VORRICHTUNG ZUM ELEKTROSTATISCHEN AUFLADEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einer Materialbahn mit Ladungen entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten der zumindest einen Materialbahn, wobei diese durch den Spalt eines Paares zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen geführt ist.

[0002] Eine solche Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen ist bekannt (DE-31 17 419 A1). Hierbei werden mehrere Materialbahnen zu einem Strang zusammengeführt und nur die beiden Außenseiten mittels einer als Korona-Aufladeelektroden ausgebildeten Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen nach dem ersten Paar von Walzen mittels einer Hochspannungsquelle von 30 kV aufgeladen.

[0003] Von Nachteil bei dieser bekannten Vorrichtung ist die räumlich nicht sehr gezielte Aufladung der beiden Außenseiten der Materialbahnen. So vagabundiert ein Großteil der aufgeladenen Teilchen im gesamten Bereich, wo die Aufladung stattfindet. Hieraus resultiert ein schlechter Wirkungsgrad bei der Aufladung. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei ungünstigen Umgebungsbedingungen die Korona-Aufladeelektroden verschmutzen und ihren Dienst demzufolge versagen. Der Putzaufwand kann sehr beträchtlich sein.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels der ein gezielteres Aufladen mit besserem Wirkungsgrad möglich ist.

[0005] Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

[0006] Hierbei kann die Aufladung der Walze über die Oberfläche und zwar mittels einer sogenannten Kontaktwalze (DE-38 23 739 A1), über ansich bekannte Streichbürsten, einen Schleifkontakt oder eine Koronaaufladungselektrode erfolgen.

[0007] In zweckmäßiger Weiterbildung wird bei der Vorrichtung jedoch erfindungsgemäß die Aufladung durch die von dem Paar Walzen gebildete Vorrichtung von innen her durchgeführt, wobei jede Walze über einem Stahlmantel einen begrenzt elektrisch leitfähigen (sogenannten halbleitenden) Belag aufweist und - zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages - der Stahlmantel jeder Walze an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wegen der Zuführung der Spannung von innen her auch insbesondere der nachträgliche Einbau in vorhandenen Anlagen zur Verarbeitung von Materialbahnen, vorzugsweise aus Kunststoff oder Papier bei einer Hochspannungsquelle von 3 bis 7 kV möglich.

[0008] Somit wird auch mit Bezug auf den Stand der Technik mit beträchtlich geringeren Spannungen gearbeitet. Außerdem erfolgt die Aufladung genau an jener aufzuladenden Stelle, nämlich an den Außenseiten der zumindest einen Materialbahn, wodurch sich ein im Vergleich zum Stand der Technik erheblich besserer Wirkungsgrad ergibt. Schließlich ist wegen des Fortfalls von Korona-Aufladeelektroden ein Reinigungsaufwand für diese vollständig entbehrlich, so daß sich auch im Betrieb geringere Kosten wegen Stillstandzeiten der Anlage ergeben.

[0009] Zweckmäßig ist bei der Erfindung die Achse oder Welle der Walze elektrisch leitend mit dem Stahlmantel verbunden und von dem Maschinenrahmen für die Walze elektrisch isoliert. Zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages wird die elektrische Hochspannung an die Achse oder Welle gelegt, die zu diesem Zweck einen Anschluß aufweist. Dieser kann entweder ein fester Anschluß an der Achse oder als ein an der Stirnseite der Welle anzuordnendes Drucklager ausgebildet sein.

[0010] In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle der Walze neben dieser eine Primärspule bezüglich des Maschinenrahmens fest und konzentrisch zu der Achse oder Welle der Walze an dessen einer Stirnseite eine Sekundärspule mit dieser umlaufend fest angebracht ist und daß deren einer Anschluß an die Achse oder Welle und deren anderer Anschluß über eine Gleichrichterschaltung an dem Stahlmantel angeschlossen ist.

[0011] Die Walze weist zum Zweck der Isolation von dem Maschinenrahmen unter dem hochleitfähigen Stahlmantel sowie an ihren beiden Stirnseiten einen elektrischen Isolator auf und zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages wird die Hochspannung der Hochspannungsquelle über eine sich im wesentlichen parallel zu der Walze maximaler Richtung erstreckende Korona-Aufladungselektrode aufgebracht. Eine solche Walze kann auch als Presseur im Tiefdruckverfahren Einsatz finden.

[0012] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0013] Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Figur 1

eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im schematischen Querschnitt und teilweise abgebrochener Darstellung;

Figur 2

eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, im schematischen Querschnitt und teilweise abgebrochener vereinfachter Darstellung;

Figur 3

eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in teilweise ab- und ausgebrochener vereinfachter Darstellung; und

Figur 4

eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in teilweise ab- und ausgebrochener, vereinfachter Darstellung.

[0014] Jede der beiden Walzen 5 gemäß Fig. 1 weist eine feststehende Achse 6 in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 sowie einen Stahlmantel 7 auf, über dem insgesamt mit 8 bezeichneter, begrenzt leitfähiger Belag als Oberfläche angeordnet ist, welcher elektrisch aufladbar ist. Zwischen der Achse 6 und dem Stahlmantel 7 ist ein insgesamt mit 9 bezeichnetes Kugellager vorgesehen. Zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten Walzen ist ein Spalt 50 vorhanden.

[0015] Die Achse der Walze 5 ist in einem insgesamt mit 10 bezeichneten Maschinenständer in einer insgesamt mit 11 bezeichneten elektrischen Isolierung gelagert. Die Abstände 12 und 13 sind ausreichend, um Entladungen oder Spannungsüberschläge zu verhindern.

[0016] Die Stirnseite 14 der Achse 6 ist mit einem insgesamt mit 15 bezeichneten Generator und einer Meßeinrichtung 16 mit einem Anschluß 17 angeschlossen, wobei die zu dem Anschluß 17 führende Leitung über einen Widerstand 18 geerdet ist. Der Maschinenständer 10 ist, wie schematisch mit 19 bezeichnet, ebenfalls geerdet.

[0017] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von jenem gemäß Fig. 1, als nur eine der beiden Walzen gezeigt und die dortige Achse 6 nunmehr als Welle 20 ausgebildet ist, die starr über ein elektrisch leitendes Zwischenstück 21 mit dem Stahlmantel 7 verbunden ist.

[0018] Dafür ist die Welle 20 vom Maschinenständer 10 entweder über ein elektrisch isolierendes Kugellager 22 oder eine gesonderte Isolierung 11 verbunden. Es ist auch möglich, ein normales, elektrisch leitendes Kugellager zu verwenden und zwischen diesem und dem Maschinenständer 10 eine elektrisch isolierende Hülse 11 vorzusehen.

[0019] Ferner ist an der Stirnseite 14 der Welle 20 ein insgesamt mit 23 bezeichnetes Drucklager als Anschluß vorgesehen, welches elektrisch leitend ist und an dessen Außenseite der Anschluß 17 des Hochspannungsgenerators 15 über die Meßeinrichtung 16 angebracht ist.

[0020] Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 ist sichergestellt, daß die über die Achse 6 oder Welle 20 angelegte Hochspannung einerseits nicht in den Maschinenraum 10 wegen der elektrischen Isolierung 11 gelangen kann, andererseits die Hochspannung auf den begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 von innen her gelangen kann.

[0021] Die weitere, dritte Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist auch zwei Walzen unter Bildung eines Spaltes auf, von denen aber aus Gründen der besseren Übersicht nur eine Walze wie jene auf, wie sie in den Fig. 1 und 2 beschrieben sind, gezeigt ist. Ferner ist konzentrisch zur Welle 6 der Walze 5 neben dieser auf der einen Stirnseite 112 eine insgesamt mit 113 bezeichnete erste Aufnahmevorrichtung als magnetisierbarer Kern mit einer Sekundärspule 114 sowie eine zweite Sekundärspule 115 jeweils konzentrisch zur Welle 6 angeordnet.

[0022] Konzentrisch zu der Welle 6 ist eine weitere Aufnahmevorrichtung 116 als magnetisierbarer Kern zur Aufnahme einer ebenfalls zur Welle 6 konzentrischen Primärspule 117 mit elektrischen Anschlüssen 1 und 2 sowie eine zwischen dieser und der Welle 6 angeordneten zweiten Primärspule 118 mit elektrischen Anschlüssen 3 und 4 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung 116 ist. mittels eines Zapfens 119, der in eine bezüglich des Maschinenrahmens feste Verankerung 120 eingreift, bezüglich der Welle 6 drehbar und weist auf seiner Innenseite ein insgesamt mit 121 bezeichnetes Kugellager auf, so daß sich diese zwar drehen kann, der magnetisierbare Kern jedoch infolge des Zapfens 119 und der Verankerung 120 bezüglich der ersten Aufnahmeeinrichtung 113 drehfest gehalten werden kann.

[0023] Auf der Sekundärseite der ersten Aufnahmevorrichtung 113 ist ferner noch eine Gleichrichterschaltung 122 sowie eine Glättungsschaltung 123 vorgesehen, die mit ihrem Ausgang mit dem begrenzt leitfähigen Belag 8 verbunden ist.

[0024] Der elektrische Anschluß 2 der Primärspule 117 ist geerdet, wohingegen der elektrische Anschluß 1 an einen Wechselspannungsgenerator anschließbar ist. Die beiden elektrischen Anschlüsse 3 und 4 der zweiten Primärspule 118 sind an die Eingänge einer Regelschaltung anschließbar, welche die Größe der Ausgangsspannung und/oder deren Frequenz - in ansich bekannter Weise ändern kann.

[0025] Die Sekundärspule 114 ist mit ihrer einen Seite geerdet. Dasselbe gilt auch für die zweite Sekundärspule 115. Beide Sekundärspulen 114, 115 sind parallel geschaltet. Beiden Spulen ist zunächst die Gleichrichterschaltung 122 zum Gleichrichten des Wechselstromes nachgeordnet. Hinter der Gleichrichterschaltung 122 ist die Glättungsschaltung 123, z.B. in Form eines LC-Filters, wie ansich bekannt, angeordnet. Der Ausgang der Glättungsschaltung 123 ist mit dem begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 verbunden.

[0026] Im Betrieb werden die Sekundärspule 114 gegenüber der Primärspule 117 bewegt. Über den Luftspalt zwischen den beiden magnetisierbaren Kernen der Aufnahmevorrichtung 113 und 116 kann also die Wechselspannung der Primärspule 117 eine Sekundärspannung in der Sekundärspule 114 induzieren, die über die Gleichrichterschaltung 122 gleichgerichtet und die Glättungsschaltung 123 geglättet direkt dem begrenzt leitfähigen Belag 8 zugeführt wird. Die induzierte Spannung der Sekundärspule 114 wird durch die zweite- Sekundärspule 115 abgenommen und auf die zweite Primärspule 118 im umgekehrten Sinne induziert, die mit ihren elektrischen Anschlüssen 3 und 4 an eine Regelschaltung anschließbar ist, welche die Wechselspannungsquelle dergestalt steuern kann, daß an dem begrenzt leitfähigen Belag 8 der Walze 5 stets die gleiche Gleichspannung anliegt.

[0027] Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von den bisherigen Ausführungen dadurch, daß die Welle oder Achse 6 bzw. 20 vom Maschinenrahmen 10 direkt durch eine elektrische Isolatorschicht 40 unter dem Stahlmantel 7 der Walze 5 angeordnet ist. Außerdem erstreckt sich dieser elektrische Isolator an den beiden Stirnseiten 41 als stirnseitige Isolatorschicht 42, die sich in radialer Richtung mindestens bis zu der bezüglich der Achse, Welle 6 bzw. 20 konzentrischen Schicht 40 erstreckt. Sie kann jedoch auch bis zum äußeren Rand reichen.

[0028] Außerdem ist eine Hochspannungsquelle 43 vorgesehen, deren Ausgang mit einer insgesamt mit 44 bezeichneten Korona-Aufladungselektrode verbunden ist, die über einen kurzen axialen Bereich, im wesentlichen parallel zu der Welle bzw. Achse 6, 20 sich in axialer Richtung erstreckt und dem begrenzt leitfähigen Belag 8 gegenüberliegt. Gegenüber dem geerdeten Walzenkern 45 entsteht so eine Ladung, die auf der gesamten Oberfläche gleichmäßig verteilt wird, so daß der begrenzt leitfähige Belag 8 zur Aufladung der Materialbahn dienen kann. In zweckmäßiger Ausgestaltung kann die Walze auch als Presseur in einem Tiefdruckwerk ausgebildet sein, um damit die elektrostatische Druckunterstützung zu bilden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen der beiden Außenseiten von zumindest einem Material mit Ladung entgegengesetzter Polarität, vor dem Weiterverarbeiten des zumindest einen Materials, wobei dieses durch den Spalt eines Paars zueinander parallel und mit geringem Abstand zueinander angeordneter Walzen (5) geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von dem Paar Walzen (5) gebildet ist, daß jede Walze über einem äußeren Stahlmantel (7) einen begrenzt elektrisch leitfähigen Belag (8), sogenanntes halbleitendes Belag, aufweist, daß zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belags in dem Spalt (50) der Stahlmantel (7) jeder Walze (5) an eine positive bzw. negative Hochspannungsquelle anschließbar ist und daß die Walze (5) zum Isolieren von dem Maschinenrahmen (10) unter dem hochleitfähigen Stahlmantel (7) und an ihren beiden Stirnseiten einen elektrischen Isolator (40 bzw. 42) aufweist und daß zum elektrischen Aufladen des begrenzt leitfähigen Belages (8) die Hochspannungsquelle über eine sich im wesentlichen parallel zu der Walze in axiales Richtung erstreckende Korona-Aufladungselektrode (44) aufgebracht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Achse (6) oder Welle (20) versehene Walze (5) in einem Maschinenrahmen (10) angeordnet ist und daß die Achse (6) oder die Welle (20) der Walze (5) elektrisch leitend mit dem Stahlmantel (7) verbunden und von dem Maschinenrahmen (10) elektrisch isoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Hochspannung über einen Anschluß anlegbar ist, der als ein an der Stirnseite (14) der Welle (20) angeordnetes Drucklager (23) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle (6) der Walze (5) neben dieser eine Primärspule (117) bezüglich des Maschinenrahmens (10, 120) fest angeordnet ist, daß konzentrisch zu der Achse oder Welle (6) der Walze (5) an dessen einer Stirnseite (112) eine Sekundärspule (114) mit dieser umlaufend fest angebracht ist und daß deren einer Anschluß an die Achse oder Welle (6) und deren Anschluß über eine Gleichrichterschaltung (122) an den begrenzt leitfähigen Belag (8) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleichrichterschaltung (122) und dem begrenzt leitfähigen Belag (8) eine Glättungsschaltung (123) für den pulsierenden Gleichstrom angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärspule (117) eine zweite Primärspule (118) und der Sekundärspule (114) eine mit dieser umlaufende, zu dieser parallel geschaltete zweite Sekundärspule (115) zugeordnet ist, die der zweiten Primärspule (118) gegenüberliegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Spaltes (50) zwischen dem Walzen (5) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (5) als Presseur für eine Tiefdruckanlage ausgebildt ist.

Claims

1. A device for electrostatically charging the two outsides of at least one material with a charge of opposite polarity prior to further processing of the at least one material, wherein the material is guided through the gap of a pair of rollers (5) which are arranged in mutually parallel relationship at a small spacing relative to each other, characterised in that the electrostatic charging device is formed by the pair of rollers (5), that over an outer steel casing (7) each roller has a limitedly electrically conductive cover (8), a so-called semiconducting cover, that for electrical charging of the limitedly conductive cover in the gap (50) the steel casing (7) of each roller (5) can be connected to a positive and a negative high-voltage source respectively and that for the purposes of insulation from the machine frame (10) the roller (5) has an electrical insulator (40 and 42 respectively) under the highly conductive steel casing (7) and at its two ends, and that for electrical charging of the limitedly conductive cover (8) the high-voltage source is applied by way of a corona charging electrode (44) which extends substantially parallel to the roller in the axial direction.

2. A device according to claim 1 characterised in that the roller (5) which is provided with a spindle (6) or shaft (20) is arranged in a machine frame (10) and that the spindle (6) or the shaft (20) of the roller (5) is electrically conductively connected to the steel casing (7) and is electrically insulated from the machine frame (10).

3. A device according to claim 2 characterised in that the electrical high voltage can be applied by way of a connection which is in the form of a thrust bearing (23) arranged at the end (14) of the shaft (20).

4. A device according to claim 1 characterised in that arranged fixedly with respect to the machine frame (10, 120) in concentric relationship with the axis or shaft (6) of the roller (5) beside same is a primary coil (117), that in concentric relationship with the axis or shaft (6) of the roller (5) fixedly mounted to the one end (112) thereof to rotate therewith is a secondary coil (114), and that its one connection is connected to the spindle or shaft (6) and its connection is connected to the limitedly conductive cover (8) by way of a rectifier circuit (122).

5. A device according to claim 4 characterised in that arranged between the rectifier circuit (122) and the limitedly conductive cover (8) is a smoothing circuit (123) for the pulsating direct current.

6. A device according to claim 4 or claim 5 characterised in that associated with the primary coil (117) is a second primary coil (118) and associated with the secondary coil (114) is a second secondary coil (115) which rotates therewith and which is connected parallel thereto and which is disposed opposite the second primary coil (118).

7. A device according to one of claims 1 to 6 characterised in that the size of the gap (50) between the rollers (5) is adjustable.

8. A device according to claim 1 characterised in that the roller (5) is in the form of an impression cylinder for an intaglio printing installation.

Revendications

1. Dispositif pour charger d'électricité statique les deux faces extérieures d'au moins une matière avec des charges de polarités opposées avant la poursuite du travail de l'au moins une matière, cette matière passant à travers la fente d'une paire de cylindres (5) disposés parallèlement entre eux et à un faible écartement l'un de l'autre,
   caractérisé
   en ce que le dispositif de charge électrostatique est formé de la paire de cylindres (5), en ce que chaque cylindre présente, par dessus une paroi latérale extérieure en acier (7), un revêtement conducteur de l'électricité à conductibilité limitée, ce qu'on appelle un revêtement semi-conducteur, en ce que, pour la charge électrique du revêtement conducteur à conductibilité limitée dans la fente (50), la paroi latérale en acier (7) de chaque cylindre (5) peut être connectée à une source de haute tension positive ou négative respectivement, en ce que, pour être isolé du bâti (10) de la machine, le cylindre (5) présente un corps isolant électrique (40 ou 42 respectivement) sous la paroi latérale en acier très bonne conductrice (7) et sur ses deux faces frontales et en ce que, pour la charge électrique du revêtement conducteur à conductibilité limitée (8), la source de haute tension est appliquée par l'intermédiaire d'une électrode de charge à effet couronne (44) qui s'étend sensiblement parallèlement à la direction axiale au cylindre.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (5) muni d'un axe (6) ou arbre (20) est disposé dans un bâti de machine (10) et en ce que l'axe (6) ou l'arbre (20) du cylindre (5) est connecté à la paroi latérale en acier (7) par une liaison conductrice de l'électricité et est isolé électriquement du bâti (10) de la machine.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la haute tension électrique peut être appliquée par l'intermédiaire d'une connexion qui est constituée par un palier de pression (23) disposé au droit de la face frontale (14) de l'arbre (20).

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une bobine primaire (117) est montée rigidement par rapport au bâti (10, 120) de la machine, concentriquement à l'axe ou arbre (6) du cylindre (5), à côté de ce dernier, en ce qu'une bobine secondaire (114) est montée concentriquement à l'axe ou arbre (6) du cylindre (5), contre l'une des faces frontales (112) de ce cylindre et tourne solidairement avec celui-ci, et en ce qu'une de ses connexions est connectée à l'axe ou arbre (6) et une de ses connexions est connectée au revêtement conducteur à conductibilité limitée (8) par l'intermédiaire d'un circuit redresseur (122).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un circuit de lissage (123) pour le courant continu pulsé est disposé entre le circuit redresseur (122) et le revêtement conducteur à conductibilité limitée (8).

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'à la bobine primaire (117) est associée une deuxième bobine primaire (118) et qu'à la bobine secondaire (114) est associée une deuxième bobine secondaire (115) qui tourne avec celle-ci, qui est connectée en parallèle à celle-ci, et qui fait face à la deuxième bobine primaire (118) ;

7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la dimension de la fente (50) entre les cylindres (5) est réglable.

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (5) est constitué par un presseur pour une installation d'impression en héliogravure.

Zeichnung