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PREISTRÄGER
SCHNIER Elektrostatik GmbH Bayernstraße 13 72768 Reutlingen Tel.: 07121 90973-60 Fax: 07121 90973-99 www.schnier-elektrostatik.de
Hochspannungs-Entlader
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SCHNIER ELEKTRO STATIK GMBH ELEKTRONISCHER HOCHSPANNUNGSENTLADER Kaum zu glauben aber wahr: um Farbe und Energie zu sparen, laden moderne Lackierroboter in der Industrie den Lack den sie versprühen erst einmal auf bis zu 100.000 Volt auf. Denn so entsteht eine elektrische Anziehungskraft zum Werkstück, das lackiert werden soll. Das verbessert die Auftragung und spart Lack und Emissionen. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist aber, dass diese elektrische Aufladung nach dem Lackiervorgang wieder abklingen muss, was bisher nur mit erheblichen Wartezeiten gelang. Der elektronische Hochspannungs-Entlader erlaubt den Robotern nun, die Aufladung aktiv abzubauen. Und zwar sanft und schnell. Diese Aufgabe war bisher ungelöst. So können nun die Taktzeiten fast auf die Hälfte verkürzt werden. Der Anteil des Entladers an den Anschaffungskosten einer Lackieranlage ist sehr gering und amortisiert sich somit nach kurzer Zeit.
Hochspannungsgenerator mit integriertem Entlader
Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 2015
Taktdauer ohne Entlader: 100 Sekunden
Die Ausgangslage
Die Innovation
Beim elektrostatischen Lackieren wird der aufzutragende Lack zunächst zerstäubt und dann mit Hilfe eines Hochspannungsgenerators auf bis zu 100.000 Volt aufgeladen. Die geladenen Tröpfchen folgen nun den elektrischen Feldlinien durch die Luft zum geerdeten Werkstück. Dies führt zu einem sehr hohen Wirkungsgrad beim Beschichten und minimiert die Abgabe von Lack an die umgebende Luft. Um international wettbewerbsfähig zu sein, müssen Lackieranlagen heute so gebaut werden, dass bei Bedarf nach jedem Werkstück die Lackfarbe gewechselt werden kann. Dazu muss das System jedes Mal gespült werden, was normalerweise mit entzündlichen Reinigungsmitteln geschieht. Da das Sprühsystem für den Lackiervorgang aber zuvor elektrisch aufgeladen wurde, darf das Spülen erst erfolgen, nachdem die Auf ladung wieder abgeklungen ist. Sonst droht die Gefahr eines elektrischen Zündfunkens wie bei einem Feuerzeug und damit Brandgefahr. Die elektrische Ladung klingt in Lackiersystemen nach einer Kurve ab, die sich stetig verlangsamt. Solche Verläufe kommen in der Natur oft vor. Dabei nimmt eine physikalische Größe im gleichen Zeitabstand immer wieder auf die Hälfte ab. Das führt dazu, dass es am Anfang sehr schnell geht, die Restmenge aber nie ganz verschwindet. In den Sicherheitsvorschriften für Lackieranlagen sind deswegen Grenzwerte für die Ladung definiert, ab welcher das System gereinigt werden darf. Die Anlage muss also so lange warten, bis dieser Grenzwert unterschritten worden ist. Nun ist bei heutigen Anlagen die Dauer des eigentlichen Lackiervorganges, beispielsweise einer ganzen Autokarosserie, sehr kurz, während die Wartezeit durch den Entladevorgang bis zu 40 Prozent der gesamten Taktzeit ausmacht und somit hohe Kos ten verursacht.
Der elektronische Hochspannungs-Entlader verändert die Entladekurve so, dass die anfängliche Geschwindigkeit des Ladungsabbaus beibehalten wird und sich nicht mehr wie bisher verlangsamt. Die Wartezeit reduziert sich so von 40–60 Sekunden auf weniger als eine Sekunde, d.h. die Taktzeit beim La ckieren wird fast halbiert. Neben der hohen Entladegeschwindigkeit ist ein weiterer Vorteil, dass der Entlader keinerlei mechanisch empfindliche oder bewegliche Teile enthält. Damit kann er direkt auf die Arme von Lackierrobotern montiert werden, obwohl dort hohe Beschleunigungen auftreten. Zudem kommt der Entlader ganz ohne umweltschädliche Isolieröle oder Isoliergase aus, wie sie sonst bei Bauteilen für diese hohen Spannungen üblich sind. Den Entlader gibt es in zwei Varianten, einmal „stand-alone“ sowie integriert in einen Hochspannungserzeuger. Voraussetzung für die Realisierung dieses hochspezialisierten Produktes waren mehrere Faktoren. So erschienen zum „richtigen Zeitpunkt“ erstmals Elektronikbauteile auf dem Markt, die es überhaupt ermöglichten, eine Spannung von 100.000 Volt „sanft“ abzuleiten. Diese Bauteile hatten aber eine deutlich niedrigere Betriebsspannung und mussten deshalb „hintereinander“ geschaltet werden. Dies war so vom Hersteller nicht vorgesehen und erforderte eigene Berechnungen und Maßnahmen, was erhebliche Risiken barg. Weiterhin mussten Bauteile, die unter Hochspannung stehen, im Entlader sehr eng an geerdete Teile herangeführt werden. Durch die kleinen Abstände entstehen im Gerät starke elektrische Felder. Diese werden nur beherrscht durch sehr ausgetüftelte Geometrien im Hochspannungsbereich und dem Verguss aller Komponenten mit einem speziellen Epoxidharz unter Hochvakuum. Zur Abrundung des Produktes ist ein Mikrokontroller integriert, der alle komplexen Regelungsaufgaben intern erledigt, so dass für den Anwender die Steuerung sehr einfach wird.
Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg 2015
Taktdauer mit Entlader: 62 Sekunden
Das Unternehmen Die SCHNIER Elektrostatik GmbH hat sich erfolgreich auf Hochspannungsversorgungen und Zubehör für die elektrostatische Beschichtung spezialisiert. Trotz einer Größe von nur 17 Mitarbeitern ist das Unternehmen in der Branche weltweit bekannt und die Produkte der Firma werden in über 27 Länder verkauft. In den letzten vier Jahren konnte der Umsatz und die Anzahl der Mitarbeiter in Reutlingen aufgrund der hohen Innovationskraft verdoppelt werden. Das Familienunternehmen entwickelt, produziert und vertreibt seine Produkte selbst und nützt in der Wertschöpfungskette ein lokales Netzwerk von weiteren familiengeführten Firmen. Fachlich leistet es in den Normungsgremien der Deutschen Kommission Elektrotechnik ehrenamtlich seinen Beitrag.
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