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Vorrichtung zum Erzeugen elektrostatischer Kräfte Die Erfindung bezieht
sich auf Vorrichtungen, die von der Erscheinung Gebrauch machen, welche auf dem
Coulombschen Gesetz beruht. Diese Erscheinung läßt sich am besten an einem elektrischen
Halbleiter, wie z. B. Kalkstein. veranschaulichen, auf dessen eine Oberfläche eine
Schicht eines leitenden Materials aufgebracht ist und mit dessen gegenüberliegender
glatter Oberfläche ein leitender Gegenstand, der entweder magnetisch oder nichtmagnetisch
sein kann, in Berührung gebracht ist. Wenn zwischen der leitenden Oberfläche und
dem leitenden Gegenstand ein Spannungsabfall hergestellt wird, dann wird der leitende
Gegenstand mehr oder weniger fest an der Kalksteinoberfläche gehalten. Die zwischen
dem Halbleiter und dem magnetischen oder nichtmagnetischen leitenden Gegenstand
entstehende Kraft ist eine elektrostatische Kraft im Gegensatz zu einer elektromagnetischen
Kraft. Diese Erscheinung hat in der Technik der Hochfrequenztelefone. elektrischen
Relais, Elektroskope und elektrostatischen Voltmeter ausgedehnte Anwendung gefunden.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art ist zwischen zwei I,eitern
ein Halbleiter angeordnet, der aus einem Material besteht, dessen elektrische Leitfähigkeit
durch chemische Behandlung auf einen bestimmten Wert gebracht ist.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Ausnutzung der elektrostatischen
Kräfte zwischen zwei durch eine Isolierschicht von außerordentlich geringer Dicke
getrennten Leitern ist die Isolierschicht durch chemische Behandlung der Oberfläche
des einen Leiters auf dieser fest haftend erzeugt.
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Gemäß einer weiteren bekannten Ausführungsform wird zum Antrieb von
Vorrichtungen, welche die bei elelitrischem Stromdurchgang durch ein aus einem Halbleiter
und einem ihn berührenden Halbleiter oder I,eiter bestehendes Aggregat zwischen
den Berührungsflächen auftretende elektrostatische Anziehungskraft ausnutzen, durch
das Aggregat ausschließlich Wechselstrom geleitet.
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Weiter ist eine Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Impulse in
mechanische Kräfte bekannt welche die Erscheinung ausnutzt, daß, wenn zwei Platten
durch eine dielektrische Flüssigkeitsmischung besonderer Art getrennt sind, die
Flüssigkeitsmischung bewirkt, daß die beiden Platten als eine Einheit arbeiten,
solange zwischen den Platten eine elektrische Potentialdifferenz besteht.
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Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine zum Erzeugen elektrostatischer
Kräfte dienende Vorrichtung mit einem Element, das aus einem Material mit einem
spezifischen Widerstand zwischen 102 und 1010 Ohm cm hergestellt ist und mit dessen
einer Fläche eine aus einem Material mit einem spezifischen
Widerstand unter 102
Ohm cm bestehende Schicht innig und dauernd verbunden ist, einem relativ zu dem
Element bewegbaren leitenden Gegenstand und einem Energieerzeuger, der zum Liefern
elektrischer Ladungen dient und mit der genannten Schicht in Reihe mit dem leitenden
Gegenstand verbunden ist.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der vorgenannten
Art, welche elektrostatische Kräfte von verhältnismäßig hoher Intensität zu erzeugen
vermag und welche in der Technik Verwendung finden kann, wo verhältnismäßig große
mechanische Kräfte verlangt werden, beispielsweise als Vor richtung zum Festhalten
eines Arbeitsstückes während der Durchführung von Bearbeitungsvorgängen, ferner
als Kupplung, als Bremse od. dgl.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung der vorgenannten Art dadurch
gekennzeichnet, daß das das Element bildende Material mit einem spezifischen Widerstand
zwischen 102 und 1010 Ohm cm verhältnismäßig steif und wesentlich dicker als die
aus dem Material mit einem spezifischen Widerstand unter 102 Ohm cm bestehende Schicht
ist und zwischen dem leitenden Gegenstand und dem Element eine aus einem Material
mit einem spezifischen Widerstand größer als 1010 Ohm cm bestehende Schicht angeordnet
ist.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Mehrzahl
von aus dem halbleitenden Material mit einem spezifischen Widerstand zwischen 102
und 1010 Ohm cm bestehenden Lamellen vorgesehen,
bei welchen zwischen
benachbarten Lamellen eine Isolierung vorgesehen ist und an welche jeweils aus leitendem
Material mit einem spezifischen Widerstand unter 102 Ohm cm bestehende Schichten
gebunden sind, die durch die Isolierung voneinander isoliert sind, wobei die leitenden
Oberflächen abwechselnder aus dem leitenden Material bestehender Schichten mit den
entgegengesetzten Polen des Energieerzeugers verbunden sind.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung gewisser Charakteristiken
von Vorrichtungen bekannter Art; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche
weitere Charakteristiken von Vorrichtungen bekannter Art zeigt; Fig. 3 ist eine
graphische Darstellung von Charakteristiken von Vorrichtungen, auf welche die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung angewendet sind; Fig. 4 ist eine graphische Darstellung
von weiteren Charakteristiken von Vorrichtungen gemäß der Erfindung; Fig. 5 ist
ein Schnitt durch eine elektrostatische Aufspannvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Kupplungs- oder Bremsmechanismus
gemäß der Erfindung; Fig. 7 ist eine Stirnansicht einer Fördereinrichtung. auf welche
die Grundsätze der Erfindung angewendet sind; Fig. 8 ist ein Schnitt durch diese
Fördereinrichtung nach der Linie 8-8 von Fig. 7; Fig. 9 ist eine schematische Darstellung
einer Servoeinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 10 ist eine Draufsicht auf eine
geschichtete Werkstücktragvorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 11 ist ein vergrößerter
Teilschnitt nach der Linie 11-11 von Fig. 10; Fig. 12 ist eine abgeänderte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß Fig. 10, bei welcher eine mosaikartige Ausbildung an Stelle
der geschichteten Aushildung verwendet ist; Fig. 13 ist ein vergrößerter Teilschnitt
nach der Linie 13-13 von Fig. 12; Fig. 14, 15 und 16 zeigen abgeänderte Ausführungsformen
der Oberflächenkonfiguration des geschichteten Ausbaus gemäß Fig. 10.
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Das Coulombsche Gesetz besagt, daß eine Potentialdifferenz zwischen
parallelen leitenden Platten eine Kraft erzeugt. die direkt proportional dem Produkt
der infolge der Potentialdifferenz entstehenden Ladungen auf den Platten und umgekehrt
proportional dem Ouadrat des Ahstandes zwischen den Platten ist.
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Nach dem Stand der Technik hat man bisher ein halbleitendes Material
zwischen den beiden leitenden Platten verwendet, um bei Vorrichtungen, wie Nullspannungsrelai
s und Hochfrequenztelegrafie- oder Hochfrequenztelefoniegeräten mechanische Kräfte
zwischen den Platten zu erzeugen. Solche Geräte erfordern nur geringe Kräfte. Es
ist durch Versuche festgestellt worden, daß der Verwendung von Vorrichtungen. wie
sie bisher in der Technik beschrieben worden sind, bestimmte Grenzen auferlegt sind.
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Aus Fig. 1. in welcher die Ergebnisse einer Prüfung nach den Lehren
des Standes der Technik wiedergegehen sind, ist ersichtlich, daß sich die Haftkraft
mit einem Anstieg der angelegten Spannung, im wesentlichen mit dem Quadrat der Spannung
vergrößert. was die Übereinstimmung mit dem Coulombschen Gesetz anzeigt. Es ist
ferner ersichtlich, daß bestimmte
Grenzen und Abweichungen vom Couloml>schen Gesetz
bei Spannungen erreicht werden, die, wie die Prüfung ergeben hat, in der Nähe von
300 bis 400 kr liegen. Je höhere Spannungen der Vorrichtung aufgedrückt werden,
um so weniger steigt die Kraftkurve an, bis sie im wesentlichen waagerecht verläuft.
Wenn der Stromfluß durch die Vorrichtung als Funktion der angelegten Spannung aufgetragen
wird, dann ist ersichtlich, daß während der Zeit, während welcher die Kraft in Übereinstimmung
mit dem Coulombschen Gesetz zunimmt, nur ein geringer oder gar kein Strom fließt.
Andererseits ergibt sich, daß, wenn die Kraft aufhört zu steigen, größer und größer
werdende Ströme fließen, die im wesentlichen im Verhältnis zur ersten Potent der
angelegten Spannung stehen.
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Weitere Prüfungen, die an Vorrichtungen bekannter Art durchgeführt
wurden, haben die Gründe für die Abweichung vom Coulombschen Gesetz und das begrenzte
Krafterzeugungsvermögen aufgezeigt. Untersuchungen des Potentials innerhalb des
halbleitenden Teiles in bezug auf den leitenden Körper haben ergeben, daß mit einem
Anstieg des Stromflusses inner halb des halbleitenden Teiles große Potentialabfälle
(Gradienten) auftreten, welche die an seiner leitenden Fläche verfügbare Spannung
wirksam begrenzen.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Potentialgradient von der äquipotentialen
hinteren Fläche größer und größer wird, wenn die angelegte Spannung und der Strom
zunehmen (vgl. Fig. 1). Die Schnittpunkte dieser Kurven mit der vorderen oder Kontakt-
oder Arbeitsfläche des Halbleiters fallen sämtlich in einen verhältnismäßig engen
Bereich. Dieser enge Bereich scheint die aus Fig. 1 ersichtliche Spannung zu sein,
bei welcher die Kraftkurve von dem Coulombschen Gesetz abweicht. Es ist daher ersichtlich,
daß, mit Ausnahme von kleinen Änderungen in den Charakteristiken der Oberflächen
des Kontaktes zwischen dem Halbleiter und dem leitenden Gegenstand, die Kraft, welche
entwickelt werden kann, grundsätzlich beschränkt ist.
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Durch Versuche ist gefunden worden, daß die Kraftkurve gemäß Fig.
1 in Ubereinstimmung mit dem Coulombschen Gesetz dadurch beträchtlich ausgedehnt
werden kann, daß ein zusammengesetzter Teil zwischen der Potentialquelle und dem
leitenden Körper verwendet wird. Dieser zusammengesetzte Teil kann eine Schicht
eines Materials von verhältnismäßig niedrigem Widerstand, die mit einem Element
von beträchtlich höheren Widerstand innig und dauernd verbunden ist, und eine zusätzliche,
verhältnismäßig dünne Schicht eines Materials von einem den Widerstand des genannten
Elementes übersteigenden Widerstand einschließen, wobei diese dünne Schicht auf
eine Oberfläche des Elementes aufgebracht ist, die derjenigen gegenüberliegt, mit
welcher die andere Schicht verbunden ist. Natürlich kann diese letztgenannte dünne
Schicht, deren Widerstand denjenigen des genannten Elementes übersteigt, mit gleicher
Leichtigkeit auch auf die Oberfläche des leitenden Gegenstandes statt auf das Element
aufgebracht werden.
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Der hier verwendete Ausdruck »Widerstand« be zieht sich auf den spezifischen
Widerstand (Ohm cm! Es ist gefunden worden, daß das Element dieses zusammengesetzten
Teiles irgendein Material sein kann, von dem eines seiner elektrischen Merkmale
dasjenige ist, das sein Widerstand innerhalb des Bereiches von 102 bis 1010 Ohm
cm liegt. Solche natürlichen Materialien, wie Kalkstein oder Schiefer, oder irgendeines
von vielen leitenden Materialien, die zu einem Isolator
entwertet
worden sind. oder von isolierenden LIaterialien, die zu einem Leiter entwertet worden
sind. fallen in diese Klassifizierung.
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Beispiele der letztgenannten WIaterialien sind verschiedene Äfetalloxyde.
wie z. B. Titanoxyd, welches zu dem Ätetall reduziert worden ist, oder die Einführung
von leitenden Materialien in eine isolierende Masse, wie z. B. die Einführung eines
leitenden blaterials in eine liautschukmasse, um ein homogenes halbleitendes Material
zu bilden. Die mechanischen Eigeilschaften solcher Halbleiter ändern sich offensichtlich
über einen verhältnismäßig großen Bereich, und der verwendete besondere Halbleiter
hängt von dem speziellen Fall ab. auf welchen die Grundsätze der vorliegenden Erfindung
angewendet werden sollen.
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Es ist gefunden worden, daß der verhältnismäßig dünne Film eines
Materials, dessen Widerstand denjenigen des verhältnismäßig dicken Materials des
zusammengesetzten Teiles übersteigt, eine flüssige, halbflüssige oder feste Form
haben oder Kombinationen davon bilden kann. Beispiele solcher flüssigen Stoffe sind
niedrigpolymere Silicone, wie z. B. Polysiloxane geringer Viskosität. und gewisse
fluorierte Kohlenwasserstoffe, wie Polytetrafluoräthylen und Polymono chlortrifluoräthylen.
Beispiele solcher halbfiössigen Stoffe sind höherpolymere Formen der obengenannten
Slaterialien, wie z. B. gelierte Polysiloxane hoher NTiskosität. Beispiele solcher
festen Stoffe sind feine zerteilte Metalloxydmaterialien, wie Ti O2 und Al2 03.
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Die letzteren Materialien können allein oder in Kom bination mit gewissen
isolierenden Trägerstoffen, wie z. B. noch höher polymeren Siliconen oder Phenol--oder
Styrolmaterialien, verwendet werden. Eine erwünschte Eigenschaft einiger dieser
Materialien isl daß sie eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten bewirken können.
Die verhältnismäßig dünne Schicht aus einem Material, welches einen spezifischen
Widerstand besitzt, der denjenigen des halbleitenden Alaterials übersteigt, kann
auch die Form einer Membran aus z. B. Polyäthylenterephthalat oder Polystyrol haben.
Zahlreiche andere Materialien mit einem Widerstand über 1010 Ohm cm können für besondere
Fälle der Anwendung der Erfindung verwendet werden. Es ist oft erwünscht, die Innigkeit
des Kontaktes zwischen dem Halbleiter und der LIembran durch Verwendung eines der
obengenannten flüssigen oder halbfesten Materialien zwischen den beiden Teilen zu
verbessern. Das Material, dessen Widerstand größer als t010 Ohin cm ist, soll, wie
später angegeben, in einer solchen Weise verwendet werden, daß an der Oberfläche
des festzuhaltenden Gegenstandes optimale Ladungen erzeugt werden.
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Die Schicht des zusammengesetzten Teiles. deren Widerstand kleiner
als derjenige des halbleitenden Elementes ist, kann irgendein Leiter sein, und sie
hildet in dem vorliegenden betrachteten Fall einen verhältnismäßig dünnen Äletallfilm,
der mit der Oberfläche des Halbleiters. die derjenigen gegenüberliegt. auf welche
die Schicht von höherem Widerstand aufgebracht ist, innig und dauernd verbunden
sein und folienartige oder kolloidale Metalle in geeigneten Tragerbindemitteln einschließen
kann. Beispiele von folienartigen Metallen sind Aluminiumfolie und Blattgold oder
Blattsilber. Beispiele von kolloidalen Metallen sind die verschiedenen Silberfarben,
die für auf gedruckte Stromkreise geeignet sind.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, einen solchen zusammengesetzten
Teil aus einem homogenen Element, das ein Isoliermaterial von hohem Widerstand aufweist.
zu bilden und seinen Widerstand von der
einen Oberfläche zu der anderen zu vermindern.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein keramischer Block carburiert und nachfolgend
halbiert wird, um dadurch zwei solcher zusammengesetzten Teile zu erzeugen.
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Die Verwendung eines zusammengesetzten Teiles gemäß der vorstehenden
Beschreibung in elektrischer Reihenschaltung mit einer Potentialquelle und einem
leitenden Gegenstand erzeugt Kräfte, welche genügen, die Erfordernisse der mechanischen
Technik zu erfüllen. Aus Fig. 3. welche die Ergebnisse von Prüfungen an Vorrichtungen
gemäß der Erfindung wiedergibt, ist ersichtlich, daß die Kraft mit der angelegten
Spannung zunimmt und im wesentlichen dem Coulombschen Gesetz für eine viel höhere
angelegte Spaniiung entspricht, als es mit Vorrichtungen bekannter Art möglich war.
Ferner ist der Stromfluß über den ganzen Bereich der angelegten Spannung außerordentlich
niedrig, was beweist, daß die resultierende Kraft die angegebene Größe hat.
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Die obengenannten Daten sind in Fig. 4 veranschaulicht, welche den
Potentialgradient durch den zusammengesetzten Teil darstellt, der gemäß den Grundsätzen
der Erfindung hergestellt ist. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß zwischen der Rückfläche
(Fläche von niedrigem Widerstand) und der Vorderfläche, an welcher der leitende
Gegenstand in Berührung mit dem zusammengesetzten Teil ist, ein wesentlich geringerer
Potentialverlust vorhanden ist, als im Fall der Vorrichtung bekannter Art, wie er
in Fig. 2 veranschaulicht ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5, in der in etwas schematischer Weise
eine Aufspannvorrichtung oder ein Werkstücktragtisch im Schnitt wiedergegeben ist,
ist ein Grundkörper 10 aus irgendeinem geeigneten Material, z. B. Gußeisen, mit
einer Vertiefung versehen, welche eine isolierende Auskleidung 11 aufnimmt, die
aus irgendeiner der bekannten Uberzugsmassen oder aus Materialien bestehen kann,
wie sie für Isolationszwecke in der Elektrotechnik verwendet werden. Die Auskleidung
11 ist vertieft, um einen zusammengesetzten Teil 12 in solcher Weise aufzunehmen,
daß sämtliche Oberflächen des Teiles 12 mit Ausnahme seiner oberen Fläche vollständig
in die Auskleidung 11 eingeschlossen sind.
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Der zusammengesetzte Teil 12 weist einen Kern oder ein Grundelement
13 auf, welches aus einem halbleitenden Material gebildet ist, das einen spezifischen
Widerstand innerhalb der Grenzen von 10-bis 1010 Ohm cm besitzt. Ein Überzug 14
auf der Unterseite ist mit dem Grundelement 13 innig und dauernd verbunden, und
dieser Überzug kann aus irgendeinem der oben beschriebenen Materialien bestehen,
deren spezifischer Widerstand kleiner als 102 Ohm cm ist. Eine verhältnismäßig dünne
Schicht 15 aus einem Material, dessen spezifischer Widerstand höher als 1010 Ohm
cm ist, ist auf die obere Fläche des Elementes 13 aufgebracht. Wie oben erwähnt,
steht eine große Zahl von Materialien für die Teile 13, 14 und 15 zur Verfügung,
und sie können entsprechend den gewünschten Ergebnissen und dem Zweck, für welchen
die Erfindung angewendet werden soll, ausgewählt werden.
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Die isolierende Auskleidung 11 ist mit einer Bohrung 16 versehen,
die sich durch die Auskleidung vollständig hindurcherstreckt und in Ausrichtung
mit einer kleineren Bohrung 17 in dem Gußeisengrundkörper 10 liegt. Eine Druckfeder
18 ist innerhalb der Bohrung 16 zwischen einer Schulter 19 des Grundkörpers 10 und
der unteren Fläche eines Kolbens 20 angeordnet.
der sich in der
Bohrung 16 auf- und abbewegen kann.
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Der Kolben 20 ist mit einem Schaft 21 versehen, der sich durch den
Grundkörper 10 nach unten erstreckt und mit einem isolierenden Teil 22 versehen
ist, der sich auf einem Schaltarm 23 abstützt, welcher mit Kontakten 24 bzw. 34
zu dem nachfolgend genannten Zweck zusammenwirkt.
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Der gegossene Grundkörper 10 ist mit einer Bohrung 25 versehen, in
welcher eine isolierende Hülse 26 angeordnet ist, durch welche sich ein Leiter 27
hindurcherstreckt, der in innigen Kontakt mit dem unteren, verhältnismäßig dünnen
Oberflächenüberzug 14 steht. Der Leiter 27 ist mit dem einen der Kontakte 24 verbunden,
und der andere Kontakt 24 ist mit einem Leiter 28 verbunden, der zu einem Energieerzeuger
29 führt.
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Bei der Anwendung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung in der
mechanischen Technik ist es außerordentlich wichtig, daß zum Unterschied von einigen
Vorrichtungen bekannter Art niederfrequenter Wechselstrom von den Arbeitsflächen
der Vorrichtung ferngehalten wird, da eine zufällige Berührung mit niederfrequentem
Wechselstrom unwillkürliche Muskel reaktionen und eine Muskelfaserhöhlung hervorruft.
Bei Gleichstrom oder hochfrequentem Wechselstrom tritt eine solche Muskelreaktion
nicht auf.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Energieerzeugers 29 weist daher
Mittel auf, welche Wechselstrom auf Potentiale von mehreren hundert bis mehreren
tausend Volt erhöht, was von dem Zweck abhängt, für welchen die Vorrichtung verwendet
werden soll. Er umfaßt ferner Mittel zum Gleichrichten des Wechselstromes, um einen
Gleichstrom bei diesen höheren Spannungen zu liefern, der der Vorrichtung elektrische
Ladungen zuführt, sowie geeignete Mittel zum Schutz der Bedienungsperson und des
Energieerzeugers gegenüber Ladungen oder gegen das Versagen von irgendwelchen Elementen
in dem Energieerzeuger. Die eine Klemme des Energieerzeugers 29 ist mit dem Leiter
28 und die andere Klemme mit einem geerdeten Punkt 30 verbunden, der außerdem mit
dem Grundkörper 10 verbunden ist. Wechselstrom kann dem Energieerzeuger 29 über
die Leitungen L1 und L2 in der üblichen Weise zugeführt werden und ist in der Eingangsleitung
für den Energieerzeuger 29 ein Schalter 31 vorgesehen. Der Schalter 31 kann von
der Bedienungsperson bedient werden, und er wird gewöhnlich geöffnet, bevor ein
Arbeitsstück auf der Arbeitsstücktragßäche 15 angeordnet wird.
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Der Grundkörper 10 ist mit Ansätzen 32 versehen, die durchgehende
Öffnungen 33 aufweisen, so daß der gesamte Aufbau an irgendeiner Maschine lösbar
angebracht werden kann.
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Da der Schaft 21 des Kolbens 20 in der Bohrung 17 des gegossenen
Grundkörpers 10 verschiebbar geführt ist und die Druckfeder 18 zwischen der unteren
Fläche des Kolbens 20 und der Schulter 19 des Grundkörpers 10 sitzt, ist dadurch
eine Erdverbindung zu dem Kopf des Kolbens 20 geschaffen. Demgemäß wird ein Arbeitsstück,
wenn es auf die Oberseite der Aufspannvorrichtung aufgebracht wird, geerdet, bevor
die Kontakte 24 durch den Schaltarm 23 geschlossen werden, und zwar ohne Rücksicht
auf die jeweilige Stellung des Schalters 31.
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Der vorgesehene zusätzliche Satz von Kontakten 34 ist geschlossen,
wenn der Schaltarm 23 sich in seiner oberen Lage befindet, d. h. wenn kein Arbeitsstück
auf die obere Fläche 15 der Aufspannvorrichtung aufgebracht ist, ist einer der Kontakte
34 mit dem Grundkörper 10 und daher mit Erde und der andere Kontakt
34 mit dem Leiter
27 verbunden, welcher zu der unteren Fläche 14 des zusammengesetzten Teiles 12 führt.
Diese Anordnung kann benutzt werden, um eine Erdung des zusammengesetzten Teiles
12 zu gewährleisten, wenn sich kein Arbeitsstück auf der Aufspannvorrichtung befindet.
Ihr Zweck besteht darin, irgendeine elektrostatische Ladung abzuleiten, die in dem
Teil 12 nach dem Öffnen des Schalters 31 zurückbleiben kann.
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In Fig. 6, in welcher im Schnitt eine Kupplung gemäß der Erfindung
dargestellt ist, ist ein Antriebsteil 35, der aus einem beliebigen gegossenen oder
sonstwie hergestellten Baumaterial bestehen kann, auf eine Eingangswelle 36 aufgekeilt.
Der Teil 35 ist auf der mit 37 bezeichneten Seite vertieft, um eine isolierende
Auskleidung 38 ähnlich der isolierenden Auskleidung 11 der in Fig. 5 wiedergegebenen
Vorrichtung aufzunehmen. Die isolierende Auskleidung38 weist ebenfalls eine Vertiefung
auf, welche einen zusammengesetzten Teil 39 aufnimmt, der dem zusammengesetzten
Teil 12 gemäß Fig. 5 ähnlich ist und aus Elementen 40, 41 und 42 zusammengesetzt
sein kann, die aus den obengenannten Materialarten entsprechend den gewünschten
Ergebnissen und dem Anwendungszweck der Kupplung ausgewählt werden können. Der zusammengesetzte
Teil 39 ist in geeigneter Weise mit dem Antriebsteil 35 verbunden, ebenso wie die
isolierende Auskleidung 38.
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Eine Scheibe 43 aus irgendeinem leitenden Material ist mit einer
Nabe 44 versehen, die auf die Ausgangswelle 45 aufgekeilt ist, die in zweckentsprechender
Weise in Ausrichtung mit der Welle 36 angeordnet ist. Ein verhältnismäßig biegsamer
Teil 46 der Scheibe 43 liegt zwischen der Nahe 44 und einem ringförmigen Teil 47
der Scheibe 43. Der ringförmige Scheibenteil 47 ist von der Außenoberfläche 41 des
zusammengesetzten Teiles 39 durch einen sehr kleinen Abstand in der Größenordnung
von etwa 0,025 oder 0,050 mm getrennt.
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An dem Antriebsteil 35 ist ein isolierender Ring 48 befestigt, der
einen ringförmigen Leiter 49 trägt, welcher mit einer Bürste 50 in Berührung kommen
kann, so daß dem ringförmigen Leiter 49 während der Drehung des Antriebsteiles 35
elektrische Ladungen zugeführt werden können. Der Teil 35 ist mit einer Bohrung
51 versehen, die eine isolierende Hülse 52 einschließt, welche sich von der isolierenden
Auskleidung 38 zu dem isolierenden Ring 48 erstreckt.
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Ein Leiter 53 erstreckt sich von dem stromführenden Ring 49 auf dem
isolierenden Ring 48 durch die Hülse 52 hindurch zu der inneren Oberfläche 42 des
zusammengesetzten Teiles 39, mit welcher er einen elektrischen Kontakt herstellt.
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Ein Schleifring 54 ist einstückig mit der Nabe 44 der Scheibe 43
verbunden und steht im Eingriff mit einer Bürste 55, die über einen Leiter 56 mit
der einen Seite eines Energieerzeugers 57 verbunden ist, wobei der Leiter 56 und
der Energieerzeuger 57 bei 58 geerdet sind. Die Bürste 50 ist mit der Hochspannungsseite
des Energieerzeugers 57 elektrisch verbunden, dem Wechselstrom über die Leitungen
L1 und L2 und ein Relais 59 zugeführt wird. Der Energieerzeuger 57 ist im wesentlichen
von der gleichen Art wie derjenige, der in Fig. 5 bei 29 dargestellt ist, und er
führt der inneren Fläche 42 des zusammengesetzten Teiles 39 und der Scheibe 43 elektrische
Ladungen zu.
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Wenn die Eingangswelle36 umläuft und das Relais 59 geöffnet ist,
bleibt die Ausgangswelle 45 in Ruhe. Beim Schließen des Relais 59 wird zwischen
dem zusammengesetzten Teil 39 und der Scheibe 43
eine elektrostatische
Anziehung hervorgerufen, wodurch die Scheibe 43 in innige Berührung mit der äußeren
Fläche 41 des zusammengesetzten Teiles 39 gezogen und damit die Drehung der Eingangswelle
36 auf die Ausgangswelle45 übertragen. Durch Öffnen des Relais 59 versiegt die Quelle
der elektrischen Ladungen zwischen dem zusammengesetzten Teil 39 und der Scheibe
43, so daß der biegsame Teil 46 der Scheibe 43 den Teil 47 der Scheibe von der Fläche
41 des zusammengesetzten Teiles 39 trennt. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen
kann offensichtlich im wesentlichen die gleiche Einrichtung für eine Bremse verwendet
werden. In einem solchen Fall wird der Teil 35 mit einem feststehenden Rahmenteil
starr verbunden, und die Bürste 50 und der Kollektorring 49 können weggelassen werden,
so daß der Leiter 53 unmittelbar zu dem Energieerzeuger 57 führt.
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In den Fig. 7 und 8, in welchen eine umlaufende Fördervorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt ist, ist ein zylindrischer Körper 60 aus Isoliermaterial
auf einer Antriebswelle 61 aufgekeilt. Der isolierende Körper 60 kann aus irgendeinem
der bekannten elektrisch isolierenden Baustoffe bestehen. Die äußere Oberfläche
des isolierenden Körpers 60 hat die Form von axialen Rippen 62, die mit gleichen
Abständen um den Umfang des Körpers 60 angeordnet sind. Zwisehen den Rippen 62 sind
segmentförmige Teile 63 angeordnet. die einen zusammengesetzten Aufbau mit einem
zwischenliegenden Element 64 haben, das aus einem der obengenannten halbleitenden
Massen hergestellt ist und einen spezifischen Widerstand zwischen den Grenzen von
102 bis 1010 Ohm cm hat. Jedes der Elemente 64 ist innen mit einem Überzug 65 aus
einem der Materialien mit einem Widerstand unter 102 Ohm cm und außen mit einer
verhältnismäßig dünnen Schicht 66 aus einem Material versehen. das aus der Kategorie
der obengenannten Materialien mit einem spezifischen Widerstand über 1010 Ohm cm
ausgewählt ist. Jeder der bogenförmigen zusammengesetzten Teile 63 ist mit dem isolierenden
Körper 60 starr verbunden. so daß ein einheitlicher Bauteil erhalten wird, welches
durch die Antriebswelle 61 gedreht werden kann. Die Schicht 66 der zusammengesetzten
Teile 63 kann auf die Oberfläche dieser Teile beschränkt sein. sie kann aber auch
durchlaufend sein, d. h. die Rippen 62 überbrücken.
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Die eine Stirnseite des einheitlichen Bauteils kann bei 67 (Fig.
8) in solcher Weise vertieft sein, daß sie einen Stromverteiler aufnehmen kann,
der schematisch durch einzelne Rollen 68 veranschaulicht ist, die ii nachgiebige
Berührung mit dem verhältnismäßig diinnen Überzug 65 der segmentförmigen Teile 63
gedrückt werden. Der verhältnismäßig dünne Überzug 65 muß aus Materialien ausgewählt
werden. welche eine gute Leitfähigkeit haben und einer Abnutzung auf Grund der Wirkung
der Rollen 68 widerstehen. oder es können abnutzungsfeste, leitende Segmente hinzugefügt
werden, auf welchen die Rollen 68 laufen, um eine Beschädigung des verhältnismäßig
dünnen Überzugs 65 der zusammengesetzten Teile 63 zu verhindern.
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Es sei bemerkt, daß die Rollen 68 nur bei einigen der Teile 63 vorgesehen
und sämtlich mit einem gemeinsamen Leiter 69 verbunden sind, der zu der einen Seite
eines Energieerzeugers 70 führt, welcher allgemein von derselben Ausbildung ist
wie derjenige. der bei der Vorrichtung gemäß den Fig. 5 und 6 verwendet ist. Eine
zusätzliche Rolle 71 ist vorgesehen, welche die Segmente 63 berührt, wenn sie an
diesen vorbeigeht, und diese Rolle 71 ist bei 72 geerdet. Ein
Förderband oder ein
leitendes Material 73, das durch die Vorrichtung fortbewegt werden kann, ruht auf
dem Außenumfang des drehbaren Bauteils und steht mit Teilen 63 in Berührung, die
ihrerseits die Rollen 68 berühren. Mit dem Förderband oder leitenden Material 73
steht eine leer laufende Rolle 74 in Berührung, die selbst mit einem Leiter 75 verbunden
ist, der sowohl zu einer Erdverbindung 76 als auch zu dem Energieerzeuger 70 führt.
Dem Energieerzeuger 70 wird Wechselstrom über die Leitungen L1 und L2 in der üblichen
Weise zugeführt, und ein Schalter 77 oder eine andere Vorrichtung ist vorgesehen,
durch welche das Arbeiten der Fördervorrichtung durch eine Bedienungsperson gesteuert
werden kann.
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Wenn sich die Vorrichtung in dem in den Fig. 7 und 8 dargestellten
Zustand befindet, hat das Förderband oder leitende Material 73 Erdpotential. Das
Schließen des Schalters 77 läßt elektrische Ladungen an den Rollen 68 und damit
an den Innenflächen 65 derjenigen Teile 63 entstehen, die in Berührung mit dem Band
73 sind, so daß eine- elektrostatische Kraft zwischen dem Band 73 und denjenigen
Teilen 63 erzeugt wird, die in Berührung mit den Rollen 68 stehen.
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Demzufolge bewirkt ein Umlaufen des drehbaren Bauteils im Uhrzeigersinn
eine Bewegung des Bandes 73 nach rechts (Fig. 7). Sobald jeder Teil 63 außer Berührung
mit der am weitesten rechts liegenden Rolle 68 kommt, berührt er die Rolle71, wodurch
er geerdet wird. Dadurch werden die Ladungen auf dem Teil 63 abgeleitet, und es
ist keine Anziehungskraft zwischen diesem Teil 63 und dem Band 73 vorhanden.
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Durch Öffnen des Schalters 77 zu irgendeiner Zeit wird der Energieerzeuger
70 ausgeschaltet, und die einzigen Ladungen, die zwischen dem Band 73 und den in
Berührung mit den Rollen 68 befindlichen Teilen 63 zurückbleiben, sind Restladungen,
welche während der darauffolgenden Umdrehung des drehharzen Bauteils entfernt werden,
sobald jeder Teil 63 in Berührung mit der geerdeten Rolle 71 kommt.
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Die vorstehend beschriebene Fördervorrichtung gemäß den Fig. 7 und
8 ist von besonderem Vorteil beim Fördern von leitenden Bahnen, da ein verhältnismäßig
großer Bereich der Bahn eine über die Bahn verteilte gleiche Anziehungskraft erfährt.
was erlaubt. an die Bahn bei ihrer Förderung beträchtliche Kräfte anzulegen. zum
Unterschied von der hohen Einheitskraft. die bei solchen Einrichtungen auftritt.
bei denen eine dünne Materialbahn zwischen zwei Walzen hindurchgeht, die eine Linienberührung
der Bahn herstellen.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7 und 8 kann natürlich auch
ein endloses Band aus leitendem Material verwendet werden, welches mit der geerdeten
Seite des Energieerzeugers verbunden ist und z. B. nachgiebig gegen einen nichtleitenden,
verhältnismäßig dünnen Streifen aus Material gedrückt wird. welches gefördert werden
soll. Das endlose Band wird elektrostatisch mit dem nichtleitenden Streifen in Berührung
gedrückt, der über einem Abschnitt der Oberfläche des umlaufenden Hauptteiles liegt,
und der dünne, nichtleitende Streifen. der zu fördern ist, kann dann an die Stelle
der verhältnismäßig dünnen Fläche 66 treten, die einen Widerstand über 1010 Ohm
cm hat.
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In Fig. 9, in welcher schematisch eine Servoeinrichtung gemäß der
Erfindung dargestellt ist, werden von zwei Energiezufuhrwellen 78 und 79, die aus
Isolierstoff bestehen können oder wenigstens von der zu beschreibenden Einrichtung
isoliert sind, zwei drehbare Trommeln 80 bzw. 81 getragen. Die Trommeln 80 und 81
bilden zusammengesetzte Teile aus rohrförmigen Elementen 82 bzw. 83 aus einem halbleitenden
Material
mit einem spezifischen Widerstand zwi schen den Grenzen von 102 und 1010 Ohm cm.
Mit der inneren Umfangsfläche der Elemente 82 und 83 ist eine Schicht 84 bzw. 85
aus einem der Materialien mit einem spezifischen Widerstand unter 102Ohm cm innig
und dauernd verbunden. Die äußeren Umfangsflächen der Elemente 82 und 83 sind mit
verhältnismäßig dünnen Schichten 86 bzw. 87 aus einem Material mit einem spezifischen
Widerstand über 1010 Ohm cm versehen. DemgemäB haben diese zusammengesetzten Teile
80 und 81 die Merkmale der zusammengesetzten Teile 12, 39 bzw. 63 der Ausführungsformen
nach den Fig. 5, 6 und 7. Die zusammengesetzten Teile 80 und 81 können in der gleichen
Richtung umlaufen. Ein endloser Riemen 88 kann einen Abschnitt jedes der Teile 80
und 81 in umgekehrter Beziehung umfassen, und außerdem läuft er über leer laufende
Scheiben 89, 90 und 91. Elektrische Kontaktbürsten 92 bzw. 93 sind mit den gegenüberliegenden
Enden eines Potentiometers 94 verbunden und stehen in elektrischer Berührung mit
den Schichten 84 bzw.
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85 der Teile 80 bzw. 81. Der Kontaktarm 95 des Potentiometers 94 ist
mit der einen Seite eines Energieerzeugers 96 elektrisch verbunden, welcher die
gleichen allgemeinen Merkmale wie der Energieerzeuger70 der Ausführungsform nach
Fig. 7 besitzt. Die gegenüberliegende Seite des Energieerzeugers 96 ist mit einer
leer laufenden Rolle 97 elektrisch verbunden, die in Berührung mit dem endlosen
Riemen 88 läuft, welcher aus einem leitenden Material besteht, das entweder magnetisch
oder nichtmagnetisch sein kann. Die Rolle 97 ist außerdem bei 98 mit Erde verbunden.
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Dem Energieerzeuger 96 kann Wechselstrom über die iiblichen Leitungen
L1 und L2 zugeführt werden, und es ist ein Schalter 99 vorgesehen, der von der Bedienungsperson
betätigt werden kann. Wenn sich die Vorrichtung in dem in Fig. 9 dargestellten Zustand
befindet und der Arm 95 die Mittelstellung auf dem Potentiometer 94 einnimmt, werden
den Elementen 84 und 85 über die Bürsten 92 bzw. 93 gleiche Ladungen zugeführt,
während der leitende Riemen 88 geerdet ist. Demgemäß gleitet der endlose Riemen
88, wenn die Wellen 78 und 79 in der gleichen Richtung gedreht werden, auf der äußerenUmfangsfläche
der zusammengesetzten Teile80 und 81, so daß eine an dem endlosen Riemen 88 befestigte
Belastung 100 sich nicht bewegt.
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Eine Verstellung des Potentiometerarmes 95 nach rechts (Fig.9) vergrößert
die dem Element 85 des Teiles 81 zugeführte Ladung und vermindert die dem Element
84 des Teiles 80 zugeführte Ladung, so daß zwischen dem Teil 81 und dem endlosen
Riemen 88 größere elektrostatische Kräfte und zwischen dem Teil80 und dem endlsoen
Riemen 88 geringere elektrostatische Kräfte erzeugt werden, wodurch bewirkt wird,
daß sich die Belastung 100 nach links bewegt.
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Wenn die Belastung 100 wieder in ihre Lage gebracht worden ist oder
ihre Aufgabe in der Einrichtung erfüllt hat, können nicht dargestellte Mittel üblicher
Art l)ewirken, daß sich der Potentiometerarm von selbst auf die Alitte einstellt,
wodurch die Spannungen und demgemäß die Kräfte zwischen dem Teil 81 und dem Riemen
88 und diejenigen zwischen dem Teil 80 und dem Riemen 88 wieder gleichgemacht werden,
wobei die Belastung 100 in ihrer eingestellten Lage verbleibt, während die Teile
80 und 81 sich weiterdrehen.
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Es kann irgendein übliches Servo-Rückkopplungssystem l>enutzt
werden, um die Stellung des Potentiometerarmes 95 und demgemäß die Lage der Belastung
100 zu regeln.
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Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung, an Stelle des Potentiometers
94, 95 einen einpoligen Umschalter zu verwenden, und in diesem Fall ist augenblicklich
eine maximale Kraft wahlweise an jedem der Teile 80 oder 81 verfügbar.
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Die Fig. 10 bis 16 stellen abgeänderte Arheitsstückhaltevorrichtungen
dar, die derart ausgebildet sind, daß eine Mehrzahl von leitenden Gegenständen mit
gleichen Intensitäten festgehalten werden kann und die leitenden Gegenstände sich
im wesentlichen auf Erdpotential befinden, ohne daß sie unmittelbar mit dem Energieerzeuger
verbunden sind. Bei diesen Ausführungsformen der Vorrichtung beeinflußt die Anordnung
zusätzlicher leitender Gegenstände auf der Kontaktfläche der Vorrichtung praktisch
nicht die Kräfte, die an bereits in der Vorrichtung angeordneten anderen Gegenständen
entwickelt werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 sind die Grundsätze
der Erfindung auf eine Werkstücktragvorrichtung angewendet, bei welcher ein elektrisch
leitendes Werkstück auf einer Tragfläche festgehalten werden soll. Eine Mehrzahl
von Elementen 110, die aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand zwischen
im wesentlichen 102 und 1010 Ohm cm hergestellt sind, sind so angeordnet, daß eine
verhältnismäßig glatte obere Fläche geschaffen wird. Zwischen jedem der Elemente
110 ist ein geeignetes isolierendes und abdichtendes Element 111 vorgesehen. Der
gesamte Aufbau kann dadurch starr zusammengehalten werden, daß die Elemente 110
und 111 miteinander verkittet oder ein oder mehrere Verbindungsbolzen 112 durch
den Aufbau hindurchgeführt werden, die mit isolierenden Buchsen 113 versehen sind,
welche die Bolzen 112 umgeben und sich zwischen benachbarten isolierenden Elementen
111 erstrecken. Zusätzliches Isoliermaterial 113' kann zwischen dem Kopf 114 des
durchgehenden Bolzens 112 und dem benachbarten Element 110 sowie zwischen den gleichen
Elementen am gegenüberliegenden Ende des Bolzens 112 vorgesehen sein. Die Länge
der Hülsen 113 ist etwas kleiner als die Dicke der Elemente 110, so daß der Bolzen
112 die benachbarten Elemente 110 und 111 starr in fester gegenseitiger Lage halten
kann. Die untere Fläche jedes der Elemente 110 ist mit einer Schicht 115 aus einem
leitenden Material mit einem spezifischen Widerstand unter im wesentlichen 102 Ohm
ein versehen, wobei diese Schicht innig und dauernd mit dem Element verhunden ist.
Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß die leitende Schicht 115 auf den benachbarten Elementen
110 durch die isolierenden Elemente 111 getrennt ist, die sich nach unten über die
untere Fläche der Halbleiter 110 hinaus erstrecken können.
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Die leitenden Schichten 115 auf abwechselnden Elementen 110 sind
mit getrennten Leitern 116 und 117 verbunden. Vorzugsweise wird der soweit beschriebene
Aufbau mit einem Abstand innerhalb einer Vertiefung 118 eines tragenden Grundkörpers
119 mit Hilfe irgendeiner der bekannten Überzugsmassen gehalten, um einen vollständig
elektrisch isolierenden Verschluß und einen mechanischen Träger 120 für die zusammengesetzten
Teile zu schaffen.
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Der Grundkörper 119 weist Ansätze mit Schlitzen 121 auf, um seine
Befestigung an einem Tragkörper zu erleichtern, und außerdem weist er in seinem
Boden eine Ausnehmung auf, innerhalb welcher ein Energieerzeuger 122 angeordnet
ist, der eine Mittelanzapfung 123 zur Erde hat. Die Leiter 116 und 117 gehen durch
isolierende Buchsen 124 bzw. 125 innerhalb einer Trennwand 126 des Grundkörpers
119 hindadurch.
Diese Leiter sind mit den Hochspannungsklemmen des
in der Mitte angezapften Energieerzeugers 122 verbunden, der über die Leitungen
L, und L2 gespeist wird, wobei in der einen oder in den beiden Leitungen L, und
L2 ein Schalter 127 vorge sehen ist.
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Der Energieerzeuger 122 kann einen mit Mittelanzapfung versehenen
Transformator in Verbindung mit einem Gleichrichter aufweisen, um elektrische Ladungen
von im wesentlichen gleichen Werten oberhalb und unterhalb des Erdpotentials an
den Leitern 116 und 117 herzustellen. Der Energieerzeuger 122 kann außerdem mit
üblichen Überlastrelais versehen sein, um eine Beschädigung der Vorrichtung bzw.
eine Gefährdung der Bedienungsperson zu vermeiden, und der Grundkörper 119 kann
ferner über einen Leiter 128 mit Erde verbunden sein. Auf die obere Fläche des geschichteten
Aufbaues kann eine verhältnismäßig dünne Schicht 128' aus einem Material aufgebracht
sein, welches einen spezifischen Widerstand über 1010 Ohm cm hat und in solcher
Weise verwendet wird, daß an der Oberfläche des zu haltenden Gegenstandes optimale
Ladungen erzeugt werden.
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Die Querabmessung der Elemente 110 kann einen beliebigen Wert haben;
vorzugsweise soll sie jedoch werhältnismäßig klein sein, so daß ein auf die Werkstücktragfläche
gebrachter leitender Gegenstand mehrere Elemente übergreift. Die Querabmessung der
Elemente 111 soll so klein sein, wie sich dies mit einem guten elektrischen Aufbau
verträgt, und derart gewählt werden, daß der nicht aktive Teil der Werkstücktragfläche
auf einem Minimum gehalten wird.
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Weiterhin sollen sich die Elemente 111, mit Ausnahme ;In der Werkstücktragfläche,
vorzugsweise über den Umfang der Elemente 110 hinaus erstrecken, um dadurch den
zusammengesetzten Aufbau innerhalb der Auskleidung 120 zu verankern.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß, da abwechselnden Elementen
110 im wesentlichen gleiche Ladungen von entgegengesetzter Polarität zugeführt werden,
ein von der Vorrichtung getragener leitender Gegenstand 0 sich im wesentlichen auf
Erdpotential befindet. Es sei bemerkt, daß der leitende Gegenstand O aus irgendeinem
leitenden Material mit einem spezifischen Widerstand unter im wesentlichen 1010
Ohm cm bestehen und mit dem geschichteten Aufbau in beliebiger Weise in Berührung
gebracht werden kann.
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Diese Anordnung macht es möglich, sehr große mechanische Anziehungskräfte
zwischen dem leitenden Gegenstand 0 und dem Werkstücktragteil vorzusehen, ohne daß
es erforderlich ist, den Gegenstand O mit einer besonderen Erdverbindung zu versehen.
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Gemäß den Fig. 12 und 13 ist die Erfindung auf eine Werkstücktragvorrichtung
angewendet, die ähnlich derjenigen gemäß den Fig. 10 und 11 ist, aber eine abgeänderte
Ausbildung aufweist. Die Vorrichtung gemäß den Fig. 12 und 13 besitzt einen Grundkörper
129 ähnlich dem Grundkörper 119 der Ausführungsforin nach den Fig. 10 und 11. Sie
hat einen wabenförinigen Aufbau, der in gleichen Abständen liegende und parallel
zueinander angeordnete isolierende Elemente 130 und eine Reihe von gleichartigen
isolierenden Elementen 130 aufweist, die in paralleler nl,ständen rechtwinklig zu
den isolierenden Elementen 130 angeordnet sind. Die isolierenden Elemente 130 und
131 können aus dem gleichen Material wie die isolierenden Elemente 111 der Vorriclltung
nach den Fig. 10 und 11 bestehen. Der wabenförmige oder mosaikartige Aufbau aus
den isolierenden Elementen 130 und 131 kann in jeder seiner Öffnungen ein Ele-
ment
132 aus einem Material aufnehmen, welches einen spezifischen Widerstand innerhalb
der Grenzen von 102 bis 1010 Ohm cm hat. Die Elemente 132 können aus dem gleichen
Material wie die Elemente 110 bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 10 und 11 bestehen
und sie können entweder in die Hohlräume eingegossen werden oder einzelne Einsatzteile
bilden. Die untere Fläche jedes der Elemente 132 kann mit einer Schicht 133 aus
leitendem Material versehen sein, welches das gleiche sein kann wie das Material
115 bei der Vorrichtung nach den Fig. 10 und 11. Die isolierenden Elemente 130 und
131 können sich nach unten über die Bodenflächen der Elemente 132 hinaus erstrecken,
um diese voneinander zu trennen.
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Getrennte Leiter 134 und 135 können dauernd mit abwechselnden Schichten
133 der Elemente 132 verbunden sein, wobei sie sowohl waagerecht als auch senkrecht
verlaufen (Fig. 12). Diese Leiter 134 und 135 sind mit Hauptleitern 134' und 135'
verbunden.
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Der gesamte mosaikartige und wabenförmige Aufbau wird in bezug auf
die Bodenfläche und die Seitenflächen des Grundkörpers 129 in einem Abstand gehalten,
und eine Verkleidungsmasse 136 kann den ganzen Aufbau derart umgeben, daß nur seine
obere Fläche freiliegt. Die obere Fläche des mosaikartigen Aufbaues ist geglättet,
und es kann auf ihr gegebenenfalls eine verhältnismäßig dünne Schicht 137 aus einem
Material vorgesehen sein, welches einen spezifischen Widerstand über 1010 Ohm cm
besitzt und in solcher Weise verwendet wird, daß an der Oberfläche des zu haltenden
Gegenstandes eine optimale Ladung erzeugt wird.
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Gemäß Fig. 13 sind die Leiter 134 und 135 abwechselnd mit Elementen
132 in einer der waagerechten Reihen dieser Elemente in dem mosaikartigen Aufbau
gemäß Fig. 12 verbunden. Es sei bemerkt, daß die Leiter 134 und 135 jeder der waagerechten
Reihen von Elementen 132 in Fig. 12 mit den Hauptleitern 134' und 135' verbunden
sind, die zu einem Energieerzeuger führen, der dem in Fig. 11 dargestellten ähnlich
ist. Dies besagt, daß die Leiter 134' und 135' mit den gegenüberliegenden Seiten
eines Energieerzeugers verbunden werden können, der eine Mittelanzapfung zur Erde
hat, so daß abwechselnden oberen Flächen der Elemente 132 im wesentlichen gleiche
Ladungen von entgegengesetzter Polarität in bezug auf Erde zugeführt werden. Infolgedessen
wird ein auf die Oberfläche des mosaikartigen Aufbaues gebrachter leitender Gegenstand
automatisch auf ungefähr Erdpotential gebracht, und zwar aus den Gründen, wie sie
in bezug auf das Erdpotential des leitenden Gegenstandes O in Fig. 11 angegeben
sind.
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Es kann natürlich die werkstücktragende oder aktive Fläche des geschichteten
oder mosaikartigen Aufbaues in verschiedenen Formen ausgebildet werden, und gegebenenfalls
können alle die hier beschriebenen Ausführungsformen in der Weise elektrisch betätigt
werden, wie sie in Verbindung mit den Fig.S und 6 auseinandergesetzt worden ist.
In den Fig. 14, 15 und 16 sind drei verschiedene Ausführungsformen eines geschichteten
Aufbaues dargestellt. Sie veranschaulichen gleichwertige Körper, die aber verschiedene
Konfigurationen der aktiven Oberflächen haben, so daß sie für verschiedene Anwendungszwecke
der Erfindung geeignet sind.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 14 können eine Mehrzahl von L-förmigen
halbleitenden Elementen 138 aus dem gleichen Material, wie es für die Herstellung
der Elemente 110 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11
benutzt wird,
in fester Lage mit Schichten 139 aus Isolierstoff gehalten werden, die zwischen
sie geschaltet sind. Die Oberflächen 140 der L-förmigen Elemente 138 der Ausführungsform
gemäß Fig. 14 können mit einer Schicht aus leitendem Material überzogen werden.
Diese leitenden Schichten können in der gleichen Weise, wie die leitenden Schichten
115 der Ausführungsform nach Fig. 11 abwechselnd verbunde werden. Der winkelförmige
Aufbau gemäß Fig. 14 kann auf einer Platte derart angeordnet werden, daß seine Fläche
141 im Eingriff mit der Platte steht. Die Fläche 142 kann dann dazu verwendet werden,
an ihr leitende Gegenstände aktiv zu halten.
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In Fig. 15 hat die Konfiguration des Aufbaues die Form einer Reihe
von polygonförmigen halbleitenden Elementen 143, die mit Schichten 144 aus Isoliermaterial
zwischen benachbarten Elementen starr zusammengehalten sind, um einen polygonalen
Körper zu bilden, durch dessen Mitte eine Öffnung hindurchgeht. Die inneren Umfangsflächen
145 der Elemente 143 des polygonalen Körpers gemäß Fig. 15 können mit einer Schicht
aus leitendem Material überzogen werden, welche durch die isolierenden Elemente
144 getrennt ist. Die Flächen 145 können über die ganze innere Länge des Körpers
gemäß Fig. 15 abwechselnd mit getrennten Klemmen, die zu einem Energieerzeuger führen,
in der gleichen Weise verbunden werden. wie die Vorrichtung gemäß Fig. 11 mit ihrem
Energieerzeuger verbunden ist. Der Körper gemäß Fig. 15 haftet elektrostatisch an
irgendeinem leitenden Träger und schafft drei zusätzliche aktive Flächen.
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In Fig. 16 hat die Konfiguration des Aufbaues die Form eines Zylinders,
der aus einer Mehrzahl von ringförmigen halbleitenden Elementen 146 zusammen gesetzt
ist, die mit ähnlich gestalteten Schichten 147 aus Isoliermaterial zwischen ihnen
starr zusammengehalten werden. Die inneren Umfangsflächen der Elemente 146 können
mit einer Schicht 148 aus leiten dem Material in der gleichen Weise wie die Flächen
115 der Elemente 110 gemäß Fig. 11 überzogen sein.
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Die Schichten 148 aus leitendem Material auf abwechselnden halbleitenden
Elementen 146 können mit getrennten Leitern verbunden werden, die zu einem Energieerzeuger
ähnlich dem in Fig. 11 gezeigten filhren. Der zylindrische Körper gemäß Fig. 16
ist von besonderem Vorteil. wenn er als Antriebselement für biegsame Teile, wie
z. B. Förderbänder, den Transport von dünnen Bahnen u. dgl. verwendet wird. Sämtliche
Ausführungsformen gemäß den Fig. 14, 15 und 16 können in der gleichen Weise wie
die Ausführungsform gemäß Fig. 11 auf ihren äußeren Umfangs- oder aktiven Flächen
mit einer verhältnismäßig dünnen Schicht aus einem Material überzogen werden. dessen
speziiischer Widerstand 1010 Ohm cm übersteigt. Das Material mit einem Widerstand
über 1010 Ohm cm soll in einer solchen Weise verwendet werden, daß
an der Oberfläche
des zu haltenden Gegenstandes optimale Ladungen erzeugt werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zum Erzeugen elektrostatischer Kräfte
mit einem Element, das aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand zwischen
102 und 1010 Ohm cm hergestellt ist und mit dessen einer Fläche eine aus einem Material
mit einem spezifischen Widerstand unter 102 Ohm cm bestehende Schicht innig und
dauernd verbunden ist, einem relativ zu dem Element bewegbaren leitenden Gegenstand
und einem Energieerzeuger, der zum Liefern elektrischer Ladungen dient und mit der
genannten Schicht in Reihe mit dem leitenden Gegenstand verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung von elektrostatischen Kräften verhältnismäßig hoher Intensität
das das Element bildende Material mit einem spezifischen Widerstand zwischen 102
und 1010 Ohm cm verhältnismäßig steif und wesentlich dicker als die aus dem Material
mit einem spezifischen Widerstand unter 102 Ohm cm bestehende Schicht ist und zwischen
dem leitenden Gegenstand und dem Element eine aus einem Material mit einem spezifischen
Widerstand größer als 1010 Ohm cm bestehende Schicht angeordnet ist.