EP2943106A1 - Verfahren zum betrieb eines elektrostatischen partikelsammlers, elektrostatischer partikelsammler sowie partikelsammelsystem - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines elektrostatischen partikelsammlers, elektrostatischer partikelsammler sowie partikelsammelsystem

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EP2943106A1
EP2943106A1 EP13824589.9A EP13824589A EP2943106A1 EP 2943106 A1 EP2943106 A1 EP 2943106A1 EP 13824589 A EP13824589 A EP 13824589A EP 2943106 A1 EP2943106 A1 EP 2943106A1
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EP
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particle
collecting
particle collector
particles
collector
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EP13824589.9A
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Michael Emonts
Daniel Werner
Boris Ozolin
Jan Bremer
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Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • A47L9/106—Dust removal
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    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/88—Cleaning-out collected particles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electrostatic
  • Particulate collector an electrostatic particle collector according to the preamble of claim 13 and a particle collection system.
  • the particles according to the invention are in particular dust, e.g. House dust, and any other electrostatically collectable particles, e.g. those typically found in areas inhabited or occupied by industry, such as human or animal hair, particles of clothing, soil particles, pollen, and the like.
  • dust e.g. House dust
  • any other electrostatically collectable particles e.g. those typically found in areas inhabited or occupied by industry, such as human or animal hair, particles of clothing, soil particles, pollen, and the like.
  • Electrostatic particle collectors have compared to the long-known
  • Vacuum cleaners a low power consumption, lower noise and do not whirl up the particles, especially house dust, pollen and possible other allergy-relevant substances, which is particularly advantageous for allergy sufferers.
  • Particle collector of the type mentioned which has arranged in a wiping area within a flat tail electrode, whose
  • a voltage can be applied to the electrodes by means of a battery, and thus an electrostatic field can be built up in the wiping area.
  • the electrostatic field creates a polarization in particles that are within range of the field, resulting in an electrical force of attraction between the particles and the particle collector.
  • Around the electrodes is laid a cloth or paper to which the polarized particles adhere.
  • the electrostatic field is turned off. To dispose of the collected particles is provided to remove the cloth or the paper from the particle collector and throw away together with the particles. Without the cloth or paper, the particles would adhere directly to the electrodes. These would each have to be cleaned consuming. The latter would be problematic, since even with separation of the battery from the electrodes, the polarization the particle and thus the attraction between the particles and the
  • Particle collector is retained for a long time.
  • an electrostatic dust collector is disclosed as a particle collector with two electrodes, which are supplied with voltage by means of a high voltage source arranged in the particle collector.
  • a duster can be disposed of with the electrostatically adhering dust.
  • cover the electrodes with a smooth, electrically non-conductive material, to which the dust is fixed during collection. In this case, the collected dust by stripping or after discharge of the electrodes by simple
  • Tapping can be removed from the dust collector. Since, as stated above, the polarization of the particles is retained for a long time, it is to be expected, however, that during stripping or tapping a considerable part of the particles remains on the coated electrodes or is attracted to the particle collector again. In any case, the removal of the dust has to be done manually both when removing a duster and when washing or tapping. The dust carrying capacity of the described device is limited, so that a disposal of the
  • Particle system results from the features of claim 23.
  • the method according to the invention is characterized in particular by the fact that the collected particles are first of all introduced into at least one particle
  • Particle collectors arranged particle catcher are stored and the particle catcher is emptied in a disposal process.
  • Collecting segment can put the collected particles into the particle catcher until it is filled.
  • the collection process does not need to be interrupted in order to dispose of a duster around the electrodes with the adhering particles each time or to clean the electrodes manually when the
  • the inventive method is characterized by a special procedure during the Operachenablegevorgangs. Accordingly, the absolute value of the potential difference between the electrodes is reduced and the sign of the potential difference is changed at least once.
  • Procedure can cause a significantly improved deposition behavior.
  • the change of the sign of the potential difference counteracts the tendency, after switching off the potential difference to obtain a residual polarization in the particles, which persist over a longer period of time and thus for a
  • the electrodes Since the electrostatic field generally reaches maximum values in the area of the electrodes, the adhesion capacity for polarized particles increases with proximity to the electrodes. It may therefore be advantageous for the electrodes to be as dense as possible
  • Each electrode may be e.g. branch into multiple electrode arms, e.g. Electrode arms of the first electrode of a pair of electrodes in between electrode arms of the second electrode of the pair can grip.
  • Electrodes It is also advantageous to protect the electrodes from direct contact with the particles or other foreign bodies to be collected by means of a coating, a foil or other delimitation. As a result, electrical short circuits can be avoided. In particular, the cleaning of damp dirt is possible and the contact of the particle collector with befindlichem on the surface to be cleaned water harmless.
  • Another demarcation can also be realized by a matrix material, for example of insulating plastic, which surrounds the electrodes. It may also be advantageous to carry out the method according to the invention in such a way that at least one further electrode pair is used to generate the electrostatic attraction in the same collecting segment. This allows the
  • P areablegevorgang be made more flexible. It is Z. B. possible, in one of the pairs of electrodes, the absolute value of the potential difference while changing his
  • the P can in particular with regard to particularly light
  • the particle collector moves to a disposal device, at which the at least one particle collecting container is emptied.
  • a disposal device at which the at least one particle collecting container is emptied.
  • This can be done pneumatically, for example by a suction device.
  • the pneumatic emptying can be carried out fully automatically, for example by a precise docking of the particle collector to the
  • the deposition takes place, for example, at an access to
  • the particle collector is driven in a reverse operation.
  • the above-described method for lowering the potential difference is preferably carried out, namely a lowering of the absolute value of the potential difference when changing its sign.
  • the particle collecting container avoids whirling up of the particles. If necessary, a mechanical scraper can also be used.
  • Part of the bottom of the particle catcher at least partially mechanically rid of particles. This can also be done by a scraper. The particles are thus pushed together and can then be easily sucked off. It is also conceivable to push the particles by means of the scraper in the direction of an opening in the particle collecting container, through which the particles then pass into the disposal device. Such an opening may be closable for the collection operation, e.g. a closed in the collection process by spring force or by other mechanisms flap in a side wall of the particle collecting container, which is automatically opened by the movement of the scraper or when entering the disposal facility.
  • the particle collecting container can also be moved.
  • At least two collection segments each having at least one pair of electrodes.
  • at least one of the collecting segments is in the particle collecting process, while at least one other of the collecting segments in the
  • Particle laying process is located. In this way, a continuous collection process is possible, since one of the collection segments can always be located in the particle collection process.
  • the particle collector as a self-propelled device, in particular as a robot.
  • the collection segments may be part of an endless belt which runs continuously through a collection area and through a deposit area. In the collection area The particles are absorbed by the collecting segments of the surface to be cleaned and stored in the depositing area in the particle collecting container.
  • the collecting segments may be part of a circular disc which rotates about an axis perpendicular to the disc and to the surface to be cleaned.
  • Rotational motion may be continuous with constant direction of rotation or discontinuous with direction of rotation reversed. In the case of continuous
  • At least one collecting segment which has a front angle in the direction of travel of the particle collector, which is preferably pointed or rectangular. This makes it possible to clean the surfaces in the region corresponding to angled corners of a room in a particularly advantageous manner. It is important to ensure that any existing, the collecting segment or the collecting segments overlapping housing is shaped accordingly, so that the relevant collection segment and the tip of the corner at least almost reached.
  • an angle adjustment unit with which the orientation of the front angle relative to the travel direction or relative to the chassis is variable, e.g. by a rotational or pivoting movement of the relevant collecting segment about an axis perpendicular to its collecting surface. The orientation of the angle can vary depending on the direction of travel of the
  • Particle collectors relative to the orientation of the corner to be cleaned are made such that the orientation of the front angle of the collecting segment for aligning the corner fits, the corner is thus completely covered by the collecting segment.
  • any geometry of the collection segments are conceivable. It is also conceivable that the collecting segment or the collecting segments in their geometry
  • the collecting segment can consist, for example, of a plastically deformable matrix material with incorporated electrodes.
  • a variability can be realized, for example, via one or more expansion regions, which can be stretched or compressed analogously to a bellows.
  • the collecting surface provided collecting surface of the collecting element is located in at least two mutually parallel planes.
  • the quilt could thus be e.g. be bent to a right angle, for example, to clean stairs.
  • the electrodes can also be made hinged in parts.
  • the collection segment can also be designed such that the line of the folding runs solely through electrode-free regions of the collection segment.
  • electrostatic particle collector according to the invention schematically illustrated by figures.
  • Figure 1 a particle collector with band-shaped continuous operation in
  • FIG. 2 the particle collector according to FIG. 1 in cross section
  • FIGS. 3a to c Scheme for the mechanical disposal of collected particles
  • Figure 4 the particle collector of FIG. 1 in a pneumatic
  • Figure 5 another particle collector with a circular array of
  • FIG. 6 the particle collector according to FIG. 5 in side view
  • Figure 7 a circular particle collector similar to FIG. 5, but with
  • FIG. 8 the particle collector according to FIG. 7 in side view
  • Figures 9a to c mechanical disposal of collected particles in a circular
  • Figure 10 pneumatic disposal of collected particles in a circular
  • Figure 1 1 pneumatic disposal of collected particles in a circular
  • Figure 12 another particle collector with two triangular
  • FIG. 13 the particle collector according to FIG. 12 in a second direction of travel, FIG.
  • FIG. 14 shows the particle collector according to FIG. 12 in side view
  • FIG. 15 the particle collector according to FIG. 12 on a pneumatic
  • Figures 1 and 2 show in plan view and side view schematically a first
  • Training form 1 of a particle collector with a chassis of which only symbolically three wheels 2 to 4 are shown here, wherein the rear wheel 4 is a controllable navigation wheel.
  • the particle collector 1 has an endless belt 5, which is composed of individual collecting segments 6.
  • Each segment 6 has two electrode elements 7 and 8, which are shown here only schematically and may have a more complex structure to occupy the respective collection segment as closely as possible with electrode components.
  • a first high-voltage source 9 and a second high-voltage source 10 are arranged in the particle collector 1 (FIG. 2). Both at the first
  • High voltage source 9 and at the second high voltage source 10 is connected to the two poles each have a contact spring, of which in Fig. 2 only one can be seen.
  • the contact springs 1 1 connect electrical outputs of the respective high voltage source 9 and 10 with sliding contact elements 12 and 13. About the contact springs 1 1 and the sliding contact elements 12 and 13, the voltage of the respective high voltage source 9 and 10 respectively contacted
  • the sliding contact elements 12 and 13 may, for. B. on not shown here, arranged on the respective segments 6 Abrasive counter contact elements, which extend at the lateral edge of the segment in the strip running direction.
  • the collecting segments 6 pass through a front collecting area 22, to which the first high-voltage source 9 is assigned, and a rear depositing area 20, to which the second high-voltage source 10 is assigned. It can be provided both in the collecting area 22 and in the depositing area 20 means not shown here, which are used for electrical contact between the collecting segments 6, which are located in the respective area 20 and 22 and are used for particle reception or particle deposition in the Make sure that the electrode pairs of all
  • the first high voltage source 9 supplies all collecting segments 6 located on the lower track of the collecting area 22 and the second high voltage source 10 all collecting segments 6 located on the lower track of the depositing area 20.
  • the endless belt 5 is guided along deflection rollers 14 to 19, wherein z. B. one of the pulleys 14 to 19 can serve as a drive roller.
  • Particle collecting container 21 is arranged. In order to make room for the particle collecting container 21, the rear depositing area 20 is angled relative to the front collecting area 22.
  • the particle collector 1 has a drive for the chassis, not shown here, as well as a likewise not shown control module.
  • the particle collector 1 preferably has its own energy source, eg. B. on rechargeable batteries and controlled by the control module automatically leave a clean surface 23 systematically.
  • the operation of the particle collector 1 according to Figures 1 and 2 is as follows: The particle collector 1 is guided over the control module, not shown on the surface to be cleaned 23, while the endless belt 5 is driven continuously. Collective segments 6 are guided in the collecting region 22 on the lower track of the endless belt 5 along the sliding contacts 12 and 13 of the first high-voltage source 9 along. As a result, the electrodes 7 and 8 are supplied with a high voltage of opposite polarity, so that a strong electric field is formed. Particles 24 located below the collection region 22 are attracted due to polarization of the particles 24 in response to the electric field and initially adhere to the corresponding collection segment 6.
  • Slip contact elements 12 and 13 of the second high voltage source 10 contacted.
  • This high voltage source is controlled by the control module such that the absolute value of the potential difference given between the electrode elements 7 and 8 is reduced and the sign of the potential difference is changed at least once.
  • the combination of the lowering and the sign change leads to a reliable detachment of the previously collected particles 24, which in the Deposit area 20 thus fall into the particle catcher 21.
  • the collecting segments 6 are released from the particles 24 and are ready for a re-collecting of particles 24. In this way, a continuous operation can be achieved until the particle collecting container 21 is largely filled.
  • the detachment of the particles 24 in the depositing area 20 can additionally be assisted by a scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the scraper 25, which acts mechanically. Due to the movement of the
  • the collection of the particles 24 need only to empty the
  • Particle catcher are interrupted. To empty the can
  • Particle collector 1 are moved to a disposal site.
  • the particle collector 1 z. B. with its collecting area 22 above a larger
  • Disposal container (not shown here) are moved.
  • the endless belt 5 is then moved in a disposal direction opposite to the collecting operation, so that the particle collector 1 is in a reversal process.
  • High voltage source 10 is supplied with preferably constant high voltage.
  • the thus charged electrode elements 7 and 8 are charged and take up particles from the particle collecting container 21.
  • the first high-voltage source 9 then takes over the
  • Depositing function which performs the second high voltage source 10 during the collecting operation.
  • the absolute value of the potential difference between the two electrode elements 7 and 8 of the collecting region 22 passes
  • the particle collecting container 21 can be emptied mechanically, for. B. by means of a
  • Three phases of shifting of the collected particles 24 are shown in the figure sequence Fig. 3a), 3b) and 3c).
  • the pushed-together particles 24 according to FIG. 3 c) can be sucked off or disposed of through an opening, not shown, in the particle collecting container 21.
  • FIG. 4 shows a further alternative disposal form for the collected particles and not shown in FIG. 4.
  • Suction station 27 connected, with which the particles 24 located in the particle collecting container 21 are sucked.
  • the suction can simultaneously with a voltage source, not shown here for charging the battery of the
  • the docking of the particle collector 1 to the disposal station can be fully automatic by an automatic navigation of the
  • Particle collector 1 done.
  • Figures 5 and 6 show in plan view and in a side view schematically a second embodiment 28 of a particle collector.
  • the second particle collector 28 has three collection segments 29, which complement each other to form a circular area.
  • a housing 30 is supported by three wheels 31 to 33, of which the wheel 33 is the controllable navigation wheel.
  • the collecting segments 29 each have two electrode elements, not shown separately here, which are connected by means of cables 34 to a respective high-voltage source 35.
  • a front collecting area 36 has at least the size of a collecting segment 29.
  • a particle collecting container 37 which covers the area below at least one complete collecting segment 29.
  • the second particle collector 28 moves in the direction of the arrow, with each collecting segment 29 located in the collecting area being supplied with a high voltage for the electrodes (not shown here).
  • the collecting segments 29 are common around a central axis, which is perpendicular to the
  • Collection segments 29 runs between two end positions with change of
  • Rotation direction rotates.
  • the cables 34 for the supply of high voltage must be made correspondingly long to allow this movement. It is advantageous to guide the cables 34 in the region of the axis of rotation to the collecting segments 29. If a collecting segment 29 is located above the particle collecting container 37, the absolute value of the potential difference will be used for discharging the collected particles 24 between the two electrodes of a collecting segment 29 is reduced while changing the sign of the potential difference at least once. This procedure is carried out in all forms of particle collector training.
  • a scraper not shown in FIGS. 5 and 6 (analogous to the scraper 25 of FIGS. 1 and 2) are provided. Collecting and depositing the particles 24 can take place simultaneously, wherein in each case at least one of the collecting segments 29 fulfills one of the functions.
  • the second particle collector 28 may by means of a not shown here
  • Control module are automatically guided over a surface to be cleaned 23, so that a collecting robot can be realized.
  • Figures 7 and 8 show a third embodiment 38 of a particle collector in plan view and in side view, which largely coincides with the
  • Particle collector 28 of Figures 5 and 6 is designed. The difference is that the electrical contacting of collecting segments 39 via sliding contacts 40 takes place, so that the collecting segments 39 can perform a continuous rotation in only one direction.
  • the sliding contacts 40 are designed so that each collecting segment 39 is associated with its own high-voltage source 41, which corresponds to the corresponding
  • Collecting segment 39 when collecting the particles 24 provides a constant high voltage.
  • Figures 9a) to c) show a particle collecting container 37, wherein by means of a sliding element 43, the collected particles 24 for disposal
  • the particles 24 can leave the particle collecting container 37 through an opening (not shown) into a disposal container. Alternatively, they are sucked up. Alternatively, for disposal of the collected particles 24, a reversal process may be performed in which the particles 24 are electrostatically controlled by the over the
  • Disposal container are stored.
  • FIG. 10 shows the particle collector 28 previously shown in FIGS. 5 and 6 at a suction station 44.
  • the pneumatic disposal of the collected particles is also possible in the particle collector 38 shown in FIGS. 7 and 8, which is shown in FIG 1 is also shown at the suction station 44.
  • the suction station 44 moves into the collecting region 36 of the particle collector 28 in Fig. 10 and the particle collector 38 in Fig. 1 1 and each has a front piece 45, which in Figs. 10 and 1 1 each not shown
  • Particle collecting container 37 or 42 at least partially covered, so that a
  • a fourth embodiment 46 of the particle collector is shown in FIGS. 12 and 13 in plan view and in FIG. 14 in side view.
  • the particle collector 46 includes a first one
  • Collection segment 47 and a second collection segment 48 which are each triangular.
  • the two collection segments 47 and 48 are within one
  • Housing 49 which is not shown in Figures 12 and 13, between a first collection position (Fig. 12) and a second collection position (Fig. 13) movable back and forth.
  • the particle catcher 50 is located midway between these two end positions.
  • the particle collector 46 is above front wheels 51 and 52 and rear steerable
  • Navigation wheels 53 and 54 controlled movable.
  • the collection segments 47 and 48 are each via a high voltage source 55 (FIG. 14) and via cable 56 with
  • FIG. 12 shows the direction of travel of the arrow with the arrow
  • the first collection segment 47 is located in the first collection position and can thus easily completely collect the particles 24 in the corner 57.
  • the collection segments 47 and 48 are moved to the second collection position, so that the second collection segment 48 is ready for collection.
  • the particle collector 46 moves from the corner 57 in the direction of the arrow in Fig. 13 and collects the particles 24 in free space or in another corner. While one of the collection segments 47 or 48 is collectively in the first collection position or the second collection position, the other collection segment 47 and 48, respectively, is above the particle collection container 50. In the example of FIG. 13, the collected particles would be between the electrodes given absolute value of the potential difference is reduced while changing the sign of the potential difference at least once, so that the collected particles 24 fall off and get into the particle collecting container 50.
  • Scraper 58 may be provided, which is not absolutely necessary due to the lowered potential with a change in sign potential.
  • the particles 24 contained in the particle collecting container 50 can be electrostatically absorbed and outside the particle collecting container 50 after a corresponding change in the position of the collecting collecting segment 47 or 48 via a disposal container, not shown here, of the type described above and way of lowering the potential of the electrodes not shown here are stored.
  • the particles collected in the Pumbleauffangbehalter 50 particles 24 can be pushed together by means of a sliding element in a disposal position and sucked there or via a not shown here closable opening in the
  • Particle catcher 50 are emptied into a disposal container.
  • the particle collector 46 can also be connected to a suction station 58, which covers the Prismauffangbehalter 50 with its front piece 59 and the Prismauffangbehalter emptied pneumatically in this way.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers (1, 28, 38, 46) vorgeschlagen, bei dem der Partikelsammler (1, 28, 38, 46) über eine von Partikeln (24) zu befreiende Fläche (23) fährt, mittels eines Sammelsegments (6, 29, 39, 47, 48) in einem Partikelsammelvorgang Partikel (24) aufgesammelt sowie in einem Partikelablegevorgang in mindestens einen im Partikelsammler (1, 28, 38, 46) angeordneten Partikelauffangbehälter (21, 37, 42) abgelegt werden und der mindestens eine Partikelauffangbehälter (21, 37, 42) in einem Entsorgungsvorgang geleert wird. Für den Partikelsammelvorgang wird zwischen Elektroden (7, 8) eines im Sammelsegment (6, 29, 39, 47, 48) angeordneten Elektrodenpaares eine Potenzialdifferenz erzeugt und für den Partikelablegevorgang der zwischen den Elektroden (7, 8) gegebene Absolutwert der Potenzialdifferenz verringert, wobei das Vorzeichen der Potenzialdifferenz mindestens einmal gewechselt wird. Des Weiteren werden ein für das Verfahren geeigneter elektrostatischer Partikelsammler sowie ein Partikelsammelsystem vorgestellt.

Description

Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers,
elektrostatischer Partikelsammler sowie Partikelsammelsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen
Partikelsammlers, einen elektrostatischen Partikelsammler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 sowie ein Partikelsammelsystem.
Bei den Partikeln im Sinne der Erfindung handelt es sich insbesondere um Staub, z.B. Hausstaub, und beliebig weitere elektrostatisch sammelbare Partikel, z.B. solche, die typischerweise in bewohnten oder gewerblich genutzten Räumen auf Flächen anfallen, wie menschliche oder tierische Haare, Partikel von Kleidungsstücken, hineingetragene Partikel von Erdreich, Pollen und dergleichen.
Elektrostatische Partikelsammler haben gegenüber den seit langem bekannten
Staubsaugern eine geringe Leistungsaufnahme, geringere Geräuschentwicklung und wirbeln die Partikel, insbesondere den Hausstaub, Pollen und mögliche weitere allergierelevante Stoffe, nicht auf, was insbesondere für Allergiker vorteilhaft ist.
Aus der US 2004/0163667 A1 sind ein Verfahren sowie ein elektrostatischer
Partikelsammler der eingangs genannten Art bekannt, welcher in einem Wischbereich innerhalb eines flächigen Endstücks angeordnete Elektroden aufweist, deren
Verzweigungen eine Art Gitternetz bilden. An die Elektroden kann mittels einer Batterie eine Spannung angelegt und im Wischbereich somit ein elektrostatisches Feld aufgebaut werden. Das elektrostatische Feld erzeugt in Partikeln, welche sich in Reichweite des Feldes befinden, eine Polarisation, so dass es zu einer elektrischen Anziehungskraft zwischen den Partikeln und dem Partikelsammler kommt. Um die Elektroden herum ist ein Tuch oder Papier gelegt, an dem die polarisierten Partikel anhaften. Ist der Partikelsammelvorgang beendet, wird das elektrostatische Feld ausgeschaltet. Zur Entsorgung der aufgesammelten Partikel wird vorgesehen, das Tuch bzw. das Papier vom Partikelsammler zu entfernen und gemeinsam mit den Partikeln wegzuwerfen. Ohne das Tuch oder das Papier würden die Partikeln direkt an den Elektroden haften. Diese müssten jeweils aufwendig gesäubert werden. Letzteres wäre problematisch, da auch bei Trennung der Batterie von den Elektroden die Polarisation der Partikel und damit auch die Anziehungskraft zwischen den Partikeln und dem
Partikelsammler längere Zeit erhalten bleibt.
Aber auch die Tücher oder Papiere bringen einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand mit sich, da sie am Endstück des Staubsammlers angebracht und zur Entsorgung wieder entfernt werden müssen. Zudem muss zumindest bei großen zu reinigenden Flächen der Partikelsammelvorgang zum Wechsel der Tücher bzw. des Papiers des Öfteren unterbrochen werden, was zu Zeitverlust führt.
In der DE 10 2009 033 550 A1 ist ein elektrostatischer Staubfänger als Partikelsammler mit zwei Elektroden offenbart, welche mittels einer im Partikelsammler angeordneten Hochspannungsquelle mit Spannung versorgt werden. In Bezug auf die Entsorgung des aufgesammelten Staubes wird in einer Variante vorgeschlagen, die Elektroden mit einem Staubtuch zumindest teilweise zu bedecken. Das Staubtuch kann mit dem elektrostatisch anhaftenden Staub entsorgt werden. Alternativ wird vorgeschlagen, die Elektroden mit einem glatten, elektrisch nichtleitenden Material zu überziehen, an dem sich der Staub beim Sammeln fixiert. In diesem Fall soll der aufgesammelte Staub durch Abstreifen oder nach erfolgter Entladung der Elektroden durch einfaches
Abklopfen vom Staubsammler entfernt werden können. Da wie oben bereits ausgeführt, die Polarisation der Partikel längere Zeit erhalten bleibt, ist jedoch zu erwarten, dass beim Abstreifen oder Abklopfen ein nicht unerheblicher Teil der Partikel an den beschichteten Elektroden verbleibt oder erneut vom Partikelsammler angezogen wird. In jedem Fall hat die Entfernung des Staubes sowohl beim Abziehen eines Staubtuches als auch beim Abwaschen oder Abklopfen manuell zu erfolgen. Die Staubtragefähigkeit der beschriebenen Vorrichtung ist begrenzt, so dass eine Entsorgung des
angesammelten Staubes in entsprechend geringen zeitlichen Abständen erforderlich ist. Ein kontinuierlicher Einsatz ist nicht möglich. Die Art der Entladung der Elektroden wird nicht näher beschrieben.
Aus der EP 1 437 958 B1 ist ein selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät bekannt. Der offenbarte Sammelroboter setzt jedoch kein elektrostatisches Feld zum Aufsammeln ein, sondern benutzt hierzu rotierende Kehrbürsten. Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, das eingangs genannte
Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers sowie einen elektrostatischen Partikelsammler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 weiterzubilden sowie ein Partikelsammelsystem zur Verfügung zu stellen, jeweils mit dem Ziel der Verringerung des Arbeitsaufwandes bei hoher und energieeffizienter Reinigungsleistung.
Bei einem Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
Bei einem elektrostatischen Partikelsammler gemäß dem Oberbegriff des
nebengeordneten Anspruchs 13 wird die vorgenannte technische Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungsformen des Partikelsammlers ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 14 bis 21 .
In Bezug auf das Partikelsammelsystem wird die vorgenannte Aufgabe mit den
Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Eine vorteilhafte Ausbildungsform des
Partikelsystems ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 23.
Gegenüber dem dargestellten, einen elektrostatischen Partikelsammler betreffenden Stand der Technik kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch, dass die aufgesammelten Partikel zunächst in mindestens einen im
Partikelsammler angeordneten Partikelauffangbehälter abgelegt werden und der Partikelauffangbehälter bei einem Entsorgungsvorgang geleert wird. Ein
Sammelsegment kann die aufgefangenen Partikel so oft in den Partikelauffangbehälter ablegen, bis dieser gefüllt ist. Der Sammelvorgang braucht also nicht unterbrochen zu werden, um ein um die Elektroden gelegtes Staubtuch mit den anhaftenden Partikeln jedes Mal zu entsorgen oder die Elektroden manuell zu reinigen, wenn die
Aufnahmekapazität des Staubtuches erschöpft ist. Hierdurch wird bereits ein erheblicher Zeitgewinn erreicht. Zudem wird die Umwelt nicht durch zu entsorgende Staubtücher belastet.
Des Weiteren kennzeichnet sich das erfinderische Verfahren durch eine besondere Vorgehensweise während des Partikelablegevorgangs. Demnach wird der zwischen den Elektroden gegebene Absolutwert der Potenzialdifferenz verringert und dabei das Vorzeichen der Potenzialdifferenz mindestens einmal gewechselt. Diese
Verfahrensweise kann ein deutlich verbessertes Ablegeverhalten bewirken. Der Wechsel des Vorzeichens der Potenzialdifferenz wirkt der Tendenz entgegen, nach Abschalten der Potentialdifferenz eine Restpolarisation in den Partikeln zu erhalten, welche über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben und somit für ein
unerwünschtes weiteres Anhaften der Partikel am Sammelsegment sorgen kann.
Dabei kann es insbesondere vorteilhaft sein, den Absolutwert der Potenzialdifferenz in diskreten Schritten zu verringern.
Da im Bereich der Elektroden das elektrostatische Feld in der Regel Maximalwerte erreicht, wächst mit der Nähe zu den Elektroden die Haftungskapazität für polarisierte Partikel. Es kann daher vorteilhaft sein, die Elektroden möglichst dicht im
Sammelelement zu verlegen. Jede Elektrode kann sich z.B. in mehrere Elektrodenarme verzweigen, wobei z.B. Elektrodenarme der ersten Elektrode eines Elektrodenpaares in zwischen Elektrodenarme der zweiten Elektrode des Paares greifen können.
Es ist auch vorteilhaft, die Elektroden durch eine Beschichtung, eine Folie oder eine sonstige Abgrenzung vor einen unmittelbaren Kontakt vor den aufzusammelnden Partikeln oder sonstigen Fremdkörpern zu schützen. Hierdurch können elektrische Kurzschlüsse vermieden werden. Insbesondere ist auch das Reinigen von feuchtem Schmutz möglich und der Kontakt des Partikelsammlers mit auf der zu reinigenden Fläche befindlichem Wasser unschädlich. Eine sonstige Abgrenzung kann auch durch ein Matrixmaterial, z.B. aus isolierendem Kunststoff realisiert werden, welches die Elektroden umgibt. Es kann auch vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass im selben Sammelsegment mindestens ein weiteres Elektrodenpaar zur Erzeugung der elektrostatischen Anziehungskraft eingesetzt wird. Hierdurch kann der
Partikelablegevorgang flexibler gestaltet werden. Es ist z. B. möglich, bei einem der Elektrodenpaare den Absolutwert der Potenzialdifferenz unter Wechsel seines
Vorzeichens abzusenken und das andere Elektrodenpaar ohne Wechsel des
Vorzeichens zu betreiben, z. B. bei konstanter Potenzialdifferenz. Es kann im Einzelfall auch vorteilhaft sein, den Betrag der Potenzialdifferenz an dem ohne Wechsel des Vorzeichens betriebenen Elektrodenpaar während des Ablegeprozesses schrittweise oder stetig abzusenken.
Der Partikelablegevorgang kann insbesondere in Hinblick auf besonders leichte
Partikel, die allein aufgrund der Gravitationskraft nicht selbständig abfallen, durch einen mechanischen Abstreifer unterstützt werden.
Ist der Partikelauffangbehälter weitgehend gefüllt, fährt der Partikelsammler zu einer Entsorgungsvorrichtung, an der der mindestens eine Partikelauffangbehälter entleert wird. Dies kann pneumatisch, zum Beispiel durch eine Absaugeinrichtung, erfolgen. Die pneumatische Entleerung kann vollautomatisch durchgeführt werden, zum Beispiel durch ein passgenaues Andocken des Partikelsammlers an die
Entsorgungsvorrichtung.
Es kann vorteilhaft sein, zur Entleerung des mindestens einen Partikelauffangbehälters das Sammelsegment oder die Sammelsegmente einzusetzen und die
Partikeltransportrichtung umzukehren, nämlich die Partikel elektrostatisch aus dem Partikelauffangbehälter zu entnehmen und außerhalb des Partikelauffangbehälters abzulegen. Das Ablegen erfolgt zum Beispiel an einem Zugang zur
Entsorgungsvorrichtung oder unmittelbar in die Entsorgungsvorrichtung hinein. In diesem Fall wird also der Partikelsammler in einem Umkehrbetrieb gefahren. Beim Ablegen der Partikel wird bevorzugt das oben dargestellte Verfahren zur Absenkung der Potenzialdifferenz durchgeführt, nämlich eine Erniedrigung des Absolutwerts der Potenzialdifferenz bei Wechsel ihres Vorzeichens. Bei der elektrostatischen Entleerung des Partikelauffangbehälters wird ein Aufwirbeln der Partikel vermieden. Im Bedarfsfall kann zusätzlich ein mechanischer Abstreifer eingesetzt werden.
Für den Entsorgungsvorgang kann es des Weiteren sinnvoll sein, zumindest ein
Teilstück des Bodens des Partikelauffangbehälters zumindest zum Teil mechanisch von Partikeln zu befreien. Dies kann ebenfalls durch einen Abstreifer durchgeführt werden. Die Partikel werden somit zusammen geschoben und können anschließend leichter abgesaugt werden. Es ist auch denkbar, die Partikel mittels des Abstreifers in Richtung auf eine Öffnung im Partikelauffangbehälter schieben, durch den die Partikel dann in die Entsorgungsvorrichtung gelangen. Eine solche Öffnung kann für den Sammelvorgang verschließbar sein, z.B. eine im Sammelvorgang mit Federkraft oder durch andere Mechanismen verschlossene Klappe in einer Seitenwand des Partikelauffangbehälters, welche automatisch durch die Bewegung des Abstreifers oder beim Einfahren in die Entsorgungseinrichtung geöffnet wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sammelsegment im Partikelsammler zwischen einer Sammelposition und einer
Ablageposition kontinuierlich oder diskontinuierlich verfahren. Alternativ kann auch der Partikelauffangbehälter verfahren werden.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, mindestens zwei Sammelsegmente, die jeweils mindestens ein Elektrodenpaar aufweisen, einzusetzen. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich mindestens eines der Sammelsegmente im Partikelsammelvorgang befindet, während sich mindestens ein anderes der Sammelsegmente im
Partikelablegevorgang befindet. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Sammelprozess möglich, da ständig eines der Sammelsegmente im Partikelsammelvorgang befindlich sein kann.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, den Partikelsammler als selbsttätig fahrendes Gerät einzusetzen, insbesondere als Roboter.
Die Sammelsegmente können Teil eines Endlosbandes sein, welches kontinuierlich durch einen Sammelbereich und durch einen Ablegebereich läuft. Im Sammelbereich werden die Partikel durch die Sammelsegmente von der zu reinigenden Fläche aufgenommen und im Ablegebereich in den Partikelauffangbehälter abgelegt.
Alternativ können die Sammelsegmente Teil einer kreisrunden Scheibe sein, die um eine Achse senkrecht zur Scheibe und zu der zu reinigenden Fläche rotiert. Die
Rotationsbewegung kann kontinuierlich mit konstanter Rotationsrichtung sein oder aber diskontinuierlich mit Umkehr der Rotationsrichtung. Im Falle der kontinuierlichen
Rotation wäre es vorteilhaft, die elektrische Kontaktierung zwischen einer
Spannungsquelle und den Sammelsegment mittels Schleifkontakten zu realisieren. Bei einer diskontinuierlichen Rotation mit Umkehr der Rotationsrichtung wäre eine
Kontaktierung mittels Kabeln möglich.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, mindestens ein Sammelsegment einzusetzen, welches in Verfahrrichtung des Partikelsammlers einen vorderen Winkel aufweist, der vorzugsweise spitz oder rechtwinklig ist. Hiermit lassen sich in besonders vorteilhafter Weise die Flächen im Bereich entsprechend gewinkelter Ecken eines Raumes säubern. Dabei ist darauf zu achten, dass ein gegebenenfalls vorhandenes, das Sammelsegment oder die Sammelsegmente überdeckendes Gehäuse entsprechend geformt ist, damit das betreffende Sammelsegment auch die Spitze des Eckbereich zumindest nahezu erreicht. Dabei kann auch eine Winkelverstelleinheit vorgesehen werden, mit welcher die Ausrichtung des vorderen Winkels relativ zur Verfahrrichtung oder relativ zum Fahrgestell veränderbar ist, z.B. durch eine Rotations- oder Schwenkbewegung des betreffenden Sammelsegments um eine zu seiner Sammelfläche senkrechte Achse. Die Ausrichtung des Winkels kann in Abhängigkeit von der Verfahrrichtung des
Partikelsammlers relativ zur Orientierung der zu säubernden Ecke derart erfolgen, dass die Ausrichtung des vorderen Winkels des Sammelsegments zur Ausrichtung der Ecke passt, die Ecke also vollständig vom Sammelsegment erfasst wird.
Grundsätzlich sind beliebige Geometrien der Sammelsegmente denkbar. Es ist auch denkbar, das Sammelsegment oder die Sammelsegmente in ihrer Geometrie
veränderbar zu gestalten, z.B. um variable Winkel bei einem dreieckigen
Sammelsegment zu erreichen. Eine Variabilität in der Geometrie des Sammelsegments macht eine kurzfristige Anpassung an die Geometrie der zu reinigenden Fläche möglich. Hierfür kann das Sammelsegment z.B. aus einem plastisch verformbaren Matrixmaterial mit eingearbeiteten Elektroden bestehen Eine Variabilität kann z.B. über einen oder mehrere Dehnungsbereiche realisiert werden, welche analog zu einem Faltenbalg gestreckt oder gestaucht werden können. Alternativ oder als zusätzliche Maßnahme kann es auch vorteilhaft sein, am Sammelsegment mindestens einen Klappmechanismen vorzusehen, so dass sich die für den Kontakt zu den zu
sammelnden Partikeln vorgesehene Sammelfläche des Sammelelements in mindestens zwei nicht zueinander parallel verlaufenden Ebenen befindet. Die Sammelfläche könnte auf diese Weise z.B. zu einem rechten Winkel abgeknickt werden, um beispielweise Treppenstufen zu reinigen. Die Elektroden können ebenfalls in Teilen abklappbar gestaltet werden. Das Sammelsegment kann aber auch so gestaltet werden, dass die Linie der Abklappung allein durch elektrodenfreie Bereiche des Sammelsegments verläuft.
Im Folgenden sind beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers sowie des
erfindungsgemäßen elektrostatischen Partikelsammlers schematisch anhand von Figuren dargestellt.
Es zeigt
Figur 1 : einen Partikelsammler mit bandförmigem kontinuierlichem Betrieb in
Aufsicht,
Figur 2: der Partikelsammler gemäß Fig. 1 im Querschnitt,
Figuren 3a bis c: Schema zur mechanischen Entsorgung gesammelter Partikel,
Figur 4: der Partikelsammler gemäß Fig. 1 in einer pneumatischen
Entsorgungsstation,
Figur 5: einen weiteren Partikelsammler mit kreisförmiger Anordnung von
Sammelsegmenten mit wechselnder Rotationsrichtung in Aufsicht, Figur 6: der Partikelsammler gemäß Fig. 5 in Seitenansicht,
Figur 7: ein kreisförmiger Partikelsammler ähnlich zu Fig. 5, jedoch mit
konstanter Rotationsrichtung,
Figur 8: der Partikelsammler gemäß Fig. 7 in Seitenansicht,
Figuren 9a bis c: mechanische Entsorgung gesammelter Partikel bei kreisförmigem
Partikelsammler,
Figur 10: pneumatische Entsorgung gesammelter Partikel bei kreisförmigem
Sammler im diskontinuierlichen Betrieb,
Figur 1 1 : pneumatische Entsorgung gesammelter Partikel bei kreisförmigem
Partikelsammler im kontinuierlichen Betrieb,
Figur 12: ein weiterer Partikelsammler mit zwei dreieckigen
Sammelsegmenten in einer ersten Verfahrrichtung
Figur 13: der Partikelsammler gemäß Fig. 12 in einer zweiten Verfahrrichtung,
Figur 14: der Partikelsammler gemäß Fig. 12 in Seitenansicht und
Figur 15: der Partikelsammler gemäß Fig. 12 an einer pneumatischen
Entleerungsstation.
Figuren 1 und 2 zeigen in Aufsicht bzw. Seitenansicht schematisch eine erste
Ausbildungsform 1 eines Partikelsammlers mit einem Fahrgestell, von dem hier lediglich symbolisch drei Räder 2 bis 4 dargestellt sind, wobei das hintere Rad 4 ein steuerbares Navigationsrad ist. Der Partikelsammler 1 weist ein endloses Band 5 auf, das aus einzelnen Sammelsegmenten 6 zusammengesetzt ist. Jedes Segment 6 weist jeweils zwei Elektrodenelemente 7 und 8 auf, die hier lediglich schematisch dargestellt sind und eine komplexere Struktur aufweisen können, um das jeweilige Sammelsegment möglichst eng mit Elektrodenbestandteilen zu belegen.
Im Partikelsammler 1 sind zudem eine erste Hochspannungsquelle 9 sowie eine zweite Hochspannungsquelle 10 angeordnet (Fig. 2). Sowohl an der ersten
Hochspannungsquelle 9 als auch an der zweiten Hochspannungsquelle 10 ist an den beiden Polen jeweils eine Kontaktfeder angeschlossen, von denen in Fig. 2 jeweils nur eine zu sehen ist. Die Kontaktfedern 1 1 verbinden elektrische Ausgänge der jeweiligen Hochspannungsquelle 9 bzw. 10 mit Schleifkontaktelementen 12 und 13. Über die Kontaktfedern 1 1 und die Schleifkontaktelemente 12 bzw. 13 wird die Spannung der jeweiligen Hochspannungsquelle 9 bzw. 10 auf die jeweils kontaktierten
Elektrodenelemente 7 und 8 des in der entsprechenden Position befindlichen
Sammelsegments 6 auf eine solche Weise übertragen, dass die beiden
Elektrodenelemente 7 und 8 ein und desselben Sammelsegments 6 unterschiedliche Polarität aufweisen.
Die Schleifkontaktelemente 12 und 13 können z. B. auf hier nicht dargestellte, an den jeweiligen Segmenten 6 angeordnete Schleifgegenkontaktelemente zugreifen, die am seitlichen Rand des Segments in Bandlaufrichtung verlaufen.
Die Sammelsegmente 6 durchlaufen einen vorderen Sammelbereich 22, dem die erste Hochspannungsquelle 9 zugeordnet ist, und einen hinteren Ablegebereich 20, dem die zweite Hochspannungsquelle 10 zugeordnet ist. Es können sowohl im Sammelbereich 22 als auch im Ablegebereich 20 hier nicht dargestellte Mittel vorgesehen sein, die für einen elektrischen Kontakt zwischen den Sammelsegmenten 6, die sich im jeweiligen Bereich 20 bzw. 22 befinden und zur Partikelaufnahme bzw. zur Partikelablage eingesetzt werden, in der Weise sorgen, dass die Elektrodenpaare sämtlicher
Sammelsegmente 6, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im jeweiligen Bereich 20 bzw. 22 befinden, mit derselben Potentialdifferenz beaufschlagt sind. Somit versorgt die erste Hochspannungsquelle 9 sämtliche Sammelsegmente 6, die sich auf der unteren Bahn des Sammelbereichs 22 befinden und die zweite Hochspannungsquelle 10 sämtliche Sammelsegmente 6, die sich auf der unteren Bahn des Ablegebereichs 20 befinden. Das Endlosband 5 wird an Umlenkrollen 14 bis 19 entlang geführt, wobei z. B. eine der Umlenkrollen 14 bis 19 als Antriebsrolle dienen kann.
Im hinteren Ablegebereich 20 ist unterhalb des Endlosbandes 5 ein
Partikelauffangbehälter 21 angeordnet. Um Platz für den Partikelauffangbehälter 21 zu schaffen, ist der hintere Ablegebereich 20 relativ zum vorderen Sammelbereich 22 abgewinkelt.
Der Partikelsammler 1 weist einen hier nicht dargestellten Antrieb für das Fahrwerk sowie ein ebenfalls nicht dargestelltes Steuermodul auf. Der Partikelsammler 1 verfügt vorzugsweise über eine eigene Energiequelle, z. B. über wieder aufladbare Batterien und kann vom Steuermodul gesteuert selbsttätig eine zu reinigende Fläche 23 systematisch abfahren.
Die Funktionsweise des Partikelsammlers 1 gemäß der Figuren 1 und 2 ist wie folgt: Der Partikelsammler 1 wird über das nicht dargestellte Steuermodul über die zu säubernde Fläche 23 geführt, während das Endlosband 5 kontinuierlich angetrieben wird. Sammelsegmente 6 werden im Sammelbereich 22 auf der unteren Bahn des Endlosbandes 5 an den Schleifkontakten 12 und 13 der ersten Hochspannungsquelle 9 entlang geführt. Hierdurch werden die Elektroden 7 und 8 mit einer Hochspannung mit entgegengesetzter Polarität versorgt, so dass ein starkes elektrisches Feld entsteht. Unterhalb des Sammelbereichs 22 befindliche Partikel 24 werden aufgrund einer Polarisation der Partikel 24 in Reaktion auf das elektrische Feld angezogen und haften zunächst am entsprechenden Sammelsegment 6.
Im Ablegebereich 20 wird das jeweilige Sammelsegment 6 von den
Schleifkontaktelementen 12 und 13 der zweiten Hochspannungsquelle 10 kontaktiert. Diese Hochspannungsquelle ist vom Steuermodul derart gesteuert, dass der zwischen den Elektrodenelementen 7 und 8 gegebene Absolutwert der Potentialdifferenz verringert und dabei das Vorzeichen der Potentialdifferenz mindestens einmal gewechselt wird. Die Kombination des Absenkens und des Vorzeichenwechsels führt zu einem zuverlässigen Ablösen der zuvor aufgesammelten Partikel 24, die im Ablegebereich 20 somit in den Partikelauffangbehälter 21 fallen. Auf diese Weise werden die Sammelsegmente 6 von den Partikeln 24 frei und sind für ein erneutes Aufsammeln von Partikeln 24 bereit. Auf diese Weise kann ein kontinuierlicher Betrieb erreicht werden, bis der Partikelauffangbehälter 21 weitgehend gefüllt ist.
Das Ablösen der Partikel 24 im Ablegebereich 20 kann zusätzlich durch einen Abstreifer 25 unterstützt werden, welcher mechanisch wirkt. Aufgrund der Bewegung des
Endlosbandes 5 muss der Abstreifer 25 selbst nicht verfahren werden.
Das Aufsammeln der Partikel 24 muss lediglich zum Entleeren des
Partikelauffangbehälters unterbrochen werden. Zum Entleeren kann der
Partikelsammler 1 zu einer Entsorgungsstelle verfahren werden. Dabei kann der Partikelsammler 1 z. B. mit seinem Sammelbereich 22 oberhalb eines größeren
Entsorgungsbehälters (hier nicht dargestellt) verfahren werden. Das Endlosband 5 wird dann in eine dem Sammellauf entgegengesetzte Entsorgungsrichtung gefahren, so dass sich der Partikelsammler 1 in einem Umkehrprozess befindet. Hierbei werden die Elektrodenelemente 7 und 8 im Ablegebereich 20 von der zweiten
Hochspannungsquelle 10 mit vorzugsweise konstanter Hochspannung versorgt. Die derart aufgeladenen Elektrodenelemente 7 und 8 werden aufgeladen und nehmen Partikel aus dem Partikelauffangbehälter 21 auf.
Im Sammelbereich 22 übernimmt dann die erste Hochspannungsquelle 9 die
Ablegefunktion, die die zweite Hochspannungsquelle 10 während des Sammelbetriebes durchführt. Hierfür wird der Absolutwert der Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektrodenelementen 7 und 8 der den Sammelbereich 22 durchlaufenden
Sammelsegmente 6 verringert, wobei das Vorzeichen der Potentialdifferenz mindestens einmal gewechselt wird. Hierdurch ist ein gutes Ablösen der Partikel 24 gewährleistet. Zusätzlich kann ein hier nicht dargestelltes Abstreifelement vorgesehen werden.
Alternativ zum Umkehrprozess für die Entsorgung der aufgesammelten Partikel 24 kann der Partikelauffangbehälter 21 mechanisch entleert werden, z. B. mittels eines
Schiebeelements 26, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Drei Phasen des Verschiebens der aufgesammelten Partikel 24 sind in der Figurenfolge Fig. 3a), 3b) und 3c) dargestellt. Die zusammengeschobenen Partikel 24 gemäß Fig. 3c) können abgesaugt oder durch eine nicht dargestellte Öffnung im Partikelauffangbehälter 21 hindurch entsorgt werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Entsorgungsform für die aufgesammelten und in Figur 4 nicht dargestellten Partikel. Hierzu wird der Partikelsammler 1 an eine
Absaugstation 27 angeschlossen, mit welcher die im Partikelauffangbehälter 21 befindlichen Partikel 24 abgesaugt werden. Die Absaugstation kann gleichzeitig mit einer hier nicht dargestellten Spannungsquelle zum Aufladen der Batterie des
Partikelsammlers 1 versehen sein. Das Andocken des Partikelsammlers 1 an die Entsorgungsstation kann vollautomatisch durch eine selbsttätige Navigation des
Partikelsammlers 1 erfolgen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen in Aufsicht und in einer Seitenansicht schematisch eine zweite Ausbildungsform 28 eines Partikelsammlers. Der zweite Partikelsammler 28 weist drei Sammelsegmente 29 auf, die sich zu einer kreisrunden Fläche ergänzen. Ein Gehäuse 30 wird von drei Rädern 31 bis 33 getragen, von denen das Rad 33 das steuerbare Navigationsrad ist. Die Sammelsegmente 29 weisen jeweils zwei hier nicht gesondert dargestellte Elektrodenelemente auf, die mittels Kabeln 34 an jeweils eine Hochspannungsquelle 35 angeschlossen sind. Ein vorderer Sammelbereich 36 weist mindestens die Größe eines Sammelsegments 29 auf. Im Gehäuse 30 befindet sich ein Partikelauffangbehälter 37, der den Bereich unterhalb mindestens eines kompletten Sammelsegments 29 abdeckt.
Im Sammelmodus fährt der zweite Partikelsammler 28 in Pfeilrichtung, wobei jedes im Sammelbereich befindliche Sammelsegment 29 mit einer Hochspannung für die darin befindlichen Elektroden (hier nicht dargestellt) versorgt werden. Die Sammelsegmente 29 werden gemeinsam ständig um eine Mittelachse, welche senkrecht zu den
Sammelsegmenten 29 verläuft, zwischen zwei Endstellungen mit Wechsel der
Rotationsrichtung rotiert. Die Kabel 34 für die Zuleitung der Hochspannung müssen entsprechend lang ausgebildet sein, um diese Bewegung zu erlauben. Es ist vorteilhaft, die Kabel 34 im Bereich der Rotationsachse zu den Sammelsegmenten 29 zu führen. Befindet sich ein Sammelsegment 29 oberhalb des Partikelauffangbehälters 37, werden zum Abladen der aufgesammelten Partikel 24 der Absolutwert der Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden eines Sammelsegments 29 verringert und dabei das Vorzeichen der Potentialdifferenz mindestens einmal gewechselt. Dieses Verfahren wird bei allen Ausbildungsformen der Partikelsammler durchgeführt. Zusätzlich kann ein in den Fig. 5 und 6 nicht dargestellter Abstreifer (analog zum Abstreifer 25 der Fig. 1 und 2) vorgesehen werden. Sammeln und Ablegen der Partikel 24 kann gleichzeitig erfolgen, wobei jeweils mindestens eines der Sammelsegmente 29 eine der Funktionen erfüllt.
Auch der zweite Partikelsammler 28 kann mittels eines hier nicht dargestellten
Steuermoduls selbstständig über eine zu säubernde Fläche 23 geführt werden, so dass ein Sammelroboter realisiert werden kann.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform 38 eines Partikelsammlers in Aufsicht und in Seitenansicht, der weitgehend übereinstimmend mit dem
Partikelsammler 28 der Figuren 5 und 6 gestaltet ist. Der Unterschied besteht darin, dass die elektrische Kontaktierung von Sammelsegmenten 39 über Schleifkontakte 40 erfolgt, so dass die Sammelsegmente 39 eine kontinuierliche Rotation in nur einer Richtung durchführen können.
Die Schleifkontakte 40 sind so gestaltet, dass auch hier jedes Sammelsegment 39 einer eigenen Hochspannungsquelle 41 zugeordnet ist, die dem entsprechenden
Sammelsegment 39 beim Aufsammeln der Partikel 24 eine konstante Hochspannung liefert. In Fig. 8 sind lediglich eine der Hochspannungsquellen 41 sowie zwei
Kontaktfedern 60 und zwei der notwendigen Schleifkontaktelemente 61 gezeigt. Beim Ablegen der aufgesammelten Partikel 24 in einen Partikelauffangbehälter 42 wird der Absolutwert der Potentialdifferenz abgesenkt, während gleichzeitig das Vorzeichen der Potentialdifferenz mindestens einmal gewechselt wird.
Die Figuren 9a) bis c) zeigen einen Partikelauffangbehälter 37, bei dem mittels eines Schiebeelements 43 die aufgesammelten Partikel 24 zur Entsorgung
zusammengeschoben werden. Die Partikel 24 können den Partikelauffangbehälter 37 durch eine nicht dargestellte Öffnung in einen Entsorgungsbehälter hinein verlassen. Alternativ werden sie aufgesaugt. Alternativ kann zur Entsorgung der aufgesammelten Partikel 24 ein Umkehrprozess gefahren werden, bei dem die Partikel 24 elektrostatisch durch die über den
Partikelauffangbehälter 42 befindlichen Sammelsegmente 29 oder 39 aufgesammelt und durch einen Ablegeprozess im eigentlichen Sammelbereich 36 z.B. in einen
Entsorgungsbehälter abgelegt werden.
Fig. 10 zeigt den zuvor in den Figuren 5 und 6 dargestellten Partikelsammler 28 an einer Absaugstation 44. In einer entsprechenden Weise ist auch die pneumatische Entsorgung der aufgesammelten Partikel bei dem in den Figuren 7 und 8 dargestellten Partikelsammler 38 möglich, der in Fig. 1 1 ebenfalls an der Absaugstation 44 dargestellt ist. Die Absaugstation 44 fährt in den Sammelbereich 36 des Partikelsammlers 28 in Fig. 10 bzw. des Partikelsammlers 38 in Fig. 1 1 ein und weist jeweils ein Vorderstück 45 auf, welches den in den Figuren 10 und 1 1 jeweils nicht dargestellten
Partikelauffangbehälter 37 bzw. 42 zumindest teilweise überdeckt, so dass ein
Absaugen der dort enthaltenen Partikel möglich ist.
Eine vierte Ausbildungsform 46 des Partikelsammlers zeigen die Figuren 12 und 13 in Aufsicht und Fig. 14 in Seitenansicht. Der Partikelsammler 46 umfasst ein erstes
Sammelsegment 47 sowie ein zweites Sammelsegment 48, die jeweils dreieckig ausgebildet sind. Die beiden Sammelsegmente 47 und 48 sind innerhalb eines
Gehäuses 49, welches in den Figuren 12 und 13 nicht dargestellt ist, zwischen einer ersten Sammelposition (Fig. 12) und einer zweiten Sammelposition (Fig. 13) hin und her verfahrbar. Der Partikelauffangbehälter 50 befindet sich in der Mitte zwischen diesen beiden Endpositionen.
Der Partikelsammler 46 ist über vordere Räder 51 und 52 und hintere lenkbare
Navigationsräder 53 und 54 gesteuert verfahrbar. Die Sammelsegmente 47 und 48 sind jeweils über eine Hochspannungsquelle 55 (Fig. 14) und über Kabel 56 mit
Hochspannung versorgt, so dass jeweils zwei in den Figuren 12 bis 14 nicht
dargestellte Elektrodenelemente je Sammelsegment 47 bzw. 48 an Hochspannung entgegengesetzter Polung anliegen. Die beiden Sammelsegmente 47 und 48 sind in Bezug auf die anliegende Hochspannung separat steuerbar. Die dreieckige Form der Sammelsegmente 47 und 48 ist besonders vorteilhaft für das Aufsammeln von Partikeln 24 in Eckbereichen, bevorzugten rechtwinkligen, deren Winkel mit dem Winkel an der Spitze des Dreiecks des jeweiligen Sammelsegments 47 bzw. 48 übereinstimmt. Fig. 12 zeigt mit dem Pfeil die Verfahrrichtung des
Partikelsammlers 46 an. Das erste Sammelsegment 47 ist in der ersten Sammelposition befindlich und kann auf diese Weise die Partikel 24 in der Ecke 57 problemlos vollständig aufsammeln.
Hiernach werden die Sammelsegmente 47 und 48 in die zweite Sammelposition verfahren, so dass das zweite Sammelsegment 48 zum Sammeln bereit ist.
Währenddessen fährt der Partikelsammler 46 von der Ecke 57 in Richtung des Pfeils in Fig. 13 und sammelt die Partikel 24 im freien Raum oder in einer weiteren Ecke auf. Während das eine der Sammelsegmente 47 oder 48 in Sammelbereitschaft in der ersten Sammelposition oder der zweiten Sammelposition ist, befindet sich das andere Sammelsegment 47 bzw. 48 oberhalb des Partikelauffangbehälters 50. Im Beispiel der Fig. 13 würde zum Ablegen der aufgesammelten Partikel der zwischen den Elektroden gegebene Absolutwert der Potentialdifferenz verringert und dabei das Vorzeichen der Potentialdifferenz mindestens einmal gewechselt, so dass die aufgesammelten Partikel 24 abfallen und in den Partikelauffangbehälter 50 gelangen. Zusätzlich kann ein
Abstreifer 58 vorgesehen werden, der aber aufgrund der mit Vorzeichenwechsel abgesenkten Potentialdifferenz nicht zwingend erforderlich ist.
Zum Entsorgen der im Partikelauffangbehälter 50 aufgesammelten Partikel sind wie bei den anderen Partikelsammlern 1 , 28, 38 insbesondere drei Alternativen denkbar.
So können in einer Umkehroperation mittels eines der oder beider Sammelsegmente 47 und 48 die im Partikelauffangbehälter 50 befindlichen Partikel 24 elektrostatisch aufgenommen und außerhalb des Partikelauffangbehälters 50 nach entsprechender Veränderung der Position des sammelnden Sammelsegments 47 oder 48 über einem hier nicht dargestellten Entsorgungsbehälter mit der oben beschriebenen Art und Weise der Absenkung des Potentials der hier nicht dargestellten Elektroden abgelegt werden. Alternativ können die im Partikelauffangbehalter 50 aufgesammelten Partikel 24 mittels eines Schiebeelements in eine Entsorgungsposition zusammengeschoben werden und dort abgesaugt oder über eine hier nicht dargestellte verschließbare Öffnung im
Partikelauffangbehalter 50 in einen Entsorgungsbehälter entleert werden.
Der Partikelsammler 46 kann jedoch auch an eine Absaugstation 58 angeschlossen werden, die mit ihrem Vorderstück 59 den Partikelauffangbehalter 50 überdeckt und den Partikelauffangbehalter auf diese Weise pneumatisch entleert.
Bezugszeichenliste
1 Partikel Sammler 38 Partikelsammler
2 Rad 39 Sammelsegment
3 Rad 40 Schleifkontakte
4 steuerbares Rad 41 Hochspannungsquelle
5 Endlosband 42 Partikelauffangbehälter
6 Sammelsegment 43 Schiebelement
7 Elektrodenelement 44 Absaugstation
8 Elektrodenelement 45 Vorderstück
9 erste Hochspannungsquelle 46 Partikelsammler
10 zweite Hochspannungsquelle 47 erstes Sammelsegment
1 1 Kontaktfeder 48 zweites Sammelsegment
12 Schleifkontaktelement 49 Gehäuse
13 Schleifkontaktelement 50 Partikelauffangbehälter
14 bis 19 Umlenkrollen 51 vorderes Rad
20 Ablegebereich 52 vorderes Rad
21 Partikelauffangbehälter 53 bis 54 steuerbare Hinterräder
22 Sammelbereich 55 Hochspannungsquelle
23 zu säubernde Fläche 56 Kabel
24 Partikel 57 Ecke
25 Abstreifer 58 Absaugstation
26 Schiebeelement 59 Vorderstück der
27 Absaugstation Absaugstation
28 Partikelsammler 60 Kontaktfeder
29 Sammelsegment 61 Schleifkontaktelement
30 Gehäuse
31 bis 32 Räder
33 steuerbares Rad
34 Kabel
35 Hochspannungsquelle
36 Sammelbereich
37 Partikelauffangbehälter

Claims

Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers, elektrostatischer Partikelsammler sowie Partikelsammelsystem Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb eines elektrostatischen Partikelsammlers (1 , 28, 38, 46) bei dem
a) der Partikelsammler (1 , 28, 38, 46) über eine von Partikeln (24) zu befreiende
Fläche (23) fährt,
b) mittels eines Sammelsegments (6, 29, 39, 47, 48) in einem Partikelsammelvorgang Partikel (24) aufgesammelt sowie in einem Partikelablegevorgang in mindestens einen im Partikelsammler (1 , 28, 38, 46) angeordneten Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42) abgelegt werden und
c) der mindestens eine Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42) in einem
Entsorgungsvorgang geleert wird,
wobei
d) für den Partikelsammelvorgang zwischen Elektroden (7, 8) eines im
Sammelsegment (6, 29, 39, 47, 48) angeordneten Elektrodenpaares eine
Potenzialdifferenz erzeugt wird,
und
e) für den Partikelablegevorgang der zwischen den Elektroden (7, 8) gegebene
Absolutwert der Potenzialdifferenz verringert und dabei das Vorzeichen der Potenzialdifferenz mindestens einmal gewechselt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert der Potenzialdifferenz in diskreten Schritten verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im selben Sammelsegment (6, 29, 39, 47, 48) mindestens ein weiteres Elektrodenpaar zur Erzeugung der elektrostatischen Anziehungskraft eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Elektrodenpaare separat angesteuert werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Partikelablegevorgang zusätzlich ein mechanisches Abstreifelement (25) eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Entsorgungsvorgang die Partikel (24) pneumatisch aus dem mindestens einen Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42) entfernt und einer Entsorgung zugeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Entsorgungsvorgang zumindest ein Teil der Partikel (24) mittels des
Sammelsegments (6, 29, 39, 47, 48) elektrostatisch aus dem mindestens einen
Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42) aufgenommen, außerhalb des
Partikelauffangbehälters (21 , 37, 42) abgelegt und einer Entsorgung zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Entsorgungsvorgang zumindest ein Teilstück des Bodens mindestens eines der Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42) zumindest zum Teil mechanisch von Partikeln (24) befreit wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelsegment (6, 29, 39, 47, 48) im Partikelsammler (1 , 28, 38, 46) zwischen einer Sammelposition und einer Ablageposition kontinuierlich oder diskontinuierlich verfahren wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) eingesetzt werden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eines der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) im Partikelsammelvorgang befindet, während sich mindestens ein anderes der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) im Partikelablegevorgang befindet.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsammler (1 , 28, 38, 46) unter Einsatz von mittels mindestens eines am Partikelsammler (1 , 28, 38, 46) angeordneten Sensors erzeugten
Sensorausgangsdaten selbsttätig gesteuert über die zu reinigende Fläche (23) fährt.
13. Elektrostatischer Partikelsammler, umfassend
mindestens ein Sammelsegment (6, 29, 39, 47, 48) mit jeweils mindestens einem Elektrodenpaar, sowie
eine Spannungsquelle umfassende Mittel zur Erzeugung einer Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden (7, 8) des Elektrodenpaares oder mindestens eines der Elektrodenpaare,
gekennzeichnet durch
ein Fahrgestell und
mindestens einen Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42), wobei
die Spannungsquelle steuerbar ist, um für einen Partikelablegevorgang zum Ablegen der gesammelten Partikel (24) den zwischen den Elektroden (7, 8) gegebenen
Absolutwert der Potenzialdifferenz gesteuert abzusenken und dabei das Vorzeichen der Potenzialdifferenz mindestens einmal zu wechseln.
14. Partikelsammler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im
Sammelsegment (6, 29, 39, 47, 48) oder in mindestens einem der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) mindestens ein weiteres Elektrodenpaar angeordnet ist und mindestens zwei der Elektrodenpaare desselben Sammelsegments (6, 29, 39, 47, 48) separat ansteuerbar sind.
15. Partikelsammler nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Verfahrmittel zum Verfahren des mindestens einen Sammelsegments (6, 29, 39, 47, 48) und/oder des mindestens einen Partikelauffangbehälters (21 , 37, 42) relativ zum Fahrgestell.
16. Partikelsammler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) vorgesehen sind, wobei die Verfahrmittel derart eingerichtet sind, dass mindestens eines der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) für einen Partikelsammelvorgang positioniert ist, während gleichzeitig mindestens ein anderes der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) für einen Partikelablegevorgang positioniert ist.
17. Partikelsammler nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrmittel eingerichtet sind, mindestens eines der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) in einer translatorischen, schwenkenden und/oder rotierenden Bewegung zwischen zwei Endpositionen hin und her zu verfahren.
18. Partikelsammler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrmittel eingerichtet sind, die mindestens zwei Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) auf einer geschlossenen Bahn zu führen.
19. Partikelsammler nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch ein Abstreifelement (25) zum Abstreifen der gesammelten Partikel (24) von mindestens einem der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48).
20. Partikelsammler nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor zur Feststellung des Abstandes und/oder der Position des Partikelsammlers (1 , 28, 38, 46) relativ zu einem Bezugspunkt sowie Mittel zur selbsttätigen Steuerung des Fahrgestells auf der Grundlage von Sensorausgangsdaten des Sensors.
21 . Partikelsammler nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens eines der Sammelsegmente (6, 29, 39, 47, 48) einen vorderen Winkel aufweist, wobei der vordere Winkel derart ausgerichtet ist oder durch eine Winkelverstelleinheit derart ausrichtbar ist, dass keiner der Schenkel des vorderen Winkels senkrecht zur Verfahrrichtung des Partikelsammlers (1 , 28, 38, 46) ausgerichtet ist.
22. Partikelsammelsystenn, umfassend mindestens einen Partikelsammler (1 ,
28, 38, 46) nach einem der Ansprüche 13 bis 21 sowie eine Entsorgungsvorrichtung (27, 44, 58) zur Aufnahme der im Partikelauffangbehälter (21 , 37, 42) befindlichen Partikel.
23. Partikelsammelsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Entsorgungsvorrichtung (27, 44, 58) pneumatisch arbeitet.
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