[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Die Ableitung elektrostatischer Ladungen von Werkstücken stellt in der heutigen Herstellung
von Erzeugnissen einen großen Stellenwert dar.
[0003] Beispielsweise ist es in einer Lackieranlage für Werkstücke oder Fahrzeuge üblich,
elektrostatisch aufgeladene Farbpartikel zu nutzen, um einen verbesserten Auftragswirkungsgrad
und eine bessere Verteilung der Farbpartikel zu erreichen. Eine notwendige Maßnahme
dabei ist allerdings, die elektrostatischen Ladungen vom Werkstück oder Fahrzeug während
und nach dem Lackiervorgang abzuleiten, da der Aufbau elektrostatischer Felder Einfluss
auf den stattfindenden Lackiervorgang oder die spätere Handhabung haben kann.
[0004] Für den Lackiervorgang wird zwischen dem werkstück und der Farbe bzw. einem Beschichtungspulver
ein Potentialunterschied erzeugt, der den homogenen Farbauftrag auf der Werkstückoberfläche
aufgrund elektrostatischer Kräfte verbessert. Die elektrostatischen Ladungen am Werkstück
werden nach dem Lackiervorgang auf unterschiedlichste Art und Weise abgeführt.
[0005] Elektrostatische Aufladungen spielen auch in anderen technischen Gebieten eine Rolle.
So kann beispielsweise bei der Bearbeitung von Kunststoff aufgrund von Reibungseffekten
eine elektrostatische Aufladung erfolgen. Es können auch andere Bearbeitungsschritte
an verschiedensten Materialien auftreten, welche eine elektrostatische Potentialdifferenz
erzeugen, die es zu beseitigen gilt.
[0006] Vorrichtungen zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen sind in einer Vielzahl
unterschiedlicher Ausführungsformen bekannt geworden.
[0007] Die
DE 695 02 463 T2 zeigt eine Vorrichtung zur Ableitung elektrostatischer Ladungen von einem Körper,
wobei die vom Körper aufgenommenen elektrostatische Ladungen zuerst in einer Kapazität
geleitet und ggf. gespeichert werden, und weiterhin über daran angeordnete Erdungsverbindungsleiter
in die Erde als Potentialsenke abgeführt werden.
[0008] Eine wichtige Anforderung an derartige Vorrichtungen ist das Ableiten auftretender
Mengen elektrostatischer Ladungen entweder in kurzer Zeit oder als kontinuierliche,
im Wesentlichen dem Ladungsauftrag entsprechende Entladung.
[0009] Nachteilig am genannten Stand der Technik ist, dass stets eine gute Erdverbindung
bereitgestellt werden muss, welche die auftretenden Ladungen aufnimmt, und eine Gesamtaufladung
des Systems verhindert.
[0010] Weiterhin werden die elektrostatischen Ladungen über den Erdverbindungsleiter nicht
ausreichend schnell und effektiv abgeleitet, wodurch sich diese auf dem Werkstück
und/oder in der Kapazität ansammeln können.
[0011] Aus diesem Grunde hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt eine Vorrichtung zur
Ableitung elektrostatischer Ladungen derart weiter zu bilden, dass die Ableitung der
elektrostatischen Ladungen flexibel, einfach, kostengünstig und effektiv ausführbar
ist.
[0012] Zur Lösung der Aufgabe ist Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.
[0013] Vorteilhafte Erweiterungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
[0014] Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen
von einem Werkstück, beispielsweise in einer Farblackieranlage aus. Sie umfasst dabei
einen Absorber zur Entnahme und Ableitung der elektrostatischen Ladungen von dem Werkstück,
wobei zwischen Werkstück und Absorber eine Verbindungseinrichtung zur Übertragung
der elektrostatischen Ladungen vorgesehen ist.
[0015] Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Absorber eine Luft-Ionisations-Vorrichtung
umfasst.
[0016] Durch eine Luftionisation können an beliebigen Orten größere Mengen elektrostatischer
Ladungen von einem Werkstück über die Luft abgeführt werden.
[0017] Die Ableitung der elektrostatischen Ladungen über ionisierte Luft bzw. Luftbestandteile
ist aufgrund des zur Verfügung stehenden Volumens der Luft in nahezu unbegrenzter
Menge durchführbar. Größere Ladungsmengen werden entsprechend ihres Ionisationspotentials
ggf. schneller an die Luft abgegeben.
[0018] Die Abführung der Ladungen über eine Luft-Ionisations-Vorrichtung ist des Weiteren
unabhängig von der Herkunft der Ladungen, so dass sowohl elektrostatisch beeinflusste
Lackieroder Beschichtungsvorgänge, als auch Bearbeitungsvorgänge mit elektrostatischer
Aufladung durch die Entladungsvorrichtung versorgt werden können.
[0019] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung
kapazitive und/oder induktive Bestandteile umfasst. Durch eine Anordnung von beispielsweise
Kapazitäten zwischen dem Werkstück und dem Absorber können die elektrostatischen Ladungen
von dem Werkstück aufgenommen und zwischengespeichert werden.
[0020] In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindurg ist vorgesehen, dass die
Luft-Ionisations-Vorrichtung in mindestens einem Lüftungskanal mit einer Zu- und Abluftöffnung
angeordnet ist.
[0021] Dies verbessert den Ladungstransfer elektrostatischer Ladungen von einem Ladungsträger
in die Luft, da ein kontinuierlicher Zustrom an Frischluft (ohne Ionisation) gewährleistet
werden kann. In den Luftkanal wird Frischluft zugeführt, welche vorzugsweise nicht
aus dem Innenraum einer Farblackier- oder Bearbeitungsanlage entnommen ist.
[0022] Es ist in einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
in dem Lüftungskanal mindestens eine Ventilationsvorrichtung zur Erzeugung eines Luftstroms
angeordnet ist. Die Ventilationsvorrichtung verbessert die Luftzirkulation im Lüftungskanal
und somit den Ladungstransfer der elektrostatischen Ladungen von dem Ladungsträger
in die Luft.
[0023] Überdies ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in
Lüftungskanal mindestens eine der Ventilationsvorrichtung vor- und/oder nachgeschaltete
Flüssigkeitssprühvorrichtung zum Versprühen einer Flüssigkeit in die Luft, vorzugsweise
in Luftstromrichtung angeordnet ist.
[0024] Eine über die Flüssigkeitssprühvorrichtung in den Luftstrom eingesprühte Flüssigkeit
beeinflusst zusätzlich die Möglichkeit des Ladungstransfers der elektrostatischen
Ladungen an die Luft. Weiterhin kann auch eine regenerative oder ablaufoptimierende
Wirkung an der Absorbereinrichtung, beispielsweise in Form von Verschleißminderung
oder Verbesserung der Ladungs-Abgabefähigkeit, erreicht werden.
[0025] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Flüssigkeit eine ionisierende oder ionisierend wirkende Flüssigkeit ist, welche die
Luftionisation verstärkt.
[0026] Eine ionisierende oder ionisierend wirkende Flüssigkeit, wie beispielsweise Ammoniak,
Magnesiumchlorid, Mangan, Ammonium und deren Verbindungen, Kohlendioxid, Alkohole,
destilliertes Wasser oder diverse Lösungsmittel, verbessert den lonisationsvorgang
der Luft im Luftstrom des Lüftungskanals. Insbesondere eine stark flüchtige Substanz,
wie beispielsweise Lösungsmittel, verdunstet aufgrund eventuell vorhandener hoher
Alkoholanteile etc. schnell und nahezu rückstandslos. Auch diverse Tenside eignen
sich hervorragend als Ionisationsverstärker für die Luft.
[0027] Eine derartige Flüssigkeit kann sehr fein zerstäubt in der Art eines Aerosols verbessert
Ladungsträger aufnehmen und somit in der Luft-Ionisations-Vorrichtung zu einem erhöhten
Wirkungsgrad beitragen. Es sind dabei all diejenigen Flüssigkeiten denkbar, welche
der Luft zusätzliche Ladungsträger bereitstellen, und somit die Potentialsenke verbessern
können.
[0028] Überdies ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, dass im
Lüftungskanal Ladungsträger für einen Ladungstransfer der elektrostatischen Ladungen
in den Luftstrom angeordnet sind. Die Ladungsträger weisen vorzugsweise eine große
Oberfläche auf, um den Ladungstransfer der elektrostatischen Ladungsmengen innerhalb
kürzester Zeit durchzuführen. Hierbei spielt die Oberflächenladungsdichte auf den
Ladungen abgebenden Ladungsträgern eine nicht unerhebliche Rolle.
[0029] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ladungsträger
im Lüftungskanal plattenförmig, stangenförmig, netz- oder gitterförmig oder als Spitzen
ausbildbar sind. Je nach abzuleitender Ladungsmenge und zur Verfügung stehender Geometrie
kann die Oberfläche der Ladungsträger an den zu erreichenden Ladungstransfer angepasst
werden. Dabei sind verschiedene Oberflächenformen und deren Kombination miteinander
möglich, wobei die wohl bekannten physikalischen Effekte der Spitzenentladung, Flächenladungsdichten
und des Ladungsnachflusses an leitenden Oberflächen optimierend eingesetzt werden
können.
[0030] Eine überdies bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flüssigkeitssprühvorrichtung
und die Ventilationsvorrichtung mittels einer Steuereinheit überwacht, gesteuert und
geregelt werden. Die Überwachung, Steuerung und Regelung der Luft- und der ionisierenden
Flüssigkeitsmenge ermöglicht eine Anpassung von Verfahrensparameter an die abzuführende
elektrostatische Ladungsmenge. Dies kann als einseitig vorgegebene Einstellung von
Regelungsparametern erfolgen, oder als Parameter erfassende Steuerung ausgebildet
sein.
[0031] Überdies ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Absorber
als mobile Einheit ausgebildet ist. Die mobile Einheit ermöglicht einen Einsatz an
unterschiedlichen Orten, wobei die Vorrichtungsparametar dazu ausgelegt sind, einen
großen Bereich von Anwendungen zur Ableitung elektrostatischer Ladungen abzudecken.
[0032] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht einschränkend auf die Ableitung elektrostatischer
Ladungen von Werkstücken oder Fahrzeugen in einer Lackieranlage zu verstehen. Auch
weitere Anwendungen, welche Bedarf an einer erfindungsgemäßen Ableitung elektrostatischer
Ladungen während eines Prozesses haben, sind vom Erfindungsgedanken umfasst.
[0033] In einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung eine Einrichtung zur Messung der abgeleiteten,
elektrostatischen Ladungen vor.
[0034] Dieser weitere Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die Einrichtung die abgegebenen
Ladungen in der Abluft der Luftlonisations-Vorrichtung und/oder in der Verbindungseinrichtung
misst und somit Informationen darüber zur Verfügung stellen kann. Dies hat den Vorteil,
dass die Messwerte zur Steuerung der Luft-Ionisationsvorrichtung verwendbar sind,
wodurch die Steuerung zur Ableitung elektrostatischer Ladungen verbessert wird. Außerdem
wären Umwelteinflüsse, welche durch die Abgabe von mit Ladungsträgern angereicherter
Abluft verursacht werden können, abschätzbar.
[0035] Darüber hinaus ist es denkbar, dass beispielsweise der Stromfluss oder die Spannung
zur Bestimmung von Regelparametern in der Verbindungsleitung zwischen dem Werkstück
und dem Absorber gemessen wird, um eine Steuerung der Luft-Ionisierungsvorrichtung
vorzunehmen. Eine derartige Messung kann an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung
erfolgen.
[0036] Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
[0037] Figurenbeschreibung und der Zeichnung hervor.
[0038] Dabei zeigt:
- Figur 1
- ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ableitung elektrostatischer
Ladungen.
[0039] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 gezeigt, welche zur Ableitung
elektrostatischer Ladungen vorgesehen ist.
[0040] Die Vorrichtung 1 umfasst einen Absorber 2 zur Aufnahme und Ableitung von elektrostatischen
Ladungen eines Werkstückes 10.
[0041] Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind mögliche kapazitive Bestandteile 3 der
Verbindungseinrichtungen vorgesehen. Die Kapazität 3 kann in einer Parallel- oder
Reihenschaltung zwischen dem Werkstück 10 und dem Absorber 2 angeordnet werden. Darüber
hinaus ist die Verbindungseinrichtung ergänzend oder alternativ als Leitung ausbildbar,
die für einen effektiven Ladungstransfer eine sehr gute Leitfähigkeit aufweist.
[0042] Das Werkstück 10 wird während eines Bearbeitungsvorganges mit elektrischen Ladungen
aufgeladen. Das Werkstück ist über eine Ladungsleitung 11 an Kapazitäten 3 angeschlossen,
welche zur Aufnahme und Speicherung der abgeführten elektrostatischen Ladungen ausgebildet
sind. Die Kapazitäten 3 können in ihrer kapazitiven Dimension erheblich mehr Ladungen
pro Zeiteinheit aufnehmen, als über den Bearbeitungsvorgang dem Werkstück üblicherweise
zugeführt werden. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Ladungsabtransport gesichert.
[0043] Der Absorber 2 umfasst eine Luft-Ionisations-Vorrichtung 12, in welcher ein durchströmender
Luftstrom mit Ladungen angereichert wird.
[0044] Für eine Luftionisation wird einem Lüftungskanal 4 Zuluft 5, vorzugsweise von außerhalb
eines geschlossenen Arbeitsraums zugeführt. Der Iüftungskanal 4 weist in seinem Innenraum
mindestens eine Ventilationsvorrichtung 8 auf, welche eine verbesserte und kontinuierliche
Luftzirkulation des Luftstromes ausbildet. In dem Lüftungskanal sind Ladungsträger
7 angeordnet die mit den Kapazitäten 3 leitend verbunden sind. Derartige Ladungsträger
7 sind vorliegend als Rippen- bzw. Platten dargestellt, um eine möglichst große Wirkfläche
zur Abgabe von Oberflächenladungen bereit zu stellen.
[0045] Eine im Luftstrom des Lüftungskanals 4 angeordnet Flüssigkeitssprühvorrichtung 9
sprüht eine ionisierende Flüssigkeit in den Luftstrom, die den Ladungstransfer von
den Ladungsträgern 7 in die ionisierte Luft verbessert. Die elektrostatischen Ladungen
werden mittels der ionisierten Luft und den darin enthaltenen Ladungsträgern über
die Abluft 6 des Lüftungskanals 4 ins Freie geführt. Grundsätzlich wären weitere nachgeschaltete
Filtervorrichtungen ebenfalls denkbar.
[0046] Die Flüssigkeitssprühvorrichtung 9 wird mittels einer Fördereinheit 13 kontinuierlich
oder diskontinuierlich mit ionisierender Flüssigkeit aus einem angeordneten Vorratsbehälter
14 versorgt.
[0047] Die Luft-Ionisations-Vorrichtung ist mit einer Steuerung verbunden, die eine Überwachung
und Steuerung der Ventilationsvorrichtung 8 und der Flüssigkeitssprühvorrichtung 9
in Abhängigkeit der abzuführenden elektrostatischen Ladungen aus den Kapazitäten 3
ermöglicht.
[0048] Es ist weiterhin vorgesehen, dass im Lüftungskanal 4 eine Messvorrichtung zur Messung
der abgeführten elektrostatischen Ladungen angeordnet ist (hier nicht dargestellt),
die mit der Steuerung der Luft-Ionisations-Vorrichtung zur Steuerung der Ableitung
elektrostatischer Ladungen optimierend zusammenwirkt. Die Messung von elektrostatischen
Ladungen kann ebenfalls in der Verbindungseinrichtung 3 der Vorrichtung 1 erfolgen.
[0049] In einer erfindungsgemäßen Anlage können auch mehrere Luft-Ionisationskanäle kaskadenartig
nebeneinander vorliegen, wie in Fig. 1 dargestellt. Diese können bedarfsweise zugeschaltet
werden, als Erweiterungsmöglichkeiten vorgesehen sein, oder eine Gleichverteilung
der Last der Ladungsabgabe bereitstellen.
[0050] Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem
Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen
Patentansprüche untereinander.
[0051] Alle in den' Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und
Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste:
[0052]
- 1.
- Vorrichtung
- 2.
- Absorber
- 3.
- Verbindungseinrichtung mit Kapazität
- 4.
- Lüftungskanal
- 5.
- zuluft
- 6.
- Abluft
- 7.
- Ladungsträger
- 8.
- Ventilationsvorrichtung
- 9.
- Flüssigkeitssprühvorrichtung
- 10.
- Werkstück
- 11.
- Ladungsleitung
- 12.
- Luft-Ionisations-Vorrichtung
- 13.
- Fördereinheit
- 14.
- Vorratsbehälter
1. Vorrichtung (1) zur Ableitung einer elektrostatischen Ladung von einem Werkstück,
beispielsweise in einer Farblackieranlage, umfassend einen Absorber zur Entnahme und
Ableitung der elektrostatischen Ladungen von dem Werkstück, wobei zwischen Werkstück
und Absorber eine Verbindungseinrichtung zur Übertragung der elektrostatischen Ladungen
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (2) eine Luft-Ionisations-Vorrichtung (12) umfasst.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (3) kapazitive und/oder induktive Bestandteile umfasst.
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Ionisations-Vorrichtung (12) in mindestens einem Lüftungskanal (4) mit einer
Zu- und Abluftöffnung angeordnet ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lüftungskanal (4) mindestens eine Ventilationsvorrichtung (8) zur Erzeugung
eines Luftstroms angeordnet ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Lüftungskanal (4) mindestens eine der Ventilationsvorrichtung (8) vor- und/oder
nachgeschaltete Flüssigkeitssprühvorrichtung (9) zum Versprühen einer Flüssigkeit,
vorzugsweise in Luftstromrichtung angeordnet ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine ionisierende Flüssigkeit ist, welche die Luftionisation verstärkt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Lüftungskanal (4) Ladungsträger (7) für einen Ladungstransfer der elektrostatischen
Ladungen in den Luftstrom angeordnet sind.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger (7) im Lüftungskanal (4) plattenförmig, stangenförmig, netz- oder
gitterförmig oder als Spitzen ausbildbar sind.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitssprühvorrichtung (9) und die Ventilationsvorrichtung (8) mittels
einer Steuereinheit überwacht, gesteuert und/oder geregelt werden.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (2) als mobile Einheit ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Messung von Ladungen in der Abluft (6) der Luft-Ionisations-Vorrichtung
(12) und/oder in der Verbindungseinrichtung (3) vorgesehen ist.