EP2511017A2 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche - Google Patents

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EP2511017A2
EP2511017A2 EP12163848A EP12163848A EP2511017A2 EP 2511017 A2 EP2511017 A2 EP 2511017A2 EP 12163848 A EP12163848 A EP 12163848A EP 12163848 A EP12163848 A EP 12163848A EP 2511017 A2 EP2511017 A2 EP 2511017A2
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EP
European Patent Office
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component
ionization electrode
electrode
ionization
movement
Prior art date
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Withdrawn
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EP12163848A
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English (en)
French (fr)
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EP2511017A3 (de
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Wolfgang GLÄNTZ
Tilmann Haar
Steffen Hain
Andreas Kern-Trautmann
Jochen Lorenscheit
Ingo Dr. Schulz
Roland Worsley
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SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Publication date
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Publication of EP2511017A2 publication Critical patent/EP2511017A2/de
Publication of EP2511017A3 publication Critical patent/EP2511017A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B6/00—Cleaning by electrostatic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/10—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by presence of electrodes moving during separating action
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/74—Cleaning the electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C7/00—Separating solids from solids by electrostatic effect
    • B03C7/003—Pretreatment of the solids prior to electrostatic separation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/14—Details of magnetic or electrostatic separation the gas being moved electro-kinetically

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a novel concept for cleaning a surface of a component.
  • the non-contact methods have the advantage that the risk of damaging a surface during cleaning is rather low in most processes.
  • the suction or blow process require a high expenditure on equipment in order to generate the required amounts of air suitable flow rate by means of an external blower and to direct them to the location of the surface to be cleaned.
  • a constant cleaning performance, ie suction or blowing effect on a surface of a curved or irregularly shaped component can only be achieved if a suction nozzle or an air nozzle is guided mechanically consuming along its contour at a predetermined distance from the surface.
  • an apparatus for cleaning a surface of a component comprises an ionization electrode which is connected to an anode of a high voltage source. Furthermore, the device has a contact device in order to connect a cathode of the high-voltage source to the surface of the component. When the cathode is connected to the surface of the device, ions are accelerated along the field lines of a resulting electric field from the anode or from the ionization electrode toward the surface of the device.
  • the ions ie ionized gas or air molecules or atoms
  • the ions are typically discharged and undergo a momentum transfer, so that they move away again as neutral particles from the surface to be cleaned.
  • fine dirt or liquid contaminants for example in the form of oil or the like, and hit the accelerated particles of the ion wind on the contaminating particles, from the momentum transfer of the ions to the particles, an adhesion of the contaminating particles overcome the surface and the dirt particles detach from the surface of the component.
  • this type of cleaning for microscopic particles is more efficient than the conventional methods using suckers or blowers.
  • a device for cleaning a surface typically also has a movement device which is designed to move the ionization electrode and the surface of the component in at least one direction of movement relative to one another. That is, the electrode can be moved along the direction of movement relative to the surface of the component or vice versa. This leads to the fact that the cleaning takes place not only locally but continues along the direction of movement, so that the entire surface of a component can be cleaned by a successive sweeping over or over the surface.
  • the ionization electrode is geometrically shaped to self-generate, for example, by a peak effect, the ions in an environment of the electrode or in an ionization volume that forms around the ionization electrode.
  • This can be achieved by field ionization, if the electrode is pointed enough or has a sufficient number of tapered areas, so that in the vicinity of the electrode required for ionization minimum field strength is exceeded.
  • an inhomogeneous field is generated by means of the arrangement of the ionization electrode and the opposite cathode, that is to say the surface to be cleaned.
  • the field ionization zone does not extend to the surface of the device.
  • Some embodiments further comprise a fastening device, which is designed to hold the component to be cleaned or guide, so that it faces with its surface to be cleaned in the direction of the ionization electrode.
  • the ionization electrode is not a single electrode but includes a plurality of individual electrodes arranged in the form of an array.
  • Such an array may, for example, along a direction of movement extend vertical directions, so that by means of a movement in the direction of movement the largest possible area can be cleaned, which corresponds to the extent of the array of individual electrodes substantially.
  • a plurality of electrode arrays are arranged behind one another, that is, parallel to one another and next to one another and with respect to the direction of movement.
  • a voltage in the range of 1kV to 100kV, preferably between 3kV and 12kV, is generated by the high voltage source to both generate a sufficient amount of ions and to accelerate the ions sufficiently to provide sufficient momentum transfer to them can cause removing particles or particles.
  • the voltage is tracked, that is, a varying distance between the ionization electrode and the surface of the component is compensated by an increase or decrease of the voltage between the ionization electrode and the surface of the component, so that the cleaning effect can be maintained unchanged, even if the surface of a component is uneven or curved.
  • This can be achieved by simply readjusting the voltage, without having to operate a complex mechanism to track a holder for the electrode mechanically with respect to the surface.
  • the effect of the so-called corona charging can be used.
  • corona charging or discharging When ionizing by corona charging or discharging generate conductive electrode tips supplied by high voltage by corona discharge and field ionization in their immediate vicinity ions, eg. B. Air ions, which are then accelerated along the field lines to the component and generate an ion wind between the ionization electrode and the component. This ionic wind also provides a barrier to particles moving between the ionization electrode and the surface so that contaminants once removed can no longer enter the volume already swept by the electric field.
  • a (thin) electrode lip may also be used to create an inhomogeneous electric field and cause corona charging of the air molecules surrounding the electrode lip.
  • the Fig. 1 shows a schematic side view of a device 2 for cleaning a surface 4 of a component 6.
  • a cathode of a high voltage source 8 is connected by means of a contact device 10 shown only schematically here with the surface 4 of the component 6.
  • the contact device 10 may be a terminal or a simple cable, for example.
  • a contact device 10 should be understood to mean any means which makes it possible to connect the cathode to the surface 4.
  • An ionization electrode 12, present in the form of a single electrode, is connected to the anode of the high voltage source 8.
  • the ionization electrode 12 and the surface 4 of the component 6 in a direction of movement 13, in this case parallel to the x-axis of the arbitrarily chosen coordinate system, are moved relative to each other, so that a between the ionization electrode 12 and the surface 4 of the component 6 forming electric field 14 is moved relative to the surface 4 of the component 6.
  • the ionization electrode 12 is arranged on a movable cleaning slide 16 so that the surface is stationary and the ionization electrode 12 is moved.
  • the movement does not have to be flat, but all movements or geometries are possible.
  • the component 6 may be cylindrical and rotate with its surface 4 with respect to the ionization electrode 12.
  • an environment 18 around the ionization electrode 12 results in corona charging or discharging of a medium surrounding the ionization electrode 12, such as z.
  • a medium surrounding the ionization electrode 12 such as z.
  • a medium surrounding the ionization electrode 12 such as z.
  • air for example, air.
  • stick electrodes or pointed, ie thin, electrodes are suitable as the ionization electrode 12, so that a breakdown field strength necessary for air ionization can be exceeded at a tip of the ionization electrode 12 and air molecules surrounding the ionization electrode 12 come to corona charging.
  • the movement between the ionization electrode 12 and the surface 4 further takes place, or the voltage is selected such that the environment 18 in which the corona charging takes place does not extend to the surface 4.
  • the ion wind also leads to the cleaning of the surface 4, in that ions 20 accelerated along the field lines hit contaminating particles 22 on the surface and remove them by means of a collision, as shown in FIG FIG. 1 is indicated schematically.
  • the high-voltage source 8 can therefore be designed in accordance with embodiments in order to generate a sufficiently large E-field at the ionization electrode 12, so that it is necessary for corona charging of molecules of the ionization electrode 12 surrounding medium can occur and that then a strong enough ion wind between the ionization electrode 12 and the surface 4 is formed.
  • the high-voltage source 8 can be designed, for example, to generate high voltages in a range of 1 kV to 100 kV, but in particular in a range of 3 kV to 12 kV, depending on the environment and distance between the ionization electrode 12 and the surface 4.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the present invention in which the ionization electrode 12 consists of an electrode array extending substantially perpendicular to the direction of movement 13, so that an extended area on the surface 4 can be simultaneously cleaned as long as along the extension of the electrode array 12 a continuous electric field is generated by means of the individual electrodes.
  • a plurality of electrode arrays one of which, for example, in FIG. 2 is shown as being used as the ionization electrode 12, wherein the plurality of electrode arrays can be arranged parallel to each other and in the direction of movement 13 one behind the other, ie adjacent to each other. This can additionally increase the cleaning performance, again resulting in no additional circuit complexity.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of an ionization electrode 12, which, as in FIG. 4 represented, for example, as a 2-dimensional continuous Lip, that is, as may be formed in the direction of the surface 4 extending, continuous electrode.
  • an ionization electrode 12 which, as in FIG. 4 represented, for example, as a 2-dimensional continuous Lip, that is, as may be formed in the direction of the surface 4 extending, continuous electrode.
  • any other forms of electrodes can be used.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment, by means of which 3 surfaces of a cuboid component 6 can be cleaned simultaneously to illustrate the flexibility of the devices for cleaning surfaces or the new concept.
  • a single electrode array of a plurality of individual electrodes 12 is arranged on a support 16, which surrounds the component 6 in a U-shape, so that the entire surface of the component 6 can be cleaned by means of a single movement in the direction of movement.
  • FIG. 5 schematically illustrates an embodiment of a method for cleaning a surface of a component, wherein first in a preparatory step 40, the surface of the component is arranged opposite to an ionization electrode.
  • a field generating step 42 a high voltage is applied between the ionizing electrode and the surface of the component, so that an electric field is formed between the ionizing electrode and the surface of the component, which accelerates ions generated in an environment of the ionizing electrode toward the surface of the component.
  • a cleaning step 44 the ionization electrode and the surface are moved relative to one another in a direction of movement in order to clean a surface of the component lying in the direction of movement.

Landscapes

  • Cleaning In General (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche (4) eines Bauteils (6) umfasst eine Hochspannungsquelle (8) mit einer Kontakteinrichtung (10), die ausgebildet ist, um eine Kathode der Hochspannungsquelle (8) mit der Oberfläche (4) des Bauteils (6) zu verbinden, sowie eine zumindest eine Einzelelektrode umfassende Ionisierungselektrode (12), die mit einer Anode der Hochspannungsquelle (8) verbunden ist. Mittels einer Bewegungseinrichtung werden die Ionisierungselektrode (12) und die Oberfläche (4) des Bauteils (6) in zumindest einer Bewegungsrichtung (13) derart relativ zueinander bewegt, dass ein sich zwischen der Ionisierungselektrode (12) und der Oberfläche (4) des Bauteils (6) ausbildendes elektrisches Feld (14) relativ zu der der Oberfläche (4) des Bauteils (6) mitbewegt wird.

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein neues Konzept zum Reinigen einer Oberfläche eines Bauteils.
  • Zur Reinigung von Bauteilen beziehungsweise von deren Oberflächen gibt es eine Vielzahl von Verfahren. Neben den herkömmlichen Verfahren, bei denen eine Reinigungsbürste oder Ähnliches direkt in körperlichem Kontakt mit der Oberfläche steht, gibt es auch berührungslose Verfahren, wie das Absaugen der Verunreinigungen von der Oberfläche bzw. das Abblasen oder Weggeblasen der Verunreinigungen von der Oberfläche.
  • Die berührungslosen Verfahren haben den Vorteil, dass die Gefahr, eine Oberfläche bei der Reinigung zu beschädigen, bei den meisten Verfahren eher gering ist. Allerdings erfordern die Saug- oder Blas- Verfahren einen hohen apparativen Aufwand, um die erforderlichen Luftmengen geeigneter Strömungsgeschwindigkeit mittels eines externen Gebläses zu erzeugen und diese an den Ort der zu reinigenden Oberfläche zu leiten. Auch kann bei solchen Verfahren eine konstante Reinigungsleistung, d.h. Saug- oder Blaswirkung an einer Oberfläche eines gekrümmten oder unregelmäßig geformten Bauteils nur erreicht werden, wenn eine Saugdüse bzw. eine Luftdüse in einem vorbestimmten Abstand zu der Oberfläche mechanisch aufwendig entlang deren Kontur geführt wird.
  • Aufgrund der oben angeführten Nachteile des Stands der Technik besteht das Bedürfnis, eine effizientere Reinigungsmöglichkeit zu schaffen.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine Reinigung einer Oberfläche eines Bauteils mittels eines elektrostatisch erzeugten Partikelstroms, eines im Folgenden als "Ionenwind" bezeichneten Stroms von ionisierten Teilchen, erreicht. Zu diesem Zweck weist eine Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche eines Bauteils eine Ionisierungselektrode auf, die mit einer Anode einer Hochspannungsquelle verbunden ist. Ferner weist die Vorrichtung eine Kontakteinrichtung auf, um eine Kathode der Hochspannungsquelle mit der Oberfläche des Bauteils zu verbinden. Ist die Kathode mit der Oberfläche des Bauteils verbunden, werden Ionen entlang der Feldlinien eines sich ergebenden elektrischen Feldes von der Anode bzw. von der Ionisierungselektrode in Richtung auf die Oberfläche des Bauteils beschleunigt.
  • Beim Auftreffen auf die Oberfläche werden die Ionen, also ionisierte Gas- oder Luftmoleküle bzw. -Atome, typischerweise entladen und erfahren einen Impulsübertrag, so dass sie sich als neutrale Teilchen wieder von der zu reinigenden Oberfläche entfernen. Befinden sich auf der Oberfläche des zu reinigenden Bauteils feine Schmutzpartikel oder flüssige Verunreinigungen, beispielsweise in Form von Öl oder dergleichen, und treffen die beschleunigten Teilchen des Ionenwindes auf die verunreinigenden Partikel, kann von dem Impulsübertrag der Ionen an die Partikel eine Adhäsion der verunreinigenden Partikel an der Oberfläche überwunden werden und die Schmutzpartikel lösen sich von der Oberfläche des Bauteils. Somit ist es gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung möglich, mittels einer einfachen Anordnung einer Elektrode auf einer der zu reinigenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite eine Reinigungswirkung zu erzielen, ohne aufwändige externe Vorrichtungen bzw. Gebläse vorsehen zu müssen. Darüber hinaus ist diese Art der Reinigung für mikroskopische Partikel bei einigen Ausführungsbeispielen effizienter als die herkömmlichen Verfahren mittels Saugern oder Gebläsen.
  • Eine Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche weist typischerweise auch eine Bewegungseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um die Ionisierungselektrode und die Oberfläche des Bauteils in zumindest einer Bewegungsrichtung relativ zueinander zu bewegen. D.h., die Elektrode kann entlang der Bewegungsrichtung relativ zu der Oberfläche des Bauteils bewegt werden oder umgekehrt. Dies führt dazu, dass die Reinigung nicht nur lokal stattfindet sondern sich entlang der Bewegungsrichtung fortsetzt, so dass durch ein sukzessives Überstreichen bzw. Überfahren der Oberfläche die gesamte Oberfläche eines Bauteils gereinigt werden kann.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Ionisierungselektrode geometrisch derart geformt, dass sie beispielsweise durch eine Spitzenwirkung die Ionen in einer Umgebung der Elektrode bzw. in einem Ionisierungsvolumen, das sich um die Ionisierungselektrode ausbildet, selbst erzeugt. Dies kann durch Feldionisation erreicht werden, wenn die Elektrode spitz genug geformt ist bzw. eine hinreichende Anzahl von sich verjüngenden Bereichen aufweist, so dass in der Umgebung der Elektrode die zur Ionisierung erforderliche Mindestfeldstärke überschritten wird. Mit anderen Worten ist es bei einigen Ausführungsbeispielen von Vorteil, wenn mittels der Anordnung aus Ionisierungselektrode und gegenüberliegender Kathode, also der zu reinigenden Oberfläche, ein inhomogenes Feld erzeugt wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen erstreckt sich die Zone der Feldionisation nicht bis zu der Oberfläche des Bauteils.
  • Einige Ausführungsbeispiele weißen ferner eine Befestigungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um das zu reinigende Bauteil zu halten bzw. zu führen, so dass dieses mit seiner zu reinigenden Oberfläche in Richtung der Ionisierungselektrode weist.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Ionisierungselektrode keine Einzelelektrode sondern umfasst eine Mehrzahl von Einzelelektroden, die in Form eines Arrays angeordnet sind. Ein solches Array kann sich beispielsweise entlang einer zur Bewegungsrichtung senkrechten Richtungen erstrecken, so dass mittels einer Bewegung in der Bewegungsrichtung ein möglichst großer Bereich gereinigt werden kann, welcher im Wesentlichen der Ausdehnung des Arrays der Einzelelektroden entspricht.
  • Um die Reinigungswirkung bzw. -Leistung weiter zu erhöhen, ist gemäß einigen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Elektrodenarrays hintereinander, das heißt, parallel zueinander und bezüglich der Bewegungsrichtung hintereinander bzw. nebeneinander angeordnet.
  • Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird mittels der Hochspannungsquelle eine Spannung im Bereich von 1kV bis 100kV, bevorzugt zwischen 3kV und 12kV erzeugt, um sowohl eine ausreichende Menge an Ionen zu erzeugen als auch um die Ionen ausreichend zu beschleunigen, so dass sie einen genügenden Impulsübertrag auf die zu entfernenden Partikel bzw. Teilchen bewirken können.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Spannung nachgeführt, d.h., es wird ein variierender Abstand zwischen der Ionisierungselektrode und Oberfläche des Bauteils durch eine Erhöhung bzw. eine Erniedrigung der Spannung zwischen der Ionisierungselektrode und der Oberfläche des Bauteils kompensiert, so dass die Reinigungswirkung unverändert aufrechterhalten werden kann, auch wenn die Oberfläche eines Bauteils uneben oder gekrümmt ist. Dies kann durch einfaches Nachregeln der Spannung erreicht werden, ohne dass eine aufwändige Mechanik betrieben werden müsste, um einen Halter für die Elektrode mechanisch bezüglich der Oberfläche nachzuführen.
  • Mit anderen Worten kann bei einigen Ausführungsbeispielen durch geeignete Wahl der Ionisierungselektrode und der Spannung der Effekt der sogenannten Korona-Aufladung genutzt werden. Bei einer Ionisation mittels Korona- Auf- bzw. Entladung erzeugen mit Hochspannung versorgte leitfähige Elektrodenspitzen durch Korona-Entladung und Feldionisation in ihrer unmittelbaren Umgebung Ionen, z. B. Luftionen, die dann entlang der Feldlinien zu dem Bauteil hin beschleunigt werden und einen Ionenwind zwischen der Ionisierungselektrode und dem Bauteil erzeugen. Dieser Ionenwind stellt auch eine Barriere für sich zwischen der Ionisierungselektrode und der Oberfläche bewegende Partikel dar, sodass einmal entfernte verunreinigende Partikel nicht mehr in das bereits von dem elektrischen Feld überstrichene Volumen gelangen können.
  • Anstelle eines eindimensionalen Elektroden-Arrays kann bei einigen Ausführungsbeispielen auch eine (dünne) Elektrodenlippe verwendet werden, um ein inhomogenes elektrisches Feld zu erzeugen und eine Korona-Aufladung der die Elektrodenlippe umgebenden Luftmoleküle zu bewirken.
  • Weitere Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche;
    Fig. 2
    eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche;
    Fig. 3
    eine schematische perspektive Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ionisierungselektrode zur Verwendung in einem der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 oder 2;
    Fig. 4
    eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Ionisierungselektrode zur Verwendung in einem der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3; und
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines Bauteils.
  • Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung 2 zum Reinigen einer Oberfläche 4 eines Bauteils 6. Eine Kathode einer Hochspannungsquelle 8 ist mittels einer hier nur schematisch dargestellten Kontakteinrichtung 10 mit der Oberfläche 4 des Bauteils 6 verbunden. Die Kontakteinrichtung 10 kann beispielsweise eine Klemme oder ein einfaches Kabel sein. Allgemein soll unter einer Kontakteinrichtung 10 jedwedes Mittel verstanden werden, das es ermöglicht, die Kathode mit der Oberfläche 4 zu verbinden. Eine Ionisierungselektrode 12, vorliegend in Form einer Einzelelektrode, ist mit der Anode der Hochspannungsquelle 8 verbunden.
  • Mittels einer der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Bewegungseinrichtung können die Ionisierungselektrode 12 und die Oberfläche 4 des Bauteils 6 in einer Bewegungsrichtung 13, vorliegend parallel zur x-Achse des willkürlich gewählten Koordinatensystems, relativ zueinander bewegt werden, sodass ein sich zwischen der Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 des Bauteils 6 ausbildendes elektrisches Feld 14 relativ zu der der Oberfläche 4 des Bauteils 6 bewegt wird. Vorliegend ist die Ionisierungselektrode 12 auf einem beweglichen Reinigungsschlitten 16 angeordnet, sodass die Oberfläche fest steht und die Ionisierungselektrode 12 bewegt wird. Selbstverständlich kann dies bei alternativen Ausführungsbeispielen anders herum sein. Auch muss die Bewegung nicht eben sein, vielmehr sind sämtliche Bewegungen bzw. Geometrien möglich. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsbeispielen das Bauteil 6 zylindrisch sein und mit dessen Oberfläche 4 bezüglich der Ionisierungselektrode 12 rotieren.
  • Bei geeigneter Form der Ionisierungselektrode 12 und Wahl der Hochspannung kommt es in einer Umgebung 18 um die Ionisierungselektrode 12 zu einer Korona-Auf- bzw. Entladung eines die Ionisierungselektrode 12 umgebenden Mediums, wie z. B. Luft. Als Ionisierungselektrode 12 eignen sich insbesondere Stabelektroden bzw. spitz zulaufende, d. h. dünne Elektroden, so dass an einer Spitze der Ionisierungselektrode 12 eine zur Luftionisierung notwendige Durchbruchfeldstärke überschritten werden kann und es zur Korona-Aufladung von die Ionisierungselektrode 12 umgebenden Luftmolekülen kommt.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen erfolgt die Bewegung zwischen der Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 ferner derart, bzw. die Spannung ist derart gewählt, dass sich die Umgebung 18, in der die Korona-Aufladung stattfindet, nicht bis zu der Oberfläche 4 erstreckt.
  • Durch die Korona-Aufladung kann es zwischen Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 also unter bestimmten Bedingungen zu einer Art Blasrichtung bzw. zu einem entlang der Feldlinien des E-Feldes 14 entstehenden Ionenwind von ionisierten Luftmolekülen kommen. Dieser bewirkt zum Einen auf die nachfolgend beschriebene Art eine Barrierewirkung zwischen der Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4. Entweder werden elektrische Ladungen von den ionisierten Luftmolekülen auf weitere abzuhaltende Partikel übertragen, welche zunächst zur Oberfläche 4 und dann von dieser weg beschleunigt werden, oder es findet ein elastischer Stoß zwischen den ionisierten Luftmolekülen und den abzuhaltende Partikeln statt, sodass die Partikel vom Spalt zwischen der Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 weg beschleunigt werden.
  • Der Ionenwind führt insbesondere aber auch zur Reinigung der Oberfläche 4, indem entlang der Feldlinien beschleunigte Ionen 20 auf verunreinigende Partikel 22 auf der Oberfläche treffen und diese mittels eines Stoßes von dieser entfernen, wie es in Figur 1 schematisch angedeutet ist.
  • Die Hochspannungsquelle 8 kann also gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um an der Ionisierungselektrode 12 ein hinreichend großes E-Feld zu erzeugen, sodass es zur Korona-Aufladung von Molekülen eines die Ionisierungselektrode 12 umgebenden Mediums kommen kann und dass daraufhin ein genügend starker Ionenwind zwischen der Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 entsteht. Die Hochspannungsquelle 8 kann dazu beispielsweise ausgebildet sein, um - je nach Umgebung und Abstand zwischen Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 - Hochspannungen in einem Bereich von 1kV bis 100 kV, insbesondere aber in einem Bereich von 3 kV bis 12 kV zu erzeugen.
  • Durch die Relativbewegung zwischen der Ionisierungselektrode 12 und der Oberfläche 4 kann sukzessive die gesamte Oberfläche 4 gereinigt werden.
  • Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Ionisierungselektrode 12 aus einem Elektrodenarray besteht, das sich im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung 13 erstreckt, so dass ein ausgedehnter Bereich auf der Oberfläche 4 gleichzeitig gereinigt werden kann, solange entlang der Erstreckung des Elektrodenarrays 12 mittels der Einzelelektroden ein durchgehendes elektrisches Feld erzeugt wird.
  • Dies kann bei gleichem schaltungstechnischem Aufwand die Effizienz der Reinigung weiter steigern, sodass zur Reinigung der gesamten Oberfläche 4 eines Bauteils 6 möglicherweise, je nach Dimension der Elektroden, nur eine einzige Bewegung in der Bewegungsrichtung 13 erforderlich ist.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Mehrzahl von Elektrodenarrays, von denen eines beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist, als Ionisierungselektrode 12 verwendet werden, wobei die Mehrzahl von Elektrodenarrays parallel zueinander und in der Bewegungsrichtung 13 hintereinander, d.h. zueinander benachbart, angeordnet sein können. Dies kann die Reinigungsleistung zusätzlich erhöhen, wobei wiederum kein zusätzlicher Schaltungsaufwand entsteht.
  • Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsformen einer Ionisierungselektrode 12, die, wie in Figur 4 dargestellt, beispielsweise auch als 2-Dimensionale durchgehende Lippe, d.h. als sich in Richtung der Oberfläche 4 erstreckende, durchgehende Elektrode ausgebildet sein kann. Selbst verständlich sind beliebige weitere Formen von Elektroden verwendbar.
  • Figur 4 zeigt zur Illustration der Flexibilität der Vorrichtungen zur Reinigung von Oberflächen bzw. des neuen Konzepts eine alternative Ausführungsform, mittels derer 3 Oberflächen eines quaderförmigen Bauteils 6 gleichzeitig gereinigt werden können. Zu diesem Zweck ist ein Einzelelektrodenarray aus einer Vielzahl von Einzelelektroden 12 auf einem Träger 16 angeordnet, der das Bauteil 6 U-förmig umschließt, so dass mittels einer einzigen Bewegung in der Bewegungsrichtung die gesamte Oberfläche des Bauteils 6 gereinigt werden kann.
  • Figur 5 illustriert schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines Bauteils, bei dem zunächst in einem Vorbereitungsschritt 40 die Oberfläche des Bauteils gegenüber von einer Ionisierungselektrode angeordnet wird.
  • In einem Felderzeugungsschritt 42 wird eine Hochspannung zwischen der Ionisierungselektrode und der Oberfläche des Bauteils angelegt, so dass sich zwischen der Ionisierungselektrode und der Oberfläche des Bauteils ein elektrisches Feld ausbildet, welches in einer Umgebung der Ionisierungselektrode erzeugte Ionen in Richtung der Oberfläche des Bauteils beschleunigt.
  • In einem Reinigungsschritt 44 werden die Ionisierungselektrode und die Oberfläche relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung bewegt, um eine in der Bewegungsrichtung liegende Oberfläche des Bauteils zu reinigen.
  • Wenngleich hier überwiegend anhand von einfachen Geometrien beschrieben, ermöglicht es das vorliegende Konzept zur Reinigung von Oberflächen, beliebig geformte Oberflächen zu reinigen, ohne teure mechanische Nachführungen für Saugköpfe oder dergleichen bereitstellen zu müssen.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche
    4
    Oberfläche
    6
    Bauteil
    8
    Hochspannungsquelle
    10
    Kopplungseinrichtung
    12
    Ionisierungselektrode
    13
    Bewegungsrichtung
    14
    E-Feld
    16
    Träger
    18
    Umgebung
    20
    Ion
    22
    verunreinigender Partikel
    40
    Vorbereitungsschritt
    42
    Felderzeugungsschritt
    44
    Reinigungsschritt

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche (4) eines Bauteils (6) mit folgenden Merkmalen:
    einer Hochspannungsquelle (8) mit einer Kontakteinrichtung (10), welche ausgebildet ist, um eine Kathode der Hochspannungsquelle (8) mit der Oberfläche (4) des Bauteils (6) zu verbinden;
    eine zumindest eine Einzelelektrode umfassende Ionisierungselektrode (12),
    die mit einer Anode der Hochspannungsquelle (8) verbunden ist; und
    eine Bewegungseinrichtung, die ausgebildet ist, um die Ionisierungselektrode (12) und die Oberfläche (4) des Bauteils (6) in zumindest einer Bewegungsrichtung (13) derart relativ zueinander zu bewegen, dass ein sich zwischen der Ionisierungselektrode (12) und der Oberfläche (4) des Bauteils (6) ausbildendes elektrisches Feld (14) relativ zu der der Oberfläche (4) des Bauteils (6) mitbewegt wird.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ionisierungselektrode (12) derart ausgebildet ist, dass zwischen der Ionisierungselektrode (12) und der Oberfläche (4) des Bauteils (6) ein inhomogenes elektrisches Feld (14) erzeugt wird.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend:
    eine Befestigungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Bauteil (6) derart aufzunehmen, dass zwischen der Oberfläche (4) des Bauteils (6) und der Ionisierungselektrode (12) ein Spalt vorbestimmter Dimension gebildet wird.
  4. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzelelektrode eine sich in Richtung der Oberfläche (4) des Bauteils (6) verjüngende Form aufweist, beispielsweise in Form eines Kegels, eines Kegelstumpfes oder einer Spitze.
  5. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ionisierungselektrode (12) ein Array aus Einzelelektroden umfasst, welches sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung (13) erstreckt und ausgebildet ist, um entlang seiner Erstreckung ein durchgehendes elektrisches Feld (14) zwischen dem Array und der Oberfläche (4) des Bauteils (6) zu erzeugen.
  6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Ionisierungselektrode (12) eine Mehrzahl von in der Bewegungsrichtung (13) zueinander benachbarten Arrays von Einzelelektroden umfasst.
  7. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hochspannungsquelle (8) ausgebildet ist, um eine Spannung in einem Bereich von 1kV bis 100kV, insbesondere in einem Bereich von 3kV bis 12kV, zu erzeugen.
  8. Ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche (4) eines Bauteils (6), mit folgenden Merkmalen:
    Anordnen der Oberfläche (4) des Bauteils (6) gegenüber einer Ionisierungselektrode (12),
    Anlegen einer Hochspannung zwischen der Ionisierungselektrode (12) und der Oberfläche (4) des Bauteils (6) derart, dass sich zwischen der Ionisierungselektrode (12) und der Oberfläche (4) des Bauteils (6) ein elektrisches Feld (14) ausbildet, welches in einer Umgebung der Ionisierungselektrode (12) erzeugte Ionen in Richtung der Oberfläche (4) des Bauteils (6) beschleunigt; und
    Bewegen der Ionisierungselektrode (12) relativ zu der Oberfläche (4) des Bauteils (6) in einer Bewegungsrichtung (13), um eine in der Bewegungsrichtung (13) liegende Oberfläche (4) des Bauteils (6) zu reinigen.
  9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem eine positive Spannung der Hochspannung an der Ionisierungselektrode (12) angelegt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend:
    Einstellen der Hochspannung derart, dass in einer Umgebung (18) der Ionisierungselektrode (12) die Ionen durch Feldionisation erzeugt werden, wobei sich die Umgebung (18) nicht bis zu der Oberfläche (4) erstreckt.
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