REINIGUNGSVORRICHTUNG

B eschreibung

Reinigungsvorrichtung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befassen sich mit einer Reinigung s Vorrichtung zum Entfernen von verunreinigenden Partikeln aus einem Medium, insbesondere unter Verwendung eines elektrischen Feldes.

Zur Reinigung von Medien oder Gasen, wie beispielsweise Luft, existieren eine große Anzahl von Verfahren. Abseits von herkömmlichen Methoden, wie beispielsweise der Verwendung eines Filters, können Medien, wie beispielsweise strömende Gase oder dergleichen, auch mittels Plasmen, also mittels vollständig oder großteils ionisierten Gasen oder, allgemein gesprochen, durch Ionisation gereinigt werden. Zusätzlich zu der Möglichkeit, Medien bzw. strömende Gase mittels Hochstromplasmen zu reinigen, also dadurch, dass das zu reinigende Medium einer großen Menge vollständig ionisierten Gases ausgesetzt wird, besteht auch die Möglichkeit, so genannte Hochspannungs- Gleichstrom- Plasmen zu verwenden bzw. zu erzeugen, bei denen eine geringere elektrische Leistung zur Erzeugung des Plasmas erforderlich sein kann. Diese können unter Anderem in Abscheidern, Dichtungen, Filtern, Reinigern, Schabern, Signalübertragern oder weiteren maschinenbaulichen Erzeugnissen eingesetzt werden.

Ein Hochspannungs- Gleichstrom- Plasma kann zur Reinigung dann verwendet werden, wenn ein elektrostatisches oder elektrodynamisches Feld zwischen 2 Elektroden erzeugt wird, zwischen denen das zu reinigende Gas bzw. Medium strömt. Bei ausreichend hoher Feldstärke können Verunreinigungen in dem Medium bzw. die Verunreinigungen bildenden Partikel oder Moleküle in dem Feld ionisiert werden. Durch diese so genannte Feldionisation verbleibt ein positiv geladener Rumpf des Partikels bzw. der Verunreinigung, der unter dem Einfluss des die Ionisation hervorrufenden Feldes gerichtet und entlang der Feldlinien aus dem Bereich der Ionisation entfernt wird, bzw. entlang der Feldlinien vom Ort der Ionisation zu einer Kathode driftet. Ist die Spannung zwischen den Elektroden und damit die resultierende Feldstärke passend gewählt, sodass näherungsweise alle Partikel bzw. alle verunreinigenden Partikel ionisiert werden, kann von einem Plasma gesprochen werden, in dem sämtliche verunreinigenden Partikel ionisiert sind.

Die Reinigung mit einem Plasma erfordert es allgemein, hohe Felder bzw. die zur Erzeugung eines hohen Feldes erforderlichen hohen Spannungen permanent aufrecht zu erhalten, was äußerst Energieaufwändig ist.

Es besteht somit die Notwendigkeit, eine Reinigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die effizienter betrieben werden kann.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung verwenden neben einer Ionisierungseinrichtung, die mittels zweier sich auf unterschiedlichen Seiten eines Strömungskanals gegenüberliegenden Elektroden ein elektrisches Feld erzeugen kann, zusätzlich einen Veranreinigungssensor, der den Grad der Verunreinigung des zu reinigenden Mediums feststellt. Mit dem Verunreinigungssensor ist ferner eine Kontrolleinrichtung gekoppelt, die abhängig von einer ermittelten Charakteristik der verunreinigenden Partikel, beispielsweise der Konzentration oder der Partikelgröße der Verunreinigungen, einen Betriebsmodus der Ionisierangseinrichtung verändern kann. Mit anderen Worten kann bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Feldstärke der Ionisierangseinrichtung dynamisch an die Gegebenheiten bzw. an zeitlich schwankende Anforderungen angepasst werden. Wird beispielsweise von dem Veranreinigungssensor detektiert, dass aktuell keine verunreinigenden Partikel in einem Strom von Luft bzw. einem anderen Medium enthalten sind, kann die Feldstärke reduziert werden, bzw. es kann eine Spannung an den Elektroden der Ionisierangseinrichtung reduziert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann diese Reduzierung optional bis zum Abschalten einer Spannungsversorgung vorgenommen werden, dh die Kontrolleinrichtung kann in Form einer binären Steuerung arbeiten und die Spannungsversorgung wahlweise ein- oder ausschalten.

Dieses Vorgehen kann eine erhebliche Menge Energie zur Aufrechterhaltung des elektrischen Feldes sparen, wobei gleichzeitig eine kontinuierlich hohe Reinigungswirkung sichergestellt ist.

Spannungen, mit denen die Elektroden einiger Ausführungsbeispiele von Ionisie- rangseinrichtungen beaufschlagt werden, um eine Reinigungswirkung zu erzielen, können zwischen lkV und lOOkV, bevorzugt zwischen 3kV und 20kV, liegen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen eine Kaskade von Ionisierungseinrichtungen auf, die in der Strömungsrichtung des zu reinigenden Mediums hintereinander angeordnet sind. So kann beispielsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel eine zweite Ionisierangseinrichtung aufweisen, welche wiederum über zwei einander gegenüberliegende Elektroden verfügt. Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird lediglich ein nachgelagertes Element der Kaskade, also beispielsweise die zweite Ionisierangseinrichtung, mittels der Kontrolleinrichtung be- einflusst bzw. an- und ausgeschaltet. So kann der Energieverbrauch prinzipiell auf bis zur Hälfte reduziert werden, wobei eine zuverlässige Reinigungswirkung zu jedem Zeitpunkt gegeben ist.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist sowohl vor als auch nach der ersten Ionisierangseinrichtung einer Kaskade bzw. einer einzelnen Ionisierangseinrichtung ein Veranreinigungssensor angeordnet. Somit kann sowohl die Reinigungsleistung der Ionisierungseinrichtung variiert werden, bis eine vollständige Reinigung erzielt ist, als auch unschädlich die maximale Energieeinsparung erzielt werden, wenn in dem Medium für einen gewissen Zeitraum a priori keine verunreinigenden Partikel enthalten sind.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Konzentration der verunreinigenden Partikel zwischen der ersten und der zweiten Ionisierangseinrichtung bestimmt, um zuverlässig entscheiden zu können, ob die stromabwärts gelegene zweite Ionisierangseinrichtung abgeschaltet oder mit reduzierter Leistung betrieben werden kann.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird nur die zweite Ionisierangseinrichtung, die stromabwärts von der ersten Ionisierangseinrichtung gelegen ist, mittels der Kontrolleinrichtung beeinflusst, so dass beispielsweise bei Unterschreiten eines vorbestimmten Maximalwerts von tolerierbaren Verunreinigungen die zweite Ionisierangseinrichtung abgeschaltet wird.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden als Sensoren zu der Detektion von Verunreinigungen in dem zu reinigenden Medium IR- Sensoren, Laserpartikelsensoren (Luftpartikelzähler) oder Ultraschallsensoren verwendet. Selbstverständlich können bei weiteren Ausführungsbeispielen auch nach anderen Prinzipien funktionierende Sensoren verwendet werden. Als Veranreini- gungssensor soll insoweit jeder Sensor oder jede Vorrichtung verstanden werden, mittels derer eine Verunreinigung in einem Medium bzw. ein von einem Medium abweichender Stoff innerhalb des Mediums erkannt werden kann.

Bevorzugte Ausführangsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgen, bezugnehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführangsbeispiel einer Reinigungsvorrichtung; Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Reinigungsvorrichtung mit kaska- dierten Ionisierungseimichtungen; und

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer Reinigungsvorrichtung.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von verunreinigenden Partikeln 4 aus einem Medium oder aus einem Gas bzw. Gasgemisch. Das Gas bzw. das verunreinigte Medium strömt entlang eines Strömungskanals in einer Flussrichtung 6, so dass mittels der Reinigungsvorrichtung das in einer Flussrichtung 6 entlang des Strömungskanals strömende Gas bzw. Medium entfernt werden kann. Dies ist nicht allein so zu verstehen, dass tatsächlich ein Volumenstrom in der Flussrichtung erfolgen muss, um ein Medium reinigen zu können bzw. um die gewünschte Funktionalität zu gewährleisten. Die Flussrichtung 6 gibt vielmehr diejenige Richtung an, bezüglich derer die verunreinigenden Partikel entfernt werden können, wenn sie aus der Flussrichtung 6 in die Reinigungsvorrichtung geraten. Dies muss nicht notwendigerweise durch einen gerichteten Volumenstrom des Mediums in der Flussrichtung 6 der Fall sein, sondern kann beispielsweise auch aus Gründen der Diffusion der Fall sein. Die Flussrichtung 6 gibt also allgemein gesprochen diejenige Richtung vor, in der eine Reinigungswirkung erfolgt, so dass in der Flussrichtung 6 stromabwärts von der Reinigungsvorrichtung die Konzentration der verunreinigenden Partikel 4 nach dem Durchgang durch die Reinigungsvorrichtung geringer ist als vor dem Durchgang durch die Reinigungsvorrichtung.

Die Reinigungsvorrichtung umfasst zumindest eine Ionisierangseinrichtung 8, welche ein Paar von Elektroden aufweist, die sich auf unterschiedlichen Seiten des Strömungskanals gegenüberliegen. In Figur 1 ist als eine der möglichen Ausführungsformen des Elektrodenpaars eine Anode 10 mit einer Mehrzahl von Spitzen sowie eine flächige Kathode 12 gezeigt. Es versteht sich von selbst, dass bei weiteren Ausführungsbeispielen die spezifische Form der Elektroden, welche die Form des erzeugten elektrischen Feldes beeinflussen kann, den möglicherweise anderen geometrischen Gegebenheiten und sonstigen Rahmenbedingungen angepasst sein kann. Insbesondere kann beispielsweise die Anordnung aus Kathode und Anode vertauscht werden, dh eine Beaufschlagung der Elektroden mit einer Spannung kann entgegengesetzt sein als in Figur 1, wo exemplarisch eine optionale Hochspannungsversorgung 14 mit den Elektroden 10 und 12 derart gekoppelt ist, dass die Anode 10 von den spitzen Elektroden gebildet wird. Mit anderen Worten kann die Polarität auch anders herum sein als in Figur 1 dargestellt. Zusätzlich kann auch lediglich eine einzelne Elektrode für die Anode 10 verwendet werden bzw. die Anzahl der Elektroden oder der Spitzen einer Elektrode kann beliebig gewählt werden.

Die Reinigung s Vorrichtung enthält ferner zumindest einen Veranreinigungssensor 16, der ausgebildet ist, um eine Charakteristik, beispielsweise eine Konzentration oder eine Größe der verunreinigenden Partikel in dem Medium zu bestimmen.

Wenngleich Figur 1 einen optionalen zweiten Veranreinigungssensor 18 zeigt, der in der Flussrichtung 6 nach der Ionisierangseinrichtung 8 angeordnet ist, kann bei alternativen Ausführangsbeispielen auf einen der beiden in Figur 1 dargestellten Veranreinigungssensoren 16 oder 18 verzichtet werden. Der Veranreinigungssensor 16 bzw. 18 kann die Konzentration und/oder die Größe bzw. eine andere Eigenschaft der verunreinigenden Partikel in dem Medium bestimmen. Beispielsweise kann der Veranreinigungssensor 16 ein optischer Sensor sein, der aufgrund der Intensität eines von der gegenüberliegenden Seite des Strömungskanals emittierten Lichtes bzw. aufgrund einer Intensität eines von dem Veranreinigungssensor 16 selbst ausgestrahlten und von der gegenüberliegenden Seite reflektierten Lichtes auf die Konzentration bzw. auf die Eigenschaft der verunreinigenden Partikel in dem Medium schließen kann. Andere mögliche Sensoren, die als Veranreinigungssensor verwendet werden können, sind IR-Sensoren, Laserpartikelsensoren (Luftpartikelzähler) oder Ultraschallsensoren.

Die Reinigungsvorrichtung weist ferner eine Kontrolleinrichtung 20 auf, die sowohl mit der Ionisierangseinrichtung 8 als auch mit dem Veranreinigungssensor 16 ge- koppelt ist. Die Kontrolleinrichtung 20 ist ausgebildet, um einen Betriebsmodus der Ionisierungseinrichtung 8 abhängig von der von dem Veranreinigungssensor 16 ermittelten Charakteristik der verunreinigenden Partikel 4 zu variieren. Dies kann beispielsweise durch Variation der Höhe der an den Elektroden 10 und 12 anliegenden Spannung erfolgen. Eine einfache weitere Möglichkeit der Regelung ist, bei unterschreiten eines vorbestimmten Maximalwertes die Konzentration der verunreinigenden Partikel 4 die Ionisierangseinrichtung 8 abzuschalten bzw. dafür zu sorgen, dass die Ionisierangseinrichtung 8 kein elektrisches Feld mehr erzeugt. Zu diesem Zweck kann die die Ionisierangseinrichtung 20 beispielsweise in einem alternativen Ausführungsbeispiel auch optional mit der Spannungs Versorgung 14 gekoppelt sein.

Bei weiteren Ausführangsbeispielen, bei denen eine Mehrzahl von kaskadierten Io- nisierangseinrichtungen verwendet wird, kann die maximale Reinigungsleistung einer Reinigung s Vorrichtung erhöht werden, wenn die verunreinigenden Partikel in der Flussrichtung mehrere hintereinander angeordnete Ionisierangseinrichtungen passieren können.

Figur 2 zeigt ein Ausführangsbeispiel bzw. einem mögliche Anordnung einer solchen Reinigung s Vorrichtung mit kaskadierten Ionisierangseinrichtungen. Figur 2 zeigt als eine mögliche Anordnung drei in der Flussrichtung 6 hintereinander angeordnet Ionisierangseinrichtungen 28a - 28c, sowie zu den Ionisierangseinrichtungen 28a -28c benachbarte Veranreinigungssensoren 26a-26d. Figur 2 zeigt eine optionale Möglichkeit der Ausgestaltung der den Anoden 30a-30c gegenüberliegenden Kathoden 32a-32c, die miteinander kurzgeschlossen sind und so eine gemeinsame Kathodenfläche bilden. Selbstverständlich sind auch hier diskrete Katoden bzw. alternative Ausgestaltungen der Kathoden 32a -32c sowie eine Umkehrang der Polarität möglich. Lediglich der Darstellbarkeit halber wird in Figur 2 auf die Darstellung einer optionalen Spannungsversorgung verzichtet.

Die Kontrolleinrichtung 20 ist sowohl mit den Veranreinigungssensoren 26a bis 26d als auch mit den Ionisierangseinrichtungen 28a bis 28c gekoppelt, um abhängig von der von den einzelnen Verunreinigungssensoren delektierten Konzentrationen bzw. Charakteristika der verunreinigenden Partikel die Betriebsbedingungen bzw. die Ansteuerung der Ionisierungseinrichtungen 28a bis 28c zu variieren. Dabei können einzelne der Ionisierungseinrichtungen 28a bis 28c entweder zu- oder abgeschalteten werden bzw. es kann die Versorgungsspannung einzelner Ionisierungseinrichtungen selektiv oder kollektiv variiert, dh erhöht oder erniedrigt werden.

Beispielsweise kann, wenn mittels des Verunreinigungssensor 26c kein verunreinigtes Partikel detektiert werden kann bzw. wenn die Konzentration der verunreinigenden Partikel unterhalb eines vorbestimmten Maximalwertes bleibt, die Ionisierungseinrichtung 28c abgeschalteten werden. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Steuer- bzw. Regelungsalgorithmen möglich. Durch den Einsatz der Verunreinigungssensoren 26a bis 26d bzw. einer Sensorik vor und/oder in dem Wirkbereich des Plasmas bzw. des elektrischen Feldes kann durch die Detektion beispielsweise der Größe und/oder der Anzahl des zu beeinflussenden Stoffes bzw. der verunreinigenden Partikel der dieses Plasma erzeugende Hochspannungs-Gleichstrom an- oder abgeschaltet bzw. in seiner Höhe variiert werden. Durch eine Kaskadenregelung, wie sie exemplarisch in Figur 2 dargestellt ist, ist zudem eine bedarfsabhängige Regelung unterteilt in einzelne Plasmazonen bzw. Zonen eines nicht verschwinden elektrischen Feldes realisierbar.

Durch Ausführungsbeispiele der Erfindung wird ein Stromverbrauch bei der Reinigung mittels eines Plasmas bzw. mittels eines eine Ionisierung verursachenden elektrischen Feldes verringert. Ferner kann eine Verringerung der Ozon-Emission erreicht werden, sowie eine Verringerung des Verschleißes der Elektroden.

Figur 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer Reinigung s Vorrichtung zum Entfernen von verunreinigenden Partikeln aus einem in einer Flussrichtung entlang eines Strömungskanals strömenden Mediums, wobei die Reinigungsvorrichtung ausgebildet ist, um mittels sich auf unterschiedli- chen Seiten des Strömungskanals gegenüberliegenden Elektroden ein elektrisches Feld in dem Strömungskanal zu erzeugen.

In einem Prüfschritt 40 wird eine Charakteristik der verunreinigenden Partikel in dem Medium bestimmt. Abhängig von der bestimmten Charakteristik wird in einem Steuer-/Regel Schritt 42 ein Betriebsmodus der Ionisierungseinrichtung variiert.

Obwohl bei den vorhergehenden Betrachtungen der Reinigungsvorrichtungen im Wesentlichen auf die Reinigung eines Mediums abgestellt wurde, versteht es sich von selbst, dass eine solche Reinigungsvorrichtung auch mit anderen Zielsetzungen verwendet werden kann.

Beispielsweise können Ausführungsbeispiele einer Reinigungsvorrichtung als Dichtung verwendet werden, indem unerwünschte Teile bzw. Partikel aus einem ein Lager oder ein zu schützendes Bauteil umgebendem Medium, wie beispielsweise Luft oder Gas, entfernt werden, so dass diese nicht in das zu schützende Bauteil gelangen können. Beispielsweise können also weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Reinigung s Vorrichtung in Lagern, insbesondere Gleitlagern und Wälzlagern verwendet werden, um das Lager vor Verunreinigung und vorzeitigem Verschleiß zu schützen.

Bezugszeichenliste

4 verunreinigende Partikel

6 Flussrichtung

8 Ionisierungseinlichtung

lOAnode

12 Kathode

14 Spannungs Versorgung

16 Verunreinigungssensor

18 weiterer Verunreinigungssensor 20 Kontrolleinrichtung

26a - 26d Verunreinigungssensoren

28a - 28c Ionisierungseinrichtungen

30a - 30c Anoden

32a - 32c Kathoden

40 Prüfschritt

42 Steuer-/Regelschritt