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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Gegenstands. Bei der Herstellung und Handhabung einer Vielzahl an Werkstücken beispielsweise aus Holz, Kunststoffen, Karton, Metall oder Glas, entstehen durch Bearbeitungsschritte wie Schneiden, Schleifen, Polieren oder Spahnen Stäube, Schmutz und sonstige Verunreinigungen. Diese setzen sich auf der Oberfläche der Gegenstände ab und müssen in der Regel vor weiteren Verarbeitungsschritten oder nach Fertigstellung des Werkstückes möglichst vollständig wieder entfernt werden.
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Zur Entfernung der Verschmutzungen werden in der Regel Reinigungsvorrichtungen eingesetzt, mit Hilfe derer Partikel mechanisch von der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstands abgelöst werden. Hierzu wird die Oberfläche häufig gebürstet, gewischt oder geschabt. Von Nachteil hierbei ist, dass bei der mechanischen Behandlung zwar Partikel von der Oberfläche gelöst, ein beachtlicher Anteil des Schmutzes jedoch an der Oberfläche des Werkstücks verbleibt und durch die Bürsten, Wischelemente oder Schaber weiter über die Oberfläche verteilt und verrieben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Entfernung von an der Oberfläche eines Gegenstandes gebundenen Partikeln erleichtert und eine weitestgehende Säuberung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Gegenstands.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung des Anspruchs 1 gelöst. Die Vorrichtung weist hierzu eine Reinigungseinrichtung mit mindestens einem elektrostatisch auf- und entladbaren Reinigungselement auf sowie mindestens eine Aufladeelektrode zur elektrostatischen Aufladung des Reinigungselements und mindestens eine Entladeelektrode zur elektrostatischen Entladung des Reinigungselements.
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Das Reinigungselement der Reinigungseinrichtung wird über die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes bewegt und löst an der Oberfläche des Gegenstandes anhaftende Verschmutzungen mechanisch ab. Die mindestens eine Aufladeelektrode erzeugt ein elektrisches Feld, welches die Umgebungsluft mit Ionen einer Polarität anreichert. Die Aufladeelektrode ist hierbei in der Nähe des mindestens einen Reinigungselements angeordnet, so dass das Reinigungselement elektrostatisch aufgeladen wird. Die Aufladung des Reinigungselements erfolgt bevor oder während das Reinigungselement über die Oberfläche des Gegenstandes bewegt wird. Das elektrostatisch aufgeladene Reinigungselement zieht beim Wischen über die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstands Partikel an. Die durch die Ladung verstärkte Adhäsion der Partikel an dem Reinigungselement geht über die Adhäsion der Partikel ohne elektrostatische Aufladung hinaus. Hierdurch wird die Aufnahmekapazität des mindestens einen Reinigungselements enorm gesteigert, so dass in einem Reinigungsvorgang eine größere Menge an Partikeln durch das Reinigungselement aufgenommen werden können als mit einem elektrostatisch neutralen Reinigungselement.
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Die Beendigung der elektrostatikbedingten Anziehung der Partikel durch das mindestens eine Reinigungselement erfolgt im Wirkungsbereich mindestens einer Entladeelektrode. Hierzu kann die Entladeelektrode ein elektrisches Feld erzeugen, das die in einer gewissen Umgebung der Elektrode befindlichen Luftmoleküle in positive und negative Ionen aufspaltet. Das elektrostatisch aufgeladene Reinigungselement, welches sich in der Nähe der Entladeelektrode befindet, beziehungsweise den Wirkungsbereich passiert, wird neutralisiert. Das derart neutralisierte Reinigungselement zieht keine Partikel mehr an. Hierdurch wird eine gesteuerte Abgabe der Partikel von dem Reinigungselement möglich.
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Zur Aufladung des Reinigungselements kann ein Aufladestab und zur Entladung ein Entladestab dienen. Sowohl beim Auflade- als auch beim Entladevorgang kann ein Elektronensprühstab als Elektrode eingesetzt werden. Durch den Einsatz eines Elektronensprühstabes, der Ionen durch einen Luftstrom zu dem mindestens einen Reinigungselement transportiert, wird eine gezielte Zuleitung der Ionen zu dem Reinigungselement gewährleistet. Eine gezielte Zuleitung eines Ionenstroms ist auch über ein Gebläse, eine Ionenblasdüse oder dergleichen denkbar, die mit den Elektroden oder Ladestäben kombinierbar sind. Die Elektroden sind hierbei in der Regel an ein Gleichstrom- oder Wechselstrom-Hochspannungsnetzteil angeschlossen.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich eine Menge an Partikeln von der Oberfläche eines Gegenstandes entfernen, wie sie mit Reinigungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. Der erzielte Wirkungsgrad ist hierbei äußerst hoch.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement ein endloser Riemen. Der endlose Riemen ist vorteilhafterweise länglich und in Längsrichtung biegsam ausgebildet. Er weist zumindest eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf. Das mindestens eine Reinigungselement ist zumindest auf der Oberseite des Trägerelements angeordnet. Der endlose Riemen kann als Flachriemen aus einem flachen Band ausgebildet sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement ein Rippenriemen. Die Unterseite des Riemens ist hierbei mit einer oder mehreren Rippen versehen, die in Längsrichtung des Riemens verlaufen. Jede Rippe kann in eine entsprechende Rille oder Nut einer Walze, einer Rolle, einer Riemenscheibe oder einer Welle eingreifen. In vorteilhafter Weise ist der Rippenriemen mit einer Metallseele, insbesondere einer Stahlseele ausgestattet, die von Kunststoff ummantelt ist. Hierdurch wird eine zusätzliche, höhere Stabilität des Rippenriemens erzielt. Bei dem Rippenriemen kann es sich um einen Poly-V-Riemen handeln, der beispielsweise keilförmige oder nahezu keilförmige Rippen aufweist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerelement ein Zahnriemen. Hierzu ist zumindest die Unterseite des Riemens mit einer Zahnung aus Fortsätzen versehen, die quer zur Längsrichtung des Riemens verlaufen. Durch diese Zahnung des Riemens, die in die Aussparungen einer gezahnten Walze oder Rolle eingreift, entsteht eine formschlüssige, besonders schlupffeste Verbindung, die die Übertragung von hohen Kräften auf den Riemen ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist der Zahnriemen mit einer Metallseele, insbesondere einer Stahlseele ausgestattet, die von Kunststoff ummantelt ist. Hierdurch wird eine zusätzliche, höhere Stabilität des Zahnriemens erzielt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Reinigungselemente Borsten. Bevorzugt ist eine Vielzahl von diesen im Trägerelement verankert oder anderweitig an dem Trägerelement befestigt. Die Borsten sind dabei zumindest auf der Oberseite des Trägerelements angeordnet. Das Material, die Länge und der Durchmesser der Borsten sind an die zu reinigenden Gegenstände anzupassen. Das Reinigungselement kann auch ein Filament, eine Faser, eine Noppe, ein Schwamm sein. Filamente und Noppen sind dann bevorzugt in einer Vielzahl an dem Trägerelement befestigt. Auch eine Kombination aus verschiedenen Reinigungselementen an einem Trägerelement ist möglich.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Reinigungselement zumindest teilweise aus Polypropylen und/oder aus Polyamid. Diese Materialien zeichnen sich insbesondere durch einen geringen Verschließ aus. Aber auch Polyacrylnitril, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid und andere besonders stark aufladbare Materialien, wobei insbesondere Kunststoffe bevorzugt sind, können zur Anwendung kommen. Je nach erwünschten Eigenschaften des Reinigungselements sind auch Mischungen aus diesen Materialien geeignet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Reinigungseinrichtung eine Riemenbürste. Hierbei sind die auf einem endlosen, länglichen Riemen als Trägerelement in einer Vielzahl angeordneten Reinigungselemente ausschließlich Borsten. Die Borsten können in parallelen Borstenbesatzreihen, die quer zur Laufrichtung des Riemens angeordnet sind, sowohl den nötigen Reinigungseffekt erzielen und sind hierbei auch selbst leicht reinigbar.
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Die Breite des Riemens kann auf die Größe des zu reinigenden Gegenstandes angepasst werden. Die Riemenbürste zeichnet sich aufgrund des länglichen Riemens und der Flexibilität des Riemens insbesondere durch eine große, mit Borsten versehene Fläche aus, die über den zu reinigenden Gegenstand bewegt wird. Es ergeben sich längere Reinigungsstrecken als bei herkömmlichen Reinigungseinrichtungen wie beispielsweise bei einzelnen Rund- oder Walzenbürsten. Somit ist eine intensive Reinigung der Oberflächen des zu reinigenden Gutes möglich. Die Riemenbürste ist vorteilhaferweise in ihren Dimensionen so gewählt, dass Partikel, die sich aus der Bürste lösen und nicht abgesaugt werden, seitlich des zu reinigenden Gegenstandes nach unten fallen. Hierzu ist beispielsweise der Abstand der Achsen zweier die Riemenbürste antreibender und umlenkender Walzen gleich oder größer als die Breite der zu reinigenden Gegenstände. Diese Partikel können in einer Auffangrinne oder einem wannenähnlichen Behälter gesammelt und abgeleitet werden. Dadurch wird vermieden, dass nach unten gefallene Partikel wieder aufgewirbelt und an anderer Stelle erneut auf das zu reinigende Gut gelangen und dort ebenso für Verunreinigungen sorgen.
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Wird der zu reinigende Gegenstand mit einer Fördereinrichtung transportiert, dann ist die Reinigungswirkung optimal, wenn die Laufrichtung des Riemens der Riemenbürste quer zur Transportrichtung des Gegenstandes ausgerichtet ist. Es ist zweckmäßig, dass die Riemenbürste hierbei die volle Breite des Förderbandes beziehungsweise eines zu reinigenden Gegenstandes traversiert.
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Vorteilhafterweise ist die Riemenbürste an- und abschwenkbar an der Vorrichtung angeordnet. Eine schwenkbare Lagerung der Riemenbürste ist insbesondere für die Wartung der Vorrichtung von Vorteil, da eine Reinigung oder ein Austauschen der Riemenbürste vereinfacht ist. Darüber hinaus wird die Zugänglichkeit weiterer Elemente der Vorrichtung erleichtert.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebseinrichtung mindestens zwei Walzen auf, wobei mindestens eine Walze angetrieben ist und das Trägerelement der Reinigungseinrichtung als umlaufender Riemen um die Walzen angeordnet ist, wobei mindestens zwei Walzen als Umlenkwalzen zur Umlenkung des Trägerelements ausgebildet sind.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Aufladeelektrode im Bereich einer Umlenkwalze angeordnet und die Entladeelektrode im Bereich einer anderen Umlenkwalze angeordnet. Die Aufladeelektrode ist zweckmäßigerweise der Umlenkwalze zugeordnet, die in Laufrichtung des umlaufenden Riemens vor der Umlenkwalze, der die Entladeelektrode zugeordnet ist, liegt. Der Achsabstand der Walzen ist vorteilhafterweise so gewählt, dass das elektrostatisch aufgeladene Reinigungselement die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes passiert. Nach der Oberflächenpassage erfolgt die Entladung des Reinigungselements.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Entfernungseinrichtung mindestens ein Gebläse auf. Durch die Entfernungseinrichtung werden jegliche nicht oder nicht mehr anhaftende Partikel durch einen Luftstrom, vorzugsweise Druckluftstrom, entfernt. Es kann auch an der Entfernungseinrichtung ein Abstreifelement vorgesehen sein, das die Partikel durch mechanische Scherkräfte von dem Reinigungselement entfernt. Dieses kann mit dem Gebläse in Kombination arbeiten.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist Entfernungseinrichtung mindestens eine Absaugeinrichtung auf. Hierbei kann ein an eine Unterdruckquelle angeschlossenes Absaugrohr eingesetzt werden. Mit dieser Absaugeinrichtung kann Gas, das die von der Oberfläche des Gegenstandes abgelösten Partikel trägt, abgesaugt werden. Bei den meisten Anwendungen ist das Gas Luft. Zusätzlich kann die Absaugeinrichtung mit einem Gebläse kombiniert sein. Ist an der Entfernungseinrichtung sowohl eine Absaugeinrichtung, als auch ein Gebläse vorgesehen, so kann sauberes Gas über das Gebläse auf das Reinigungselement geleitet werden. Es ist auch möglich, das Gebläse oder ein weiteres Gebläse zusätzlich auf die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes zu richten. Hierdurch werden lose Partikel zusätzlich von der Oberfläche entfernt. Das die Partikel tragende Gas wird anschließend über die Absaugeinrichtung abgesaugt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Fördereinrichtung auf, die zum Transport der zu reinigenden Gegenstände vorgesehen ist, wobei die Transportrichtung der Fördereinrichtung quer zu der Bewegungsrichtung des Reinigungselements der Reinigungseinrichtung ausgerichtet ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Vorrichtung eine Befeuchtungseinrichtung, wobei die Befeuchtungseinrichtung zur Benetzung des zu reinigenden Gegenstands und/oder des Reinigungselements mit Flüssigkeiten vorgesehen ist. Eine Benetzung des zu reinigenden Gegenstandes mit Wasser oder einer geeigneten Reinigungslösung kann die Reinigungswirkung der Vorrichtung weiter verbessern. Hierbei wird durch das Aufsprühen eines Flüssigkeitsnebels die mechanische Ablösung von fester an den Gegenstand gebundenen Schmutzpartikeln gefördert. Ein weiterer Effekt ist, dass in kleinen Nebeltröpfchen gebundene Partikel sehr gut an das elektrostatisch aufgeladene Reinigungselement binden. Die Bindung der Tröpfchen durch das Reinigungselement erfolgt aufgrund des elektrischen Feldes und aufgrund des Dipolcharakters der Wassermoleküle in einem höheren Maße, als bei einem elektrisch neutralen Reinigungselement.
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Darüber hinaus kann eine Benetzung des Reinigungselementes zur Säuberung desselben eingesetzt werden. Hierdurch werden Verschmutzungen von dem Reinigungselement entfernt und somit eine lange und häufige Verwendbarkeit der Reinigungseinrichtung gewährleistet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Gegenstands mit einer Reinigungseinrichtung mit einem Trägerelement und mindestens einem Reinigungselement, umfassend die Schritte
- a. elektrostatische Aufladung des an dem Trägerelement der Reinigungseinrichtung angeordneten Reinigungselements
- b. Bewegung des elektrostatisch aufgeladenen Reinigungselements über die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes
- c. Ablösen von Partikeln von der Oberfläche des Gegenstandes durch das Reinigungselement
- d. Elektrostatische Entladung des elektrostatisch aufgeladenen Reinigungselements nach Passieren der Oberfläche des Gegenstandes
- e. Entfernen der von der Oberfläche des Gegenstandes abgelösten Partikel.
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Das Verfahren nutzt die elektrostatische Auf- und Entladung des Reinigungselements. Hierdurch werden, während das Reinigungselement über die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes bewegt wird, verstärkt Partikel von dem Reinigungselement angezogen. Die Adhäsion der Partikel geht über eine Adhäsion der Partikel ohne elektrostatische Aufladung des Reinigungselements hinaus. In einem Reinigungsvorgang wird hierdurch eine größere Menge an Partikeln von dem Reinigungselement aufgenommen als mit einem elektrisch neutralen Reinigungselement. Durch eine Entladung des Reinigungselements nach Passieren der Oberfläche wird ein gezieltes und kontrolliertes Ablösen von elektrostatisch an das Reinigungselement gebundener Partikel möglich. Hierdurch wird ein effizientes Verfahren zur Reinigung von Oberflächen bereitgestellt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Riemenbürste zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Gegenstands mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Insbesondere der Einsatz einer langgestreckten Riemenbürste, die ein endloses Trägerband mit Reinigungselementen aufweist, welches über die Walzen einer Antriebseinrichtung gespannt ist, erweist sich aufgrund einer größeren Reinigungsstrecke und damit einer höheren Reinigungseffizienz als herkömmliche Rund- bzw. Walzenbürsten, als vorteilhaft.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.
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Zeichnung
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigt:
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1: Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Gegenstands in einem Längsschnitt
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2: Vorrichtung gemäß 1 in einer Aufsicht, wobei das Gehäuse in einer Aufrissdarstellung gezeigt ist.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Gegenstands mit einem Gehäuse 1 und mit einer Reinigungseinrichtung 2. Die Reinigungseinrichtung 2 zum Ablösen von Partikeln von der Oberfläche des zu reinigenden Gegenstands weist eine Riemenbürste auf. Bei dieser liegt das Trägerelement 3 als endloser Riemen vor. An dem Trägerelement 3 ist eine Vielzahl von Reinigungselementen 4 in Form von Borsten angeordnet. Die Borsten sind in 1 lediglich innerhalb eines Abschnittes der Reinigungseinrichtung 2 dargestellt. In diesem Abschnitt werden die Reinigungselemente 4 über die Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes bewegt. Der zu reinigende Gegenstand ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Zur Bewegung der Reinigungselemente 4 enthält die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung, die das Trägerelement 3 antreibt. Diese weist zwei Umlenkwalzen 5 auf, um die das Trägerelement 3 gespannt ist. Eine der Umlenkwalzen 5 wird von einem Motor 10 angetrieben. Der Motor 10 ist in 2 dargestellt. Eine Aufladeelektrode 6 dient der elektrostatischen Aufladung der Reinigungselemente 4 bevor die Reinigungselemente 4 den Bereich passieren, in dem sie die Oberfläche eines Gegenstandes säubern. Eine in Bewegungsrichtung der Reinigungselemente 4 hinter der Aufladeelektrode 6 angeordnete Entladeelektrode 7 ist zur Entladung der Reinigungselemente 4 vorgesehen. Die Aufladeelektrode 6 und die Entladeelektrode 7 sitzen hierbei im Bereich der Umlenkpunkte 11 der Umlenkwalzen 5 und sind jeweils in einer Ausnehmung 14 des Gehäuses 1 angeordnet. Eine Entfernungseinrichtung, die ein Gebläse mit einer Gebläseöffnung 8 und eine Absaugeinrichtung aufweist, dient zum Ausblasen der abgelösten Partikel aus den Reinigungselementen 4 und der Entfernung der Partikel über ein Absaugrohr 9, so dass die Partikel nicht wieder erneut auf den zu reinigenden Gegenstand gelangen können und für eine weitere Verschmutzung sorgen können.
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Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Gehäuse 1 in einer Aufsicht, wobei das Gehäuse in einer Aufrissdarstellung gezeigt ist. In dem Gehäuse 1 ist schematisch die Reinigungseinrichtung 2 gezeigt. Der Motor 10 der Antriebseinrichtung ist über ein Übersetzungsgetriebe 13 mit einer der Umlenkwalzen 5 verbunden. Die Umlenkwalzen 5 dienen dem Antrieb des Trägerelements 3. Hierdurch erfolgt eine Bewegung der Reinigungselemente 4, die in 1 gezeigt sind. Die Aufladeelektrode 6 und die Entladeelektrode 7 sind über Anschlüsse 15 mit einem Netzteil bzw. einem Hochspannungsgenerator verbunden, welche nicht abgebildet sind.
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Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Reinigungseinrichtung
- 3
- Trägerelement
- 4
- Reinigungselement
- 5
- Umlenkwalze
- 6
- Aufladeelektrode
- 7
- Entladeelektrode
- 8
- Gebläseöffnung
- 9
- Absaugrohr
- 10
- Motor
- 11
- Umlenkpunkt der Umlenkwalze
- 12
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- 13
- Übersetzungsgetriebe
- 14
- Ausnehmung des Gehäuses
- 15
- Elektrodenanschlüsse
