CH638071A5 - Hochspannungselektrodenanordnung mit einer anzahl einzeln ein- und ausschaltbarer spitzenelektroden. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Hochspannungselektrodenanordnung mit einer Anzahl einzeln ein- und ausschaltbarer Spitzenelektroden (4), die in einem Isolierkörper ( 1, 1 ' ) angeordnet und durch im Isolierkörper eingebaute Schaltglieder (26) wahlweise mit einer Elektro- 5 denzuleitung (3,3') verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,

- dass jedes Schaltglied (26) die Form eines in sich geschlossenen länglichen Elektrodensatzes (2), bestehend aus einem Kontaktantriebsorgan (7) mit in einer verschlossenen Kammer (7") untergebrachten axial verschiebbaren beweglichen io Antriebs- und Kontaktmitteln (13-15; 15', 23,24) und einer flüssigkeitsdichten Schaltkammer ( 11), besitzt,

- dass die Kammer des Kontaktantriebsorgans eine auf die Aussenseite des Isolierkörpers ( 1,1 ' ) führende Zutrittsöffnung (8', 24) zum Einleiten einer Kontaktverstellkraft in die Kam-mer und eine mit einer Rückführfeder (13) belastete axial verschiebbare Kontaktierungseinrichtung ( 14,15; 23,15') enthält,

- dass die Schaltkammer (11) an ihrem einen Ende durch eine die Spitzenelektrode (4) fassende, als feststehendes Kontaktelement wirksame Kontaktplatte ( 12) und auf dem gegen- 20 überliegenden Ende durch einen die Kontaktantriebskammer (7") von der Schaltkammer (11) trennenden Führungsblock (9) verschlossen und ferner mit einer Isolierflüssigkeit gefüllt ist und dass der genannte Führungsblock (9) mit einer Durchtrittsöffnung ( 18) für einen mit den Antriebs- und Kontaktmitteln 25 verbundenen beweglichen Kontaktteil (15) versehen ist.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktantriebsorgan (7) ein axial auf die Schaltkammer (II) ausgerichtetes pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Zylinder-Kolbenaggregat ist, in dessen 20 eine Stirnseite (8) eine Betätigungsmediumzuleitung (8') mündet und dessen andere Stirnseite durch den Führungs- und Trennblock (9) gegenüber der Schaltkammer flüssigkeitsdicht verschlossen ist (Fig. 3).

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch 35 gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (15) des Zylinder-Kolbenaggregates als bewegliches Kontaktteil gestaltet ist.

4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktantriebsorgan (7) ein axial auf die Schaltkammer ausgerichtetes zylindrisches Gehäuse 40 enthält, dessen eine Stirnseite mit einer Öffnung zur Aufnahme einer Stellschraube (24') zur axialen Verschiebung des beweglichen Kontaktteils 15' gestaltet ist (Fig. 4).

5. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkammer ( 11 ) einen 45 zusammendrückbaren Verdrängungskörper (17) zur Kompensation der beim Eintauchen des beweglichen Kontaktteils (15, 15') in das Kammerinnere auftretenden Volumenabnahme für die Isolierflüssigkeit enthält.

6. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch 50 gekennzeichnet, dass das kolbenstangenseitige Ende des Zylin-der-Kolbenaggregates mit einem Entlüftungskanal (19) zur Ableitung des über Leckstellen eingedrungenen Steuermediums versehen ist.

7. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch 55 gekennzeichnet, dass das Schaltglied (26) im Elektrodensatz

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überohmsche oder kapazitive Ankopplungsglieder (16, 12, 21) mit der Elektrodenzuleitung (3,3') verbunden ist.

8. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch 60 gekennzeichnet, dass in der Schaltkammer (11) zwischen dem Kontaktende (15') des beweglichen und der Kontaktfläche des festen Kontaktteils Ankopplungsglieder für ohmsche oder kapazitive Ankopplung der Spitzenelektrode (4) an die Elektrodenzuleitung (3, 3') eingesetzt sind. 65

In verschiedenen Anwendungsgebieten der Technik werden Elektrodenanordnungen zum Aufbringen von elektrostatischen Ladungen auf elektrisch isolierende und/oder durch solche Ladungen sensibilisierbare Oberflächen oder zur Ableitung bzw. zum Entfernen elektrostatischer Ladungen von Materialoberflächen verwendet. Vielfach stellt sich auch das Problem, namentlich bei kontinuierlich bewegtem Bahnmaterial nur einzelne Abschnitte der Bahnoberfläche entweder von einer zufällig darauf vorhandenen «wilden» Ladung zu befreien oder eine bestimmte Ladung auf bestimmte Bereiche der Oberfläche aufzubringen. Insbesondere ergibt sich beim Tief drucken mit elektrostatischer Unterstützung das Problem, die Presseurwalze nur auf jenem Breitenbereich mit einer elektrischen Ladung zu versehen, in welchem zwischen dem Drucksubstrat und dem Druckzylinder eine Farbübertragung stattfinden soll. In diesem Anwendungsfall kommt hinzu, dass für eine optimale Übertragung der Druckfarbe vom Druckzylinder auf das Substrat eine möglichst gleichmässig verteilte Feldstärke an der Presseurwalze herrschen sollte, um auch für Halbtöne und Farbmischungen den gewünschten Farbauftrag zu erhalten. Während die bekannten Vorrichtungen zur Steuerung der Ladespannung bezüglich des Empfangsabschnittes an der Presseurwalze einwandfrei arbeiten, zeigt es sich, dass es unerwünscht ist, die Presseurwalze auch ausserhalb der Farbüber-tragungszone aufzuladen, wenn eine andauernd einwandfreie Arbeitsweise der Tiefdruckvorrichtung erzielt werden soll. Dies aus zwei Gründen: zum ersten zeigt das Ladungsfeld eine vom Ladungsempfangsabschnitt gegen die Farbübertragungszone fortschreitende Verbreiterungstendenz (unter Abschwächung der Ladungsintensität), und zum zweiten empfängt die Presseur-oberfläche ausserhalb der Substratseitenränder relativ rasch einen unerwünschten Farbstoffauftrag infolge des geringen Luftspaltes zwischen Druckzylinder- und Presseuroberfläche, so dass sich neben der lästigen Presseuroberflächenverschmut-zung der Feldabschwächungsprozess sukzessive vergrössert, wodurch die Druckqualität schlechter wird. Da es aus praktischen Gründen zweckmässig ist, die Breite der Elektrodenanordnung im wesentlichen gleich der Presseurbreite zu wählen und damit die ganze Breite ausnützende Druckerzeugnisse herstellen zu können, andererseits aber auch schmalere Substrate einwandfrei verarbeitet werden müssen, stellt sich die Frage der Ladungsbreitenbeschränkung. Diesbezüglich sind über die inaktiv zu verbleibenden Elektrodenspitzen schieb- oder steckbare Isolierabdeckungen bekannt geworden, die zwar billig herstellbar und mit geringem Aufwand einstellbar sind, aber wegen den weiterhin unter Spannung stehenden abgedeckten Elektrodenspitzen nun ihrerseits in einem Ausmass aufgeladen werden, dass sich Staub und Farbe daran niederzuschlagen vermögen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bezieht sich somit auf die Schaffung einer Hochspannungselektrodenanordnung, die sich sowohl für die Entfernung von elektrostatischen Ladungen von beliebig begrenzten Bereichen von Materialoberflächen als auch zum Anbringen von elektrostatischen Ladungen auf solche Bereiche, insbesondere auf Presseurwal-zen von Tiefdruckeinrichtungen, eignet. Weiterhin soll eine Elektrodenanordnung geschaffen werden, bei der die Elektroden einzeln oder gruppenweise ein- und ausschaltbar bzw. wahlweise an unterschiedliche Speisespannungssysteme anschliessbar sind.

Die erf indungsgemässe Lösung dieser Aufgabe geht aus dem Patentanspruch 1 hervor. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind durch die abhängigen Ansprüche gekennzeichnet. Daraus ist leicht erkennbar, dass durch eine bestimmte Anordnung und Schaltungsweise der Elektroden insbesondere bei sogenannten mehrreihigen Elektrodenanordnungen und ihre Zuordnung an unterschiedliche Anspeisungssysteme in weitem Masse differenzierte Wirkungen bezüglich Lage und Stärke von Ladungsfeldern auf Ladungsträgern erzielbar sind.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind

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nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 teilweise schematisch, teilweise längs der Linie I-I in Fig. 2 geschnitten, eine Partialdarstellung einer ersten Ausführungsform der Elektrodenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Grundriss-Partialdarstellung einer «einreihigen» Elektrodenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 in vergrössertem Massstab schematisch einen Elektrodeneinsatz gemäss einem Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante des Elektrodeneinsatzes in ähnlicher, jedoch um 90° gedrehten Darstellungsweise wie Fig. 3, mit Schraubeinstellung des Schaltelementes,

Fig. 5 eine Grundriss-Partialdarstellung einer «zweireihigen» Elektrodenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5, wobei die Elektrodeneinsätze nicht geschnitten sind, und

Fig. 7 in der Darstellung nach der Klammer «A» das Schaltungsschema einer «einreihigen» und in der Darstellung nach der Klammer «B» das Schaltungsschema einer «zweireihigen» Elektrodenanordnung nach der Erfindung.

In der Zeichnung bezeichnet 1 allgemein einen Isolierkörper, vorzugsweise aus einem Giessharz, der durch nicht gezeigte Halterungen bezüglich einer aufzuladenden oder von einer elektrostatischen Ladung zu befreienden Oberfläche usw. stationär oder beweglich gehalten ist. Mit 2 sind Elektrodeneinsätze bezeichnet, deren Details in grösserem Massstab aus Fig. 3 hervorgehen, und mit 3 eine gemeinsame Elektrodenzuleitung.

Weiterhin bezeichnet 4 eine Anzahl Spitzenelektroden, deren oberes Ende über die zurückversetzt gezeichnete kanal-förmige Vertiefung 5 der Oberseite des Isolierkörpers 1, und 6 über die Vertiefungen 5 hinausragende längsseitliche, einstük-kig am Isolierkörper elektrodenseitig angeformte Schutzrippen, deren Höhe praktisch dem Mass entspricht, um das die Elektrodenspitzen über die Vertiefung 5 herausragen.

Es sei hier darauf verwiesen, dass die Elektroden einer Elektrodenanordnung zwar an eine einzelne Zuleitung angeschlossen sein können. Es ist aber auch möglich, Gruppen von Elektroden zu bilden, die dann einzeln oder zusammen anspeisbar sind.

Die Elektrodeneinsätze 2 einer erfindungsgemäss gestalteten Elektrodenanordnung sind vorzugsweise einheitlich aufgebaute, wahlweise betätigbare Schaltglieder, können aber, namentlich in zwei- oder mehrreihigen Elektrodenanordnungen nach den Fig. 5,6 und 7B, auch unterschiedlich gestaltet sein. Sie können entweder fest in den Isolierkörper 1 eingegossen oder in darin ausgesparten Öffnungen auswechselbar eingesetzt sein.

In der in Fig. 3 gezeigten Detaildarstellung bezeichnet 7 allgemein ein Kontaktantriebsorgan in der Form eines Druckluftzylinders mit einer Zylinderhülse 7', deren Unterseite durch eine Bodenplatte 8, in welche eine Zuleitung 8' für Druckluft einmündet. Die Zylinderhülse ist praktisch gasdicht verschlossen und besteht zweckmässig aus Metall. Es versteht sich, dass anstelle von Druckluft auch ein anderes Steuermedium verwendet werden kann. Die Zylinderhülse 7' ist an ihrer Deckseite durch einen Führungs- und Trennblock 9 verschlossen, von dem ein unterer Zylinderteil in das Innere der Zylinderhülse 7' und ein oberer Zylinderteil in das Innere der Umman-telung 10 einer allgemein mit 11 bezeichneten Schaltkammer hineinreicht. Der Trennblock 9 stellt eine stabile, flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Bauteilen 7' und 10 her, die zweckmässig axial aufeinander ausgerichtet sind. Die Umman-telung 10 kann sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff gefertigt sein. Im Falle einer metallischen Ummantelung 10 müsste der Trennblock 9 aus Isoliermaterial bestehen und mit einem elektrisch isolierenden Schutzkragen 9' versehen sein, um eine elektrische Trennung zwischen 7' und 10 zu erzielen. Den in

Fig. 3 obern Abschluss der Schaltkammer 11 bildet eine Kontaktplatte 12, die die Spitzenelektrode 4 trägt und flüssigkeitsdicht in der Ummantelung 10 sitzt.

In der Zylinderhülse 7' befindet sich ein durch eine Rückführfeder 13 belasteter Kolben 14, der eine Kolbenstange 15 trägt, die in einer Bohrung 18 im Führungs- undTrennblock 9 geführt verschiebbar ist. Die Kolbenstange 15 bildet, wie nachstehend weiter erläutert wird, der bewegliche Kontaktteil der Schaltglieder im Elektrodensatz 2.

Die metallische Zylinderhülse 7' ist über ein elektrisches Ankopplungsorgan 16 mit Anschlussverbindungen 16', d.h. entweder einen ohmschen Widerstand angemessener Grösse oder einen Kopplungskondensator, mit der Elektrodenzuleitung 3 verbunden. Bei Zufuhr von Steuerluft an die Unterseite des Kolbens 14 schiebt dieser, unter Überwindung der Kompressionskraft der Feder 13, die Kolbenstange 15 durch die Bohrung 18 im Trennblock 9 in die Schaltkammer 11 hinein, bis ihr Kontaktende 15' an der Kontaktplatte 12 anschlägt. Dadurch wird die im Ruhezustand elektrisch isolierte Kontaktplatte 12 und die mit ihr verbundene Spitzenelektrode 4 über einen Leitungspfad, der von der Zuleitung 3 über das Kopplungsorgan 16 an die Zylinderhülse 7' und von dort über die Feder 13, den Kolben 14 oder den Trennblock 9 zur Kolbenstange 15 führt, an Spannung gelegt. Im Hinblick darauf, dass die Speisespannung Werte von 30 40 kV annehmen kann, beträgt der Kontaktweg bzw. die Öffnungsweite im ausgeschalteten Zustand 12-18mm, und das Innere 11' der Schaltkammer

11 ist zusätzlich aus Sicherheitsgründen mit einer hochdielektrischen Isolierflüssigkeit gefüllt. Das beim Anheben der Kolbenstange 15 verdrängte Flüssigkeitsvolumen drückt dabei einen z.B. aus Schaumgummi oder dergleichen bestehenden ringförmig dargestellten Verdrängungskörper 17 zusammen, so dass kein nennenswerter Druckaufbau in der durch einen Dichtungsring 18' in der Bohrung 18 des Trennblocks 9 flüssigkeitsdicht gemachten Schaltkammer 11 auftreten kann.

Der Raum 7" über dem Kolben 14 ist zur Vermeidung von Bewegungsstörungen infolge Leck-Mediumseintritt über einen Entlüftungskanal 19 mit einer Entlüftungs-Sammelleitung 20 verbunden, welche sich zweckmässig über die ganze Länge des Isolierkörpers 1 erstreckt.

Für den Fall, dass der Trennblock 9 aus Isolierstoff hergestellt ist, die Feder 13 nicht wenigstens teilweise mit der Innenwand der Zylinderhülse 7' in Berührung steht und der Kolben 14 ebenfalls gegenüber der Zylinderhülse 7' isoliert ist, kann auf der Unterseite der Trennplatte 9 ein nicht gezeigtes Kontaktelement vorgesehen werden, das die Hülse 7' elektrisch mit der Kolbenstange 15 verbindet.

Weiter kann für den Fall einer kapazitiven Ankopplung der Spitzenelektrode 4 an die Elektrodenzuleitung 3 anstelle eines aussenliegenden Ankopplungsorgans 16 ein Kopplungskondensator dadurch gebildet werden, dass eine in Fig. 3 am oberen Ende 15' der Kolbenstange 15 mit unterbrochenen Linien gezeigte Kondensatorplatte 21 aufgesetzt wird, die beim Ankoppeln der Elektrode 4 an die Zuleitung gegen die Kontaktplatte

12 hin verschoben wird. Der durch ein in Fig. 3 ebenfalls mit unterbrochenen Linien gezeigtes Anschlagmittel 22 beschränkte Hubweg richtet sich dann nach der erforderlichen Ankopplungskapazität.

Anstelle eines eigentlichen Anschlagmittels 22 kann eine abstandhaltende ein- oder mehrschichtige Isoliermaterialeinlage treten, die sich im angekoppelten Zustand der Elektrode zwischen den genannten Platten 12 und 21 befindet. Sinngemäss können (nicht gezeigte) abstandhaltende Mittel zwischen den entsprechend gestalteten Platten 12 und 21 als Widerstandsglieder dienen, die in diesem Fall ein externes Ankopplungsorgan 16 überflüssig machen. An dessen Stelle könnte dann eine massive durchgehende Verbindung 16' treten. Diese könnte z.B. als zwischen der Zuleitung 3 und der Oberfläche der

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Zylinderhülse 7' wirksamer Federkontakt gestaltet sein.

Die beschriebene pneumatische (oder hydraulische) Betätigung der Elektrodeneinsätze 2 gestattet, ohne Manipulationen an der Elektrodenanordnung selbst z.B. von einem entfernten Steuerpult aus einzelne und beliebige Spitzenelektroden 4 zu- 5 oder abzuschalten, um dadurch Ladungsbereiche festzulegen oder Substratzonen durch Ionisieren ladungsfrei zu machen. In Fällen, wo eine solche Massnahme aus Kostengründen oder infolge leichter Zugänglichkeit oder Ausbaubarkeit der Elektrodenanordnung dieser Aufwand nicht angezeigt bzw. notwen-10 dig ist, kann eine in Fig. 4 dargestellte Elektrodeneinsatzvariante in Betracht gezogen werden. Die nicht detailliert gezeigte Schaltkammer 11 kann grundsätzlich gleich wie anhand der Fig. 3 beschrieben aufgebaut sein, ebenso der Führungs- und Trennblock 9,9' zwischen der Schaltkammer 11 und dem Kon- is taktantriebsorgan 7. Letzteres ist in Fig. 4 zwar ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, enthält aber am untern Ende der ebenfalls federbelasteten Kolbenstange 15' lediglich eine Zentrierscheibe 23 zur Geradeführung der Kolbenstange 15' in der Zylinderhülse 7 '. Die Kolbenstange 15 ' wird mittels einer 20 durch eine Gewindebohrung 24 in die Bodenplatte 8 hindurchgreifenden Stellschraube 24' aus Isoliermaterial in und ausser Kontakt- oder Kopplungs-Eingriff mit der Kontaktplatte 12 am Anschlussende der Spitzenelektrode 4 gebracht. Durch das Fehlen eines gasförmigen oder flüssigen Steuermediums entfällt 25 auch die Notwendigkeit von entsprechenden Leck-Leitungen (19,20 in Fig. 3).

Die Fig. 5,6 und 7B zeigen eine Elektrodenanordnung mit zwei separat angespeisten, in Längsrichtung des Isolierkörpers 1 ' aufeinander ausgerichteten Elektrodengruppen 25,25' bzw. 30 Reihen von Spitzenelektroden 4, deren Antriebs- bzw. Schaltorgane wie anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben betreibbar und wie diese in einem gemeinsamen Isolierkörper 1 ' angeordnet sind. Sie können entweder fest in den Isolierkörper eingegossen oder in darin ausgesparten nicht detailliert gezeigten Öffnungen auswechselbar eingesetzt sein. Soweit nachstehend nicht besonders darauf verwiesen wird, beziehen sich in den Fig. 5 und 6 eingetragene Referenznummern, die auch in den Fig. 1-4 verwendet worden sind, auf identisch gestaltete bzw. funktionierende Teile wie dort beschrieben. Die Beschränkung auf zwei parallele Elektrodengruppen ist willkürlich. Es ist selbstverständlich möglich, mehr als zwei solcher Gruppen in einem einzigen Isolierkörper unterzubringen. Ebenso wird willkürlich angenommen, alle Elektroden einer Gruppe seien an einer einzigen Zuleitung 3 angeschlossen. Es ist vielmehr möglich, Elektroden jeder der Hauptgruppen in bestimmter Weise in Untergruppen zusammenzufassen und an separate, in Abschnitte 3 unterteilte Zuleitungen anschliessbar zu gestalten. Da die Schaltkammer-Entlüftungskanäle 19 nicht in die Schaltungsdisposition einbezogen werden müssen, können alle Elektrodensätze 2 an die gleiche Leck-Sammelleitung 20' angeschlossen werden.

Im Schaltschema nach Fig. 7 sind durch die Klammern «A» und «B» die Schaltschemas für eine «einreihige» bzw. eine «zweireihige» Elektrodenanordnung 25,25' in spiegelbildlicher Darstellungsweise gezeigt. An je eine der Einfachheit halber durchlaufend gezeigte Zuleitung 3,3' sind an diese über Ankopplungsorgane 16 Schaltglieder 26 angeschlossen, deren Aufbau beispielsweise aus Fig. 3 hervorgeht. Ihre allgemein durch die gestrichelten Linien 27 symbolisierten pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Steuermittel vermögen eine Verbindung zwischen den Zuleitungen und den bezüglichen Spitzenelektroden 4 herzustellen. Es ist leicht ersichtlich, dass durch eine bestimmte gegenseitige Anordnung der Elektroden und ihre Zuordnung an bestimmte Anspeisungssy-steme sehr differenzierte Aufgabenstellungen bezüglich der Ladungsanordnung und der Stärke von Ladungsfeldern an Ladungsträgern unterschiedlicher Art rasch und auf einfache Weise lösbar sind.

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2 Blatt Zeichnungei