungen abfließen, wenn die Aufladung abgeschaltet wurde – der Presseur kann sich auf Erdpotential entladen und der Presseur 1 nach dem Abschalten der Spannungsversorgungseinrichtung 20 allmählich entladen werden.) Die Steuerungseinrichtung 10 ist außerdem über eine Steuerleitung direkt mit der Spannungsversorgungseinrichtung 20 verbunden und kann ein zusätzlich vorgesehenes nicht dargestelltes Schaltelement, welches in der Spannungsversorgungseinrichtung 20 angeordnet ist, derart ansteuern, dass bei eingeschalteter Spannungsversorgungseinrichtung 20 keine Verbindung von der Ladungs-Abführungsleitung 24 mit dem Massepotenzial 21 erfolgt, bei abgeschaltetem Hochspannungsgenerator jedoch diese Verbindung hergestellt wird. Dadurch ist ein schnelles Abfließen der Ladung bei ausgeschalteter Spannungsversorgungseinrichtung 20 vom Presseur 1 zum Massepotenzial 21 gewährleistet.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform aus 1, wobei jedoch eine feststehende Achse 55 vorgesehen ist, welche den Presseur 1 über Lagereinrichtungen 60, beispielsweise Wälzlager in Form von Kugellagern, lagert. Die Lagerung der Achse 55 selbst erfolgt wiederum über Isoliereinrichtungen 70. Wie bereits oben diskutiert, ist am Kern 50 außen eine äußere Schicht 52 vorgesehen, welche begrenzt elektrisch leitfähig ausgebildet ist und elastisch ist, beispielsweise eine aufvulkanisierte Gummischicht mit eingeschlossenen elektrisch leitfähigen Partikeln.
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Wiederum dient eine kombinierte Ladungs-Zuführungsleitung 23 und Ladungs-Abführungsleitung 24 (im Folgenden: Leitung 23, 24) der Verbindung der Spannungsversorgungseinrichtung 20 mit dem Kern 50, wobei hier die elektrische Verbindung über einen direkten Anschluss der Achse 55 an die Leitung 23, 24 erfolgt. Die Lagereinrichtungen 60 sind elektrisch leitfähig, wodurch auch der Kern 50 eine elektrische Verbindung mit der Leitung 23, 24 aufweist. Infolge der isolierenden Lagerung der Achse 55 gegenüber der Maschinenmasse 21 ist gewährleistet, dass die Ladung nicht in unerwünschter Weise abfließt. Wie oben jedoch diskutiert, wird das mindestens eine nichtlineare Schaltelement, welches wiederum nicht dargestellt ist und in der Spannungsversorgungseinrichtung 20 angeordnet ist, selbsttätig beim Überschreiten seiner Schwellenspannung eine differenziell niederohmige Verbindung zwischen der Leitung 23, 24 und dem Massepotenzial 21 bewirken, sodass der Einsatz in explosionsgeschützten Umgebungen möglich ist.
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Zusätzlich kann eine wiederum vorgesehene Steuerungseinrichtung 10 über eine Verbindung mit der Spannungsversorgungseinrichtung 20 ein zusätzlich vorgesehenes nichtlineares betätigbares Schaltelement innnerhalb der Spannungsversorgungseinrichtung 20 öffnen bzw. schließen, sodass auch eine wahlweise schaltbare Verbindung zwischen dem Presseur und dem Massepotenzial 21 hergestellt werden kann.
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In 4 ist wiederum ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das demjenigen aus 2 ähnelt. Es ist auch hier wieder eine Aufladeelektrode 22 vorgesehen, welche an eine separate Ladungs-Zuführungsleitung 23 angeschlossen ist, die ihrerseits eine elektrische Verbindung mit der Spannungsversorgungseinrichtung 20 hat. Eine Ladungs-Abführungsleitung 24 ist direkt mit der Achse 55 einerseits und der Spannungsversorgungseinrichtung 20 andererseits verbunden. Diese Verbindung wurde im Zusammenhang mit dem in 3 erläuterten Ausführungsbeispiel oben beschrieben und soll hier nicht wiederholt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1640160 A1 [0004]
- US 4697514 [0005]
- US 4966555 [0005]
- EP 0566463 B1 [0006, 0006]
- EP 1780011 A2 [0008]