DE102019102831A1 - Method and device for the plasma treatment of a material web and method and device for producing a hollow extrudate with a plasma-treated inner surface - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung einer Materialbahn (12, 210), bei dem die zu behandelnde Materialbahn (12, 210) bereitgestellt wird, bei dem der Querschnitt der Materialbahn (12, 210) zumindest in einem Bereich der Materialbahn (12, 210) derart verändert wird, dass die Materialbahn (12, 210) einen im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum (28) bildet, und bei dem ein atmosphärischer Plasmastrahl (36, 128) erzeugt und im Behandlungsraum (28) auf die Materialbahn (12, 210) gerichtet wird, so dass die Materialbahn (12, 210) mit dem atmosphärischen Plasmastrahl (36, 128) beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (10, 10', 10", 50) zur Plasmabehandlung einer Materialbahn (12, 210). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlextrudats (410) mit plasmabehandelter Innenfläche.The invention relates to a method for plasma treatment of a material web (12, 210), in which the material web (12, 210) to be treated is provided in which the cross section of the material web (12, 210) at least in one area of the material web (12, 210 ) is changed in such a way that the material web (12, 210) forms a treatment space (28) which is at least partially closed in cross section, and in which an atmospheric plasma jet (36, 128) is generated and in the treatment space (28) onto the material web (12, 210) ) is directed so that the material web (12, 210) is acted upon by the atmospheric plasma jet (36, 128). The invention also relates to a device (10, 10 ', 10 ", 50) for plasma treatment of a web of material (12, 210). In addition, the invention relates to a method and a device for producing a hollow extrudate (410) with a plasma-treated inner surface.
Description
Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn. Darüber hinaus betrifft die Erfindung nach einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlextrudats mit plasmabehandelter Innenfläche.According to a first aspect, the invention relates to a method and a device for the plasma treatment of a material web. Furthermore, according to a second aspect, the invention relates to a device and a method for producing a hollow extrudate with a plasma-treated inner surface.
Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus
Zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, deren Breite nicht von dem Plasmastrahl einer einzelnen feststehenden Plasmadüse abgedeckt werden kann, ist es üblich, mehrere Plasmadüsen quer zur Erstreckungsrichtung der Materialbahn nebeneinander anzuordnen, um die Materialbahn gleichzeitig über die gesamte Breite zu behandeln, während diese unter den Plasmadüsen hinwegtransportiert wird. Weiterhin werden einzelne Plasmadüsen eingesetzt, die in einer Pendelbewegung über die Breite der Materialbahn verfahren werden.For the plasma treatment of a material web, the width of which cannot be covered by the plasma jet of a single fixed plasma nozzle, it is customary to arrange a plurality of plasma nozzles next to one another transversely to the direction of extent of the material web, in order to treat the material web simultaneously over the entire width while it is being transported under the plasma nozzles becomes. Individual plasma nozzles are also used, which are moved in a pendulum motion across the width of the material web.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine gleichmäßige Plasmabehandlung, insbesondere eine gleichmäßige Plasmabeschichtung einer Materialbahn auf diese Weise kaum zu erreichen ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn zur Verfügung zu stellen, mit dem eine gleichmäßigere Plasmabehandlung, insbesondere Plasmabeschichtung, der Materialbahn auf einfacherem Wege erreicht werden kann.Against this background, the object of the present invention is to provide a method and a device for plasma treatment of a material web with which a more uniform plasma treatment, in particular plasma coating, of the material web can be achieved in a simpler way.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, bei dem die zu behandelnde Materialbahn bereitgestellt wird, bei dem der Querschnitt der Materialbahn zumindest in einem Bereich der Materialbahn derart verändert wird, dass die Materialbahn einen im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet, bei dem ein atmosphärischer Plasmastrahl erzeugt und im Behandlungsraum auf die Materialbahn gerichtet wird, so dass die Materialbahn mit dem atmosphärischen Plasmastrahl beaufschlagt wird.This object is achieved according to the invention by a method for plasma treatment of a material web, in which the material web to be treated is provided, in which the cross-section of the material web is changed at least in one area of the material web such that the material web forms a treatment space which is at least partially closed in cross-section, in which an atmospheric plasma jet is generated and directed at the material web in the treatment room, so that the material web is exposed to the atmospheric plasma jet.
Bei dem Verfahren kann die zu behandelnde Materialbahn insbesondere der Länge nach durch einen Behandlungsbereich transportiert und der Querschnitt der Materialbahn derart verändert werden, dass die Materialbahn im Behandlungsbereich den im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet. Auf diese Weise können praktisch beliebig lange Materialbahnen effektiv und gleichmäßig plasmabehandelt werden. Die Behandlungsintensität kann bei den zuvor beschriebenen Verfahren abhängig von der Transportgeschwindigkeit der Materialbahn eingestellt werden.In the method, the material web to be treated can in particular be transported lengthwise through a treatment area and the cross-section of the material web can be changed such that the material web in the treatment area forms the treatment room which is at least partially closed in cross-section. In this way, practically any length of material web can be effectively and uniformly plasma-treated. In the methods described above, the treatment intensity can be set as a function of the transport speed of the material web.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, insbesondere zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Verfahren, mit einem Behandlungsbereich, mit einem Transportsystem, das dazu eingerichtet ist, eine Materialbahn durch den Behandlungsbereich zu transportieren, mit einer Führungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Querschnitt einer von dem Transportsystem transportierten Materialbahn derart zu ändern, dass die Materialbahn in dem Behandlungsbereich einen im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet, und mit einer Plasmadüse zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls, wobei die Plasmadüse dazu eingerichtet und angeordnet ist, eine im Betrieb durch den Behandlungsbereich transportierte Materialbahn in dem durch die Materialbahn gebildeten Behandlungsraum mit einem atmosphärischen Plasmastrahl zu beaufschlagen. Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Plasmabehandlung eines bahnförmigen Materials, insbesondere mit dem zuvor beschriebenen Verfahren.Furthermore, the above-mentioned object is achieved by a device for plasma treatment of a material web, in particular for use in the method described above, with a treatment area, with a transport system that is set up to transport a material web through the treatment area, with a guide device that is set up to change the cross section of a material web transported by the transport system such that the material web in the treatment area forms a treatment room which is at least partially closed in cross section, and with a plasma nozzle for generating an atmospheric plasma jet, wherein the plasma nozzle is set up and arranged to apply an atmospheric plasma jet to a material web transported through the treatment area during operation in the treatment room formed by the material web. The above-mentioned object is further achieved by using the above-described device for plasma treatment of a web-like material, in particular with the previously described method.
Es wurde erkannt, dass sich eine Materialbahn in einfacher Weise effizient und gleichmäßiger plasmabehandeln lässt, indem durch bereichsweise Querschnittsveränderung der Materialbahn ein im Querschnitt zumindest teilweise geschlossener Behandlungsraum gebildet wird. Mit dem Behandlungsraum wird ein Reaktionsraum geschaffen, so dass die den Reaktionsraum umgebende Wand, d.h. die Materialbahn, plasmabehandelt werden kann. Bereits die Bereitstellung eines solchen Reaktionsraums führt, gegenüber der offenen Behandlung einer flachen Materialbahn, zu einer Vergleichmäßigung des Plasmas bzw. etwaiger Reaktionen im Plasma, z. B. bei der Plasmapolymerisation, und erlaubt dadurch eine gleichmäßigere Plasmabehandlung, insbesondere Plasmabeschichtung der Materialbahn.It was recognized that a material web can be plasma-treated in a simple and efficient manner and more uniformly by forming a treatment space that is at least partially closed in cross-section by changing the cross-section of the material web in some areas. A reaction space is created with the treatment space so that the wall surrounding the reaction space, i.e. the material web, can be plasma-treated. Even the provision of such a reaction space leads to an equalization of the plasma or any reactions in the plasma, e.g. B. in plasma polymerization, thereby allowing a more uniform plasma treatment, in particular plasma coating of the material web.
Der durch die Änderung der Querschnittsform der Materialbahn gebildete, im Querschnitt zumindest teilweise geschlossene Behandlungsraum ermöglicht zudem eine effektive und gleichmäßige Plasmabehandlung mittels einer im Behandlungsraum positionierten, rotierenden Plasmadüsenöffnung. Zu diesem Zweck wird der Plasmastrahl vorzugsweise mittels einer im Behandlungsraum rotierenden Düsenöffnung auf die Materialbahn gerichtet. Da die Materialbahn den im Querschnitt geschlossenen oder zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet, gelangt der Plasmastrahl auf diese Weise über die gesamte Breite auf die Materialbahnoberfläche, ohne dass Richtungswechsel bei der Düsenöffnungsrotation erforderlich wären, die ansonsten zu einer ungleichmäßigen Plasmabehandlung führen könnten. In einer entsprechenden bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Plasmadüse eine Düsenöffnung auf, aus der im Betrieb der Plasmastrahl austritt, wobei die Düsenöffnung derart angeordnet ist, dass sie im Betrieb in dem durch die Materialbahn gebildeten Behandlungsraum positioniert ist, und wobei die Düsenöffnung dazu eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren.The treatment space formed by changing the cross-sectional shape of the material web and at least partially closed in cross-section also enables effective and uniform plasma treatment by means of a rotating plasma nozzle opening positioned in the treatment space. For this purpose, the plasma jet is preferably directed onto the material web by means of a nozzle opening rotating in the treatment room. Since the material web forms the treatment space, which is closed or at least partially closed in cross-section, the plasma jet reaches the material web surface over the entire width in this way, without the need to change directions in the nozzle opening rotation, which could otherwise lead to an uneven plasma treatment. In a corresponding preferred embodiment of the device, the plasma nozzle has a nozzle opening from which the plasma jet emerges during operation, the nozzle opening being arranged in such a way that it is positioned during operation in the treatment space formed by the material web, and the nozzle opening is set up for this to rotate in operation.
Bei der zu behandelnden Materialbahn kann es sich beispielsweise um eine Materialbahn aus Metall, Kunststoff, Gummi, Textilmaterial, Vlies, Faser-verstärktem Kunststoff, zum Beispiel Kohlenstoffaser- (CFK) oder Glasfaser-verstärktem Kunststoff (GFK), oder eine Kombination daraus handeln. Grundsätzlich sind dem Aufbau und den Materialien der Materialbahn keine Grenzen gesetzt; die Materialbahn sollte jedoch so beschaffen sein, dass sich ihr Querschnitt derart verändern lässt, um einen zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum zu bilden.The material web to be treated can be, for example, a material web made of metal, plastic, rubber, textile material, fleece, fiber-reinforced plastic, for example carbon fiber (CFRP) or glass fiber reinforced plastic (GFK), or a combination thereof. Basically, there are no limits to the structure and materials of the material web; however, the material web should be such that its cross section can be changed in such a way as to form an at least partially closed treatment room.
Die Materialbahn kann insbesondere als flache Materialbahn zur Verfügung gestellt werden, deren gleichmäßige Plasmabehandlung auf konventionelle Weise schwierig ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Materialbahn um eine flächig zusammenhängende Bahn (Bahnware).The material web can in particular be made available as a flat material web, the uniform plasma treatment of which is difficult in a conventional manner. The material web is preferably a flat, continuous web (web material).
Die Veränderung des Querschnitts der Materialbahn kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Seitenkanten der Materialbahn um- bzw. aufeinander zu gebogen werden, so dass die Materialbahn den im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet.The cross section of the material web can be changed in particular by bending the side edges of the material web around or towards one another, so that the material web forms the treatment space which is at least partially closed in cross section.
Der Querschnitt der Materialbahn kann zum Beispiel bereichsweise zu einem (in Umfangrichtung teilweise geschlossenen) C-förmigen Querschnitt oder auch zu einem (in Umfangrichtung vollständig geschlossenen) O-förmigen Querschnitt verändert werden. Grundsätzlich sind auch andere Querschnitte denkbar.The cross section of the material web can for example be changed in some areas to a (partially closed in the circumferential direction) C-shaped cross section or also to an (completely closed in the circumferential direction) O-shaped cross section. In principle, other cross sections are also conceivable.
Ist die Materialbahn beispielsweise zunächst im Wesentlichen eben und weist entsprechend eine ebene Querschnittsform auf, so kann der Querschnitt der Materialbahn durch Um- und Aufeinanderzubiegen der Seitenkanten zu einem C- oder O-förmigen Querschnitt umgeformt werden, durch den ein im Querschnitt teilweise bzw. vollständig geschlossener Behandlungsraum gebildet wird.If, for example, the material web is initially essentially flat and accordingly has a flat cross-sectional shape, the cross-section of the material web can be formed into a C-shaped or O-shaped cross-section by bending the side edges up and down, through which the cross-section is partially or completely closed treatment room is formed.
Ein ähnliches Prinzip ist auch aus einem anderen technischen Bereich, nämlich von Rohrgurtförderern bekannt, bei dem der Querschnitt eines laufenden Transportgurts nach dem Aufgeben eines Förderguts zu einem Rohr geändert wird, so dass das Fördergut sicher und z.B. staubfrei transportiert werden kann.A similar principle is also known from another technical area, namely of tube belt conveyors, in which the cross section of a running conveyor belt is changed to a tube after a conveyed item has been fed in, so that the conveyed item is safe and e.g. can be transported dust-free.
Der Behandlungsraum muss in Umfangsrichtung, d. h. im Querschnitt, nicht vollständig geschlossen sein. Weiterhin muss die Materialbahn sich nicht über den gesamten Querschnitt des Behandlungsraums erstrecken. Stattdessen kann der Behandlungsraum zum Beispiel auch an einer Umfangsseite, zum Beispiel nach oben, offen sein oder an einer Umfangsseite durch eine andere Fläche, zum Beispiel eine Führungsfläche, geschlossen sein.The treatment room must be in the circumferential direction, i.e. H. in cross section, not be completely closed. Furthermore, the material web does not have to extend over the entire cross section of the treatment room. Instead, the treatment room can, for example, also be open on a peripheral side, for example upwards, or closed on a peripheral side by another surface, for example a guide surface.
In Richtung der Längserstreckung der Materialbahn ist der Behandlungsraum insbesondere geöffnet. Auf diese Weise lässt sich von einer dieser beiden geöffneten Seiten beispielsweise eine Plasmadüse bzw. ein Düsenkopf einer Plasmadüse mit einer Düsenöffnung in den Behandlungsraum einbringen bzw. darin positionieren.The treatment room is particularly open in the direction of the longitudinal extent of the material web. In this way, for example, one of these two open sides can be opened Introduce or position the plasma nozzle or a nozzle head of a plasma nozzle with a nozzle opening in the treatment room.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils unabhängig voneinander sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung gelten. Zudem sind die einzelnen Ausführungsformen untereinander kombinierbar.Various embodiments of the method and the device are described below, the individual embodiments each independently of one another applying both to the method and to the device. In addition, the individual embodiments can be combined with one another.
Bei einer ersten Ausführungsform wird ein Precursor in den Plasmastrahl eingebracht. Durch den Plasmastrahl wird der Precursor aktiviert, fragmentiert und/oder zu einer chemischen Reaktion angeregt, so dass sich eine Schicht auf der Materialbahn bildet. Da die Beaufschlagung der Materialbahn mit dem Plasmastrahl und damit auch mit dem Precursor im Plasmastrahl sehr gleichmäßig erfolgt, kann mit diesem Verfahren auch eine sehr gleichmäßige Plasmabeschichtung der Materialbahn erreicht werden. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht kann durch die Precursormenge und/oder durch die Geschwindigkeit gesteuert werden, mit der die Materialbahn durch den Behandlungsbereich bzw. relativ zur Düsenöffnung transportiert wird.In a first embodiment, a precursor is introduced into the plasma jet. The precursor is activated, fragmented and / or excited to a chemical reaction by the plasma jet, so that a layer forms on the material web. Since the plasma jet and thus also the precursor in the plasma jet act very uniformly on the material web, a very uniform plasma coating of the material web can also be achieved with this method. The thickness of the deposited layer can be controlled by the amount of precursor and / or by the speed at which the material web is transported through the treatment area or relative to the nozzle opening.
Als Precursor kann beispielsweise ein organisches Molekül verwendet werden, zum Beispiel ein organisches Molekül, das unter der Einwirkung des Plasmastrahls polymerisiert und dadurch eine plasmapolymerisierte Schicht auf der Oberfläche der Materialbahn ausbildet. Neben organischen Precursoren kommen auch anorganische Precursoren in Betracht.For example, an organic molecule can be used as a precursor, for example an organic molecule that polymerizes under the action of the plasma jet and thereby forms a plasma-polymerized layer on the surface of the material web. In addition to organic precursors, inorganic precursors can also be used.
Durch Verwendung eines Precursors kann insbesondere eine gleichmäßige Kohlenstoffschicht auf der Materialbahn abgeschieden werden, was sich mit den bisherigen Plasmabeschichtungsmethoden als besonders schwierig herausgestellt hat. Zu diesem Zwecke wird vorzugsweise ein aliphatischer Precursor, zum Beispiel Methan oder Azetylen, oder auch ein aromatischer Precursor verwendet. Bei Verwendung eines gasförmigen Precursors, zum Beispiel Methan oder Azetylen, kann dieser gleichzeitig als Arbeitsgas für eine Plasmadüse zur Erzeugung des Plasmastrahls verwendet werden.By using a precursor, in particular a uniform carbon layer can be deposited on the material web, which has proven to be particularly difficult with the previous plasma coating methods. For this purpose, an aliphatic precursor, for example methane or acetylene, or else an aromatic precursor is preferably used. If a gaseous precursor, for example methane or acetylene, is used, it can simultaneously be used as the working gas for a plasma nozzle for generating the plasma jet.
Anstatt den Precursor in den Plasmastrahl einzubringen, kann der Precursor auch direkt auf die Materialbahn aufgebracht werden, insbesondere bevor oder während diese mit dem Plasmastrahl überstrichen wird.Instead of introducing the precursor into the plasma jet, the precursor can also be applied directly to the material web, in particular before or while the plasma jet is being swept over it.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Schutzgas in den Behandlungsraum eingebracht. Bei dem Schutzgas kann es beispielsweise um Stickstoff, um ein Edelgas oder Mischungen daraus handeln. Auf diese Weise kann die Plasmabehandlung, insbesondere Plasmabeschichtung, unter Schutzgas erfolgen, um zum Beispiel eine Oxidation eines Precursors zu verhindern. Da die Materialbahn den im Querschnitt im Wesentlichen geschlossenen Behandlungsraum bildet, sind aufwändige konstruktive Aufbauten zur Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre entbehrlich.In a further embodiment, a protective gas is introduced into the treatment room. The protective gas can, for example, be nitrogen, an inert gas or mixtures thereof. In this way, the plasma treatment, in particular plasma coating, can be carried out under protective gas in order, for example, to prevent oxidation of a precursor. Since the material web forms the treatment room, which is essentially closed in cross section, complex design structures for maintaining the protective gas atmosphere are unnecessary.
Bei einer Ausführungsform wird der Querschnitt der Materialbahn derart verändert, dass die Materialbahn einen Behandlungsraum mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt bildet. Weiterhin ist die Rotationsachse der Düsenöffnung vorzugsweise in der Mitte des im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitts positioniert. Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Behandlung der Materialbahn erreicht werden, da der Abstand zwischen der Düsenöffnung und der mit dem Plasmastrahl beaufschlagten Materialbahn bei Drehung der Düsenöffnung im Wesentlichen konstant bleibt.In one embodiment, the cross section of the material web is changed such that the material web forms a treatment room with an essentially circular cross section. Furthermore, the axis of rotation of the nozzle opening is preferably positioned in the middle of the essentially circular cross section. In this way, a particularly uniform treatment of the material web can be achieved since the distance between the nozzle opening and the material web exposed to the plasma jet remains essentially constant when the nozzle opening rotates.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die zu behandelnde Materialbahn als Rollenware auf einer Rolle bereitgestellt und von der Rolle abgewickelt. Nach der Beaufschlagung mit dem Plasmastrahl wird die Materialbahn vorzugsweise wieder auf eine Rolle aufgewickelt. Bei einer entsprechenden Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Abrollvorrichtung zum Abrollen einer Materialbahn von einer Rolle und/oder eine Aufrollvorrichtung zum Aufrollen einer Materialbahn auf eine Rolle auf. Auf diese Weise lassen sich platzsparend lange Materialbahnen verarbeiten.In a further embodiment, the material web to be treated is provided as a roll product on a roll and unwound from the roll. After exposure to the plasma jet, the material web is preferably rewound on a roll. In a corresponding embodiment, the device has a rolling device for rolling a material web from a roll and / or a rolling device for rolling a material web onto a roll. In this way, long material webs can be processed to save space.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Querschnitt der Materialbahn nach der Beaufschlagung der Materialbahn mit dem Plasmastrahl geändert, insbesondere in eine ebene Querschnittsform. Insbesondere kann der Querschnitt der Materialbahn wieder in die ursprüngliche Ausgangsform geändert werden. Wird die zu behandelnde Materialbahn beispielsweise als Rollenware auf einer Rolle bereitgestellt, von der Rolle abgewickelt und vor der Beaufschlagung mit dem Plasmastrahl im Querschnitt so verändert, dass sie den Behandlungsraum bildet, so kann sie nach der Beaufschlagung mit dem Plasmastrahl zum Beispiel wieder zurück in die ebene Querschnittsform gebracht und wieder auf eine Rolle aufgewickelt werden.In a further embodiment, the cross section of the material web is changed after the application of the plasma jet to the material web, in particular to a flat cross-sectional shape. In particular, the cross section of the material web can be changed back to the original shape. If, for example, the material web to be treated is provided on a roll as a roll, unwound from the roll and the cross-section is changed in such a way that it forms the treatment room before it is exposed to the plasma jet, it can, for example, return to the treatment area after exposure to the plasma jet brought flat cross-sectional shape and rewound on a roll.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der im Querschnitt zumindest teilweise geschlossene Behandlungsraum durch mehrere Materialbahnen oder verschiedene Abschnitte derselben Materialbahn gebildet. Beispielsweise ist es denkbar, dass zwei Materialbahnen gleichzeitig behandelt werden, wobei die Querschnitte der Materialbahnen derart geändert werden, dass die Materialbahnen zusammen den Behandlungsraum bilden, beispielsweise eine erste Materialbahn den unteren Teil des Behandlungsraums und eine zweite Materialbahn den oberen Teil des Behandlungsraums.In a further embodiment, the treatment space, which is at least partially closed in cross section, is formed by a plurality of material webs or different sections of the same material web. For example, it is conceivable that two material webs are treated at the same time, the cross sections of the material webs being changed such that the material webs together form the treatment room, for example a first one Material web the lower part of the treatment room and a second material web the upper part of the treatment room.
Weiterhin ist es denkbar, dass der Behandlungsraum durch verschiedene Abschnitte derselben Materialbahn gebildet wird, beispielsweise indem eine Materialbahn derart geführt wird, dass ein Abschnitt der Materialbahn mit einer innenliegenden Vorderseite einen ersten Teil des Behandlungsraums und ein anderer Abschnitt der Materialbahn mit innenliegender Rückseite einen zweiten Abschnitt des Behandlungsraums bildet. Auf diese Weise kann die Materialbahn beidseitig gleichmäßig plasmabehandelt, insbesondere plasmabeschichtet werden.Furthermore, it is conceivable that the treatment room is formed by different sections of the same material web, for example by guiding a material web in such a way that a section of the material web with an inner front face a first part of the treatment room and another section of the material web with an inner rear face a second section of the treatment room. In this way, the material web can be evenly plasma-treated on both sides, in particular plasma-coated.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die zu behandelnde Materialbahn aus unverbundenen nebeneinander angeordneten Filamenten. Es wurde erkannt, dass sich mit dem zuvor beschriebenen Verfahren nicht nur flächig zusammenhängende Materialbahnen plasmabehandeln lassen, sondern auch eine Mehrzahl Filamente, wie zum Beispiel Fäden, Garne oder Drähte, indem die Filamente, zum Beispiel nach Abwickeln der einzelnen Filamente von einer jeweiligen Spule, derart nebeneinander angeordnet werden, dass sie eine Materialbahn bilden.In a further embodiment, the material web to be treated consists of unconnected filaments arranged next to one another. It was recognized that the method described above can not only be used to plasma-treat coherent material webs, but also a plurality of filaments, such as threads, yarns or wires, in that the filaments, for example after unwinding the individual filaments from a respective spool, be arranged side by side such that they form a material web.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Führungseinrichtung eine Mehrzahl von Führungsrollen, die derart angeordnet sind, dass der Querschnitt einer über die Führungsrollen geführten Materialbahn derart geändert wird, dass die Materialbahn im Behandlungsbereich den im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet. Die Verwendung von Führungsrollen zur Änderung des Querschnitts der Materialbahn ist besonders für Materialbahnen mit höherer Steifigkeit geeignet, beispielsweise Gummi oder Kunststoffbahnen. Mittels der Führungsrollen lässt sich der Querschnitt solcher Materialbahnen auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln ändern.In a further embodiment, the guide device comprises a plurality of guide rollers which are arranged in such a way that the cross section of a material web guided over the guide rollers is changed such that the material web in the treatment area forms the treatment space which is at least partially closed in cross section. The use of guide rollers to change the cross section of the material web is particularly suitable for material webs with higher rigidity, for example rubber or plastic webs. The cross section of such material webs can be changed in a simple manner and with simple means by means of the guide rollers.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Führungseinrichtung eine Einlauf-Führungsfläche auf, die derart geformt ist, dass der Querschnitt einer über die Einlauf-Führungsfläche geführten Materialbahn vor Durchlaufen des Behandlungsbereichs derart geändert wird, dass die Materialbahn den im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet. Durch eine solche Einlauf-Führungsfläche wird die Materialbahn bei der Querschnittsänderung flächig abgestützt und kann daher in die gewünschte Form gebracht werden, ohne dass es zur Faltenbildung kommt.In a further embodiment, the guide device has an inlet guide surface which is shaped in such a way that the cross section of a material web guided over the inlet guide surface is changed before passing through the treatment area in such a way that the material web forms the treatment space which is at least partially closed in cross section. With such an inlet guide surface, the material web is supported flatly when the cross-section changes and can therefore be brought into the desired shape without causing wrinkles.
Die Einlauf-Führungsfläche kann zumindest abschnittsweise trichterförmig ausgebildet sein. Durch den kontinuierlich abnehmenden Querschnitt des Trichters wird die Materialbahn kontinuierlich und schonend umgeformt, bis sie den im Querschnitt zumindest teilweise geschlossenen Behandlungsraum bildet.The inlet guide surface can be funnel-shaped at least in sections. Due to the continuously decreasing cross-section of the funnel, the material web is continuously and gently formed until it forms the treatment room, which is at least partially closed in cross-section.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Führungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet, den Querschnitt einer von dem Transportsystem transportierten Materialbahn nach Durchlaufen des Behandlungsbereichs zu ändern, insbesondere in eine im Wesentlichen ebene Querschnittsform. Auf diese Weise kann die Materialbahn nach der Behandlung beispielsweise wieder in ihre ursprüngliche Ausgangsform gebracht werden, so dass sie sich einfacher weiter verarbeiten, insbesondere wieder aufwickeln lässt.In a further embodiment, the guide device is also set up to change the cross section of a material web transported by the transport system after passing through the treatment area, in particular to a substantially flat cross-sectional shape. In this way, the material web can, for example, be brought back into its original shape after the treatment, so that it can be processed more easily, in particular wound up again.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Führungseinrichtung eine Auslauf-Führungsfläche auf, die derart geformt ist, dass der Querschnitt einer über die Auslauf-Führungsfläche geführten Materialbahn nach Durchlaufen des Behandlungsbereichs geändert wird, insbesondere in eine im Wesentlichen ebene Querschnittsform. Die Führungsfläche kann insbesondere abschnittsweise trichterförmig sein. Auf diese Weise wird die Materialbahn schonend und gleichmäßig wieder in ihre ursprüngliche Form zurückgebracht, ohne dass es zur Faltenbildung kommt.In a further embodiment, the guide device has an outlet guide surface which is shaped in such a way that the cross section of a material web guided over the outlet guide surface is changed after passing through the treatment area, in particular to a substantially flat cross-sectional shape. The guide surface can in particular be funnel-shaped in sections. In this way, the material web is brought back to its original shape gently and evenly without wrinkling.
Beispielsweise kann die Führungseinrichtung einen Doppeltrichter aufweisen, mit einem sich im Querschnitt verengenden Trichter vor und einem sich im Querschnitt aufweitenden Trichter hinter dem Behandlungsbereich.For example, the guide device can have a double funnel, with a funnel that narrows in cross section in front and a funnel that widens in cross section behind the treatment area.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Führungseinrichtung im Behandlungsbereich eine Behandlungs-Führungsfläche zur Führung einer durch den Behandlungsbereich transportierten Materialbahn auf. Auf diese Weise wird die Materialbahn im Behandlungsbereich flächig abgestützt, so dass die Querschnittsform der Materialbahn innerhalb des Behandlungsbereichs beibehalten bleibt und eine gleichmäßige Behandlung der Materialbahn sichergestellt wird. Ist der Querschnitt der Materialbahn im Behandlungsbereich nicht vollständig geschlossen, kann die Behandlungs-Führungsfläche zudem den fehlenden Teil zu einem geschlossenen Querschnitt schließen, so dass der Behandlungsraum durch die Behandlungs-Führungsfläche einen vollständig geschlossenen Querschnitt erhält, wodurch eine weitere Vergleichmäßigung der Plasmabehandlung erreicht wird.In a further embodiment, the guide device in the treatment area has a treatment guide surface for guiding a material web transported through the treatment area. In this way, the material web is supported flat in the treatment area, so that the cross-sectional shape of the material web remains within the treatment area and a uniform treatment of the material web is ensured. If the cross-section of the material web in the treatment area is not completely closed, the treatment guide surface can also close the missing part to a closed cross-section, so that the treatment space is given a completely closed cross-section by the treatment guide surface, whereby a further homogenization of the plasma treatment is achieved.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Führungseinrichtung eine kühlbare oder beheizbare Führungsfläche zum Führen der Materialbahn auf. Insbesondere können die Einlauf-, die Auslauf- und/oder die Behandlungs-Führungsfläche kühlbar oder beheizbar sein. Durch das Heizen kann die Plasmabehandlung intensiviert werden. Durch das Kühlen kann von der Plasmabehandlung ausgehende thermische Last von der Materialbahn abgeführt werden, so dass insbesondere hitzeempfindliche Materialbahnen besser behandelt werden können.In a further embodiment, the guide device has a coolable or heatable guide surface for guiding the material web. In particular, the inlet, the outlet and / or the treatment guide surface can be cooled or heated. By heating the Plasma treatment can be intensified. By cooling, thermal loads emanating from the plasma treatment can be dissipated from the material web, so that in particular heat-sensitive material webs can be treated better.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Führungseinrichtung eine Führungsfläche mit einer Vielzahl von Öffnungen und eine Strömungsvorrichtung zum Absaugen oder Ausblasen von Luft durch die Öffnungen auf. Insbesondere können die Einlauf-, die Auslauf- und/oder die Behandlungs-Führungsfläche entsprechende Öffnungen aufweisen. Durch das Absaugen von Luft durch die Öffnungen kann erreicht werden, dass die Materialbahn an die Führungsfläche angesaugt wird, so dass eine Faltenbildung verhindert wird. Weiterhin hat das Ansaugen der Materialbahn an die Führungsfläche den Vorteil, dass der Plasmastrahl tiefer in die Materialbahn eindringen kann. So wurde beispielsweise bei der Behandlung einer Materialbahn aus Vlies festgestellt, dass der Plasmastrahl das Vlies besser durchdringen kann, wenn auf der gegenüberliegenden Seite der Materialbahn eine Absaugung vorgesehen ist. Das Ausblasen von Luft durch die Öffnungen führt zur Ausbildung eines Luftfilms zwischen der Führungsfläche und der Materialbahn und kann auf diese Weise die Reibung zwischen Materialbahn und Führungsfläche reduzieren, so dass ein besseres Gleiten der Materialbahn auf der Führungsfläche erreicht wird.In a further embodiment, the guide device has a guide surface with a plurality of openings and a flow device for extracting or blowing out air through the openings. In particular, the inlet, the outlet and / or the treatment guide surface can have corresponding openings. By sucking air through the openings it can be achieved that the material web is sucked onto the guide surface, so that wrinkles are prevented. Furthermore, sucking the material web onto the guide surface has the advantage that the plasma jet can penetrate deeper into the material web. For example, when treating a material web made of nonwoven, it was found that the plasma jet can penetrate the nonwoven better if a suction device is provided on the opposite side of the material web. The blowing out of air through the openings leads to the formation of an air film between the guide surface and the material web and can in this way reduce the friction between the material web and the guide surface, so that better sliding of the material web on the guide surface is achieved.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ein den Behandlungsbereich umgebendes Gehäuse mit einer Einlauföffnung zum Einlaufen einer Materialbahn in den Behandlungsbereich und mit einer Auslauföffnung zum Auslaufen der Materialbahn aus dem Behandlungsbereich auf. Auf diese Weise kann der Behandlungsbereich von der Umgebung abgeschirmt werden, so dass eine Plasmabehandlung unabhängig von den Umgebungsbedingungen durchgeführt werden kann. Weiterhin lässt sich ein mit einem solchen Gehäuse umgebener Behandlungsbereich einfach in-line in eine größere Anlage integrieren.In a further embodiment, the device has a housing surrounding the treatment area with an inlet opening for running a material web into the treatment area and with an outlet opening for running the material web out of the treatment area. In this way, the treatment area can be shielded from the environment, so that a plasma treatment can be carried out regardless of the environmental conditions. Furthermore, a treatment area surrounded by such a housing can be easily integrated in-line in a larger system.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, die Innenfläche eines Hohlextrudats auf einfache und gleichmäßige Weise plasmazubehandeln, insbesondere plasmazubeschichten.Another object of the present invention is to plasma-treat the inner surface of a hollow extrudate in a simple and uniform manner, in particular plasma-coating.
Diese Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlextrudats mit plasmabehandelter Innenfläche mit einer Extrusionseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Hohlextrudat aus einer Extrusionsdüse zu extrudieren, und mit einer Plasmadüse zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasmastrahls, wobei die Plasmadüse derart im Bereich der Extrusionsdüse angeordnet ist, dass eine Innenfläche eines im Betrieb aus der Extrusionsdüse extrudierten Hohlextrudats mit dem aus der Plasmadüse austretenden Plasmastrahl beaufschlagt wird.According to a second aspect of the present invention, this object is achieved according to the invention by a device for producing a hollow extrudate with a plasma-treated inner surface with an extrusion device, which is set up to extrude a hollow extrudate from an extrusion nozzle, and with a plasma nozzle for generating an atmospheric plasma jet, wherein the plasma nozzle is arranged in the region of the extrusion nozzle in such a way that an internal surface of a hollow extrudate extruded from the extrusion nozzle during operation is acted upon by the plasma jet emerging from the plasma nozzle.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlextrudats mit plasmabehandelter Innenfläche, bei dem ein Hohlextrudat hergestellt wird, indem das Hohlextrudat aus einer Extrusionsdüse extrudiert wird, bei dem ein atmosphärischer Plasmastrahl erzeugt wird und bei dem eine Innenfläche des Hohlextrudats im Bereich der Extrusionsdüse mit dem Plasmastrahl beaufschlagt wird.Furthermore, the above-mentioned object is achieved by a method for producing a hollow extrudate with a plasma-treated inner surface, in which a hollow extrudate is produced by extruding the hollow extrudate from an extrusion nozzle, in which an atmospheric plasma jet is generated, and in which an inner surface of the hollow extrudate in the region the extrusion nozzle is subjected to the plasma jet.
Es wurde festgestellt, dass sich Hohlextrudate, wie zum Beispiel Schläuche oder Rohre, auf diese Weise einfach direkt bei der Herstellung von innen plasmabehandeln lassen, so dass zum Beispiel die Oberflächeneigenschaften der Innenfläche des Hohlextrudats verändert werden können oder die Innenfläche mittels Plasmabeschichtung beschichtet werden kann. Bei dem Hohlextrudat kann es sich beispielsweise um einen Schlauch oder um ein Rohr handeln, insbesondere aus Kunststoff. Weiterhin kann es sich bei dem Hohlextrudat auch um einen Folienschlauch handeln, insbesondere bei der Blasfolienherstellung.It was found that hollow extrudates, such as hoses or pipes, can be plasma-treated in this way directly during manufacture, so that, for example, the surface properties of the inner surface of the hollow extrudate can be changed or the inner surface can be coated by means of plasma coating. The hollow extrudate can be, for example, a hose or a tube, in particular made of plastic. Furthermore, the hollow extrudate can also be a film tube, in particular in blown film production.
Die Extrusionseinrichtung umfasst insbesondere einen Extruder mit dem im Betrieb eine Schmelze, insbesondere flüssiger Kunststoff, durch die Extrusionsdüse extrudiert wird. Die Extrusionsdüse weist vorzugsweise eine geschlossene Kontur auf, beispielsweise eine ringförmige Kontur, und führt daher zur Extrusion eines Hohlextrudats mit einem Hohlraum in der Mitte. Die Plasmadüse kann insbesondere derart im Bereich der Extrusionsdüse angeordnet sein, dass die Düsenöffnung der Plasmadüse von der geschlossenen, insbesondere ringförmigen Kontur der Extrusionsdüse umgeben ist.The extrusion device in particular comprises an extruder with which a melt, in particular liquid plastic, is extruded through the extrusion nozzle during operation. The extrusion nozzle preferably has a closed contour, for example an annular contour, and therefore leads to the extrusion of a hollow extrudate with a cavity in the middle. The plasma nozzle can in particular be arranged in the region of the extrusion nozzle in such a way that the nozzle opening of the plasma nozzle is surrounded by the closed, in particular annular, contour of the extrusion nozzle.
Die Plasmadüse weist vorzugsweise eine Düsenöffnung auf, die auf die Innenfläche des im Betrieb aus der Extrusionsdüse austretenden Extrudats gerichtet ist und um die Längserstreckungsachse oder um eine dazu parallele Achse rotiert. Bei einer entsprechenden Ausführungsform tritt der Plasmastrahl aus einer im Bereich der Extrusionsdüse angeordneten rotierenden Düsenöffnung einer Plasmadüse aus. Auf diese Weise wird die Innenfläche des Hohlextrudats gleichmäßig plasmabehandelt, insbesondere beschichtet.The plasma nozzle preferably has a nozzle opening which is directed towards the inner surface of the extrudate emerging from the extrusion nozzle during operation and rotates about the longitudinal axis of extension or about an axis parallel to it. In a corresponding embodiment, the plasma jet emerges from a rotating nozzle opening of a plasma nozzle arranged in the region of the extrusion nozzle. In this way, the inner surface of the hollow extrudate is evenly plasma-treated, in particular coated.
Weitere Merkmale und Vorteile der zuvor beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden einander funktional entsprechende Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen. Die mit denselben Bezugszeichen versehenen Komponenten sind jedoch nicht notwendigerweise identisch, sondern können sich insbesondere in Größe, Form und Anordnung bei den einzelnen Ausführungsbeispielen voneinander unterscheiden.Further features and advantages of the previously described methods and devices result from the following description of exemplary embodiments, reference being made to the attached drawing. In the description of the exemplary embodiments, functionally corresponding components are different Embodiments with the same reference numerals. However, the components provided with the same reference numbers are not necessarily identical, but can differ from one another in particular in size, shape and arrangement in the individual exemplary embodiments.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 ein Verfahren zur Plasmabehandlung einer Materialbahn aus dem Stand der Technik, -
2 ein weiteres Verfahren zur Behandlung einer Materialbahn aus dem Stand der Technik, -
3a-d ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, -
4a-d ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung und des Verfahrens zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, -
5 eine Plasmadüse zur Erzeugung eines Plasmastrahls, -
6 ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz der Plasmadüse aus5 in einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, -
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plasmadüse, -
8 ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz der Plasmadüse aus7 in einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, -
9 eine weitere Plasmadüse zur Erzeugung eines Plasmastrahls, -
10 ein Ausführungsbeispiel des Einsatzes des Plasmadüse aus9 in einer Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, -
11a-c ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Plasmabehandlung einer Materialbahn, und -
12 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlextrudats mit plasmabehandelter Innenfläche gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
-
1 a method for plasma treatment of a material web from the prior art, -
2nd another method for treating a material web from the prior art, -
3a-d an embodiment of the method and the device for plasma treatment of a material web, -
4a-d a further embodiment of the device and the method for plasma treatment of a material web, -
5 a plasma nozzle for generating a plasma jet, -
6 an embodiment for the use of the plasma nozzle5 in a device for the plasma treatment of a material web, -
7 another embodiment of a plasma nozzle, -
8th an embodiment for the use of the plasma nozzle7 in a device for the plasma treatment of a material web, -
9 another plasma nozzle for generating a plasma jet, -
10th an embodiment of the use of the plasma nozzle9 in a device for the plasma treatment of a material web, -
11a-c a further embodiment of the method for plasma treatment of a material web, and -
12th an embodiment of the method and the device for producing a hollow extrudate with plasma-treated inner surface according to the second aspect of the present disclosure.
Die
Die Vorrichtung
Vor dem Behandlungsbereich
Im Betrieb wird die Materialbahn
Die Materialbahn
Im Behandlungsbereich
Nach Durchlaufen des Behandlungsbereichs
Die
Die Vorrichtung
Auch bei dieser Vorrichtung
Die Plasmadüse
An dem der Düsenöffnung
Im Düsenrohr
Der stromabwärtige Teil des Düsenrohrs
Im Düsenrohr
Die Begriffe „Lichtbogen“, „Bogenentladung“ bzw. „bogenartige Entladung“ werden vorliegend als phänomenologische Beschreibung der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt. Der Begriff „Lichtbogen“ wird anderweitig auch als Entladungsform bei Gleichspannungsentladungen mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verwendet. Vorliegend handelt es sich jedoch um eine Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens, also um eine hochfrequente, bogenartige Entladung.The terms “arc”, “arc discharge” or “arc-like discharge” are used here as a phenomenological description of the discharge, since the discharge occurs in the form of an arc. The term “arc” is also used elsewhere as a form of discharge for direct voltage discharges with essentially constant voltage values. In the present case, however, there is a high-frequency discharge in the form of an arc, that is to say a high-frequency, arc-like discharge.
Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen
Das Arbeitsgas
Die Vorrichtung
Die Behandlungs-Führungsfläche
Die Vorrichtung
Das Rohr
Die Vorrichtung 10'" unterscheidet sich dadurch von der Vorrichtung
Anders als bei den Vorrichtungen
Durch das Kühlen der Oberfläche
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Um die Extrusionsdüse
Die Extrusionseinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- EP 1230414 A1 [0002]EP 1230414 A1 [0002]
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