DE2064545A1

DE2064545A1 - Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen

Info

Publication number: DE2064545A1
Application number: DE19702064545
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6202 Hahn Mäht
Original assignee: Kalle GmbH and Co KG
Current assignee: Kalle GmbH and Co KG
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1972-07-20
Also published as: ES398456A1; SE361748B; GB1377490A; IT945668B; US3716755A; AU452831B2; CA949122A; DE2064545C3; AU3704771A; NL7117483A; DE2064545B2; CH528199A; JPS535816B1; AT317678B; ZA718702B; FR2121128A5; BE777424A

Description

K 2005/Gbm 4631 FP-Dr.S.-ik 22. Dezember 1970

Beschreibung zur Anmeldung der

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wiesbaden-Biebrich

für ein Patent auf

Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen aus bahnförmigem Material oder Einzelformaten, insbesondere zum elektrostatischen Aufladen von photoelektrisch leitenden Isolierschichten, mit Spitzenelektroden und drehbarer Walze.

Anordnungen, mit denen die Oberflächen von Materialien mit dielektrischen Eigenschaften elektrostatisch aufgeladen oder entladen werden können, sind bekannt. Sie bestehen zumeist aus Vorrichtungen mit dünne?!, an Hochspannung liegenden, über die gesamte Bahnbreit« sich erstreckenden Drähten, von denen Entladungeströme ausgehen.

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".Andere bekannte Anordnungen besitzen anstelle der Drähte Spitzenelektroden, die wegen ihrer größeren Oberflächenkrüiranung vorteilhaft sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Anordnungen den wachsenden Forderungen der Technik nicht genügen. Corona-Drähte liefern nur ungleichmäßige Entladungsströme und neigen im Betrieb zu Schwingungen mit beträchtlicher Amplitude. Die Spitzen bilden bei höherer Belastung schon nach kurzer Betriebsdauer Abbrand, der die von ihnen ausgehenden Entladungsströme an gewünschter gleichmäßiger Ausbreitung hindert.

Es wurde auch schon eine Anordnung zur elektrostatischen Aufladung vorgeschlagen, die Spitzenelektroden in Kombination mit seitlich angeordneten Hilfselektroden und entsprechender Gegenelektrode in. Walzenform vorschlägt. Auch diese Anordnung genügt noch nicht höchsten Anforderungen, da infolge nicht vermeidbarer Verschmutzungen, beispielsweise durch Staubbildung

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bei einem vorausgehenden Schneidvorgang oder durch in der Luft enthaltene Staubteilchen, unerwünschte Störungen auftreten, dadurch, daß sich die Staubteilchen an den Spitzen festsetzen und eine gleichmäßige Aufladung verhindern.

Ferner sind zur Entionisierung von dielektrischen Stoffen drehbare Walzenelektroden bekannt geworden, deren Oberflächen mit Entladungsspitzen besetzt sind und die als Gegenelektroden eine glatte Walze besitzen. Nachteilig daran ist, daß die auf die Walze sprühenden Elektronen durch Verschmutzen sehr leicht in eine andere Sprührichtung gebracht werden und somit freie Stellen auf der zu behandelnden Fläche entstehen.

Es wurde auch schon eine Walze als Ladeelektrode ^

verwendet, die aus einer Welle besteht, auf der eine Vielzahl befestigter, metallischer Scheiben vorhanden sind, die parallel zueinander gegen die Wellenachse angeordnet sind.

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Die Anordnung von Scheiben gegenüber Drähten verhindert zwar die unerwünschten Schwingungen der Corona-Drähte, jedoch xfird ein notwendiger, kleinerer Krümnungs- ~radius nicht erzielt₀ Für diese Anordnung wird daher eine viel leistungsstärkere Spannungsquelle benötigt. ..

Es ist das Ziel aller bekannten Anordnungen^ eine möglichst "gleichmäßige Auf- bzw* Entladung über die gesamte zu behandelnde Oberfläche zu erreichen» Es zeigt sich aber, daß insbesondere bei längerer Betriebsdauer,, bei verhältnismäßig großer» Durchlaufgeschwindigkeit oder bei Behandlung großer Flächen starke ..Störanfälligkeiten vorhanden sind und daß besonders im Bereich niedrigerer Hochspannung auf die Dauer gleichmäßiges Auf- oder Entladen nicht gegeben ist» Die Fehlerquellen lassen sich nur teilweise und nur umständlich beheben., indem die Vorrichtung aus einer größeren Maschine ausgebaut und gereinigt oder auch ausgetauscht wird.

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Auch die Erhöhung der Corona-Hochspannung wird angewendet, jedoch ist hierfür eine genaue Abstands- : änderung zwischen Entladungsstelle und zu behandelnder Oberfläche notwendig, die aber nicht vom Bedienungspersonal sondern nur vom Fachmann vorgenommen werden kann, der bei der Abstandsänderung auch die Sättigungsgrenze des aufzuladenden Materials in Betracht ziehen muß. Eine Erhöhung der Corona-Hochspannung allein ■ M ist nicht möglich, da dadurch Durchschläge auftreten.

Es war Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen zu schaffen, die ' höchsten Ansprüchen genügt und bei beliebiger Durchlaufgeschwindigkeit über eine lange Betriebsdauer unabhängig von der Größe der zu behandelnden Oberfläche eine stets gleichmäßige Auf- oder Entladung über die gesamte Oberfläche bei relativ niedriger Corona-Spannung gewährleistet. '

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäÄ durch eine Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen

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aus bahnförmigem Material oder.Einzelformaten, insbesondere zum elektrostatischen Aufladen von photoelektrisch leitenden Isolierschichten» mit Spitzenelektroden und drehbarer Walze gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die von einem Isolierkörper umgebene Saugelektrode 1 aus einer drehbaren Walze besteht, deren Oberfläche aufgerauht ist und sich zwischen zwei nach außen durch Isolierkörper 6 geschützten spitzen Sprühelektroden 2 in Form von Nadelreihen mit geringem Abstand der Nadeln 3 voneinander befindet, wobei sich die obere Mantellinie der Saugelektrode 1 in etwa gleicher Höhe mit den Nadelspitzen 4 in einer Linie parallel zum zu behandelnden Material 10 befindet und daß vorzugsweise eine Gegenelektrode 8 mit gleichem.elektrischem Potential wie die Saugelektrode 1 vorhanden ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet infolge der speziellen Anordnung der Nadelspitzen in Verbindung mit der. aufgerauhten Oberfläche der Saugelektrode, daß anstelle der bekannten Sprühkegel, die von jeder

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Nadelspitze ausgehen, sich eine dichte Sprühwand aufbaut, die, selbst bei Ausfall einzelner Nadelspitzen; keine Lücken der Auf- oder Entladung aufkommen läßt.

Wie weiter gefunden wurde j gestattet sie ferner mit relativ geringer Corona-Spannung bei konstantem Abstand zum zu behandelnden Material über eine lange Betriebsdauer ein störungsfreies Arbeiten,

weil der geringe Abstand der Nadeln voneinander '

eine geringere elektrische Belastung jeder Nadelspitze mit sich bringt. Hierdurch ergibt sich auch, daß bei nicht vermeidbarem Ausfall einer Nadel ein Ausgleich durch die benachbarten Nadeln geschaffen wird und eine stets gleichmäßige Auf- bzw. Entladung erfolgt. Gegebenenfalls kann die Saugelektrode mit einer Bürste versehen sein, die niederschlagende Verschmutzungen ohne Unterbrechung des Arbeitsganges

entfernt. A

Als Materialien 10, deren Oberflächen aufgeladen oder entladen werden können, seien beispielsweise Papier,

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Textilien, Leder, Gummi, Kunststoff-beschichtete Metallfolien oder entsprechende Verbundmaterialien genannt. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung von photoelektrisch leitenden Isolierschichten verwendet.

Wegen ihrer intensiven und gleichmäßigen Wirkung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung gana oesonders zur Aufladung von photoelektrisch leitenden Isolierschichten in Rückvergrößerungsgeräten eingesetzt.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt Figur 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gegenelektrode, Figur 2 eine geänderte Ausführungsform und Figur 3 die Vorrichtung in einer Ansicht von unten.

Als Saugelektrode 1 wird eine aus leitendem Vollmaterial, z. B. Chrom-Nickelstahl, bestehende, drehbare Walze verwendet, deren Oberfläche aufgerauht ist. Die Aufrauhung geschieht durch Schmirgeln, Sandstrahlen,

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Rändeln oder eine andere mechanische Bearbeitung und hat zur Folge, daß eine feine, kanten- und eckenartige Oberflächenstruktur geschaffen wird, die die Elektronen besser einfangen oder abgeben kann.

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

Die Sprühelektroden 2 werden gebildet aus einem Metallprofil 9» an welchem kammartig und, wie aus Figur 3 zu entnehmen, die einzelnen elektrisch leitenden Nadeln 3 in gleicher Höhe parallel nebeneinander befestigt sind. Der Abstand der Nadeln bzw. der Nadelspitzen 4 voneinander kann bis zu einigen Nadelstärken betragen. Vorteilhaft jedoch

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wird ein geringerer Abstand gewählt. In bevorzugter AusfUhrungsform beträgt der Abstand der Nadeln voneinander eine Nadelstärke.

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

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

BAD ORIGINAL

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

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

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

Der senkrechte Abstand B zwischen den Nadelspitzen 4 und der Oberfläche der Saugelektrode 1 ist abhängig von der anzulegenden Hochspannung und beträgt etwa 5 bis ,15 mm. Bei wesentlicher Vergrößerung der Hochspannung ist auch ein größerer Abstand möglich. Bei einer Hochspannung von 10 kV beträgt der Abstand etwa 10 nun.

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Die Saugelektrode 1 kann mit einer Reinigungsanlage versehen sein, beispielsweise in Form einer abstreifenden, feststehenden oder rotierenden Bürste, welche anhaftende Verschmutzungen ohne Arbeitsunterbrechung entfernt. Die Bürstenreinigung kann über einen in die Isolierkörper 5, 6 eingelassenen Kanal erfolgen. -

Der Isolierkörper 5 der Saugelektrode ist im Querschnitt U-förmig, wobei die Breite der inneren öffnung von dem Durchmesser der Saugelektrode abhängt. Die Saugelektrode wird so weit eingeschlossen, daß nur der kleinere Teil ihrer Oberfläche über die U-Schenkel übersteht. In bevorzugter Ausfuhrungsform steht die^'Saugelektrode 1 nur einige Millimeter, etwa 1 -*3, über der Isolierung. Die U-Schenkel sind an ihren Enden zweckmäßig gebrochen.

Die Isolierung 6 der Sprühelektroden 2 schirmt die Vorrichtung gegen Berührung von außen ab und kann als Gehäuse ausgeführt sein.

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- Als Isoliermaterial werden geeignete, bekannte Isolierstoffe, in Besonderheit Kunststoffe, verwendet.

Wie in Figur 2 gezeigt, können die Isolierkörper 5, Kanäle 11 zur Zuführung oder Absaugung von Gasen und/oder Staubteilchen enthalten. Im Falle einer Absaugung wird mit nur geringem Unterdruck gearbeitet, wodurch zwar die bei der Auf·*· oder Entladung gebildeten

™ unerwünschten Gase entfernt werden, die Bewegung der laufenden Materialbahn oder des Einzelformates jedoch nicht gestört wird. . Ist eine stärkere Absaugung erforderlich, so kann zweckmäßig mit einer doppelten Anordnung gearbeitet werden. Andererseits kann unter Zuführung von Luft eine bessere Führung des Materials erzielt werden. Nach dieser Methode wird das bevorzugt zu behandelnde elektrophotographiache Material auf die Gegenelektrode 8 gepreßt, womit besserer

Λ Kontakt, konstanter Abstand A und ruhige Führung des Materials erzielt werden.

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

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

Unter Berücksichtigung des zu behandelnden Materials und dessen Format ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für Hochspannungen im Bereich von 3 bis 15 kV oder darüber eingerichtet.

Im Falle der bevorzugten Behandlung photoelektrisch leitender Isolierschichten sind Hochspannungen zwischen etwa 4 und etwa 12 kV geeignet.

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

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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wurde bei einer Hochspannung von 6 000 Volt für Zinkoxidpapier im DIN Ak Format bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 11 m/min die richtige Sättigung erreicht. Es wurden dabei Mädeln mit einer Stärke von 0_s3 mm eingesetzt., und es-.herrschte ein Nadelabstand von Oj,3 mm.- Der senkrechte Abstand zwischen Nadelspitzen und Saugelektrode (B) betrug 10 mm₉ und der Abstand Saugelektrode/Papier (A) war 18 mm₀

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

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Claims

- 17 P a t e η t a η s ρ r ü c h e

Vorrichtung zum elektrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen aus bahnförmigem Material oder Einzelformaten, insbesondere zum elektrostatischen Aufladen von photoelektrisch leitenden Isolierschichten mit Spitzenelektroden und drehbarer Walze, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Isolierkörper (5) umgebene Saugelektrode (1) aus einer drehbaren Walze besteht, deren Oberfläche aufgerauht ist, und sich zwischen nach außen durch Isolierkörper (6) geschützten, spitzen Sprühelektroden (2) in Form von Nadelreihen mit geringem Abstand der Nadeln (3) voneinander befindet, wobei sich die obere Mantellinie (7) der Saugelektrode (1) in etwa gleicher Höhe (A) mit den Nadelspitzen (k) in einer Linie parallel zum zu behandelnden Material (10) befindet, und daß vorzugsweise eine Gegenelektrode (8) mit gleichem elektrischem Potential wie die Saugelektrode (1) vorhanden ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Nadeln (3) voneinander eine Nadelstärke beträgt.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelstärke 0,1 bis 1 mm₉
vorzugsweise 0,3 mm beträgt.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektroden (2) einen
Winkel von 0° bis etwa 6.0° zur Materialbahnebene
einnehmen.
5. . Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper 5, 6 Kanäle 11 zur Zuführung oder Absaugung von Luft oder dergleichen besitzen.

8 30 /OS 11 ORlQWAL INSPECTED

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