Reinigungsstation mit Ionisierung: Entladen, Abblasen und Absaugen als Modul der Maschine

Partikel auf einem Kunststoffteil sind in vielen Maschinen kein Prüfthema, sondern ein Konstruktionsthema. Irgendwo zwischen Zuführung und Montage, am Ende einer Linie oder in einer eigenen Zelle muss das Teil sauber werden, und dafür braucht die Maschine eine Station. Dieser Beitrag richtet sich an Konstrukteure und Projektingenieure, die Montage-, Handhabungs- und Reinigungsmaschinen bauen, und an interne Maschinenbauteams, die einen Reinigungsschritt in die eigene Anlage planen. Er zeigt, warum eine solche Station drei Funktionen vereint, und geht dann die dokumentierten Stationen durch: vor der Montage, am Ende der Linie, in der Reinigungszelle für Werkstückträger, nach dem Fräsen und in der Reinigungsmaschine selbst. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen: Anfragen, Konzepte und Planungen sowie die Angaben eines Herstellers von Reinigungsmaschinen.

Wichtige Punkte im Überblick

Eine Reinigungsstation vereint drei Funktionen in fester Reihenfolge: Ladung abbauen, damit die Partikel loslassen, abblasen und die Partikel aus der Station absaugen.
Druckluft allein löst an einem geladenen isolierenden Teil nur einen Teil der Partikel, die Ladung bleibt und das Teil zieht neue Partikel aus der Umgebung an.
Die Absaugung gehört zur Maschine und nicht zum Ionisator, deshalb werden beide gemeinsam ausgelegt und die Blasrichtung zeigt zur Absaugöffnung.
An einem halb manuellen Reinigungsplatz ist die Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG die naheliegende Bauform, die Absaugung liegt so, dass der Werker immer zu ihr hin bläst.
In einer Maschinenbaureihe ist der Ionisator eine Option, die vom Werkstoff des Kundenteils abhängt und einmal mit Einbauort, Versorgung, Druckluftbedarf und Signalen beschrieben wird.

Drei Funktionen in einem Modul: entladen, abblasen, absaugen

Ein isolierendes Teil, das geladen ist, hält Partikel fest. Wer es nur mit Druckluft abbläst, löst einen Teil davon, die Ladung aber bleibt, und das Teil zieht neue Partikel aus der Umgebung an. Warum Abblasen mit reiner Druckluft nicht neutralisiert, erklärt der Beitrag zur Roboterzelle mit Kunststoffteilen. Für die Reinigungsstation folgt daraus eine Reihenfolge: Zuerst wird die Ladung abgebaut, damit die Partikel loslassen, dann werden sie abgeblasen, und schließlich müssen sie aus der Station heraus, sonst landen sie auf dem nächsten Teil.

Entladen und Abblasen lassen sich in einem Gerät verbinden, wenn ionisierte Luft aus einer Düse, einer Pistole oder einem Gebläse kommt. Die Absaugung ist dagegen Sache des Maschinenbauers. Sie gehört zur Maschine, nicht zum Ionisator, und wird mit Haube, Luftführung und Filter auf die Station abgestimmt. Wie eng beides zusammengehört, zeigt eine Anfrage aus der Konstruktion eines Maschinenbauers: Der Konstrukteur ist dort für die Ionisierung zuständig und plant Montagearbeitsplätze, an denen eine Aufklebefolie entladen und Staubpartikel entfernt werden sollen. Gewünscht ist Ionisierung zusammen mit einer Absaugung.

Für die Konstruktion heißt das: Ionisator und Absaugung werden gemeinsam ausgelegt. Die Blasrichtung des Ionisators zeigt zur Absaugöffnung, nicht zum nächsten Teil auf dem Band oder zum Bediener.

Vor der Montage: Kunststoffdeckel und kleine Formteile in der Zuführung

In einem internen Sondermaschinenbau sind neue Montageanlagen für elektrische Schutzschalter geplant. Je Anlage sind zwei Düsen-Ionisatoren vorgesehen. Der eine soll den Kunststoffdeckel mit ionisierter Druckluft von Partikeln befreien, weil Partikel im Gerät das Auslöseverhalten des Schalters beeinflussen könnten. Der andere sitzt in der Zuführung der kleinen Spritzgusskomponenten. Der Grund ist hier keine Gefahr für Elektronik, sondern ein Partikel, das die Funktion des fertigen Geräts stören kann.

Die Planung zeigt zwei typische Einbaustellen. Am Deckel arbeitet die Düse gezielt auf eine Fläche, kurz bevor das Teil verbaut wird. In der Zuführung geht es darum, dass kleine Formteile nicht aneinander oder an der Führung haften und sauber vereinzelt werden. Für beide Stellen ist ein Kompakter Düsen-Ionisator der Modellreihe SJ-LM eine passende Bauform, weil er die ionisierte Luft auf einen kleinen Bereich richtet. Wichtig für die Elektroplanung: Wird der Düsen-Ionisator über das KEYENCE-Netzteil mit 12 V DC versorgt, sind Steuereingang und Steuerausgänge laut Katalog nicht nutzbar. Soll die Steuerung den Ionisator stoppen und seine Alarme sehen, kommt die Versorgung aus dem Schaltschrank.

Am Ende der Linie: Reinigungsplatz mit Pistole und Absaugung

Ein Konzept für eine Linie, auf der Antennen mit Kunststoffteilen gefertigt werden, setzt die Reinigung ans Ende: ein Reinigungsplatz mit Ionisierpistole, an dem Staub und Schmutz abgesaugt werden. Der Ionisator entlädt die Kunststoffteile der Antenne, damit sich der Staub löst. Der zweite Nutzen steht im Konzept gleich daneben: Eine entladene Antenne zieht Partikel aus der Luft nicht mehr so leicht an, wie ein geriebener Luftballon Haare anzieht.

Ein solcher Platz ist halb manuell. Der Werker führt die Pistole, die Absaugung nimmt auf, was abgeblasen wird. Die Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG ist für diese Aufgabe gebaut; laut Katalog wird sie mit 12 V DC über das KEYENCE-Netzteil versorgt. Für die Konstruktion zählen die Ablage der Pistole, die Länge des Luftschlauchs und die Lage der Absaugöffnung, damit der Werker immer zur Absaugung hin bläst.

Werkstückträger, KLT und Trays in einer eigenen Reinigungszelle

Nicht immer ist das Produkt das Teil, das gereinigt wird. In einem dokumentierten Konzept sollen Kleinladungsträger und Trays in einer separaten Zelle abgereinigt werden. Die Partikel stammen vor allem von einem Faltenbalg mit Glasfaseranteil. Vor dem eigentlichen Konzept soll eine Analyse klären, wie stark die Ionisierung die Partikelbelastung senkt. Gewünscht ist eine komplette Waschstraße, gebaut von einem Maschinenbauer oder im eigenen Haus.

Für eine solche Zelle bieten sich Stäbe über dem Durchlauf an. Ein Präziser High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-Q lässt sich laut Katalog ab 10 mm Abstand montieren, hat einen Druckluftanschluss und arbeitet mit 24 bis 36 V DC. Wo die Zelle ohne Druckluft auskommen soll, kommt ein Druckluftfreier Stabionisator der Modellreihe SJ-H in Frage; das Abblasen übernimmt dann eine eigene Luftführung der Maschine. Für große Träger kann ein Gebläse mit großer Reichweite sinnvoll sein; der Katalog nennt beim Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700 eine Entladungsreichweite bis zu 3 m.

Nach dem Fräsen und Schneiden: Staub am Teil

Spanende Bearbeitung erzeugt feinen Staub, der an geladenen Teilen haftet. Vor der Auswahl ist zu klären, ob das Teil aus Kunststoff, Verbund oder Metall besteht, weil nur isolierende Teile ihre Ladung halten.

An einer solchen Station sitzt der Ionisator in einer staubigen Umgebung. Elektroden verschmutzen dort schneller als in einer sauberen Montagezelle. Der Stabionisator SJ-Q meldet laut Katalog über den Ionenpegel-Alarm, wenn die Leistung durch verschmutzte oder abgenutzte Elektroden nachlässt. Führt die Maschine diesen Ausgang in die Steuerung, wird die Reinigung des Ionisators Teil der Wartungsplanung statt einer Überraschung. Der Multi-Sensor Ionisator SJ-F700 reinigt Elektroden und Bürsten laut Katalog automatisch.

Den Einbau in die Steuerung, die Versorgung sowie eine Keramiklinie mit Staub nach dem Kantenschnitt und einen Trayhersteller, bei dem die Ionisierung als Teil einer kompletten Reinigungslinie geplant ist, schildert der Beitrag zum Ionisator als Baugruppe der eigenen Maschine.

Ionisatoren in Reinigungsmaschinen: wo Kunststoff und Nichtmetall gereinigt werden

Wer Reinigungsmaschinen baut, hat die Frage nicht einmal, sondern in jeder Konstruktion. Ein Hersteller solcher Maschinen gibt an, dass etwa jede fünfte seiner Maschinen einen Ionisator erhält, vor allem dort, wo Teile aus Kunststoff oder anderen Nichtmetallen gereinigt werden. Meist setzt er Stäbe ein, ein Gebläse ist für ihn ebenfalls eine Option.

Die Angabe zeigt, wie der Ionisator in einer Maschinenbaureihe behandelt wird: als Option, die vom Werkstoff des Kundenteils abhängt. Für die Unterlagen der Baureihe heißt das, die Option mit Einbauort, Versorgung, Druckluftbedarf und Signalen einmal zu beschreiben, statt sie je Auftrag neu zu konstruieren. Reinigungsstationen für Leiterplatten und elektronische Baugruppen behandelt der Beitrag zum ESD-Schutz in der Elektronikfertigung.

Das Reinigungsmodul planen: Fragen vor der Konstruktion

Bevor Ionisator und Absaugung festgelegt werden, lohnen einige Fragen. Woher kommen die Partikel: aus dem Prozess, von einem Faltenbalg, aus dem Schneiden oder Fräsen? Ist das Teil isolierend, leitend oder ein Verbund? Darf es angeblasen werden, oder ist es so klein und leicht, dass es dabei verrutscht? Steht Druckluft an der Station zur Verfügung, und ist sie dort erwünscht? Wie groß muss die Absaugung sein, und wohin führt sie den Staub?

Danach folgen die elektrischen Festlegungen: Versorgungsspannung, Stoppeingang bei Maschinenstillstand und die Alarmausgänge, die in die Steuerung gehen. Beim Kompakten Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF sind die Ausgänge laut Katalog zwischen NPN und PNP umschaltbar, und das Gebläse braucht keine Druckluft. Werden diese Punkte im Konzept festgehalten, lässt sich das Reinigungsmodul in der nächsten Maschine wiederverwenden.

Häufige Fragen

F Reicht es, Partikel mit Druckluft abzublasen?

Bei isolierenden Teilen meist nicht. Druckluft löst einen Teil der Partikel, baut aber die Ladung nicht ab, und das Teil zieht neue Partikel an. Ionisierte Luft aus Düse, Pistole oder Gebläse entlädt und bläst in einem Schritt.

F Gehört die Absaugung zum Ionisator?

Nein. Die hier genannten Ionisatoren entladen, sie saugen nicht ab. Die Absaugung plant der Maschinenbauer als Teil der Station und richtet sie auf die Blasrichtung des Ionisators aus.

F Lässt sich eine Reinigungsstation ohne Druckluft bauen?

Ja, mit einem Gebläse oder einem druckluftfreien Stab. Das Kompakte Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF braucht laut Katalog keine Druckluft. Ein Druckluftfreier Stabionisator der Modellreihe SJ-H entlädt, das Abblasen übernimmt dann eine eigene Luftführung der Maschine.

F Wie bemerkt die Maschine, dass der Ionisator in staubiger Umgebung nachlässt?

Über den Ionenpegel-Alarm. Beim Präzisen High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-Q meldet er laut Katalog nachlassende Leistung durch verschmutzte oder abgenutzte Elektroden. Geht dieser Ausgang in die Steuerung, lässt sich die Reinigung des Ionisators in die Wartung einplanen.

F Welche Bauform passt an einen manuellen Reinigungsplatz?

Dort, wo ein Werker Teile von Hand reinigt, ist die Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG die naheliegende Bauform. Die Absaugung sollte so liegen, dass der Werker immer zu ihr hin bläst.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Statische Aufladung in der Produktion: Ladung erkennen, messen und mit dem passenden Ionisator entladen

Hauptartikel zum Thema: Ionisator als Baugruppe der eigenen Maschine: statische Aufladung im Sondermaschinenbau einplanen