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Die Erfindung bezieht sich auf eine Partikelaufladungsvorrichtung zur elektrischen Aufladung von Oberflächen oder aus Aerosolen, z.B. mittels elektrostatischer Faserfilter, abzuscheidenden Partikeln nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Effizienz elektrostatischer Faserfilter bei der Luftfiltration mittels derartiger Partikelaufladungsvorrichtungen zu verbessern. Hierbei werden die aus dem Aerosol abzuscheidenden Partikel vor dem elektrostatischen Faserfilter mittels der Partikelaufladungsvorrichtung elektrisch aufgeladen, wobei hierbei die auf den Coulombkräften basierende Anziehung zwischen den Partikeln einerseits und den Fasern der elektrostatischen Faserfilter andererseits erhöht wird.
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Aus der
CN 214262333 U ist eine Partikelaufladungsvorrichtung zur elektrischen Aufladung von Oberflächen oder aus Aerosolen, z.B. mittels elektrostatischer Faserfilter, abzuscheidenden Partikeln bekannt, mit einer Sprühelektrode, die zur Ionisierung der Umgebungsluft Entladepunkte mit hoher Felddichte aufweist, und einer Gegenelektrode, die in Bezug auf die Sprühelektrode elektrisch isoliert ist, wobei die Partikelaufladungsvorrichtung als Schichtanordnung ausgebildet ist, mit einer ersten leitenden Struktur, die die Sprühelektrode mit deren Entladepunkten ausbildet, einer zweiten leitenden Struktur, die die Gegenelektrode ausbildet, und einer nichtleitenden Struktur, mittels der die erste leitende Struktur in Bezug auf die zweite leitende Struktur isoliert ist, und wobei die erste leitende Struktur und die zweite leitende Struktur exakt zueinander positionierbar sind.
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Auch aus der
WO 2018/ 148 975 A1 , der
CN 2 04 911 804 U und der
CN 2 06 656 450 U ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt, mit erster leitender Struktur als Sprühelektrode mit Entladepunkten, zweiter leitender Struktur als Gegenelektrode und nichtleitender Struktur als elektrische Isolierung.
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Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte gattungsgemäße Partikelaufladungsvorrichtung derart weiterzubilden, dass sie in einer besonders flachen Ausgestaltung realisierbar ist, wobei eine sichere Isolierung zwischen der Sprühelektrode und deren elektrischer Zuleitung einerseits und der Gegenelektrode und deren elektrischer Zuleitung andererseits bei geringem Abstand zwischen denselben gewährleistet sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Partikelaufladungsvorrichtung als Schichtanordnung ausgebildet ist, mit einer ersten leitenden Struktur, die die Sprühelektrode mit deren Entladepunkten ausbildet, einer zweiten leitenden Struktur, die die Gegenelektrode ausbildet, und einer nichtleitenden Schichtstruktur, mittels der die erste leitende Struktur in Bezug auf die zweite leitende Struktur elektrisch isoliert ist und die erste leitende Struktur und die zweite leitende Struktur exakt zueinander positionierbar sind. Die Positionen der Entladepunkte der die Sprühelektrode ausbildenden ersten elektrisch leitenden Struktur werden in Bezug auf die die Gegenelektrode ausbildende zweite elektrisch leitende Struktur exakt eingehalten. Aufgrund der genauen räumlichen Zuordnung der die Sprühelektrode ausbildenden ersten elektrisch leitenden Struktur in Bezug auf die nichtleitende Schichtstruktur und damit auch auf die an der nichtleitenden Schichtstruktur exakt aufgenommene, die Gegenelektrode ausbildende zweite elektrisch leitende Struktur besteht nicht die Gefahr, dass zwischen der Sprühelektrode mit deren elektrischer Zuleitung einerseits und der Gegenelektrode mit deren elektrischer Zuleitung andererseits elektrische Entladungen bzw. elektrische Überschläge erfolgen. Des Weiteren wird durch die exakte räumliche Positionierung eine gleichmäßige und reproduzierbare Ausbildung des elektrischen Feldes sichergestellt. Hierdurch ist eine gleichmäßige und homogene Ionisierung des Aerosols erreicht, woraus wiederum eine hohe Aufladungseffizienz resultiert. Dies wird durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung aus zwei elektrisch leitenden Strukturen und einer nichtleitenden, isolierenden Schichtstruktur gewährleistet. Die elektrischen Potentiale der die Sprühelektrode ausbildenden ersten elektrisch leitenden Struktur und der die Gegenelektrode ausbildenden zweiten elektrisch leitenden Struktur sind aufgrund der exakten Positionierung dieser beiden elektrisch leitenden Strukturen mittels der isolierenden, elektrisch nichtleitenden Schichtstruktur sicher und dauerhaft voneinander getrennt. Dennoch ist die erfindungsgemäße Partikelaufladungsvorrichtung mit einer sehr geringen Höhe und damit äußerst flach ausgestaltet. Die erfindungsgemäße Partikelaufladungsvorrichtung wird sandwichartig aus den beiden elektrisch leitenden Strukturen und der nichtleitenden Schichtstruktur zusammengestellt, wobei selbstverständlich die nichtleitende Schichtstruktur zwischen den beiden elektrisch leitenden Strukturen angeordnet ist.
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Die Entladepunkte der ersten leitenden Struktur stehen in Ausnehmungen der nichtleitenden Schichtstruktur vor, und sie sind an den freien Enden von radial in die Ausnehmungen der nichtleitenden Schichtstruktur vorstehenden Vorsprungarmen der ersten leitenden Struktur angeordnet. Da jedem Vorsprungarm der ersten leitenden Struktur ein Abdeckvorsprung der nichtleitenden Schichtstruktur zugeordnet ist, kann die sichere elektrische Isolierung auch hinsichtlich der Vorsprungarme der ersten leitenden Struktur gewährleistet werden.
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Die die Sprühelektrode ausbildende erste elektrisch leitende Struktur lässt sich in einfacher Weise mit den Entladepunkten versehen, wenn diese in die erste leitende Struktur eingefügt, z.B. eingepresst, eingeschraubt oder eingeklebt, sind.
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Bei den Entladepunkten kann es sich vorteilhaft um Drahtstücke, Nägel oder Nadeln handeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung sind deren erste leitende Struktur und/oder zweite leitende Struktur und/oder nichtleitende Schichtstruktur aus einem Kunststoff ausgebildet.
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Entsprechend können die leitenden Strukturen bzw. die nichtleitende Schichtstruktur im Spritzgießverfahren geformt werden.
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Die Partikelaufladungsvorrichtung, deren drei Schichten aufweisende Schichtanordnung sandwichartig zusammengefügt ist, kann eine im Vergleich zu ihrer Breite und Länge äußerst geringe Dicke aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung ist die zweite leitende Struktur an den Randbereichen der Ausnehmungen der nichtleitenden Schichtstruktur angeordnet.
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Zweckmäßigerweise sind die Ausnehmungen der nichtleitenden Schichtstruktur rund, vorzugsweise kreisförmig oder eckig, vorzugsweise quadratisch, rechteckig oder sechseckig (hexagonal), wobei die Entladepunkte der ersten leitenden Struktur mittig in diesen Ausnehmungen angeordnet sind. Hierdurch können je nach Anforderungsprofil die angestrebten Strömungsquerschnitte mit einem vergleichsweise geringen technischkonstruktiven Aufwand erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung können die Entladepunkte in einer oder mehreren, vorzugsweise zueinander parallelen Reihen angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Partikelaufladungsvorrichtung kann mehrere, zumindest zwei, nebeneinander angeordnete Reihen von Entladepunkten aufweisen, wobei dann großflächige Behandlungen von Oberflächen sowie vergleichsweise große Strömungsquerschnitte bei Aerosolströmungen ohne großen Aufwand behandelbar sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung zur elektrischen Aufladung von Oberflächen oder aus Aerosolen abzuscheidenden Partikeln;
- 2 eine perspektivische Draufsicht auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung;
- 3 eine perspektivische Unteransicht des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung;
- 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung;
- 5 eine perspektivische Draufsicht auf das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung;
- 6 eine perspektivische Unteransicht auf das in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung;
- 7 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung; und
- 8 eine perspektivische Draufsicht auf das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung.
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Eine im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene erfindungsgemäße Partikelaufladungsvorrichtung 1 dient der elektrischen Aufladung von Oberflächen oder von aus Aerosolen, z.B. mittels in den Figuren nicht dargestellter elektrostatischer Faserfilter, abzuscheidenden Partikeln.
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Zu der Partikelaufladungsvorrichtung 1 gehören eine Sprühelektrode 2 mit Entladepunkten 3, eine Gegenelektrode 4 und eine Schichtstruktur 7, die aus einem nichtleitenden Werkstoff ausgebildet ist. Wie sich aus einer Zusammenschau der 1 bis 3 ergibt, sind die Sprühelektrode 2, die als erste elektrisch leitende Struktur 5 ausgestaltet ist, die nichtleitende Schichtstruktur 7 und die Gegenelektrode 4, die als zweite elektrisch leitende Struktur ausgebildet ist, sandwichartig zu der Partikelaufladungsvorrichtung 1 zusammengefügt.
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Die Sprühelektrode 2 bzw. die sie ausgestaltende erste elektrisch leitende Struktur 5 hat bei dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Partikelaufladungsvorrichtung nebeneinander angeordnete Kreise 11, die in einer Reihe angeordnet sind und einander berühren. In eine durch jeden Kreis 11 der ersten elektrisch leitenden Struktur 5 ausgebildete Ausnehmung 8 steht ein Vorsprungarm 9 vor, der etwa bis zum Mittelpunkt des Kreises 11 in die Ausnehmung 8 vorragt.
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Am etwa im Mittelpunkt des Kreises 11 angeordneten distalen Endabschnitt jedes Vorsprungarms 9 ist ein Entladepunkt 3 der Sprühelektrode 2 ausgebildet.
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Die Entladepunkte 3 der in den 1 bis 3 gezeigten Sprühelektrode 2 weisen eine große Krümmung auf, so dass an diesen Entladepunkten eine Felddichte so groß ist, dass die Umgebungsluft ionisiert wird. Im Falle der Partikelaufladungsvorrichtung 1 gemäß dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vorsprungarme 9, an deren distalen Endabschnitten die Entladepunkte 3 sitzen, parallel zueinander angeordnet.
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Die, wie aus einer Zusammenschau der 1 bis 3 hervorgeht, zwischen der als erste elektrisch leitende Struktur 5 ausgebildeten Sprühelektrode 2 und der als zweite elektrisch leitende Struktur 6 ausgebildeten Gegenelektrode 4 angeordnete nichtleitende Schichtstruktur 7 hat, wie insbesondere aus der Unteransicht gemäß 3 hervorgeht, untere kreisförmige Ausnehmungen 12, in die die Kreise 11 der die erste Sprühelektrode 2 ausbildenden ersten elektrisch leitenden Struktur 5 formschlüssig eingefügt werden können. Darüber hinaus hat die nichtleitende Schichtstruktur 7 in die kreisförmigen Ausnehmungen 12 vorstehende Abdeckvorsprünge 10, die den Vorsprungarmen 9 der ersten elektrisch leitenden Struktur 5 zugeordnet und entsprechend angeordnet sind. Diese Abdeckvorsprünge 10 bedecken, wie sich aus einer Zusammenschau der 1 bis 3 ergibt, die Vorsprungarme 9 der ersten elektrisch leitenden Schichtstruktur 5 bis an deren distale Endabschnitte, so dass, wie sich insbesondere aus den 2 und 3 entnehmen lässt, die Entladepunkte 3 der Sprühelektrode 2 bzw. der ersten elektrisch leitenden Struktur 5 von den Abdeckvorsprüngen 10 der nichtleitenden Schichtstruktur 7 nicht abgedeckt sind.
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Die als zweite elektrisch leitende Struktur 6 ausgebildete Gegenelektrode 4 hat ebenfalls nebeneinander angeordnete Kreise 13, die mittels Stegen 14 miteinander verbunden sind und die des Weiteren auf ihrem Außenumfang in Umfangsrichtung gleich beabstandete Vorsprungnasen 15 aufweisen.
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Die nichtleitende Schichtstruktur 7 hat, wie sich insbesondere aus den 1 und 2 ergibt, an ihrer Oberseite obere kreisförmige Ausnehmungen 16, die über Stegausnehmungen 17 miteinander verbunden sind und die entsprechend den Vorsprungnasen 15 der zweiten elektrisch leitenden Struktur 6 angeordnete Aufnahmen 18 ergänzt sind. Entsprechend kann die durch die zweite elektrisch leitende Struktur 6 ausgebildete Gegenelektrode 4 an der Oberseite der nichtleitenden Schichtstruktur 7 in exakter Positionierung eingefügt werden.
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Mittels der in den 2 und 3 im zusammengefügten Zustand dargestellten Partikelaufladungsvorrichtung 1 wird erreicht, dass diese sehr flach baut und somit in personalisierten Vorrichtungen, Fahrzeugen bzw. in besonders kompakten Luftreinigungsanlagen eingesetzt werden kann.
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Infolge der sandwichartigen Zusammenstellung aus der Sprühelektrode 2, der Gegenelektrode 4 und der zwischen der Sprühelektrode 2 und der Gegenelektrode 4 angeordneten nichtleitenden Schichtstruktur 7, wobei sowohl die Sprühelektrode 2 als auch die Gegenelektrode 4 exakt innerhalb der nichtleitenden Schichtstruktur 7 positioniert werden, wird erreicht, dass sowohl die Positionen der Entladepunkte 3 der Sprühelektrode 2 einerseits als auch die durch die zweite elektrisch leitende Struktur 6 ausgebildete Gegenelektrode 4 sich in einer exakt eingehaltenen räumlichen Zuordnung zueinander befinden. Auch bei kompakt gestalteten Partikelaufladungsvorrichtungen 1 wird zum einen sichergestellt, dass der Abstand zwischen der Sprühelektrode 2 und deren elektrischer Zuleitung und der Gegenelektrode 4 und deren elektrischer Zuleitung gewährleistet ist, so dass elektrische Entladungen bzw. elektrische Überschläge nicht auftreten. Die nichtleitende Schichtstruktur 7 isoliert einerseits die als erste elektrisch leitende Struktur 5 ausgebildete Sprühelektrode 2 von der als zweite elektrisch leitende Struktur 6 ausgebildeten Gegenelektrode 4 und sichert darüber hinaus eine exakte Positionierung und räumliche Zuordnung der Entladepunkte 3 der Sprühelektrode 2 und der Kreise 13 der Gegenelektrode 4. Infolge der an der nichtleitenden Schichtstruktur 7 ausgebildeten Abdeckvorsprünge 10 sind auch die Vorsprungarme 9 der Sprühelektrode 2 gegen elektrische Entladungen bzw. elektrische Überschläge gesichert.
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Die Entladepunkte 3 der Sprühelektrode 2 können als Drahtstücke, Nägel oder Nadeln ausgebildet und als solche in die distalen Endabschnitte der Vorsprungarme 9 der die Sprühelektrode 2 ausbildenden ersten elektrisch leitenden Struktur 5 eingefügt werden. Dies kann durch einen Einpressvorgang aber auch durch einen Einschraub- oder Einklebvorgang realisiert werden.
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Sowohl die die Sprühelektrode 2 ausbildende erste elektrisch leitende Struktur 5 als auch die die Gegenelektrode 4 ausbildende zweite elektrisch leitende Struktur 6 als auch die nichtleitende Schichtstruktur 7 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel im Spritzgießverfahren aus einem Kunststoff geformt. Die Dicke der Partikelaufladungsvorrichtung 1 sowie der Sprühelektrode 2, der Gegenelektrode 4 und der nichtleitenden Schichtstruktur 7 ist im Vergleich zur Breite bzw. zur Länge derselben ausgesprochen gering.
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Im Falle des in den 4 bis 6 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Partikelaufladungsvorrichtung 1 weisen die die Sprühelektrode 2 ausbildende erste elektrisch leitende Struktur 5 sowie die die Gegenelektrode 4 ausbildende zweite elektrisch leitende Schichtstruktur 6 sowie die nichtleitende Schichtstruktur 7 jeweils fünf nebeneinander angeordnete Reihen von jeweils fünf Kreisen 11, 13 bzw. Ausnehmungen 8 auf, wobei im Falle des in den 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiels der Partikelaufladungsvorrichtung 1 quasi das in den 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Partikelaufladungsvorrichtung 1 fünffach in einstückiger Form vorliegt.
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Ansonsten entspricht das in den 4 bis 6 gezeigte Ausführungsbeispiel der Partikelaufladungsvorrichtung 1 dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel.
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Die mittels des in den 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiels der Partikelaufladungsvorrichtung 1 behandel- bzw. bearbeitbaren Oberflächen und/oder Volumenstromquerschnitte sind entsprechend größer.
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In den 7 und 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Partikelaufladungsvorrichtung 1 gezeigt, bei dem die Entladepunkte 3 der Sprühelektrode 2 bzw. der diese ausbildenden ersten elektrisch leitenden Struktur 5 in einer Reihe nebeneinander angeordnet und in die erste elektrisch leitende Struktur 5 eingebracht sind. Bei dem in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei derartiger Reihen von Entladepunkten 3 vorgesehen. Wie sich aus einer Zusammenschau der 7 und 8 ergibt, sind diese beiden Reihen von Entladepunkten 3 etwa mittig in rechteckigen Ausnehmungen 19 der die Gegenelektrode 4 ausbildenden zweiten elektrisch leitenden Struktur 6 aufgenommen. Die exakte Positionierung der Sprühelektrode 2 mit ihren Entladepunkten 3 sowie der Gegenelektrode 4 wird durch entsprechende Aufnahmen und Positionierelemente der nichtleitenden Schichtstruktur 7 gewährleistet.
