DE3640966A1

DE3640966A1 - Verfahren zur herstellung einer koronaelektrode

Info

Publication number: DE3640966A1
Application number: DE19863640966
Authority: DE
Inventors: Klaus Kalwar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-29
Filing date: 1986-11-29
Publication date: 1988-06-09
Also published as: JPS63143775A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung einer Koronaelektrode, wobei auf einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Kern eine dielektrische Beschichtung aufgebracht wird.

Es ist bekannt, daß die Adhäsion an Materialoberflächen durch Beaufschlagung mit einer Koronaentladung verbessert werden kann bzw. diese bei unpolaren Materialien überhaupt erst geschaffen werden kann.

Um eine derartige Oberflächenbehandlung mittels Koronaent ladung durchführen zu können, bedarf es einerseits einer elektrischen Energiequelle in Form eines mit Wechsel spannung arbeitenden, hochfrequenten Hochspannungsgene rators und einer davon gespeisten Koronaelektrode, die mit einem Dielektrikum versehen ist und an der die gewün schte Koronaentladung bei Betrieb des Generators entsteht.

Bei der Durchführung derartiger Oberflächenbehandlungen ist nach dem bislang bekannten Stand der Technik das Dielek trikum, welches für eine gleichmäßige Koronaausbildung von Bedeutung ist, eine Schwachstelle.

Die bei der Oberflächenbehandlung angewandte Koronaent ladung belastet das Dielektrikum im Dauerbetrieb, bedingt durch die Produktionsverfahren. Es hat sich gezeigt, daß je nach Dielektrikumsart ein zeitlich unterschiedlicher Verschleiß eintritt, der sich in jedem Falle aber uner wünscht rasch einstellt.

Als Ursachen hierfür sind folgende Faktoren anzusehen:

Aufgrund möglicher Porosität des Dielektrikums einerseits und aufgrund der Forderung nach kurzschlußsicherer Ausbil dung des Dielektrikums andererseits hat man bislang das Di elektrikum mit relativ großer Dicke ausgeführt, wodurch sich der Wirkungsgrad der Koronaelektroden erheblich ver schlechtert. Die damit verbundene Folge ist eine ungünstige, elektrische Korona-Wirkleistungsumsetzung pro Flächenein heit, verbunden mit geringen, erzielbaren Adhäsionswerten des behandelten Materials.

Dieses Manko ist nun nur mit großen Generatorleistungen und großen Gerätedimensionen auszugleichen, dies wiederum führt zu größeren Wärmeentwicklungen an den Koronaelektroden und entsprechendem Verschleiß.

Insgesamt verursachen der Verschleiß wie auch der schlechte Wirkungsgrad bei der Oberflächenbehandlung durch Koronaent ladung beträchtliche Kosten und Qualitätseinbrüche bei dem behandelten Material.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Koronaelektrode zu entwickeln, nach dem es möglich ist, Koronaelektroden mit geringer Verschleißanfälligkeit und hohem Wirkungsgrad zu fertigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den Kern eine Beschichtung aus überwiegend nichtoxy dischem Material aufgebracht wird.

Durch das Aufbringen einer derartigen Beschichtung wird es möglich, das Dielektrikum insgesamt dünn zu halten, gleichzeitig ergibt sich aber eine unporöse und dichte Beschichtung des Kernes, so daß selbst bei sehr dünnen Schichten und Punkt-Dauerbelastung mit einer hochfre quenten Hochspannung über mehrere Stunden eine durch schlagsichere lsolation möglich ist, wie einschlägige Versuche gezeigt haben. Die dielektrischen Eigenschaften der Beschichtung ändern sich bei Veränderung von Tempe ratur und Frequenz nicht wesentlich.

Bei nach dem Verfahren hergestellten Koronaelektroden wurde ferner beobachtet, daß die sogenannte Korona zündspannung erheblich geringer ist, womit auch der erreichte, bessere Wirkungsgrad erklärbar ist.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein formbares und gut wärmeleitfähiges Kernmaterial verwendet wird, welches nahezu den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie das für die Beschichtung verwandte Material be sitzt.

Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß die Beschichtung mit einer Mindestdichte von 95% der theo retischen Dichte aufgebracht wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird der Erfindungsge danke noch einmal ausführlich erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Hochspannungsgenerator für den Betrieb einer Koronaelektrode,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Koronaelektrode,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Koronaelek trode in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Koronaelektrode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Koronaelek trode.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Hochspannungs generator bezeichnet, der bei Betrieb über seine Anschlüsse 2 und 3 eine hochfrequente Hochspannung an eine in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Koronaelektrode abgeben kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Koronaelektrode ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 4 versehen.

Diese Koronaelektrode 4 besteht aus einem Kern 5 sowie einem Dielektrikum 6 in Form einer Beschichtung des Kernes 5.

Der Kern 5 besteht vorzugsweise aus einem formbaren Kern material, welches gut wärmeleitfähig ist und den nahezu gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie das Mate rial der Beschichtung aufweist. Vorzugsweise besteht der Kern 5 aus Graphit.

Das Dielektrikum 6 besteht überwiegend aus nichtoxydischem Material, bevorzugt aus einem keramischen Material wie Bornitrid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid, ebenso ist ein Gemisch der vorgenannten Materialien denkbar. Es ist allerdings auch ein Gemisch aus keramischen Materialien aus nichtoxydischen und oxydischen Anteilen denkbar.

Die Beschichtung des Kernes 5 erfolgt vorzugsweise mit einer Mindestdichte von 95% der theoretischen Dichte.

Der Kern 5 kann sowohl im PVD-Verfahren (Physical-Vapour- Disposition) wie auch im CVD-Verfahren (Chemical-Vapour- Disposition) beschichtet werden.

Ebenso ist es denkbar, die Beschichtung des Kernes 5 im Sinterverfahren oder durch chemisches Reaktionssintern durchzuführen.

Es kommt auch eine Beschichtung des Kernes 5 nach dem Plasma-Spritzverfahren in Frage.

Sofern für die Beschichtung ausschließlich Bornitrid ver wendet wird ist es vorteilhaft, Bornitrid in hexagonaler, anisotropischer Form zu verwenden.

Die Verwendung eines Kernmateriales, welches einerseits gut wärmeleitfähig ist und andererseits nahezu zu dem gleichen Temperaturausdehnungskoeffizient wie das für die Beschichtung verwendete Material besitzt, bietet den Vor teil, daß keine Dilaminationen in den Materialgrenzschich ten erfolgen. Somit wird eine elektrisch durchschlagsichere Koronaelektrode geschaffen.

Die Verwendung von Mischkeramik zur Beschichtung ermöglicht die Herstellung preiswerter Koronaelektroden in hoher Qualität.

Das Dielektrikum 6 der Koronaelektrode 4 besteht insgesamt aus einer relativ dünnen Schicht aus den oben erwähnten Materialien.

Bei anliegender Hochspannung an den Anschlüssen 7 der Koronaelektrode 4 sowie 8 einer als Walze ausgebildeten Gegenelektrode 9 entsteht zwischen der Koronaelektrode 4 und der Gegenelektrode 9 eine elektrische Koronaent ladung 10.

Fig. 2 zeigt deutlich, daß die Koronaelektrode 4 an der Stelle für die elektrische Kontaktkabel nicht mit einem Dielektrikum 6 versehen ist, so daß die Möglichkeit be steht, mehrere, derart ausgestalteter Koronaelektroden 4 kurzschlußsicher zusammenfügen zu können.

Fig. 3 macht deutlich, daß durch eine dünne Beschichtung des Elektrodenkernes 5 mit dem schon erwähnten Dielektri kum 6 die Möglichkeit besteht, die Entladungsstege 11 äußerst scharfkantig und somit wirkungsgraderhöhend ausbilden zu können. Die Koronaentladung 10 erfolgt hier gegen eine an Masse liegende Metallplatte 12.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Kern 5 der Koronaelektrode 4 mit einer in Richtung seiner Längsachse verlaufenden Kühlbohrung 13 versehen, deren Leibung wieder um mit einem Dielektrikum 6 beschichtet ist.

Die in Fig. 4 dargestellte Koronaelektrode 4 weist einen Hohlkern 5 auf, der in seinem lnneren vollständig und äußerlich teilweise mit einem Dielektrikum 6 beschichtet ist.

Eine Entlüftung dieser Koronaelektrode 4 ist in der gleichen Richtung möglich, in der sich die Koronaentladung 10 einstellt. Die Entlüftungsrichtung ist durch den Pfeil A in Fig. 4 gekennzeichnet.

Eine nur teilweise Aufbringung des Dielektrikums 6 im äußeren Bereich der Koronaelektröde ermöglicht es, im nichtbeschichteten Bereich beispielsweise ein Gewinde 14 an der Koronaelektrode 4 anzubringen.

In Fig. 5 ist eine Koronaelektrode 4 dargestellt, bei der ein innenliegender Elektrodenspalt, um 90° abgewinkelt, mit einem wiederum dünnen Dielektrikum 6 beschichtet ist. In diesem Elektrodenspalt kann z. B. ein Metalldraht 15 einer Koronaentladung 10 ausgesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Koronaelektrode, wobei auf einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Kern eine dielektrische Beschichtung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kern (5) eine Beschichtung aus überwiegend nichtoxydischem Material aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines formbaren und gut wärmleitfähigen Kernmateriales, welches den nahezu gleichen Tempera turausdehnungskoeffizienten wie das für die Beschich tung verwendete Material besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Beschichtung mit einer Mindest dichte von 95% der theoretischen Dichte auf den Kern (5) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Beschichtung des Kernes (5) im CVD-Verfahren (Chemical-Vapour-Disposition).

5. Verfähren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Beschichtung des Kernes (5) im PVD-Verfahren (Physical-Vapour-Disposition).

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Beschichtung des Kernes (5) durch Sintern oder chemisches Reaktionssintern.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Beschichtung des Kernes (5) nach dem Plasma-Spritzverfahren.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet, durch die Verwendung von keramischen Materialien wie Bornitrid, Siliziumnitrid oder Alu miniumnitrid zur Beschichtung des Kernes (5).

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von kera mischen Materialmischungen aus Bornitrid, Siliziumni trid oder Aluminiumnitrid zur Beschichtung des Kernes (5).

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von kera mischen Materialmischungen aus nichtoxydischen und oxydischen Anteilen zur Beschichtung des Kernes (5).

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bornitrid in hexagonaler, anisotropischer Form zur Beschichtung des Kernes (5).