DE3909761C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Corona-Behandlung von Werkstücken mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs.

Aus dem DE 88 07 090 U1 ist eine Corona-Behandlungsvorrichtung bekannt, die einen Generator zur Wechselstrom-Erzeugung, eine Entladevorrichtung mit zwei Elektroden und einen zwischengeschalteten Transformator aufweist. Der Generator ist lastgeführt und besitzt einen Wechselrichter mit einer Leistungsendstufe in Form einer Thyristor-Brückenschaltung mit mehreren Spulen. Die Leistungsendstufe bildet damit einen Teil des Lastschwingkreises. In Abhängigkeit vom Schwingverhalten des Lastschwingkreises zünden und verlöschen abwechselnd die Thyristorpaare. Die Wechselrichterfrequenz ist mit der Lastschwingkreisfrequenz direkt gekoppelt und kann nicht frei eingestellt werden. Für die Leistungsanpassung des Generators an unterschiedliche Elektroden ist ein geregeltes Netzteil erforderlich. Dies hat den Nachteil, daß die Leistungsanpassung über das Netzteil nur in engen Grenzen möglich ist. Variieren die Elektrodenlängen in größerem Maß, was beispielsweise beim Betrieb von Elektroden mit einer Vielzahl einzeln einstellbarer Segmente der Fall ist, ergeben sich erhebliche Anpassungsprobleme. Die Leistungsanpassung muß dann durch eine in Stufen veränderbare Spulenanzapfung im Primärkreis des Transformators vorgenommen werden. Dies ist zum einen umständlich und erlaubt zum anderen auch keine optimale Anpassung. Die richtige Einstellung kann außerdem erst am behandelten Werkstück festgestellt werden, was einen erheblichen Ausschuß verursacht und zeitlichen und wirtschaftlichen Verlust bedeutet. Ungünstig ist ferner, daß der vorbekannte Generator infolge der Einbeziehung seiner Leistungsendstufe in den Lastschwingkreis bei einem Kurzschluß in der Entladevorrichtung mit Durchschlag der Elektrodenisolierung durchzubrennen droht. Der Generator benötigt daher eine sehr schnell reagierende Abschaltsicherung. Im Betrieb entwickelt die bekannte Behandlungsvorrichtung außerdem unangenehme und das Maschinenumfeld störende Geräusche. Nachteilig ist nicht zuletzt eine durch die Spulen bedingte erhebliche Baugröße. Die vorbekannte Behandlungsvorrichtung wirft auch Probleme auf, wenn die Corona-Entladung am Werkstück zur Erzeugung behandlungsfreier Bereiche für Schweißkanten etc. kurzfristig unterbrochen werden soll. Dies ist nur durch Leistungsabschaltung möglich, was starke Stromstöße und unerwünschte Netzrückwirkungen zur Folge hat.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Corona-Behandlung von Werkstücken aufzuzeigen, die einen störungsfreien, wirtschaftlichen und leistungsfähigen Betrieb mit hoher Flexibilität gestatten.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Vorrichtungs- bzw. Verfahrenshauptanspruchs.

Die Erfindung sieht einen selbstgeführten Generator mit einer schwingkreisfreien Leistungsendstufe des Wechselrichters vor, die keine kapazitiven und induktiven Bauelemente besitzt, welche für eine Schwingungserzeugung verantwortlich wären. Die Leistungsendstufe wird durch einen beliebig einstellbaren Schwingungsgeber angesteuert. Der Generator ist damit in der Lage, über sein gesamtes Frequenzspektrum eine im wesentlichen konstante Leistung abzugeben, was eine optimale Leistungsanpassung ermöglicht.

In der Zuleitung vom Generator zum Transformator ist eine separate Spule in Reihe zur Primärspule des Transformators geschaltet. Die eigenständige, mit einem getrennten Eisenkern versehene Spule bildet zusammen mit dem Kondensator und dem ohmschen Widerstand, die beide von der sekundärseitigen Entladevorrichtung herübertransformiert sind, auf der Primärseite des Transformators einen Serienschwingkreis. Im Ersatzschaltbild entsprechen der ohmsche Widerstand der Entladevorrichtung der Corona-Entladung und der Kondensator den Elektroden, von denen eine elektrisch isoliert ist. Die erfindungsgemäße Leistungsendstufe ist an diesen Serienschwingkreis zwar angeschlossen, aber nicht in den Schwingkreis einbezogen. Die Wechselrichterfrequenz kann daher gegenüber dem Serienschwingkreis beliebig verändert werden.

Die an den primärseitigen Serienschwingkreis abgegebene elektrische Leistung wird mit einem sehr hohen Wirkungsgrad an die sekundärseitige Entladevorrichtung übertragen. Zur Leistungsanpassung der Entladevorrichtung braucht der Generator ausgangsseitig daher nur gegenüber dem Serienschwingkreis eingestellt zu werden. Die abgegebene Leistung ist dabei direkt vom Verhältnis der generatorseitig erzeugten Wechselstromfrequenz zur Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises abhängig. Auf diese Weise läßt sich durch einfache Frequenzänderung und Einstellung des Schwingungsgebers die Leistungsabgabe über das gesamte Frequenzspektrum beeinflussen und eine optimale Leistungsanpassung realisieren. Eine Veränderung der Spulenanzapfung des Transformators ist nicht mehr erforderlich.

Einer genauen Kenntnis der je nach Elektrodeneinstellung anderen Größe der kapazitiven und ohmschen Anteile des Lastwiderstands sowie der daraus sich ergebenden Resonanzfrequenz bedarf es nicht. Gleiches gilt für die Kapazitätsänderung durch unterschiedliche Elektrodenisolierungen. Vielmehr erlaubt die Erfindung auf einfache Weise durch Leistungsmessung und eine entsprechende Regelung der Wechselrichterfrequenz die Anpassung zu kontrollieren. Dies kann im einfachsten Fall von Hand erfolgen.

Auf besonders komfortable Weise geschieht dies automatisch über eine Leistungs- und Frequenzregelschaltung, die die elektrische Leistung vorzugsweise im Gleichstromkreis des Generators mißt, einen Soll-Istwert-Vergleich durchführt und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis den Schwingungsgeber einstellt. Die Elektroden bestimmen selbst die maximal übertragbare Leistung. Der Generator regelt sich innerhalb des derart vorgegebenen Leistungsbereichs selbst auf die gewählte Leistung ein. Hierbei werden Schwankungen oder örtlich bedingte Unterschiede in der Netzspannung automatisch kompensiert. Außerdem erlaubt die Erfindung die Verwendung eines einfachen ungeregelten Netzgerätes.

Der erfindungsgemäße Generator kann durch Kurzschlüsse an der Entladevorrichtung, die durch einen Defekt des Dielektrikums hervorgerufen werden, nicht zerstört werden. Es bedarf daher auch keiner Kurzschluß-Überwachungsvorrichtungen mit Notabschaltung. Zur Vermeidung von Ausschuß bei gestörter Corona-Entladung ist lediglich eine Spannungsmessung im Sekundärkreis des Transformators vorgesehen, die die Behandlungsvorrichtung abschaltet.

Die Erfindung sieht vor, die Behandlungsvorrichtung im sogenannten induktiven Bereich, also oberhalb der Resonanzfrequenz des primärseitigen Serienschwingkreises zu betreiben. Der Generator läuft damit immer im Bereich induktiver Blindleistungsabgabe. Der Generator selbst kann nicht überlastet werden. Auch eine Überlastung kleiner Elektroden durch zu hohe Leistung ist ausgeschlossen.

Außerdem ist es möglich, die Behandlungsvorrichtung und besonders den Generator selbsttätig und mit ausreichender Sicherheit starten zu lassen. Durch eine Anlaufschaltung erzeugt der Wechselrichter anfangs eine sehr hohe Startfrequenz, die oberhalb der maximal nutzbaren Arbeitsfrequenz für die Corona-Behandlung liegt und bewegt sich dann in den Arbeitsbereich hinein. Unter den momentanen technischen Gegebenheiten liegt die maximale Arbeitsfrequenz bei ca. 70 kHz, während für die Startfrequenz 80 kHz vorgesehen sind. Mit der technischen Weiterentwicklung können sich diese Werte ändern. Nach dem Anlaufen setzt die leistungsgeführte automatische Frequenzänderung ein und stellt den Generator auf die Soll-Leistung ein.

Die gleiche Technik läßt sich im umgekehrten Sinne zur einfachen und schnellen Unterbrechung der Corona-Behandlung einsetzen. Hierzu wird lediglich die Wechselrichterfrequenz zeitweise über die besagte maximale Arbeitsfrequenz erhöht und anschließend wieder in den Arbeitsbereich reduziert. Es kommt hierbei nicht zu einer Leistungsabschaltung und auch Stromstöße sowie Netzrückwirkungen werden vermieden.

In der konstruktiven Gestaltung können die Leistungsendstufe des Wechselrichters und der zugehörige Schwingungsgeber unterschiedlich ausgebildet sein. Als Leistungsendstufe können beispielsweise Elektronenröhren fungieren.

Als schwingkreisfreie Leistungsendstufe bieten sich vor allem Halbleiterschaltungen an. Unter anderem kommen löschbare Thyristoren (GTO′s), bipolare Transistoren oder dgl. in Betracht. Als Optimum unter den zur Zeit verfügbaren Bauelementen haben sich Leistungs-MOS-FETs herausgestellt, mit denen hohe Leistungen in Verbindung mit einem sehr breiten und vor allem hohen Frequenzspektrum von weniger als 10 kHz bis über 80 kHz erzielbar sind. Bei MOS-FETs lassen sich auch Frequenz und Leistung unabhängig voneinander verändern. Thyristoren sind demgegenüber durch begrenzte Leistung und Frequenzabhängigkeit der Leistung etwas im Nachteil.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Leistungsendstufe mit nur einem MOS-FET auskommen. Aus Steuerungsgründen empfiehlt sich jedoch eine Brückenschaltung mit mindestens zwei, besser noch vier MOS-FETs. Zur Leistungssteigerung lassen sich die MOS-FETs in den Brückenzweigen auch parallel schalten. Dank ihres mit der Temperatur steigenden Innenwiderstandes regelt sich die Stromverteilung hierbei selbst, so daß die Parallelschaltung überlastsicher ist und auch eine Anordnung von mehr als zwei parallelen MOS-FETs erlaubt.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Sie betreffen insbesondere die Schaltungsanordnungen zur Realisierung der erfindungsgemäßen Anlauf-, Unterbrechungs- und Betriebscharakteristik. Bei der Auslegung der separaten Spule ist weiterhin eine Induktivitätsanpassung vorgesehen, die für eine Störunterdrückung sorgt. Sie stellt sicher, daß bei allen zum Betrieb vorgesehenen Elektroden die Schwingungen im System über der Hörschwelle liegen. Zur Vermeidung von Störungen in der Leitung vom Generator zum Transformator empfiehlt es sich ferner, die separate Spule in unmittelbarer Nähe zur Primärspule und vorzugsweise im Transformatorgehäuse anzuordnen.

Der erfindungsgemäße Generator kann unter Ausnutzung der genannten Vorteile mit allen Arten und Größen von Corona- Entladungsvorrichtungen betrieben werden. In seinem breiten Leistungsspektrum läßt er sich mit Erfolg für beliebige Formen und Materialien von Werkstücken einsetzen, soweit diese überhaupt für eine Corona-Behandlung geeignet sind.

Die Erfindung ist in der Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild der Corona-Behandlungsvorrichtung, bestehend aus Generator, Transformator und Entladevorrichtung,

Fig. 2: ein Blockschaltbild des Generators mit dem angeschlossenen Serienschwingkreis,

Fig. 3: eine Schaltungsanordnung der Leistungsendstufe des Wechselrichters mit vier MOS-FETs in Brückenschaltung,

Fig. 4: eine Variante zur Schaltungsanordnung nach Fig. 3 mit einer ausschnittsweisen Darstellung einer Parallelschaltung zweier MOS-FETs,

Fig. 5: ein Blockschaltbild der Leistungs- und Frequenzregelschaltung im Generator,

Fig. 6: eine Einzeldarstellung der Anlaufschaltung,

Fig. 7: eine Einzeldarstellung der Unterbrecherschaltung und

Fig. 8: eine Diagrammdarstellung des Strom- und Leistungsverlaufs als Funktion der Frequenz im primärseitigen Serienschwingkreis.

Fig. 1 zeigt die Corona-Behandlungsvorrichtung in der Übersicht. Sie besteht aus einem Generator 4, der einen hochfrequenten Wechselstrom variabler Frequenz erzeugt, einem zwischengeschalteten Transformator 5 und einer Entladevorrichtung 1. Die Entladevorrichtung weist eine isolierte Elektrode 2 und eine "nackte" Elektrode 3 auf, zwischen denen das Werkstück hindurchgeführt und einer Corona-Entladung ausgesetzt wird. In Fig. 1 ist eine Entladevorrichtung 1 für die Behandlung von Kunststoffolien dargestellt. Alternativ kann auch eine anders gestaltete und für andere Werkstückformen, etwa Becher, Tuben, Platten, etc. angepaßte Entladevorrichtung zum Einsatz kommen.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die isolierte Elektrode aus einer Walze 2 mit einem dielektrischen Überzug, z.B. aus Kunststoff oder Keramik. Die Folie wird über die Walze 2 geführt. Die Gegenelektrode 3 ist "nackt" und vorzugsweise stangenförmig ausgebildet. Sie kann aus einer durchgehenden Stange oder aus einer Reihe mehrerer nebeneinander angeordneter Segmente bestehen, die einzeln aus einer Ruhe- in die Arbeitsstellung bewegbar sind. Mit einer solchen Elektrode können Behandlungsstreifen erzeugt werden. Die beiden Elektroden 2 und 3 sind an die Sekundärspule 13 des Transformators 5 angeschlossen. Wird die Entladevorrichtung 1 vom Generator 4 mit Wechselstrom beaufschlagt, entsteht zwischen der Elektrode 3 und dem Werkstück die Corona-Entladung. Im Ersatzschaltbild von Fig. 2 stellen sich die Corona-Entladung als ohmscher Serienwiderstand 15 und die Elektrodenanordnung 2, 3 als Kondensator 16 dar. Die elektrische Wirkleistung wird im wesentlichen in der Corona-Entladung verbraucht.

Zwischen dem Generator 4 und der Entladevorrichtung 1 ist der besagte Transformator 5 geschaltet, dessen Zuleitung primärseitig mit den Generatorausgangsklemmen 22 verbunden ist und der sekundärseitig an die Entladevorrichtung 1 angeschlossen ist. Im Primärkreis befindet sich noch eine zusätzliche, in Serie geschaltete Spule 14, die in unmittelbarer Nähe der Primärspule 12 im Generatorgehäuse untergebracht ist. Die beiden Spulen 12 und 14 besitzen getrennte Ferritkerne.

Auf der Primärseite entsteht in der Zuleitung zum Transformator 5 ein Serienschwingkreis, der in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Er besteht aus den gegenständlichen Spulen 12 und 14 sowie einem Kondensator 16 und einem ohmschen Reihenwiderstand 15, die beide vom Sekundärkreis im Übertragungsverhältnis herübertransformiert sind. Der Generator 4 sieht sich für die Regelung der Leistung und der Wechselstromfrequenz dem Serienschwingkreis gegenüber, wobei sich die Einstellungen in gleicher Weise auf die sekundärseitige Entladevorrichtung und deren Resonanzkreis auswirken.

Der Generator 4 weist ein Netzteil 6 in Form eines einfachen ungeregelten Brückengleichrichters auf, das den von einem Drei-Phasen-Netz eingespeisten Wechselstrom gleichrichtet. Der Gleichstrom wird den Speiseklemmen der Leistungsendstufe 7 eines Wechselrichters zugeführt, die - von einem Schwingungsgeber 9 angetrieben - eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt und an den Klemmen 22 abgibt. Wie Fig. 3 verdeutlicht, besteht die Leistungsendstufe 7 aus einer Brückenschaltung von vier oder mehr Leistungs-MOS-FETs 17, 18, 19, 20. Parallel zu den MOS-FETs 17, 18, 19, 20 ist jeweils eine Rücklauf-Diode geschaltet. Ausgangsseitig ist die Brückenschaltung an den Generatorausgangsklemmen 22 angeschlossen.

Die Ansteuerungen 21 der MOS-FETs 17, 18, 19, 20 sind mit einem steuerbaren Schwingungsgeber 9 verbunden. Dieser weist einen Oszillator mit einem nachgeschalteten Phasensteller 10 zur Aufteilung der Ansteuerphasen und einer entsprechenden Treiberschaltung für die MOS-FETs auf. Die Treiberschaltung ist so ausgelegt, daß die MOS-FETs in der kürzestmöglichen Zeit voll leitend werden. Sie liefert eine Anstiegszeit von weniger als 500 ns. An den Ansteuerungen 21 und den Generatorausgangsklemmen 22 steht damit im wesentlichen eine Rechteck-Spannung an. Die Ausgangsleistung der MOS-FETs im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt jeweils 7,5 kW. In der Brückenschaltung werden die MOS-FETs kreuzweise beaufschlagt, indem nacheinander mit der vom Oszillator vorgegebenen Frequenz die MOS-FET-Paare 17, 20 und 18, 19 angesteuert werden.

Zur Erhöhung der Generatorausgangsleistung auf 50 kW oder mehr können innerhalb der Brücke an den vier Stellen jeweils zwei oder mehr MOS-FETs parallel geschaltet werden. Fig. 4 gibt eine solche Variante im Ausschnitt wieder, wobei zwei MOS-FETs 19 und 19′ mit einer gemeinsamen Ansteuerung 21 parallel geschaltet sind.

Die Leistungsendstufe 7 des Wechselrichters ist schwingkreisfrei und weist keine kapazitiven und induktiven Bauteile auf. Sie unterliegt damit intern keiner Resonanzbeeinflussung und kann über das gesamte Frequenzspektrum eine konstante Ausgangsleistung liefern. Die gezeigte Leistungsendstufe 7 bietet ein extrem breites Frequenzspektrum, das nach oben bis ca. 80 kHz reicht.

Die am Generator 4 vom Serienschwingkreis aufgenommene elektrische Leistung wird mit einem sehr hohen Wirkungsgrad in die Entladungsvorrichtung 1 übertragen. Für die Einstellung einer bestimmten Leistung an der Entladevorrichtung 1 genügt es daher, die Leistungsübertragung zwischen dem Generator 4 und an den Generatorausgangsklemmen 22 angeschlossenen Serienschwingkreis zu betrachten. Wie Fig. 8 verdeutlicht, hängt die übertragbare Leistung direkt vom Verhältnis der frei einstellbaren Wechselrichterfrequenz zur Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises ab. Die Einstellung einer bestimmten Wechselrichterfrequenz bewirkt die Einstellung einer bestimmten Leistung. Dies kann von Hand und nach empirischen Werten geschehen.

Der Generator 4 kann mit unterschiedlichsten Arten von Entladevorrichtungen 1 betrieben werden. Auch bei der gezeigten Ausführungsform sind es unterschiedliche Längen der Elektroden 2, 3 möglich. In Abhängigkeit hiervon ändern sich die ohmschen und kapazitiven Widerstände 15 und 16. Das gleiche ist auch bei einer aus mehreren Segmenten bestehenden Elektrode 3 der Fall, wenn die Zahl der in Arbeitsstellung befindlichen Segmente verändert wird. Mit den Widerständen ändert sich auch die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises auf der Primärseite des Transformators 5. Zur Übertragung einer bestimmten Leistung bedarf es dann einer Anpassung der vom Wechselrichter erzeugten Wechselstromfrequenz an das neue Schwingkreisverhalten. Mit jeder Änderung der Elektroden 2, 3 ist diese Anpassung der Frequenz und der übertragenen Leistung neu vorzunehmen.

Für eine schnelle, genaue und automatische Anpassung besitzt der Generator 4 eine Leistungs- und Frequenzregelschaltung 8 (vgl. Fig. 1), die auf den Gleichstromkreis vom Netzgerät 6 zur Leistungsendstufe 7 geschaltet und mit dem Schwingungsgeber 9 verbunden ist. Sie führt einen Vergleich von Ist- und Soll-Wert der elektrischen Leistung durch und regelt in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Wechselrichterfrequenz.

Die Leistungs- und Frequenzregelschaltung 8 besteht aus einem Multiplizierer 23, einer Vergleichsschaltung 24, einer Anlaufschaltung 25 und einer Unterbrecherschaltung 26 (vgl. Fig. 5). Der Multiplizierer 23 ist an die Versorgungs-Gleichspannung und an einen Meßwiderstand angeschlossen und mißt die Spannung und den im Gleichstromkreis fließenden Strom. Er bildet aus den beiden Werten ein die elektrische Ist-Leistung repräsentierendes Produkt, das an der Leistungsanzeige 11 abgelesen werden kann, und gibt ein entsprechendes analoges Spannungssignal an die Vergleichsschaltung 24. Der Multiplizierer 23 arbeitet nach der Gilbert′s linearised transconductans technique und weist im Gegensatz zu anderen Multiplizierern keine externen Einstellvorrichtungen auf. Die Wiederhol- und Rechengenauigkeit ist daher extrem hoch.

Die gewünschte Leistung des Generators 4 wird an einem Sollwertgeber 27 eingestellt. Die Vergleichsschaltung 24 besitzt einen Komparator, in dem das Multiplizierersignal für die gemessene elektrische Ist-Leistung mit dem Sollwert verglichen wird. Dem Komparator sind ein Integrator und eine Diode nachgeschaltet. Die Vergleichsschaltung 24 gibt in Abhängigkeit von der Ist-Sollwert-Differenz ein Spannungssignal an den Schwingungsgeber 9 ab, der entsprechend die Wechselrichterfrequenz erhöht oder erniedrigt. An einer Anzeige 11 kann die Ist-Leistung abgelesen werden.

Ferner ist eine Anlaufschaltung 25 (vgl. Fig. 6) vorgesehen, die beim Einschalten des Generators 4 die Vergleichsschaltung 24 kurzfristig überlagert und den Oszillator auf eine hohe Wechselrichterfrequenz einstellt. Die Anlaufschaltung 25 ist an eine eigene Gleichstromversorgung angeschlossen und besteht aus einem Kondensator, einem Serienwiderstand sowie einer hierzu parallel geschalteten Diode. Beim Einschalten ist der Kondensator entladen, so daß am Oszillator die Speisespannung von beispielsweise 10 V ansteht. Diese bewirkt die Einstellung einer Wechselrichterfrequenz von ca. 80 kHz. Mit der zunehmenden Aufladung des Kondensators sinken die Einstellspannung und die Wechselrichterfrequenz. Die maximale Arbeitsfrequenz, bei der die Corona-Behandlung wirksam einsetzt, liegt bei ca. 70 kHz. Sobald die Wechselrichterfrequenz diesen Wert unterschreitet, nimmt die Entladevorrichtung 1 Leistung vom Generator 4 auf, so daß der Multiplizierer 23 und die Vergleichsschaltung 24 einsetzen und die Frequenzregelung übernehmen. Die Anlaufschaltung 25 wird bei aufgeladenem Kondensator unwirksam.

Die Leistungs- und Frequenzregelschaltung 8 reagiert auf Leistungsänderungen an der Entladevorrichtung 1, die sich als im wesentlichen gleiche Leistungsänderungen im Gleichstromkreis des Generators 4 niederschlagen und vom Multiplizierer 23 und der Vergleichsschaltung 24 gemessen und ausgewertet werden. Wie Fig. 8 verdeutlicht, bewegt sich die Wechselrichterfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz des angeschlossenen Serienschwingkreises im sogenannten induktiven Bereich. Durch den Start bei einer sehr hohen Wechselrichterfrequenz steigt die übertragene elektrische Leistung mit sinkender Wechselrichterfrequenz an. Solange der Leistungs-Ist-Wert zu gering ist, wird kontinuierlich am Oszillator die Wechselrichterfrequenz verringert, bis Soll- und Istwert übereinstimmen. Ist einmal der Soll-Wert höher, wird umgekehrt die Wechselrichterfrequenz erhöht, um die Leistungsdifferenz auszuregeln. Bei Anschluß anderer Elektroden 2, 3 oder der Umstellung auf eine Segmentelektrode 3 wird auf diese Weise automatisch die Wechselrichterfrequenz an das neue Übertragungsverhalten und die neue Resonanzfrequenz angepaßt und die eingestellte Leistung übertragen.

Die maximal übertragbare Leistung wird durch die Elektroden 2, 3 über ihre jeweiligen kapazitiven und ohmschen Widerstände bestimmt und begrenzt. Die Leistungsregelung am Generator 4 bewegt sich in diesem elektrodenseitig vorgegebenen Leistungsbereich. Die eingestellte Generatorleistung liegt außerdem immer unter der bei der Resonanzfrequenz übertragenen maximalen Leistung. Der Generator 4 fährt damit stets im Unterlastbereich. Andererseits wird bei kleinen ohmschen und kapazitiven Lasten, z. B. einer Segmentelektrode mit wenigen Segmenten in Arbeitsstellung, die Ausgangsleistung automatisch begrenzt, da volle Resonanz nicht erreicht werden kann. Auf diese Weise werden Beschädigungen an den Elektroden durch zu hohe Leistung pro Elektrodenfläche und daraus resultierende Überhitzung vermieden.

Am Werkstück, insbesondere Kunststoffolien, sollen manchmal Bereiche unbehandelt bleiben, was beispielsweise für spätere Schweißstellen sinnvoll ist. Mit der gezeigten Behandlungsvorrichtung wird hierzu die Corona-Behandlung kurzzeitig unterbrochen. Zu diesem Zweck ist die Unterbrecherschaltung 26 gemäß Fig. 7 vorgesehen. Sie beinhaltet zwei von der Maschinensteuerung beaufschlagte elektronische Umschalter. Der eine ist zwischen dem Soll-Wertgeber 27 und der Vergleichsschaltung 24 und der andere zwischen der Vergleichsschaltung 24 und dem Schwingungsgeber 9 angeordnet.

Fig. 7 zeigt die Schalterstellung für eine Behandlungsunterbrechung. Der obere Umschalter unterbricht dann die Verbindung zwischen dem Schwingungsgeber 9 und der Vergleichsschaltung 24 und legt den Oszillator des Schwingungsgebers 9 an die vorerwähnte Gleichstromversorgung der Anlaufschaltung 25. Der andere Umschalter trennt ebenfalls seine eingangs genannte Verbindung und legt die Vergleichsschaltung 24 auf Masse. Am Oszillator steht damit ein Spannungssignal zur Einstellung einer hohen Wechselrichterfrequenz an. Diese Frequenz liegt mit ca. 80 kHz oberhalb der maximalen Arbeitsfrequenz von ca. 70 kHz, so daß die Corona-Behandlung aussetzt. Auf ein zweites Schaltsignal der Maschinensteuerung werden die Umschalter zurückgesetzt und der Multiplizierer 23 und die Vergleichsschaltung 24 übernehmen wieder die Leistungs- und Frequenzanpassung. Um das Wiedereinsetzen der Corona-Behandlung zu beschleunigen, kann zusätzlich eine Speicherschaltung vorgesehen sein, die den vor der Unterbrechung eingestellten Wechselrichter-Frequenzwert bzw. den Wert der Einstellspannung am Oszillator festhält. Auf das zweite Schaltsignal der Maschinensteuerung wird die gespeicherte Frequenz sofort wieder eingestellt, wobei die Leistungs- und Frequenzregelung erst anschließend einsetzt.

Der Generator 4 hat einen breiten Frequenzbereich, der sich bis unterhalb von 10 kHz erstreckt. In diesem Bereich wären die Schwingungen an der Entladungsstelle und im Generator hörbar. Um dies zu verhindern, ist die Induktivität der separaten Spule 14 auf die für den Betrieb vorgesehene größte Elektrodenlänge abgestimmt. Je länger die Elektroden 2, 3 sind, desto höher ist der kapazitive Anteil des Lastwiderstands und desto niedriger ist die Resonanzfrequenz. Sie kann durch eine Induktivitätsverringerung zu höheren Frequenzen verschoben werden. Die Induktivität der Spule 14 ist so niedrig, daß für diese maximale Elektrodenlänge die Resonanzfrequenz gleich oder größer 19 kHz ist. Nachdem die Wechselrichterfrequenz ohnehin stets höher als die Resonanzfrequenz ist, sind bei der Corona-Behandlung keine Schwingungen hörbar.

Um eine Übertragung von elektrischen Sörschwingungen aus dem Primärkreis des Transformators zu verhindern, ist die zusätzliche Spule 14 in unmittelbarer Nähe der Primärspule 12 angeordnet.

Stückliste

 1 Entladevorrichtung
 2 Elektrode, Walze
 3 Elektrode, Stange
 4 Generator
 5 Transformator
 6 Netzteil mit Gleichrichter
 7 Leistungsendstufe
 8 Leistungs- und Frequenzregelschaltung
 9 Schwingungsgeber
10 Phasensteller
11 Leistungs-Anzeige
12 Spule, Primärspule
13 Spule, Sekundärspule
14 Spule, Drossel
15 Widerstand, Corona-Entladung
16 Kondensator, dielektrischer Überzug
17 MOS-FET
18 MOS-FET
19 MOS-FET
19′ MOS-FET
20 MOS-FET
21 Ansteuerung
22 Generatorausgangsklemmen
23 Multiplizierer
24 Vergleichsschaltung
25 Anlaufschaltung
26 Unterbrecherschaltung
27 Soll-Wertsteller

Claims (13)

1. Verfahren zur Corona-Behandlung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb die an einem Generator abgenommene elektrische Leistung gemessen und mit einem eingestellten Soll-Wert verglichen wird, und daß in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Freqenz des vom Generator erzeugten Wechselstroms zur Leistungsanpassung verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Corona-Behandlung vom Generator ein Wechselstrom mit einer hohen Startfrequenz erzeugt wird, die oberhalb der maximalen Arbeitsfrequenz für die Corona-Behandlung liegt, und daß die Startfrequenz reduziert wird, bis die gemessene elektrische Leistung mit der Soll-Leistung übereinstimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Unterbrechung der Corona-Behandlung die Frequenz des Wechselstroms über die maximale Arbeitsfrequenz für die Corona-Behandlung hinaus erhöht und danach wieder in den Behandlungsbereich reduziert wird.

4. Vorrichtung zur Corona-Behandlung von Werkstücken, bestehend aus einem Generator, der einen Wechselstrom erzeugt, einer Entladevorrichtung mit zwei Elektroden und einem zwischengeschalteten Transformator, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4) einen Wechselrichter mit einer schwingkreisfreien Leistungsendstufe (7) sowie einen steuerbaren Schwingungsgeber (9) aufweist, und daß in der Zuleitung zum Transformator (5) eine separate Spule (14) in Reihe mit der Primärspule (12) geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (7) eine Halbleiterschaltung aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (7) mindestens zwei MOS-FETs (17, 18, 19, 20) in Brückenschaltung aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Brückenzweig zwei oder mehr MOS-FETs (19, 19′) parallel geschaltet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4) eine Leistungs- und Frequenzregelschaltung (8) aufweist, die ausgangsseitig mit dem Schwingungsgeber (9) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- und Frequenzregelschaltung (8) einen Multiplizierer (23) als Leistungsmesser im Gleichstromkreis des Generators (4) aufweist, der mit einer Vergleichsschaltung (24) verbunden ist, die ausgangsseitig ein Stellsignal für den Schwingungsgeber (9) abgibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingungsgeber (9) eine Anlaufschaltung (25) zugeordnet ist, die beim Einschalten des Generators (4) ein Stellsignal zur Erzeugung einer hohen Startfrequenz abgibt, die oberhalb der maximalen Arbeitsfrequenz für die Corona-Behandlung liegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwingungsgeber (9) eine Unterbrechungsschaltung (26) zugeordnet ist, die zeitweise ein Stellsignal zur Erzeugung einer hohen Wechselstromfrequenz abgibt, die oberhalb der maximalen Arbeitsfrequenz für die Corona-Behandlung liegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Spule (14) im Gehäuse des Transformators (5) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (14) auf die maximale Größe der Elektroden (2, 3) abgestimmt ist, wobei der im Ersatzschaltbild durch den transformierten Kondensator (16) und Widerstand (15) gebildete primärseitige Serienschwingkreis eine Resonanzfrequenz von größer oder gleich 19 kHz aufweist.