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Vorrichtung zum Abführen von Ladung von
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statisch aufgeladenen Personen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Abführen der Ladung von statisch aufgeladenen Personen, bei der die Potentialdifferenz
zwischen der zu entladenen Person und einem Bezugspotential, wie Erdpotential, ausgeglichen
wird, indem die Ladung von der betreffenden Person über einen von ihr berührten,
elektrisch leitenden Griffteil und eine nachgeschaltete Entladungsstrecke abgeführt
wird, Statische Aufladungen von Personen ergeben sich unter anderem beim Gehen auf
Fußbodenbelägen aus Kunststoffen aufgrund der dabei entstehenden Reibungsladung.
Wenn dann die statisch aufgeladene Person z.B. auf Erdpotential liegende Trinken,
Metalltüren, Treppengeländer oder geerdete Geräte berührt,.
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kann es zu schmerzhaften Entladungen zwischen den Fingern und den
betreffenden Gegenständen kommen.
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Die zum Entladen von Geräten, Maschinen, Werkstücken-und dergleichen
bekannten Vorrichtungen (DE-OSen 2 221 622 und
2 536 o91) sind aufgrund
technischer und praktischer Gegebenheiten nicht geeignet, statische Aufladungen
von Personen abzuführen.
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Es besteht allerdings die Möglichkeit, statische Aufladungen entweder
von vornherein oder durch sonstige spezielle Vorrichtungen abzubauen. Zu diesem
Zweck kann etwa die relative Luftfeuchtigkeit von Räumen künstlich erhöht werden,
um den ohmschen Widerstand der Person gegen Erdpotential zu reduzieren. Bessere
Ergebnisse können allerdings in der Weise erzielt werden, daß nach DIN metallische
Matten in Fußbodenbeläge oder gegebenenfalls auch in Schuhe (DE-OS 2 130 473) eingearbeitet
werden, wodurch eine im wesentlichen laufende Entladung der Person herbeigeführt
wird.
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Eine ständige Ableitung der statischen Aufladung läßt sich auch erreichen,
wenn auf der Haut der Person z.B. eine metallische Platte angebracht wird, die über
ein Kabel und einen Schutzwiderstand mit Erde Verbindung hat (DE-OS 2 547 390).
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Schließlich gibt es auch tragbare und eigenständige Entladungsvorrichtungen,
bei denen zwischen einem elektrisch leitenden und mit der Hand zu erfassenden Griffteil
und einem ebenfalls leitenden Masseteil ein Widerstand und in Reihe hiermit eine
Ableitdiode geschaltet sind (DE-OS 2 621 672). Der Widerstand läßt bei dieser bekannten
Vorrichtung allerdings nur einen begrenzten Entladestrom zu, nachdem der erwähnte
Masseteil etwa
mit einem auf Erdpotential liegenden Gegenstand in
Kontakt gebracht wurde, so daß die die Vorrichtung am Griffteil haltende Person
nicht immer sicher gegen Stromschlag geschützt ist.
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Nachteilig ist es bei dieser Art Vorrichtung auch, daß nicht regelmäßig
gewährleistet sein kann, daß mit dem Masseteil notwendigerweise stets auf Erdpotential
liegende Gegenstände berührt werden können und daß es somit häufig nicht zu vollständigen
Entladungen kommen wird. Auch können je nach Schaltung der Diode entweder nur positive
oder negative Ladungen abgeleitet werden. Schließlich können außerdem erhebliche
Stromdichten auf der Haut der Person auftreten, wenn diese den Griffteil nur lose
bzw. nicht großflächig erfaßt hat.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der aufgezeigten
Nachteile. Insbesondere soll eine einfach zu bauende und gegebenenfalls ortsfest
zu installierende Vorrichtung zum Abführen von Ladungen geschaffen werden, die unabhängig
von der Polarität der Ladung eine sichere Funktion bietet und bei der auf jeden
Fall vermieden wird, daß hohe Stromdichten auf der Hautfläche entstehen können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Vorrichtung nach
der Erfindung so ausgebildet, daß der als Taste ausgebildetetGriffteil mechanisch
und elektrisch mit dem Arbeitskontakt mindestens eines in die Entladungsstrecke
geschalteten Schalters
in Verbindung steht, daß die durch den Abstand
der offenen und nicht betätigten Schalterkontakte bestimmte Durchschlag spannung
größer gewählt ist als die größtmögliche zu erwartende und auszugleichende statische
Spannung und daß jeder Arbeitskontakt über den Griffteil bis zum vollständigen Schließen
des jeweiligen Schalters betätigbar ist.
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Zweckmäßigerweise liegt in Reihe zu dem Schalter bzw. zu den ebenfalls
in Reihe liegenden Schaltern eine Glimmlampe, die zur Anzeige des beim Ausgleich
der Potentialdifferenz schließenden Entladungsstromes dient. Die Entladung kann
über einen Leiter gegen Erdpotential oder auch einen großflächigen Metallkörper
mit einer Kapazität erfolgen, die um ein Vielfaches oder zumindest wesentlich größer
ist als die Kapazität der zu entladenden Person.
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In der anliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Eine Vorrichtung mit einem einzelnen durch Taste
zu betätigenden Schalter, Fig. 2 eine andere Vorrichtung mit drei in Reihe liegenden
und durch Taste zu betätigenden Schaltern und Fig. 3 einen vereinfacht und schematisch
dargestellten Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung.
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Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus dem schematirch
angedeuteten
Gehäuse 1, in bzw. an dem sich eine von außen zugängliche, elektrisch leitende Taste
2 als Griffteil befindet. Diese Taste 2 steht mechanisch, wie mit der gestrichelten
Linie 3 angedeutet, und elektrisch über die Leitung 4 mit dem Arbeitskontakt des
Schalters 5 in Verbindung. In Reihe zum Schalter liegt ein Entladungsgefäß 6, beispielsweise
eine Glimmlampe, die über die Leitung 7 mit einer leitenden Kontaktfeder 8 Verl>indung
hat.
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Die Feder 8, die auch durch einen anderen elektrischen Anschluß ersetzt
werden könnte, hat mit einem großflächigen metallischen Gegenstand 9 Kontakt, auf
dem die Vorrichtung geeignet montiert werden kann. Dieser Gegenstand 9 soll eine
Kapazität Cg haben, die sehr groß ist im Verhältnis zur Kapazität Cp der zu entladenen
Person. Praktische Versuche haben gezeigt, daß metallische Gegenstände mit einer
Länge L = 50cm einer Breite B = 20cm und einer Höhe H = 60cm schon ausreichend groß
in ihrer Kapazität gegen Erde sind.
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Die im wesentlichen durch den Abstand der offenen Kontakte des Schalters
5 bestimmte Durchschlagspannung Ud wird auf jeden Fall größer gewählt als die größtmögliche
zu erwartende und auszugleichende statische Spannung Us. Diese kann unter ungünstigen
Umständen 30 000 V und in seltenen Fällen auch einen höheren Wert erreichen. Hierauf
müssen der Schalter und speziell auch die Form seiner Kontakte abgestellt werden,
wobei
man z.B. Ud = 35 000 V wählen kann.
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Wenn die zu entladende Person mit der Hand bzw. einem Finger die Taste
2 berührt, erfolgt zunächst keine Entladung, da Ud> Us gilt. Sobald jedoch die
Person einen entsprechend großen Druck auf die Taste 2 ausübt, verringert sich der
Abstand zwischen den Kontakten des Schalters 5 und somit auch dessen Durchschlag-
bzw. Uberschlagspannung, so daß schließlich Ud < Us gelten wird mit der Folge,
daß eine Bogenentladung über die zwischen den Schalterkontakten Funkenstrecke entsteht.
Die Ladung fließt also dann von der Person über die so gebildete Funkenstrecke,
die gezündete Glimmlampe 6 und die Verbindungen 7,8 auf den Gegenstand:9 über, und
zwar so lange, bis wieder Ud > Us gilt.
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Wenn die Restladung und somit Us ausreichend hoch sind, könnten beim
weitergehenden Schließen des Schalters 5 erneut Bogenentladungen auftreten, die
wieder durch Aufleuchten der Glimmlampe angezeigt werden. Im übrigen wird natürlich
sonstige Ladung der Person spätestens dann weitestgehend abgebaut sein, wenn der
Schalter geschlossen ist und einen niederohmigen Weg zur Glimmlampe bildet. Die
Höhe von Us der verbleibenden Restladung an der Person wird durch die Löschspannung
der Glimmlampe 6 bestimmt. Diese ist aber viel kleiner als die Feldstärke des elektrischen
Feldes an der Erdoberfläche und somit in diesem Zusammenhang unbeachtlich.
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Das in Fig. 2 gezeigt Ausfilhrungsbelspiel ist vom grundsätzlichen
Aufbau und von der Funktion her gesehen unmittelbar
mit dem vorher
beschriebenen Beispiel vergleichbar. Die einander entsprechenden Bauteile haben
deshalb auch die gleichen Bezugszeichen. Nachfolgend soll allerdings noch auf einige
abweichende Merkmale eingegangen werden, während im übrigen auf die bisherige Beschreibung
zu der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung Bezug genommen wird.
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Anstelle eines einzelnen Schalters 5 werden beim zweiten Ausführungsbeispiel
drei in Reihe liegende Schalter 10 verwendet, die gemeinsam und gleichsinnig mit
der Taste 2 betätigbar sind.
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Wenn man von gleichen Voraussetzungen wie beim Beispiel nach Fig.
1 ausgehen will.und dort der Kontaktabstand beim Schalter 5 z.B. 12mm beträgt, muß
bei der Schaltung in Fig.1 der Abstand zwischen den Kontakten der Schalter 10 auf
ein Drittel, also auf 4mm reduziert werden. Ein weiterer Unterschied im Vergleich
zur ersten beschriebenen Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Entladung gegen
einen Gegenstand 9 erfolgt, der über einen Leiter 11 in direkter leitender Verbindung
mit dem Erdpotential steht. Wenn der Gegenstand 9 etwa aus Holz oder Kunststoff
besteht, müßte eine gesonderte elektrische Verbindung zwischen der Feder 8 und dem
Leiter 11 hergestellt werden, und zwar z.B. durch eine auf den Gegenstand 9 aufgeklebte
Metallfolie.
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Zur praktischen Auslegung der Kontakte und der Kontaktabstände ist
auf folgendes hinzuweisen. Der Abstand x der beiden Kontakte eines einzelnen Schalters
5 sollte bei nicht betätigtem
Arbeitskontakt in der Größenordnung
von 9mm 4 x 4 15mm liegen, während die untereinander gleichen Abstände y zwischen
den Kontakten von n verwendeten Schaltern 1o jeweils in der Größenordnung von n
mm 4 Y 4 ñ5 mm liegen sollte. Im übrigen können die Schalterkontakte die Form von
Platten- oder auch Kugelsegmenten haben, die mit ihren Flächen bzw. Scheiteln aufeinander
ausgerichtet sind. Dabei sollten Kugelsegmente einen Radius r haben, der in der
Größenordnung von 5mm 4 r 4 lomm liegt.
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Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der die schaltungstechnischen
Merkmale gemäß Fig. 1 zur Anwendung kommen.
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Die elektrisch leitende Taste 2 ist axial gegen eine Feder 12 in einer
Ausnehmung des z.B. aus Kunststoff bestehenden Gehäuses 1 geführt und trägt einen
kugelsegmentförmigen Arbeitskontakt 13, der bei entsprechend weitgehender Tastenbewegung
mit einem festen Gegenkontakt 14 zur Anlage gebracht werden kann, der auf einer
elektrisch leitenden Bodenplatte 15 befestigt ist. Auch hier bestimmen der jeweilige
Abstand zwischen den beiden Kontakten 13,14 und die Kontaktform die Durchschlagspannung
Ud.
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Die Vorrichtung kann durch Verschraubung über die gezeigten Schraublöcher
der Bodenplatte auf einem der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Gegenstände 9 befestigt
werden. Die elektrische Verbindung wird wie beschrieben mit Hilfe der Kontaktfeder
8 hergestellt, die von unten in eine Bohrung der Platte 15 eingelassen
ist.
Die Glimmlampe 6 kann in einem Gehäuse 16 untergebracht sein, das seitlich am Gehäuse
1 so angebracht ist, daß die Funktion der Glimmlampe gut zu crkennen ist. Im übrigen
sollte die Feder 12 aus Kunststoff oder aus einem mit Kunststoff ummantelten Draht
bestehen, um zu gewährleisten, daß tatsächlich nur Bogenentladungen zwischen den
Kontakten 13 und 14 auftreten.
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Im allgemeinen wird es erwünscht sein, daß man den Hub der Taste 2
bis zum vollständigen Schließen des Schalters 5 bzw.
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der Schalter lo möglichst klein hält und daß die Kontakte 13,14 einen
größtmöglichen Durchmesser D haben, um eine klein und niedrig bauende Vorrichtung
zu erzielen. Diese Bedingungen lassen sich unter Berücksichtigung einer Durchschlagspannung
von beispielsweise Ud = 35 kV erreichen, wenn abweichend von den in Fig. 3 dargestellten
Verhältnissen der erwähnte Durchmesser D = 2 cm ist und der Abstand a zwischen den
beiden Kontakten 13,14 1 cm beträgt.
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Die Anbringung der Vorrichtung kann über eine gut klebende Folie an
metallischen Türen, an Rahmen von Türen, Fenstern und Fahrstühlen oder auch an schutzgeerdeten
Geräten mit Metallgehäusen vorgenommen werden. In diesen Fällen sorgt die über die
Folie vorstehende Kontaktfeder 8 für die notwendige leitende Verbindung zu den genannten
Gegenständen, wobei etwaige Lack- oder Eloxionsschichten nicht entfernt zu werden
brauchen, da bei der ersten Benutzung der Vorrichtung ein Durchschlag solcher Schichten
erfolgen wird,
so daß sich in dem so entstandenen Durchschlagkanal
dann gut leitender Kohlenstoff befindet.
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Wie schon erwähnt wurde, kann die Vorrichtung aber auch über eine
Schraub- oder Klebeverbindung erfolgen. Wenn die Montage an nicht leitenden Gegenständen,
wie etwa Mauern, Holzrahmen oder Kunststoffmöbeln durchgeführt wird, ist eine leitende
Verbindung von geringem Querschnitt zwischen der Vorrichtung einerseits und den
betreffenden Gegenständen oder dem Schutzleiter bzw. einer Heizungsanlage andererseits
herzustellen.