Vorrichtung zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen

Abstract

 Es wird eine Vorrichtung (1) zur Ableitung einer elektrostatischen Ladungen von einem Werkstück (10), beispielsweise in einer Beschichtungs- oder Farblackieranlage vorgeschlagen, umfassend mindestens einen Absorber (2) zur Entnahme und Ableitung der elektrostatischen Ladungen von dem Werkstück (10), wobei zwischen Werkstück (10) und Absorber (2) eine Verbindungseinrichtung (3) zur Übertragung der elektrostatischen Ladungen vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß umfasst der Absorber (2) eine Luft-Ionisations-Vorrichtung (12).

Beschreibung

[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

Ansprüche

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.

Zeichnung