-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Sprühelektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine entsprechend hergestellte Sprühelektrode.
-
Aus dem Stand der Technik bekannte Sprühelektroden dienen dazu, Aerosole und Oberflächen zu behandeln. Im Falle bestimmter industrieller Anwendungen wird beispielsweise durch Ionisatoren, zu denen derartige Sprühelektroden gehören, eine unerwünschte elektrostatische Aufladung von Oberflächen verhindert. Auf dem Gebiet der Filterung bzw. Reinigung von Aerosolen ist es bekannt, die Effizienz dort eingesetzter elektrostatischer Faserfilter dadurch zu erhöhen, dass die aus dem jeweiligen Aerosol abzuscheidenden Partikel vor bzw. stromauf des elektrostatischen Faserfilters mittels einer Partikelaufladungsvorrichtung elektrisch aufgeladen werden. Entsprechend elektrisch aufgeladene Partikel werden dann mittels der auf Coulombkräften basierenden Anziehung zwischen diesen aufgeladenen Partikeln und den Fasern der Faserfilter in den Faserfiltern besser abgeschieden.
-
Voraussetzung für die Ionisierung mittels einer derartigen Sprühelektrode ist eine hohe lokale Felddichte. Diese hohe lokale Felddichte wird durch elektrisch leitende Geometrien mit hoher Krümmung in Verbindung mit einem hohen elektrischen Potential erreicht. Zur Ausgestaltung der elektrisch leitenden Geometrien mit hoher Krümmung werden im Stand der Technik häufig dünne Drähte, z.B. aus Wolfram, eingesetzt. Der Einsatz derartiger Drähte ist vergleichsweise aufwändig, da für einen gleichbleibenden Abstand zu den Gegenelektroden, die den Sprühelektroden zugeordnet sind, eine konstante Spannung der Drähte sicherzustellen ist.
-
Die
US 6,368,392 B1 , die
DE 1 076 086 A und die
CN 213243113 U zeigen Verfahren zur Herstellung von mit Entladepunkten versehenen Trägerstrukturen, bei denen in eine elektrisch leitende Trägerstruktur, die Bestandteil einer Sprühelektrode ist bzw. sein kann, zumindest ein Loch zur Aufnahme eines Entladepunkts der Sprühelektrode eingebracht wird und beim Einbringen jedes Lochs der dieses Loch umgebende Umrandungsbereich der elektrisch leitenden Trägerstruktur erwärmt wird, wobei eine entsprechende Erwärmung bei üblichen Verfahren, mittels denen Löcher in einer Struktur erzeugt werden, auftritt.
-
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Sprühelektrode und damit eine Sprühelektrode zur Verfügung zu stellen, bei dem bzw. bei der der technisch-konstruktive Aufwand für die Durchführung des Herstellungsverfahrens bzw. für die Herstellung der Sprühelektrode erheblich reduziert ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Patentanspruchs 1 gelöst. Mittels der Laservorrichtung lassen sich Bohrlöcher äußerst geringen Durchmessers in die elektrisch leitende Trägerstruktur einbringen, wodurch entsprechend dünne Entladepunkte bzw. derartige Entladepunkte ausbildende Drähte, Nadeln oder Nägel eingesetzt werden können. Ein Entladepunkt der Sprühelektrode wird nach dem Einbringen des Bohrlochs in die elektrisch leitende Trägerstruktur der Sprühelektrode in das vom erwärmten Umrandungsbereich umgebene Bohrloch eingebracht, so dass nach dem Abkühlen des Umrandungsbereichs eine kraftschlüssige mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Entladepunkt einerseits und der elektrisch leitenden Trägerstruktur andererseits vorliegt.
-
Um eine Sprühelektrode der gewünschten Kapazität vorzusehen ist es vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Entladepunkten in eine entsprechende Vielzahl von Bohrlöchern der elektrisch leitenden Trägerstruktur der Sprühelektrode eingebracht wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Sprühelektrode wird für die Erstellung der Bohrlöcher in der elektrisch leitenden Trägerstruktur diese in einem automatisierten Prozess numerisch gesteuert verfahren und für jedes einem Entladepunkt zugeordnete Bohrloch dessen genaue Position auf der elektrisch leitenden Trägerstruktur in einem CNC-Programm hinterlegt.
-
Nach der Erstellung der Bohrlöcher werden die Entladepunkte, bei noch erwärmtem Umrandungsbereich der Bohrlöcher, in die Bohrlöcher der elektrisch leitenden Trägerstruktur eingeschossen oder eingepresst.
-
Die elektrisch leitende Trägerstruktur der Sprühelektrode wird vorteilhaft im Spritzgießverfahren aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere aus einem elektrisch leitenden Kunststoff oder aus einem metallisierten Kunststoff, hergestellt.
-
Als Entladepunkte kommen vorteilhaft Drahtstücke, vorzugsweise Edeldrahtstücke, Nadeln oder Nägel, zum Einsatz.
-
Diese werden vorteilhaft mit einem Durchmesser zwischen 0,2 bis 0,25 mm verwendet. Dieser Durchmesserbereich stellt einen guten Kompromiss zwischen hoher lokaler Felddichte an dem Entladepunkt und dessen mechanischer Stabilität dar.
-
Um die Fixierung der Entladepunkte in der elektrisch leitenden Trägerstruktur sicherzustellen, ist es vorteilhaft, jedes Bohrloch in der elektrisch leitenden Trägerstruktur mit einem Durchmesser herzustellen, der kleiner ist als der Durchmesser des in dieses Bohrloch einzubringenden Entladepunkts.
-
Bei einem bestimmten Anforderungsprofil an die Anordnung der Entladespitzen der Entladepunkte kann es vorteilhaft sein, wenn die Bohrlöcher in der elektrisch leitenden Trägerstruktur als Sackbohrungen ausgestaltet werden.
-
Alternativ ist es möglich, das zumindest eine Bohrloch als Durchgangsbohrung auszubilden, wobei der dieser Durchgangsbohrung zugeordnete Entladepunkt so in diese Durchgangsbohrung eingebracht wird, dass er mit seinem seinem Entladeende entgegengesetzten Fixierende an der Unterseite der elektrisch leitenden Trägerstruktur über diese Unterseite vorsteht und mit seinem über die Unterseite der elektrisch leitenden Trägerstruktur vorstehenden Fixierende abgekantet wird.
-
Eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist erreichbar, wenn ein als Drahtstück ausgebildeter Entladepunkt von einer Drahtrolle zugeführt, von der Drahtrolle aus in das Bohrloch in der elektrisch leitenden Trägerstruktur eingebracht, vorzugsweise eingepresst, und nach dem Einpressen in das Bohrloch an einer vorgegebenen Position von der Drahtrolle getrennt wird. Durch diese Verfahrensweise kann in Verbindung mit einer entsprechenden Steuerung des Abtrennvorgangs jede gewünschte räumliche Struktur für die Vielzahl der Entladespitzen sichergestellt werden, wobei für diese Vielzahl der Entladespitzen eine beliebige dreidimensionale räumliche Struktur vorgebbar ist.
-
Als elektrisch leitende Trägerstruktur einer derart dreidimensional gestalteten Sprühelektrode wird eine dreidimensionale räumliche, z.B. kugelförmige, elektrisch leitende Trägerstruktur eingesetzt. Hierbei können die Entladepunkte dann strahlförmig auf Kugelradien der elektrisch leitenden Trägerstruktur angeordnet werden.
-
Eine erfindungsgemäße Sprühelektrode für einen Ionisator bzw. für eine Partikelaufladungsvorrichtung hat eine elektrisch leitende Trägerstruktur und zumindest einen Entladepunkt, vorzugsweise eine Vielzahl von Entladepunkten. Jeder Entladepunkt ist kraftschlüssig in die elektrisch leitende Trägerstruktur eingebracht, vorzugsweise eingepresst oder eingeschossen.
-
In der elektrisch leitenden Trägerstruktur sind mittels einer Laservorrichtung Bohrlöcher eingebracht, in denen die Entladepunkte sitzen. Die Bohrlöcher können als Sackbohrungen ausgebildet sein, wodurch sich eine räumliche Fixierung der Entladespitzen der Entladepunkte ergibt.
-
Alternativ können die Bohrlöcher als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, wobei die Entladepunkte an einem durch die Unterseite der elektrisch leitenden Trägerstruktur vorstehenden Fixierende abgekantet sein können.
-
Die Entladepunkte können vorteilhaft als Drahtstücke, vorzugsweise als Edeldrahtstücke, ausgebildet sein. Alternativ können die Entladepunkte als Nadeln oder Nägel ausgebildet sein.
-
Mittels der Laservorrichtung können die Bohrungen in der elektrisch leitenden Trägerstruktur mit einem derart geringen Durchmesser hergestellt werden, dass Drahtstücke, Edeldrahtstücke, Nadeln oder Nägel mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,25 mm verwendet werden können, mittels denen die für eine hohe Feldstärke erforderliche geometrische Struktur an den Entladespitzen der Sprühelektrode mit einem vergleichsweise geringen technisch-konstruktiven Aufwand realisierbar ist.
-
Die elektrisch leitende Trägerstruktur der Sprühelektrode kann vorteilhaft aus einem elektrisch leitfähigen oder metallisierten Kunststoff ausgebildet sein.
-
In Abhängigkeit von dem für die Sprühelektrode vorgegebenen Anforderungsprofil können die Entladespitzen der Entladepunkte in einer dreidimensionalen räumlichen Struktur angeordnet werden.
-
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn eine dreidimensionale räumliche, z.B. kugelförmige, elektrisch leitende Trägerstruktur vorgesehen ist.
-
Die Entladepunkte der Sprühelektrode können dann strahlförmig auf Kugelradien der elektrisch leitenden Trägerstruktur angeordnet werden.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine prinzipielle perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sprühelektrode;
- 2 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sprühelektrode bzw. eines Abschnitts der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Sprühelektrode; und
- 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sprühelektrode bzw. eines Teils der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Sprühelektrode.
-
Eine in 1 in einer perspektivischen Prinzipdarstellung gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sprühelektrode 1 ist üblicherweise Bestandteil eines im Übrigen in den 1 bis 3 nicht gezeigten Ionisators bzw. einer ebenfalls in den 1 bis 3 nicht gezeigten Partikelaufladungsvorrichtung.
-
Zu dieser Sprühelektrode 1 gehören eine elektrisch leitende Trägerstruktur 2 und, wie in 1 gezeigt, eine Mehrzahl von Entladepunkten 4. Für den Betrieb der Sprühelektrode 1 wird eine hohe lokale Felddichte benötigt, die durch eine entsprechende Vorgabe von Geometrien mit hoher Krümmung für die Entladepunkte 4 und durch ein hohes elektrisches Potential realisiert wird. Jeder Entladepunkt 4 ist hierbei kraftschlüssig in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 eingebunden. Die Einbringung der Entladepunkte 4 in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 kann durch Einpressung oder Einschießung erfolgen.
-
Im Falle der in den 2 und 3 prinzipiell gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sprühelektrode 1 bzw. eines Teils der erfindungsgemäßen Sprühelektrode 1 geht hervor, wie im Falle der erfindungsgemäßen Sprühelektrode 1 ein Entladepunkt 4 in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 eingebracht ist.
-
Bei den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen der Sprühelektrode 1 bzw. eines Abschnitts der Sprühelektrode 1 ist in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 der Sprühelektrode 1 ein Bohrloch 3 eingebracht. In dem Bohrloch 3 ist der Entladepunkt 4 fixiert.
-
Grundsätzlich ist es möglich, das Bohrloch 3 in Form einer Sackbohrung auszubilden, so dass sich hierdurch eine exakte Positionierung des Entladepunkts 4 in der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 der Sprühelektrode 1 ergibt.
-
Des Weiteren ist es möglich, wie dies in 2 gezeigt ist, die räumliche Fixierung des Entladepunkts 4 in der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 dadurch zu bewerkstelligen, dass der Entladepunkt 4 in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 eingepresst ist.
-
Im Falle der in 3 gezeigten alternativen Ausführungsform ist der Entladepunkt 4 an einem durch das untere Ende des Bohrlochs 3 vorstehenden Fixierende abgekantet und dadurch im Bohrloch 3 fixiert.
-
Die Entladepunkte 4 sind als Drahtstücke bzw. als Edeldrahtstücke ausgebildet. Alternativ ist es möglich, die Entladepunkte 4 als Nadeln oder Nägel auszugestalten. Die Drahtstücke, Edeldrahtstücke, Nadeln bzw. Nägel haben einen Durchmesser von ca. 0,2 bis 0,25 mm, was eine Ausgestaltung der Entladepunkte 4 mit einem vergleichsweise geringen technisch-konstruktiven Aufwand ermöglicht.
-
Als Werkstoff für die elektrisch leitende Trägerstruktur 2, in die die Entladepunkte 4 eingebracht werden, ist im Falle der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen ein elektrisch leitfähiger oder metallisierter Kunststoff vorgesehen.
-
In Abweichung von den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen kann die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 eine räumliche Struktur aufweisen, so dass die Entladespitzen der Entladepunkte 4 ebenfalls in einer dreidimensionalen räumlichen Struktur angeordnet sein können. Als dreidimensionale räumliche Struktur kann z.B. eine kugelförmige Struktur für die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 vorgesehen werden. Bei einer entsprechenden kugelförmigen elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 könnten dann die Entladepunkte 4 strahlförmig auf Kugelradien angeordnet werden.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der vorstehend geschilderten Sprühelektrode 1 wird zunächst in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 der Sprühelektrode 1 ein Bohrloch bzw. eine Vielzahl von Bohrlöchern 3 eingebracht. Hierzu wird eine in den Figuren nicht gezeigte Laservorrichtung eingesetzt. Das Bohrloch 3 bzw. die Bohrlöcher 3 sind zur Aufnahme der Entladepunkte 4 der Sprühelektrode 1 geeignet. Bei der Herstellung des Bohrlochs 3 bzw. der Bohrlöcher 3 mittels der Laservorrichtung wird der jedes Bohrloch 3 umgebende Umrandungsbereich der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 erwärmt. In diesem Zustand des Bohrlochs 3 bzw. des dieses Bohrloch 3 umgebenden Umrandungsbereichs der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 wird in das Bohrloch 3 ein Entladepunkt 4 eingebracht. Da der das Bohrloch 3 umgebende Umrandungsbereich der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 zu diesem Zeitpunkt noch erwärmt ist, entsteht beim Abkühlen des Umrandungsbereichs nach dem Einbringen des Entladepunkts 4 eine kraftschlüssige mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Entladepunkt 4 einerseits und der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 andererseits.
-
Das Einbringen einer Mehrzahl von Bohrlöchern in die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 der Sprühelektrode erfolgt mittels eines in einem automatisierten Prozess numerisch gesteuerten Verfahrensschritts, bei dem für jedes Bohrloch dessen genaue Positionierung auf der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 in einem CNC-Programm hinterlegt ist. Entsprechend wird die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 in diesem numerisch gesteuerten automatisierten Prozess für jedes Bohrloch 3 verfahren.
-
Die Einbringung der Entladepunkte 4 in die Bohrlöcher 3 der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 erfolgt durch Einschießung oder Einpressung.
-
Die Herstellung der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 der Sprühelektrode 1 wird im Spritzgießverfahren realisiert, wobei als Werkstoff für die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 ein elektrisch leitender Kunststoff oder ein metallisierter Kunststoff verwendet wird. Als Entladepunkte 4 kommen insbesondere Drahtstücke, Edeldrahtstücke, Nadeln oder Nägel zum Einsatz, die einen Durchmesser zwischen 0,2 bis 0,25 mm aufweisen.
-
Der Durchmesser jedes Bohrlochs 3 in der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 ist kleiner als der Durchmesser des in dieses Bohrloch 3 im Zuge des Einpress- bzw. Einschießvorgangs einzubringenden Entladepunkts 4. Das Bohrloch 3 ist im Falle der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen der Sprühelektrode 1 als Durchgangsbohrung ausgebildet. Im Falle der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der Entladepunkt 4 so in die Durchgangsbohrung 3 eingebracht, dass er mit seinem dem Entladeende entgegengesetzten Fixierende an der Unterseite der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 durch das Bohrloch 3 vorsteht und abgekantet wird.
-
Bei der Einbringung in das Bohrloch 3 der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 wird, sofern die Entladepunkte 4 als Drahtstücke oder Edeldrahtstücke ausgebildet sind, der Entladepunkt 4 von einer Drahtrolle zugeführt, von der Drahtrolle aus in das Bohrloch 3 in der elektrisch leitenden Trägerstruktur eingepresst oder eingeschossen und nach dem Einpressen oder Einschießen an einer vorgegebenen Position von der Drahtrolle abgetrennt. Durch entsprechende Vorgaben für den Abtrennvorgang bzw. durch entsprechende Steuerung des Abtrennvorgangs kann sichergestellt werden, dass die Entladespitzen der Entladepunkte 4 jeweils die exakte, ihnen zugewiesene räumliche Position aufweisen. Die Entladespitzen können eine beliebig vorgebbare dreidimensionale räumliche Struktur ausgestalten. Hierfür kann eine räumliche, z.B. kugelförmige, elektrisch leitende Trägerstruktur 2 verwendet werden, wobei dann die Entladepunkte 4 strahlförmig auf Kugelradien der elektrisch leitenden Trägerstruktur 2 angeordnet werden.
-
Die Entladepunkte 4 weisen zumindest an ihrem die Entladespitzen ausbildenden Endabschnitt eine hohe Krümmung auf.
-
Wenn zur Ausgestaltung der Entladepunkte 4 der Sprühelektrode 2 Drahtstücke von ca. 10 mm Länge eingesetzt werden, wird etwa die halbe Länge in den die elektrisch leitende Trägerstruktur 2 ausbildenden Werkstoff eingepresst. Die Sprühelektrode 1, wenn sie eine Fläche von ca. 160 mm x 200 mm abdecken soll, benötigt daher etwa 75 Entladepunkte 4. Für eine derart gestaltete Sprühelektrode 1 werden dann etwa 750 mm Draht benötigt.
