DE102009006484A1 - Device for modifying the surfaces of sheet, plate and sheet goods with a device for generating a plasma - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, eine Vorrichtung zum Modifizieren der Oberflächen von Bahnen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zu verbessern, insbesondere dafür zu sorgen, dass ein gleichmäßiges Plasma entsteht. Die Erfindung schlägt dazu vor, die Kanten (4, 5) der Elektrode (1) zu runden, so dass die Strömung in diesem Bereich nicht turbulent wird. Außerdem wird der Medienstrom durch die hohl ausgeführte Elektrode (1) geführt, was deren Kühlung bewirkt. Die Gegenelektrode (8) ist vorzugsweise in der hohl ausgeführten Elektrode (1) angeordnet.The invention is based on the object to improve a device for modifying the surfaces of webs with a device for generating a plasma, in particular to ensure that a uniform plasma is formed. The invention proposes to round the edges (4, 5) of the electrode (1) so that the flow in this region does not become turbulent. In addition, the media flow through the hollow electrode (1) is guided, which causes their cooling. The counter electrode (8) is preferably arranged in the hollow electrode (1).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Modifizieren der Oberflächen von Bahn-, Platten- und Bogenware mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas mit Hilfe einer Corona- oder Barriereentladung bei Atmosphärendruck, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung mit einer Elektrode und einer Gegenelektrode versehen ist, wobei wenigstens eine der Elektroden aus einem Hohlkörper aus leitfähigem Material besteht, die wenigstens eine Kammer einschließt, die über einen Anschluss zum Einleiten eines gasförmigen Mediums in die Kammer verfügt und die an der der Ware zugewandten Seite mit wenigstens einer Reihe von nebeneinander liegenden Austrittsöffnungen für das Medium versehen ist, und mit einer Transporteinrichtung, um die Ware in einer quer zur Reihe der Austrittsöffnungen liegenden Bewegungsrichtung an der aus einem Hohlkörper bestehenden Elektrode vorbeizuführen.The The invention relates to a device for modifying the Surfaces of sheet, plate and sheet goods with a Device for generating a plasma by means of a corona or Barrier discharge at atmospheric pressure, wherein the plasma generating device is provided with an electrode and a counter electrode, wherein at least one of the electrodes from a hollow body Conductive material is made, the at least one chamber includes, via a port for initiating a gaseous medium in the chamber has and at the goods facing side with at least one row from adjacent outlet openings for the medium is provided, and with a transport device to the goods in a transverse to the row of the outlet openings lying movement direction of the from a hollow body pass by existing electrode.
Eine
solche Vorrichtung ist in der
Grundsätzlich ist es bekannt, dass in Corona- oder Barriereentladungen auch bei Atmosphärendruck Plasmen entstehen. Die in die Entladungszone eingebrachten Gase bestimmen dabei die Eigenschaften der jeweils entstehenden Plasmen. Im Allgemeinen wird die Entladung einfach an Luft durchgeführt und z. B. zur chemischen Modifizierung von Oberflächen in einem trockenen Prozess verwendet. Bei der Behandlung von Bahn-, Platten- oder Bogenware in einem kontinuierlichen Prozess in Luftatmosphäre ist da bei auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten keine spezielle Schleusentechnik nötig.in principle It is known that in corona or barrier discharges also at Atmospheric pressure plasmas arise. The in the discharge zone introduced gases determine the properties of each resulting plasmas. In general, the discharge becomes easy carried out in air and z. B. for the chemical modification of Surfaces used in a dry process. In the Treatment of sheet, plate or sheet goods in a continuous Process in air atmosphere is there even at high web speeds no special lock technology necessary.
Wenn allerdings eine von Luft abweichende Gaszusammensetzung verwendet werden soll, muss diese durch geeignete Maßnahmen im Entladungsbereich eingestellt werden. Dazu bedarf es in kontinuierlichen Prozessen einer entsprechenden Schleusentechnologie und einer Zuführung für die erwünschten Medien in den Entladungsbereich.If however, uses an off-gas composition should be, by appropriate measures in the discharge area be set. This requires continuous processes a corresponding lock technology and a feeder for the desired media in the discharge area.
Zur
Zuführung von Gasen in den Entladungsbereich sind verschiedene
Konzepte möglich. In der
In
der
Nachteil dieser Verfahren ist die indirekte Zufuhr der Gase in den Entladungsraum, die vor allem im kontinuierlichen Betrieb einen sehr hohen Gasverbrauch erfordert, um die erwünschte Gaszusammensetzung im Entladungsbereich zu erzielen. Bereits bei der Verwendung etwas dickerer poröser Materialien wie Textilien wird mit den beschriebenen Verfahren keine ausreichende Gasdurchmischung im Material erreicht, so dass ein sehr ungleichmäßiges Plasma entsteht. Das Gleiche gilt für höhere Bahngeschwindigkeiten, bei denen ein Luftkissen über dem Mate rial entsteht, so dass auch mit sehr aufwändigen Schleusensystemen Luftanteile in den Entladungsbereich eingebracht werden.disadvantage this method is the indirect supply of the gases into the discharge space, especially in continuous operation a very high gas consumption requires the desired gas composition in the discharge area to achieve. Already when using something thicker porous Materials like textiles do not become with the procedures described sufficient gas mixing is achieved in the material, so that a very uneven plasma is formed. The same applies to higher web speeds where an air cushion over the mate rial arises, so too with very complex lock systems air components in the Discharge area are introduced.
In
der oben schon erwähnten
Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, mit einer möglichst einfachen und effektiven Zuführung die erwünschte Medienkonzentration im Entladungsbereich einzustellen, wobei eine zusätzliche Kühlung der Elektrode überflüssig wird.Of the Invention is based on the task, with a possible simple and effective delivery the desired Set media concentration in the discharge area, with a additional cooling of the electrode superfluous becomes.
Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass die quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Kanten der Elektrode gekrümmt ausgeführt sind.to Solution to the problem is provided that the transverse to the direction of movement running edges of the electrode curved are.
Dies bedingt auch bei einer hohen Bahngeschwindigkeit eine turbulenzfreie Strömung, so dass die Medienkonzentration in dem Spalt zwischen Elektrode und Ware sehr gleichmäßig bleibt und der Eintrag von Fremdmedium minimiert wird.This requires a turbulence-free even at a high web speed Flow, so that the media concentration in the gap between electrode and product remains very even and the entry of foreign media is minimized.
Vorzugsweise ist dazu die Elektrode flach ausgeführt, wobei die Vorder- und Rückseite der Elektrode als Kreisabschnitte ausgeführt sind.Preferably For this purpose, the electrode is made flat, with the front and back of the electrode designed as circular sections are.
Die Elektrode lässt sich leicht herstellen, wenn sie aus einem Profil mit einem geschlossenen Querschnitt gebildet ist, wobei die Stirnseiten durch Kappen verschlossen sind.The Electrode is easy to make when it comes out of one Profile is formed with a closed cross-section, the End faces are closed by caps.
Der Spalt zwischen Elektrode und Ware wird über seine gesamte Breite gleichmäßig mit einem Plasma erfüllt, wenn mehrere Reihen von Austrittsöffnungen vorgesehen sind, die in Bewegungsrichtung der Ware gesehen hintereinander angeordnet sind. Die Öffnungen sind so gestaltet, dass auch bei kleinen Durchflussmengen ein gleichmäßiger Medienaustritt über die vollständige Elektrodenbreite möglich ist.Of the Gap between electrode and product is over its entire Width evenly filled with a plasma, if several rows of outlet openings are provided, the As seen in the direction of movement of the goods arranged one behind the other are. The openings are designed so that even with small Flow rates over a uniform media outlet over the full electrode width is possible.
Um hohe Austrittsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, ist die Elektrode auch für höhere Innendrücke (bis 6 bar) ausgelegt. Die Geometrie der Elektrode ist vorzugsweise stabförmig mit gerundeten bzw. ovalen Kanten, oder flächig mit gerundeten ovalen Kanten. Die Gegenelektrode kann von beliebigem Typ und Geometrie sein und ist jeweils gegenüber den Austrittsöffnungen zu positionieren.To allow high exit velocities, the electrode is also for higher inside (up to 6 bar) designed. The geometry of the electrode is preferably rod-shaped with rounded or oval edges, or flat with rounded oval edges. The counterelectrode can be of any type and geometry and must be positioned opposite the outlet openings.
Vorzugsweise besteht die Elektrode aus Aluminium oder Edelstahl.Preferably the electrode is made of aluminum or stainless steel.
Die Elektrode kann mit einem nicht leitenden Überzug versehen werden, um die Vorzüge einer Barriereentladung zu gewährleisten, auch wenn die Gegenelektrode blank ausgeführt ist. Dieser nicht leitende Überzug kann z. B. einfach eine Oxid-Schicht sein, wie sie beim Eloxieren von Aluminium auftritt, oder eine Keramikschicht.The Electrode can be provided with a non-conductive coating to ensure the benefits of a barrier discharge, even if the counter electrode is made bare. This non-conductive coating may, for. B. simply be an oxide layer, as occurs when anodizing aluminum, or a ceramic layer.
Wird die Elektrode in einer dielektrischen Barriereentladung (z. B. mit einer Keramik beschichteten Walze als Gegenelektrode) mit Luftzufuhr betrieben, kann ein sehr viel homogeneres Entladungsbild erzeugt werden, was optisch durch das Verschwinden von Entladungsfilamenten beobachtet werden kann, wenn die Luftzufuhr eingeschaltet wird. Bei der Behandlung poröser Materialien wie Textilien führt die Strömung der Medien aus der Elektrode zu einer gleichmäßigen Behandlung des Materials, auch in tiefer liegenden Bereichen des Gewebes.Becomes the electrode in a dielectric barrier discharge (eg with a ceramic coated roller as counter electrode) with air supply operated, a much more homogeneous discharge image can be generated which is visual due to the disappearance of discharge filaments can be observed when the air supply is turned on. at the treatment of porous materials such as textiles the flow of media from the electrode to a uniform Treatment of the material, even in low-lying areas of the Tissue.
Um verschiedene Medien in die Entladungszone einbringen zu können, ist vorgesehen, dass der Hohlkörper in mehrere quer zur Ware verlaufende Kammern unterteilt ist, die ein Kammersystem bilden, wobei jede Kammer einen Anschluss zum Einleiten eines gasförmigen Mediums und mit wenigstens einer Reihe von nebeneinander liegenden Austrittsöffnungen für das Medium versehen ist, wobei alle Austrittsöffnungen an einer Seite des Hohlkörpers angeordnet sind.Around to be able to introduce different media into the discharge zone, is provided that the hollow body in several transversely to Goods extending chambers is divided, which form a chamber system, each chamber having a port for introducing a gaseous Medium and with at least one row of juxtaposed ones Outlets for the medium is provided wherein all the outlet openings on one side of the hollow body are arranged.
Neben Medien wie reinen Gasen kann die Elektrode natürlich auch mit Gasgemischen oder mit Trägergasen betrieben werden. Den Trägergasen können flüchtige Komponenten oder schwebfähige flüssige oder feste Teilchen beigemischt werden, die mit aus der Elektrode ausgetragen werden, so dass die Elektrode auch für besonders effektive Plasmabeschichtungen verwendet werden kann.Next Of course, the electrode can also do media like pure gases be operated with gas mixtures or with carrier gases. The carrier gases may be volatile components or suspended liquid or solid particles be mixed, which are discharged with the out of the electrode, making the electrode suitable for even more effective plasma coatings can be used.
Durch die Unterteilung des Hohlkörpers mit einem Kammersystem können Gase- und Trägergase mit flüchtigen oder schwebfähigen Komponenten auch an unterschiedlichen Stellen der Gaselektrode austreten. So können z. B. reine Inertgaskomponenten über eine Kammer in den Entladungsbereich der Elektrode gelenkt werden, während ein Trägergas flüchtige Komponenten über eine zweite Kammer am Ende des Entladungsbereichs austrägt, wodurch z. B. Fragmentierungsreaktionen der flüchtigen Komponenten im Plasma vermieden oder verringert werden.By the subdivision of the hollow body with a chamber system can gas and carrier gases with volatile or floating components also at different Spaces of the gas electrode emerge. So z. B. pure Inert gas components via a chamber in the discharge area the electrode are deflected while a carrier gas volatile Components via a second chamber at the end of the discharge area discharges, whereby z. B. fragmentation reactions of the volatile Components in the plasma can be avoided or reduced.
Wird die Gegenelektrode nicht außerhalb positioniert, sondern in die Hohlkörperelektrode gegenüber den Austrittsöffnungen eingebaut, die Gegenelektrode ist somit in einer Kammer der Elektrode, wird bei Anlegung der Hochspannung das Plasma im Hohlkörper der Elektrode erzeugt und aufgrund des Überdrucks in der Elektrode durch die Öffnungen der Elektrode ausgetragen.Becomes the counter electrode is not positioned outside, but instead in the hollow body electrode opposite the outlet openings installed, the counter electrode is thus in a chamber of the electrode, When high voltage is applied, the plasma in the hollow body the electrode generated and due to the overpressure in the Electrode discharged through the openings of the electrode.
Eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Gegenelektrode symmetrisch zu Elektrode aufgebaut ist und ihr gegenüberliegend angeordnet ist, so dass sich die Austrittsöffnungen von Gegenelektrode und Elektrode auf sich gegenüberliegenden Seiten von Gegenelektrode und Elektrode befinden und die Ware zwischen Elektrode und Gegenelektrode hindurchgeführt ist.A Another embodiment of the device provides that the counter electrode is constructed symmetrically to the electrode and opposite her is arranged, so that the outlet openings of counter electrode and electrode on opposite sides of counter electrode and electrode and the goods between electrode and counter electrode passed through.
Im Folgenden soll anhand von 4 Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen jeweils im Querschnitt:in the The invention will be described below with reference to four exemplary embodiments be explained in more detail. To show each in the Cross-section:
Die
Die
Kanten zwischen den kurzen und langen Seiten des Profils und insbesondere
die der Bahn zugewandten Kanten
An
der von der Bahn abgewandten Oberseite der Elektrode
An
der der Bahn zugewandten Unterseite befinden sich in der Wand der
Elektrode
Wegen
des Druckabfalls in den Gasauslässen
Eine
flächige und kompakt ausgeführte Gegenelektrode
Gemäß der
Jede
Kammer
Gemäß der
Gemäß der
- 11
- Elektrodeelectrode
- 22
- Bahntrain
- 33
- Kammerchamber
- 44
- Kanteedge
- 55
- Kanteedge
- 6, 6a6 6a
- Gaseinlassgas inlet
- 7, 7a7, 7a
- Gasauslassgas outlet
- 88th
- Gegenelektrodecounter electrode
- 99
- Spaltgap
- 1010
- Pfeilarrow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - WO 2007/017271 [0002, 0009] - WO 2007/017271 [0002, 0009]
- - DE 19538176 A1 [0005] DE 19538176 A1 [0005]
- - WO 02/06503 A3 [0006] WO 02/06503 A3 [0006]
- - EP 0914876 B1 [0007] - EP 0914876 B1 [0007]
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