DE102009044638A1

DE102009044638A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Substrats und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009044638A1
Application number: DE200910044638
Authority: DE
Inventors: Klaus Kalwar
Original assignee: Individual
Current assignee: Kalwar Cft Fusions Technik De GmbH
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-05-26

Abstract

Ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Substrats mittels einer elektrischen Korona-Entladung, wobei in den Entladungsbereich während der Entladung Aerosole (5) gesprüht werden, ist so ausgebildet, dass das Sprühen der Aerosole (5) im Wesentlichen entgegen der Schwerkraftrichtung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Substrats nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP 0 279 371 B1 ist bekannt, die Oberfläche eines Kunststoffs mit Aerosolen zu beaufschlagen, um eine verbesserte und gleichmäßigere Haftfähigkeit für eine nachfolgende Beschichtung zu erreichen oder, bei entsprechender Modifikation der Aerosole die Oberfläche des Kunststoffs direkt zu beschichten.
Im ersten Fall kann beispielsweise Wasser zu Aerosolen zerstäubt werden, während im zweiten Fall, also bei einer unmittelbaren Beschichtung der Kunststoffoberfläche geeignete Lösungen zum Einsatz kommen.
Zur Erzeugung der Korona-Entladung sind zwei abständig zueinander angeordnete Elektroden erforderlich, von denen mindestens eine mit hoher Spannung beaufschlagt ist, während die andere an Masse anliegt. Die Korona-Behandlung selbst ist aus dem einschlägigen Stand der Technik, beispielsweise aus der genannten EP 0 279 371 B1 bekannt, so dass hierauf ausdrücklich Bezug genommen wird.
Systembedingt sind die zur Erzeugung der Aerosole eingesetzten Zerstäuber nicht in der Lage hinsichtlich ihrer Größe gleichmäßige Aerosole zu liefern, d. h., es werden unterschiedlich große Aerosole hergestellt. Wie sich gezeigt hat, führt dies zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenbehandlung des Substrats, sowohl hinsichtlich der Erzeugung von Adhäsionskräften, mit der Bildung unterschiedlich starker Haftungsnester, wie auch hinsichtlich eines Beschichtungsauftrags, wenn die Aerosole zum unmittelbaren Beschichten der Oberfläche des Substrats vorgesehen sind.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass die Versprühung der Aerosole quasi von oben her, also in Richtung der Schwerkraft auf das darunterliegende Substrat erfolgt, ebenso wie die Korona-Entladung selbst durch eine entsprechende Anordnung der dem Zerstäuber zugeordneten Sprühdüsen bzw. der Elektroden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so weiterzuentwickeln, dass die Beschichtungs- bzw. Haftungsqualität der Oberfläche des Substrats wesentlich verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Wie sich überraschend gezeigt hat, wird durch das Aufsprühen der Aerosole in den Entladungsbereich von unten her entgegen der Schwerkraftrichtung eine wesentliche Verbesserung der Oberflächenbehandlung des Substrats erreicht, die sich vor allem auch in einer visuell erkennbaren gleichmäßigeren Beschichtung zeigt.
Möglicherweise werden die größeren Aerosole nicht bis zur Oberfläche geführt, so dass lediglich Aerosole innerhalb eines hinsichtlich ihrer Größe unerheblich differierenden Bereichs zur Anlage bzw. zur Wirkung kommen. Erkennbar jedenfalls ist eine signifikante Ergebnisverbesserung, sowohl bei der Erzeugung von Adhäsionskräften, wie auch bei der Erzeugung einer Beschichtung, bei der Beschichtungsbestandteile als Lösungen auf die Oberfläche des Substrats gesprüht werden.
Bei der Erzeugung von Adhäsionskräften ergibt sich eine Gleichmäßigkeit der Haftfähigkeit der Oberfläche, die eine nachfolgende Bearbeitung, beispielsweise eine Beschichtung, erlaubt, mit einer durchgehend gleichbleibenden Qualität.
Naturgemäß führt dies zu einer Ausschussminimierung und damit einer erheblichen Kostenreduzierung, die insofern bedeutsam ist, als die behandelten Substrate üblicherweise als Serienprodukte in großen Stückzahlen bzw. großen Mengen hergestellt werden.
Überdies ist das neue Verfahren praktisch ohne Mehrkosten zu realisieren und gegenüber dem Stand der Technik mit einer ohne Mehraufwand anzupassenden Vorrichtung durchführbar. D. h., das neue Verfahren ist quasi kostenneutral.
Im Übrigen ist das Verfahren bei allen geeigneten Substraten einsetzbar, also sowohl bei Kunststoffen, Metallen, Holz oder Holzwerkstoffen oder dergleichen. Ebenso bei Bahnen oder formstabilen Körpern, wie Platten, Profile oder dergleichen.
Als Aerosole können, wie bereits erwähnt, Flüssigkeiten unterschiedlichster Art zur Anwendung kommen, sowohl hinsichtlich der Flüssigkeit selbst wie auch hinsichtlich der Aerosol-Beschaffenheit.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist mindestens zwei Korona-Elektroden auf, von denen eine an Spannung und die andere an Masse anliegt, wobei eine Korona-Elektroden eine Trägerelektrode bildet mit einer Trägerfläche, an der das Substrat anliegt. Mittels eines Zerstäubers werden Aerosole in den Entladungsbereich der Korona-Elektroden gesprüht, so dass die frei liegende, der Trägerelektrode abgewandte Oberfläche des Substrats der Korona-Behandlung unterzogen wird.
Erfindungsgemäß bildet die nach unten gerichtete Fläche der Trägerelektrode die Trägerfläche, so dass die Aerosole mittels des Zerstäubers praktisch von unten nach oben in den Entladungsbereich gesprüht werden, im Wesentlichen entgegen der Schwerkraftrichtung.
Während im Stand der Technik der Entladungsbereich oberhalb einer gedachten, durch die Trägerelektrode geführten horizontalen Ebene herausgebildet ist, ist dieser Entladungsbereich gemäß der neuen Vorrichtung unterhalb dieser horizontalen Ebene.
Prinzipiell ist die neue Vorrichtung dadurch zu realisieren, dass die der Trägerelektrode abständig zugeordnete andere Korona-Elektrode als Gegenelektrode lediglich um 180° gedreht anzuordnen ist. Insoweit werden aufwendige konstruktive Änderungen vermieden, wodurch die neue Vorrichtung praktisch ohne Mehrkosten herstellbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend nochmals anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht.
In der Figur ist eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Substrats 4 dargestellt, das im Beispiel als zu beschichtende Kunststofffolie ausgebildet ist.
Die Oberflächenbehandlung erfolgt mittels einer elektrischen Korona-Entladung, wozu zwei Korona-Elektroden vorgesehen sind, von denen eine als Trägerelektrode 1 an einen Hochspannung erzeugenden Generator 9 angeschlossen ist, während die andere als Gegenelektrode 2 an Masse anliegt. Selbstverständlich können stattdessen die Gegenelektrode 2 an Spannung und die Trägerelektrode 1 an Masse anliegen.
Die Gegenelektrode 2 ist, bezogen auf eine horizontale, durch die Trägerelektrode 1 geführte Ebene H unterhalb der Trägerelektrode 1 angeordnet, an der das Substrat 4 an einer gebildeten Trägerfläche 3 anliegt.
In den durch Pfeile gekennzeichneten Entladungsbereich zwischen der Gegenelekt rode 2 und der Trägerelektrode 1 werden mittels eines Zerstäubers 6 Aerosole 5 gesprüht, wobei die Düsen des Zerstäubers 6 im Bereich der Gegenelektrode 2 angeordnet sind, so dass die Aerosole im Wesentlichen entgegen der Schwerkraftrichtung eingebracht werden.
Durch die Korona-Entladung werden auf der freien Fläche des Substrats 4 Adhäsionskräfte erzeugt, durch die beispielsweise dann, wenn die Aerosole mit Additiven beaufschlagt sind, eine gleichmäßige Beschichtung der Substratoberfläche erfolgt.
Bestehen die Aerosole lediglich aus Wasser, wird durch die Erfindung eine außerordentlich gleichmäßige Haftfähigkeit der freien Oberfläche des Substrats 4 erreicht, für eine nachfolgende Beschichtung, beispielsweise einen Lackauftrag, einen Druck oder dergleichen.
Im Übrigen sind die als Walze ausgebildete Trägerelektrode 1, die Gegenelektrode 2, der Zerstäuber 6 ebenso in einem Gestell 7 angeordnet, wie beidseitig und achsparallel zur Trägerelektrode 1 verlaufende Stützwalzen 8, über die das Substrat 4 geführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Trägerelektrode
2: Gegenelektrode
3: Trägerfläche
4: Substrat
5: Aerosole
6: Zerstäuber
7: Gestell
8: Stützwalze
9: Generator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0279371 B1 [0002, 0004]

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Substrats mittels einer elektrischen Korona-Entladung, wobei in den Entladungsbereich während der Entladung Aerosole (5) gesprüht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühen der Aerosole (5) im Wesentlichen entgegen der Schwerkraftrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) im Durchlauf an der Trägerfläche (3) einer Trägerelektrode (1) anliegend unterhalb einer durch die Trägerelektrode (1) geführten gedachten horizontalen Ebene (H) während der Entladung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosole (5) in Form von Wasser, einer wässrigen Lösung oder mit Additiven aufgesprüht werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens zwei Korona-Elektroden, von denen eine an Spannung und die andere an Masse anliegt, und eine der Korona-Elektroden eine Trägerelektrode (1) mit einer Trägerfläche (3) für das Substrat (4) und die andere eine Gegenelektrode bilden, wobei ein Zerstäuber (6) vorgesehen ist, mit dem Aerosole (5) in den Entladungsbereich der Korona-Elektroden sprühbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Fläche der Trägerelektrode (1) die Trägerfläche (3) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäuber (6) im Bereich der Gegenelektrode (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelektrode (1) als Walzenelektrode ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Trägerelektrode (1) achsparallel dazu verlaufend Stützwalzen (8) angeordnet sind.