DE2064545C3 - Device for electrostatically charging or discharging surfaces of a material - Google Patents
Device for electrostatically charging or discharging surfaces of a materialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elekrostatischen Auf- oder Entladen von Oberflächen eines Materials nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for electrostatically charging or discharging surfaces of a Material according to the preamble of claim 1.
Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen von Isolierschichten (US-PS 03 401) sind unter der aufzuladenden Schicht eine geerdete walzenförmige Gegenelektrode und über der Schicht eine Entladungselektrode und seitlich angeordnete Hilfselektroden angebracht. Die Entladungselektrode besteht beispielsweise aus einer Nadelreihe oder einer Schneide, während die Hilfselektroden entweder die Form von Streifen mit einer Schneide oder von Walzen aufweisen. Der Abstand der Hilfselektroden von dem aufzuladenden Material ist im allgemeinen kürzer als der Abstand der Entladungselektrode von dem Material gehalten.In a known device of this type for the electrostatic charging of insulating layers (US Pat 03 401) there is a grounded cylindrical counter electrode under the layer to be charged and above the Layer a discharge electrode and laterally arranged auxiliary electrodes attached. The discharge electrode consists for example of a row of needles or a cutting edge, while the auxiliary electrodes either be in the form of strips with a cutting edge or of rollers. The distance between the auxiliary electrodes from the material to be charged is generally shorter than the distance of the discharge electrode from held to the material.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-AS 12 08 629) führt eine walzenförmige Sprühelektrode gegenüber zwei feststehenden Hilfselektroden eine Drehbewegung aus. Auf der Oberfläche der Sprühelektrode ist eine Wendel aufgebracht die die Entladungskante bildet In another known device (DE-AS 12 08 629) leads a roller-shaped spray electrode a rotary movement in relation to two stationary auxiliary electrodes. On the surface of the spray electrode a coil is applied which forms the discharge edge
ι« Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart zu verbessern, daß über eine lange Betriebsdauer, unabhängig von der Größe der zu behandelnden Materialoberfläche, eine stets gleichmäßige Auf- oder Entladung '5 über die gesamte Oberfläche bei niedriger Betriebsspannung der Sprühelektrode erhalten wird.The object of the invention is to provide the device to improve the preamble of claim 1 so that over a long period of operation, independently depending on the size of the material surface to be treated, an always uniform charge or discharge '5 over the entire surface with low operating voltage the spray electrode is obtained.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöstThis object is achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1 solved
Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Patentansprüche zu ersehen.Refinements of the invention can be seen from the remaining claims.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt daß anstelle der bekannten Sprühkegel, die von jeder Nadelspitze einer Sprühelektrode ausgehen, sich eine dichte Sprühwand zwischen den Sprühelektroden und der Saugelektrode aufbaut die selbst bei Ausfall einzelner Nadelspitzen, keine Lücken der Auf- oder Entladung der Materialoberfläche entstehen läßtWith the invention, the advantage is achieved that instead of the known spray cone that of each Needle tip of a spray electrode run out, a tight spray wall between the spray electrodes and the suction electrode builds up no gaps in the or Discharge of the material surface can arise
Dadurch ergibt sich auch mit niedriger Coronaspannung bei konstantem Abstand zu dem zu behandelnden Material über eine lange Betriebsdauer ein störungsfreies Arbeiten, da der geringe Abstand der Nadeln voneinander eine geringe elektrische Belastung jeder einzelnen Nadelspitze mit sich bringt. Hierdurch ergibt ->r> sich auch daß bei einem nicht vermeidbaren Ausfall einer Nadel ein Ausgleich durch die benachbarten Nadeln geschaffen wird. Von Vorteil ist auch, daß die auf der Saugelektrode niedergeschlagenen Verschmutzungen ohne Unterbrechung des Betriebsvorganges entfernt werden können.This results in trouble-free operation over a long period of operation even with a low corona voltage at a constant distance from the material to be treated, since the small distance between the needles results in a low electrical load on each individual needle tip. This also results in -> r > that in the event of an unavoidable failure of a needle, compensation is created by the neighboring needles. Another advantage is that the dirt deposited on the suction electrode can be removed without interrupting the operating process.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. It shows
F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit 4<i schräg zur Materialbahnebene verlaufenden Sprühelektroden, F i g. 1 shows an embodiment of the invention with 4 <i spray electrodes running obliquely to the plane of the material web,
F i g. 2 eine andere Ausführungsforni der Erfindung mit zur Materialbahnebene parallel verlaufenden Sprühelektroden undF i g. Figure 2 shows another embodiment of the invention with spray electrodes and running parallel to the plane of the material web
r>" Fig.3 eine teilweise geschnittene Unteransicht der Erfindung. r> "3 is a partially sectional bottom view of the invention.
Die Materialien, deren Oberflächen aufgeladen oder entladen werden, sind Papier, Textilien, Leder, Gummi, kunststoffbeschichtete Metallfolien, entsprechende Ver-" bundmaterialien und insbesondere fotoelektrisch leitende Isolierschichten, wie sie in elektrofotografischen Kopiergeräten, Rückvergrößerungsgeräten und dgl. eingesetzt werden.The materials whose surfaces are charged or discharged are paper, textiles, leather, rubber, plastic-coated metal foils, corresponding composite materials and in particular photoelectrically conductive ones Insulating layers as used in electrophotographic copiers, re-enlargers and the like. can be used.
Als Saugelektrode 1 wird eine aus leitendem wl Vollmaterial, beispielsweise Chrom-Nickel-Stahl bestehende, drehbare Walzen verwendet, deren Oberfläche aufgerauht ist. Die Aufrauhung geschieht durch Schmirgeln Sandstrahlen, Rändeln oder eine andere mechanische Bearbeitung und hat zur Folge, daß eine h feine, kanten- und eckenartige Oberflächenstruktur geschaffen wird, die die Elektronen besser einfangen oder abgeben kann.As a suction electrode 1 wl of conductive solid material, for example chrome-nickel steel is used consisting, rotatable rollers, whose surface is roughened. The roughening is done by sanding, sandblasting, knurling, or other mechanical processing and has the result that a fine h, edge- and corner-like surface structure is provided which can capture the electrons or better proposed.
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 voi .eilhaft erwiesen, die Umlaufgeschwindigkeit der Saugelektrode etwa doppelt so groß einzustellen wie die Materialbahngeschwindigkeit and can be done with or against the movement of the material web. The rotary movement is expediently carried out in Web direction. The two movements can be coupled to one another or different relative to one another be. It has proven to be extremely urgent set the speed of rotation of the suction electrode about twice as high as the speed of the material web
Die Sprühelektroden 2 werden gebildet aus einem Metallprofil 9, an welchem kammartig und, wie aus Fi g. 3 zu entnehmen, die einzelnen elektrisch leitenden Nadeln 3 in gleicher Höhe parallel nebeneinander befestigt sind. Der Abstand der Nadeln bzw. der Nadelspitzen 4 voneinander kann bis zu einigen Nadelstärken betragen. Vorteilhaft jedoch wird ein geringerer Abstand gewählt Iu bevorzugter Ausführungsform beträgt der Abstand der Nadeln voneinander eine Nadelstärke.The spray electrodes 2 are formed from a metal profile 9, on which comb-like and, as from Fi g. 3, the individual electrically conductive Needles 3 are attached parallel to one another at the same height. The distance between the needles or the Needle points 4 from each other can be up to a few needle sizes. However, a selected smaller spacing Iu preferred embodiment is the spacing of the needles from one another a needle size.
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 2s Isolierschichten werden extrem dünne Nadeln mit Stärken von etwa 0,1 — 1 mm mit ausgeprägt feinen Spitzen benutzt Nadelstärken von 03 mm haben sich besonders bewährtThe needle thicknesses are in the range between about 2 mm and about 0.1 mm. Depending on the material, to be charged or discharged, thicker or thinner needle sizes are used thick needles are used when unloading textile surfaces, for example. With the preferred electrostatic charging of photoelectrically conductive 2s insulating layers are made using extremely thin needles Thicknesses of about 0.1 - 1 mm with extremely fine points are used. Needle sizes of 03 mm have been used particularly proven
Als Material für die Nadeln wird Stahl, eine spezidle Stahl- oder andere Metall-Legierung oder Edelmetall eingesetztThe material used for the needles is steel, a special one Steel or other metal alloy or precious metal are used
Die Saugelektrode 1 befindet sich in der Mitte der Anordnung und gegenüber dem zu behandelnden Material 10 in einem senkrechten Abstand A, der im κ wesentlichen von der angelegten Hochspannung bestimmt wird und zwischen etwa 5 und 30 mm beträgt Die Saugelektrode 1 ist durch die Isolierung 5 von den Sprühelektroden 2 getrennt angeordnet Der Saugelektrode 1 sind zwei Sprühelektroden 2 zugeordnet Es ist auch möglich, mehrere Anordnungen hintereinander in gestreckter oder gekrümmter Bahn anzuordnen.The suction electrode 1 is located in the middle of the arrangement and at a perpendicular distance A from the material 10 to be treated, which is essentially determined by the applied high voltage and is between about 5 and 30 mm the spray electrodes 2 arranged separately. The suction electrode 1 is assigned two spray electrodes 2. It is also possible to arrange several arrangements one behind the other in a stretched or curved path.
Die Spitzen 4 der Sprühelektroden 2 sind der Saugelektrodenwalze 1 im gleichen Abstand und parallel zu deren Achse zugeordnet und zwar so, daß sich die untere Mantellinie 7 (F i g. 2) der Saugelektrode 1 in etwa gleicher Höhe mit den Nadelspitzen 4 befindet. Kleinere Höhenabweichungen sind möglich, wobei aber darauf geachtet werden muß, daß das Sprühen stets nur aus den Nadelspitzen 4 erfolgt.The tips 4 of the spray electrodes 2 are the suction electrode roller 1 at the same distance and assigned parallel to its axis in such a way that the lower surface line 7 (FIG. 2) of the suction electrode 1 is at approximately the same height as the needle tips 4. Smaller height deviations are possible, but It must be ensured that the spraying always only takes place from the needle tips 4.
Die Richtung der Nadelanordnung der Sprühelektrode 2 in Bezug auf die Materialbahnebene 10 und die Saugelektrode 1 kann variiert werden, in der Weise, daß die Nadeln 3 parallel zur Materialbahnebene 10 und in Richtung auf die Saugelektrode 1 liegen oder einen τ> Winkel zur Senkrechten zur Materialbahnebene 10 bilden. In vorteilhafter Ausführung nehmen die Sprühelektroden 2 einen Winkel von 0° bis etwa 60° zur Materialbahnebene ein, wie dies in F i g. 1 und 2 angedeutet ist. Es ist auch nrg'n.b, die Nadelanordnung m) 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. b>The direction of the needle arrangement of the spray electrode 2 in relation to the material web plane 10 and the Suction electrode 1 can be varied in such a way that the needles 3 are parallel to the material web plane 10 and in Direction on the suction electrode 1 or a τ> Form an angle to the perpendicular to the material web plane 10. In an advantageous embodiment, the spray electrodes take 2 an angle of 0 ° to about 60 ° to the plane of the material web, as shown in FIG. 1 and 2 is indicated. It's also nrg'n.b, the needle arrangement m) to be arranged perpendicular to the plane of the material web and to bend the needles 3 to the suction electrode 1 accordingly. The angular arrangement also depends on whether it is a flat arrangement or a more compact shape to be used in a larger machine. b>
Der Abstand B parallel zur Materialbahnebene zwischen den Nadelspitzen 4 und der Oberfläche der Saugelektrode 1 ist abhängig von der anzulegenden Hochspannung und beträgt etwa 5 bis 15 ram. Bei wesentlicher Vergrößerung der Hochspannung ist auch ein größerer Abstand möglich. Bei einer Hochspannung von 10 kV beträgt der Abstand etwa 10 mm.The distance B parallel to the plane of the material web between the needle tips 4 and the surface of the suction electrode 1 depends on the high voltage to be applied and is approximately 5 to 15 ram. If the high voltage is significantly increased, a greater distance is also possible. At a high voltage of 10 kV, the distance is about 10 mm.
Die Saugelektrode 1 kann mit einer Reinigungsanlage 12 versehen sein, beispielsweise in Form einer abstreifenden, feststehenden oder rotierenden Bürste, welche anhaftende Verschmutzungen ohne Arbeitsunterbrechung entfernt Die Bürstenreinigung kann über einen in die Isolierkörper 5, 6 eingelassenen Kanal erfolgen.The suction electrode 1 can be provided with a cleaning system 12, for example in the form of a wiping, stationary or rotating brush, which removes stubborn dirt without interrupting work. The brush cleaning can be done over a channel let into the insulating body 5, 6 take place.
Der Isolierkörper S 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 Ausführungsform steht die Saugelektrode 1 nur einige Millimeter, etwa 1—3, über der Isolierung. Die U-Schenkel sind an ihren Innenseiten zweckmäßigerweise abgeschrägtThe insulating body S of the suction electrode is U-shaped in cross section, the width of the inner opening depends on the diameter of the suction electrode The suction electrode is enclosed so far that that only the smaller part of its surface protrudes beyond the U-legs. In a preferred embodiment the suction electrode 1 is only a few millimeters, about 1-3, above the insulation. The U-legs are on hers Expediently beveled inner sides
Die Isolierung 6 der Sprühelektroden 2 schirmt die Vorrichtung gegen Berührung von außen ab und kann als Gehäuse ausgeführt sein.The insulation 6 of the spray electrodes 2 shields the device against external contact and can be designed as a housing.
Als Isoliermaterial werden geeignete, bekannte Isolierstoffe, insbesondere Kunststoffe, verwendetSuitable, known insulating materials, in particular plastics, are used as the insulating material
Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Isolierkörper 5, 6 Kanäle 11 zur Zuführung oder Absaugung von Gasen und/oder Staubteilchen enthalten. Im Falle einer Absaugung wird mit nur geringem 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 elektrophotographische Material auf die Gegenelektrode 8 gepreßt, womit besserer Kontakt, konstanter Abstand A und ruhige Führung des Materials erzielt werden.As shown in FIG. 2, the insulating bodies 5, 6 can contain channels 11 for the supply or suction of gases and / or dust particles. In the case of suction, only a slight negative pressure is used, whereby the undesired gases formed during charging or discharging are removed, but the movement of the moving material web or the individual format is not disturbed. If more suction is required, a double arrangement can be used. On the other hand, better guidance of the material can be achieved by supplying air. According to this method, the electrophotographic material that is preferably to be treated is pressed onto the counter electrode 8, with the result that better contact, constant distance A and smooth guidance of the material are achieved.
Die Anordnung der Kanäle 11 in den Isolierkörpern 5, 6 ist an sich beliebig. Es ist jedoch zweckmäßig, bei Absaugung die Kanäle U senkrecht und bei Zuführung von Luft im spitzen Winkel zur Materialbahn 10 und in deren Laufrichtung anzuordnen.The arrangement of the channels 11 in the insulating bodies 5, 6 is arbitrary in itself. However, it is advisable for the channels U to be vertical when aspirating and when feeding of air to be arranged at an acute angle to the material web 10 and in its running direction.
Als Gegenelektrode 8 kann eine Walze oder ein Metall- oder ein metallisiertes Transportband dienen.A roller or a metal or metallized conveyor belt can serve as the counter electrode 8.
Unter Berücksichtigung des zu behandelnden Materials und dessen Format ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für Hochspannungen im Bereich von 1 bis 15 kV oder darüber eingerichtet Im Falle der bevorzugten Behandlung photoelektrisch leitender Isolierschichten sind Hochspannungen zwischen etwa 4 und etwa 12 kV geeignetTaking into account the material to be treated and its format, the inventive Device set up for high voltages in the range from 1 to 15 kV or above In the case of The preferred treatment of photoelectrically conductive insulating layers are high voltages between about 4 and about 12 kV suitable
Die Vorrichtung eignet sich zur Auf- oder Entladung von dielelektrischen Materialien, welche mit Geschwindigkeiten zwischen 1 bis 50 m/min, bevorzugt 4—20 m/min geführt werden.The device is suitable for charging or discharging dielectric materials, which at speeds between 1 and 50 m / min, preferably 4-20 m / min.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wurde bei einer Hochspannung von 6000 Volt für Zinkoxidpapier im DlN A4 Format bei einer Durchlaufgeschindigkeit von 11 m/min die richtige Sättigung erreicht. Es wurden dabei Nadeln mit einer Stärke von 0,3 mm eingesetzt, und es herrschte ein Nadelabstand von 0,3 mm. Der Abstand B zwischen den Nadelspitzen und der Saugelektrode betrug 10 mm, und der AbstandWhen using the arrangement according to the invention, the correct saturation was achieved at a high voltage of 6000 volts for zinc oxide paper in DIN A4 format at a throughput speed of 11 m / min. Needles with a thickness of 0.3 mm were used, and the needle spacing was 0.3 mm. The distance B between the needle tips and the suction electrode was 10 mm, and the distance
Mit einer Anordnung aus Spitzenelektroden in Kombination mit seitlich angeordneten Hilfselektroden ergab sich erst bei einer Hochspannung von 10 000 Volt und bei der niedrigen Geschwindigkeit von 6 m/min für Zinkoxidpapier richtige Sättigung.With an arrangement of tip electrodes in combination with laterally arranged auxiliary electrodes resulted only at a high voltage of 10,000 volts and at the low speed of 6 m / min for Zinc oxide paper correct saturation.
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