DE2753750C2 - Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer Coronaentladung - Google Patents
Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer CoronaentladungInfo
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Description
eigentlichen Elektroden in keinerlei Zusammenhang mit dem Rotationskörper stehen.
Da zwischen der Walzenelektrode und der auf ihr anliegenden, zu behandelnden Folienbahn keine Relativgeschwindigkeit
besteht, währe die Ausbildung eines mit der Elektrodengeometrie übereinstimmenden Vorbehandlungsmusters
zu erwarten. Übe! -'aschenderweise ist dies aber nicht der Fall. Erklären läßt sich das
Phänomen möglicherweise damit, daß aufgrund der Relativbewegung zwischen Elektroden und Gegenel.iktroden
sich eine »wedelnde oder »wischende« Coronaentladung ausbildet. Selbstverständlich spielen hierbei
die Abstände der Elektroden zueinander auf dem Innenrohr eine Rolle, die sich bevorzugt zwischen 5 und
10 mm bewegen soUen.
Ein weiterer verfahrenstechnischer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch in der
Verwendung zur Vorbehandlung von Metallfolien zu sehen. In diesem Falle wäre nur ein Drehen der
Apparatur gemäß Fig. 1 um 180° notwendig, wodurch die Elektroden gegen die dann zu erdenden Stahlwalzen
gerichtet würden. Eine über die Walzen geführte Metallfolienbahn könnte dann einer Coronaentladung
ausgesetzt werden.
Ein ebenfalls nicht zu erwartender Effekt macht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor allem für die
Anwendung in Beschichtungs- oder Druckmaschinen ungemein wertvoll. Während bei den herkömmlichen
Coronaanlagen in die Vorbehandlungsstation eingeschleppte Feuchtigkeit, z. P. bei Abrissen, sofort zu
Überschlagen und damit zum Durchbrennen des Dielektrikums führt, reagiert die erfindungsgemSße
Vorrichtung in keiner Weise auf derartige Störungen. Selbst absichtlich auf der zu behandelnden Folie
erzeugte Flüssigkeitspfützen führten zu keinem Durchschlag oder Aussetzen der Entladung.
Abgesehen von der Vielzahl rein verfahrenstechnischer Vorzüge beinhaltet die Coronaeinrichtung noch
zusätzliche positive Merkmale. Unter anderem darf hierunter zweifellos auch die elektrisch sichere Ausführung
durch Verlagerung aller stromführenden Teile in das Innere der Walzenelektrode angesehen werden.
Der konstruktiv relativ einfache Aufbau der Apparatur hat sich positiv in der betrieblichen Praxis
bemerkbar gemacht. Da die eingesetzten dielektrischen Rohre, im Gegensatz zu dünnen, weichen Gummischichten,
relativ harte Oberflächen aufweisen, wurde eine erhebliche Verminderung der mechanischen Beschädigungen
(z. B. durch Messerschnitte beim Beseitigen von »Walzenwicklern« infolge Bahnriß) festgestellt. Wird im
Falle nie ganz auszuschließender elektrischer Durchschläge einmal ein Auswechseln eines defekten Rohres
notwendig, so kann dies der betroffene Betrieb ohne großen Zeit- und Reparaturaufwand durch Einsatz
preiswerter, im Betrieb gelagerter Ersatzteile selbst bewerkstelligen. Auf diese Weise wird die Unabhängigkeit
von Fremdfirmen und häufig langwierigen Reparaturabwicklungen erzielt.
Die Bestückung des Innenrohres mit den Elektroden kann verschieden erfolgen. So können dünne Drähte
oder Drahtgewebe, die bevorzugt eine Stärke von 0,2 bis 0,3 mm aufweisen auf das Innenrohr aufgeklebt
werden.
Da es aber bei unsachgemäßer Einpassung des Innenrohres in das Rohr zur Beschädigungen kommen
kann, sind die Drähte oder das Drahtgewebe bevorzugt
in entsprechend eingefrästen Nuten des Innenrohres untergebracht. Die Nutentiefe entspricht dabei bevorzugt
nahezu der Stärke der Drähte oder des Drahtgewebes.
Bei dieser Ausführungsform ist gewährleistet, daß Beschädigungen der Elektrode beim Einpassen des
Innenrohres absolut vermieden werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin,
daß man die Elektroden aufdruckt, d. h„ daß sie in Form von gedruckten Schaltungen vorliegen.
In weiterer Ausgestaltung ist die Achse der
ίο Walzenelektrode als Hohlachse ausgebildet, die bevorzugt
Bohrungen aufweist. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, wenn die Hohlachse Anschlüsse zum Ein-
und Ableiten besitzt, oder wenn in den Abschlußstücken entsprechende Bohrungen vorhanden sind, ein Kühlmedium
während der Coronabehandlung durch die Vorrichtung durchzuleiten, um entstehende Wärme zu
entfernen.
Wenn auch die Gegenelektroden der Walzenelektrode weitgehend beliebig zugeordnet sein können, so hat
es sich jedoch als besonders zweckmäßig erwiesen, daß man sie entsprechend dem Krümmungsradius der
Walzenelektrode anbringt.
Damit bei der Behandlung eventuell durch Wärme auftretende Längenunterschiede, die zu einer ungleichmäßigen
Oberflächenbehandlung führen würden, ausgeglichen werden, sind die Gegenelektroden bevorzugt
mit Federn verbunden. Das Außen- und das Innenrohr der Vorrichtung bestehen bevorzugt aus dem gleichen
dielektrischen Material, z. B. insbesondere aus Glas,
3» phenol- bzw. melaminharzgetränkten Papieren, glasfaserverstärkten
Epoxyd- oder Silikonharzen, Polyestern oder Polycarbonaten, die alle eine relativ
kratzfeste Oberfläche aufweisen und somit beispielsweise durch die genannten notwendigen Messerschnitte bei
Walzenwicklern nicht beschädigt werden. In Sonderfällen kann jedoch auch anstelle des mechanisch
formbeständigen äußeren Rohres ein elastisches Dielektrikum in Schlauchform verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Wirkungsweise wird nun anhand der folgenden Figuren
näher erläutert, ohne daß jedoch eine Einschränkung hierauf bestehen soll.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt gemäß Schnittlinie A-A der F \g.2.
Fig.2 stellt einen Schnitt in Achsrichtung durch die
erfindungsgemäße Apparatur dar.
F i g. 3,4 und 5 zeigen in perspektivischer Darstellung
Möglichkeiten der Elektrodenanordnung auf dem Innenrohr.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die erfindungsgemäße Coronaanlage im wesentlichen zunächst
aus einem als Elektrode fungierenden, gleichzeitig der Führung des zu behandelnden Substrates 5
dienenden, zylindrischen, aus dielektrischem Material bestehenden Walzenkörper W, der durch zwei ineinandergeschobene,
enggepaßte Rohre 5 und 6 gebildet wird, sowie einem draüber um den Drehpunkt D
schwenkbar angeordneten, die geerdeten Gegenelektroden 14 aufnehmenden Rahmen R. Beim Transport
do des Substrates 5 über den Walzenkörper W wird die
dem rotierenden Walzenkörper angewandte Oberfläche des Substrates S von der zwischen den Elektroden 7,
die sich zwischen den beiden ineinandergeschobenen Rohren 5 und 6 befinden, und den äußeren, geerdeten
h" Gegenelektroden 14 gezündeten, elektrischen Coronaentladung
behandelt.
Anhand des in Fig. 2 dargestellten Längsschnittes wird der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weiter verdeutlicht.
So besteht die Walzenelektrode aus einer feststehenden, in den Lagerarmen 2 gelagerten Achse 1. Auf der
Achse t sind im Abstand zwei in Kugellagern 3 um die Achse 1 rotierbar gelagerte zylindrische Abschlußstükke
4 aufgezogen, die ein aus einem dielektrischen Material bestehendes, zylindrisches Rohr 5 tragen. In
das Rohr 5 ist ein weiteres, ebenfalls aus dielektrischem Material bestehendes, zylindrisches Rohr 6 derartig eng
eingepaßt, daß beide Rohre innigen Kontakt am gesamten Umfang miteinander haben. Zwischen den
beiden Rohren 5 und 6 sind die Elektroden 7 in ihrem Querschnitt entsprechenden, in das Rohr 6 am gesamten
Umfang eingearbeiteten Nuten angeordnet. Über den segmentartig ausgestalteten Schleifring 8 sowie die
Zuleitung 9 werden die Elektroden 7, bevorzugt dünne metallische Drähte von etwa 0,2 bis 0,3 mm Dicke, von
einem Generator C mit einem hochfrequenten, im Transformator /"hochgespannten Wechselstrom beaufschlagt.
Gegen axiale Verschiebung ist der komplette Walzenkörper durch Spannringe 10 gesichert. Der
Schleifring 8 wird durch eine Feder 19 gegen die Elektroden gedrückt.
Da der Vorbehandlungsprozeß mit Wärmeentwicklung verbunden ist, wird zwecks kontrollierbarer
Temperaturführung der gesamten Einheit durch das Gebläse Vein gasförmiges Meium, im einfachsten Falle
Luft, durch die Achse 1 zugeführt, das durch die radialen Verteilerbohrungen 11 in die Walzenelektrode einströmt
und diese wiederum durch die in den Abschlußstücken 4 eingearbeiteten Bohrungen 12
verläßt. Die Temperierung für die Walzenelektrode kann gegebenenfalls noch durch Kombination mit
temperierbaren Stahl- oder Gummiwalzen, wie in F i g. 1 in Form der Walzen 13 angedeutet ist. verbessert
werden, zumal ja im Kontaktbereich keine elektrische -) Spannung mehr vorhanden ist. Ebenfalls praktikabel ist
auch eine Flüssigkeitsinnentemperierung mittels elektrisch nicht leitender Substanzen wie etwa destilliertem
Wasser, Transformatoren- oder Siiikonölen. Für diesen Fall müssen die Bohrungen 12 der Abschlußstücke
in verschlossen werden.
Über der beschriebenen Walzenelektrode ist die notwendige Gegenelektrode angeordnet. Es handelt
sich hierbei ebenfalls um dünne metallische Drähte 14, die zur Walzenelektrode einen Abstand von bevorzugt
ii etwa 1 bis 2mm aufweisen. In ihrer Lage zur
Walzenelektrode fixiert sind die Drähte 14 durch die dem Radius des Walzenkörpers angepaßten Segmentscheiben
15. Die Druckfedern 16 erzeugen die erforderliche Vorspannung und kompensieren die
wärmebedingten Längenausdehnungen und Durchhänge. Aufgehängt sind die Gegenelektroden in einem
Rahmenteil 17, der zwecks besseren Einführens des zu behandelnden Substrates um den Drehpunkt D
schwenkbar bzw. aufklappbar ist. Das Rahmenteil 18 r> dagegen ist fest mit der Achse I verbunden.
Welche Gestaltungsmöglichkeiten bei der Ausführung der Elektroden 7 auf dem Innenrohr 6 z. B.
gegeben sind, wird aus den F i g. 3, 4 und 5 deutlich. Während erstere Figur die technisch einfachste Version
so der Elektrodenanordnung auf dem Trägerzylinder 6 in achsparalleler Form wiedergibt, die repräsentieren die
F i g. 4 und 5 modifizierte Fertigungsbeispiele.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer Coronaentladung,
bestehend aus wenigstens einer Walzenelektrode (W), wenigstens einer dieser zugeordneten geerdeten
Gegenelektrode (14) sowie einem mit dieser Walzenelektrode f VV/über eine Zuleitung verbundenen
Generator (G) zur Erzeugung einer Wechselspannung, bevorzugt in hochfrequenter Form, wobei
die Walzenelektrode (W) aus einem äußeren (5) und einem darin anliegenden inneren (6) Rohr, beide aus
dielektrischem Material, zwischen denen sich eine Elektrode befindet, und aus zwei Abschlußstücken
zur zentrischen Lagerung der Walze besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode
aus mehreren auf dem gesamten Umfang der Oberfläche des Innenrohres verteilten, Spitzenentladungen
erzeugenden Einzelelektroden besteht, von denen jeweils eine Gruppe über einen Schleifkontakt
(8) und über die Zuleitung (9) mit dem Transformator (T)und Generator (G)\n Verbindung
steht und auf gleichem Potential liegt, und daß die geerdeten Gegenelektroden (14) in an sich bekann- ;s
ter Weise als Spitzenelektroden in Form von Kämmen, Messern, Zähnen, bevorzugt jedoch
dünnen Drähten, ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) dünne Drähte oder jo
Drahtgewebe sind, die auf dem Innenrohr (6) aufgeklebt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) dünne Drähte oder
Drahtgewebe sind, die in Nuten des Innenrohres (6) j5
eingelassen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) als gedruckte
Schaltungen ausgeführt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze in an sich
bekannter Weise auf einer Hohlachse gelagert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlachse (1) in an sich bekannter
Weise Bohrungen (11) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußstücke (4)
Bohrungen (12) aufweisen.
8. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden (14) in an sich bekannter Weise dem
Krümmungsradius der Walze entsprechend angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden π
(14) mit Federn (16) verbunden sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5, 6) in an
sich bekannter Weice aus dem gleichen dielektrischen Material bestehen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5, 6) aus Glas,
phenol-bzw. melaminharzgetränkten Papieren, glasfaserverstärkten Epoxyd- oder Silikonharzen, Polyestern
oder Polycarbonaten bestehen. b*>
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels
elektrischer Coronaentladung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung der genannten Art (DE-AS 17 79 023) ist der Hochspannungsgenerator
innerhalb der Walzenelektrode angeordnet, was zumal für leistungsstarke Generatoren große Walzenkörper
erfordert.
Eine andere bekannte Walzenelektrode (DE-GM 69 48 579) besteht aus einem Isolierstoffrohr, in dessen
Wandung eine als Elektrode dienende Metallfolie liegt. Auf das Isolierstoffrohr ist ein Mantel aus Polytetrafluorethylen
aufgeschrumpft.
Bei diesen bekannten Entladungen erfolgt die Entladung wie üblich zwischen einer Fläche und einer
Gegenelektrode. Die dabei erzielbare Energiedichte und der Wirkungsgrad sind zwangsläufig relativ gering.
Bei Anlagen für größere Behandlungsbreiten, wo aus konstruktiven Gründen, z. B. wegen der Durchbiegung
der Walzen, der Durchmesser der Walzenelektrode automatisch vergrößert werden muß, kristallisieren sich
die Nachteile der konventionellen Roll- oder Walzenelektrodcn sogar noch erheblich ungünstiger heraus. Zu
der wesentlich reduzierten Energiedichte kommt auch noch die Erhöhung der Masse der stromführenden Teile
und damit der elektrische Verlust durch Abstrahlung hinzu, obwohl nur ein geringer Bruchteil davon als
Entladefläche benötigt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, eine Coronaeinrichtung zu schaffen, die im Aufbau
technisch einfach ausgestattet ist, die schnell repariert werden kann, bei hohen Folienlaufgeschwindigkeiten
einsetzbar und mit der eine höhere Energiedichte für den Entladungsvorgang erzielbar ist.
Gegenstand eines älteren Vorschlages (DE-OS 26 43 772) ist zwar bereits eine Vorrichtung zur
Oberflächenbehandlung von Folien durch Coronaentladung mit einer drehbaren Walze, in deren Innerem
mehrere, beispielsweise drahtförmige Elektroden angeordnet sind, und einer geerdeten Gegenelektrode.
Darüber hinausgehend ist zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei einer
Vorrichtung der eingangs genannten Art die Elektrode aus mehreren auf dem gesamten Umfang der Oberfläche
des Innenrohres verteilten, Spitzenentladungen erzeugenden Einzelelektroden besteh;, von denen
jeweils eine Gruppe über einen Schleifkontakt (8) und über die Zuleitung (9) mit dem Transformator (T) und
Generator (G) in Verbindung steht und auf gleichem Potential liegt, und daß die geerdeten Gegenelektroden
(14) in an sich bekannter Weise als Spitzenelektroden in Form von Kämmen, Messern, Zähnen, bevorzugt
jedoch dünnen Drähten, ausgebildet sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine ideale Gestaltung von Elektroden und Gegenelektroden
in Form von scharfen Spitzen erreicht worden. Durch die drastische Verringerung der Kapazität der Elektroden
und der damit in Zusammenhang stehenden elektrischen Verluste auf ein Minimum wird eine extrem
hohe Energiedichte für den Entladungsvorgang erreicht, wie sie keines der bekannten Roll- oder Walzenelektrodensystem
nur annähernd ermöglichen kann. Dieser Vorteil bleibt in jedem Fall erhalten, auch wenn aus
gewissen konstruktiven Gründen heraus (größere Arbeitsbreite, Durchbiegung des Walzenkörpers usw.)
eine Vergrößerung des Durchmessers der Elektrodenwalze einmal notwendig wird, da die Dimensionen der
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