DE1257414B

DE1257414B - Vorrichtung zur Behandlung der Oberflaeche von duennwandigen Kunststoffkoerpern

Info

Publication number: DE1257414B
Application number: DE1964E0027985
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dietrich Erben
Original assignee: DIETRICH ERBEN DIPL ING
Current assignee: DIETRICH ERBEN DIPL ING
Priority date: 1964-10-20
Filing date: 1964-10-20
Publication date: 1967-12-28

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. Cl.:

B29c

Deutsche KL: 39 a2-25/00

Nummer: 1257 414

Aktenzeichen: E 27985 X/39 a2

Anmeldetag: 20. Oktober 1964

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Eine Reihe von Kunststoffen, insbesondere Polyäthylen, haben bekanntlich den Nachteil, daß an ihren Oberflächen Druckfarben oder Klebstoffe nicht oder nur ungenügend haften. Durch eine auf die Oberfläche solcher Kunststoffe einwirkende elekirische Entladung kann diese so verändert werden, daß eine zuverlässige Haftung gewährleistet wird, wobei für den Erfolg der Oberflächenveränderung mehrere Faktoren maßgebend sind, und zwar insbesondere die Wirkung der auf die Oberfläche auftreffenden Gasionen aus der Entladungsstrecke, das elektrische Feld selbst und nicht zuletzt die 'Wärmewirkung der Entladung.

Gemäß einem bekannten Vorschlag wird eine zu behandelnde Kunststoffbahn über eine leitende Platte geführt, wobei mit Abstand von der zu behandelnden Oberfläche in der Fortbewegungsrichtung aufeinanderfolgende, als Kämme ausgebildete, leitende Elektroden angeordnet sind, welche abwechselnd an die zwei Klemmen einer Gleichspannungsquelle hoher Spannung angeschlossen sind. Hierbei wird erstrebt, nach Art von Bandgeneratoren eine elektrische Ladung auf die Kunststoffbahn aufzubringen und diese von der nachfolgenden Elektrode unter Ausbildung einer Entladung wieder abzunehmen. Nachteilig ist hierbei der erforderliche große Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Elektroden zur Vermeidung eines direkten Überschlages und damit die erhebliche Baulänge einer solchen Maschine, sowie die geringe Intensität der Entladung, bedingt durch die begrenzte Höhe der speicherbaren Ladung auf der Kunststoffbahn. Darüber hinaus versagt eine derartige Maschine ganz, wenn mit Perforationen oder Fehlerstellen behaftete Kunststoffolien behandelt werden sollen, da sich dann die Entladung zu einem Kurzschluß zwischen den ungleichnamigen Kämmen über die leitende Platte ausbilden kann.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung ist eine mit der einen Klemme einer Hochspannungsquelle verbundene, leitende Walze mit einem dielektrischen Überzug versehen, auf dem die zu behandelnde Kunststoffbahn aufliegt. Mit Abstand von dieser Bahn ist als andere Elektrode eine mit der anderen Klemme der Hochspannungsquelle verbundene Schnecke angeordnet. Eine gleichförmige Behändlung der Oberfläche ist mit dieser Vorrichtung nur schwierig zu erreichen, da bei großem Abstand der Schraubenwindungen die Entladung nur streifig auf die Oberfläche einwirkt, während bei dichtem Schraubenwindungsabstand die Schnecke für das elektrische Feld annähernd wie ein glatter Stab wirkt, so daß die Entladung sich nicht über die ganze Länge gleich-Vorrichtung zur Behandlung der Oberfläche
von dünnwandigen Kunststoffkörpern

Anmelder:

Dipl.-Ing. Dietrich Erben,

Aystetten über Augsburg

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Dietrich Erben,
Aystetten über Augsburg

mäßig verteilt, sondern auf einzelne, nicht vorher bestimmbare Punkte höherer Intensität konzentriert. Es besteht auch die Gefahr, daß bei bis zum Rand zu behandelnden Kunststoffbahnen bzw. solchen ungleichförmiger Breite oder mit Ausstanzungen die Entladung direkt auf den dielektrischen Überzug der Walze einwirkt und diesen in kurzer Frist zerstört.

Es ist auch bekannt, eine Kunststoffbahn über ein endloses, leitendes Band zu führen und oberhalb der zu behandelnden Kunststoffoberfläche Glasröhren anzuordnen, welche entweder einen leitenden Innenbelag aufweisen oder durch eine im Inneren auftretende Gasentladung leitend sind, wobei jede Glasröhre an einen getrennten Hochspannungstransformator angeschlossen ist, dessen andere Klemme mit dem leitenden Transportband verbunden ist. Es läßt sich hier zwar durch eine geringe Schrägstellung der Rohre zur Transportrichtung erreichen, daß jeder Teil der zu behandelnden Oberfläche einmal unter einer Glasröhre durchwandert, jedoch treten trotzdem Ungleichförmigkeiten dadurch auf, daß sich die Entladung auf solche Stellen jeder Röhre konzentriert, der eine Stelle der Kunststoffbahn gegenüberliegt, welche beispielsweise Poren, Aussparungen oder erhöhte Leitfähigkeit aufweist. Nachteilig ist auch die große Baulänge der Vorrichtung sowie der hohe technische Aufwand, insbesondere für die Bereitstellung einer Reihe getrennter Transformatoren.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung wird eine zu behandelnde Kunststoffbahn über eine drehbar gelagerte, leitende Walze geführt, die an die eine Klemme einer Hochspannungsquelle angeschlossen ist, deren zweite Klemme mit einer Elektrode verbunden ist, welche mit Abstand über der zu behandelnden Kunststoffoberfläche angeordnet und mit einem

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festen Dielektrikum belegt ist. Dieses Dielektrikum Fig. 3 eine Draufsicht auf die der zu behandelnverhindert zwar, daß sich wegen Poren, Aussparun- den Oberfläche zugekehrten Seite des Behandlungsgen oder am Randbereich der zu behandelnden kopfes einer zweiten Ausführungsform,
Kunststoffbahn Lichtbogenkurzschlüsse zwischen den F i g. 4 eine Vorderansicht einer dritten Ausfühbeiden Elektroden bilden, so daß die Behandlung 5 rungsform, bei der die leitenden Elemente wahlweise von solche Eigenschaften aufweisenden Kunststoff- abschaltbar sind,

bahnen möglich erscheint. Es muß aber hierbei der F i g. 5 eine Draufsicht auf die von der zu behan-Nachteil in Kauf genommen werden, daß die Ent- delnden Oberfläche abgekehrte Seite des Behandladung nicht nur auf die Kunststoffoberfläche, son- lungskopfes gemäß der dritten Ausführungsform,
dem auch auf das die Elektrode bedeckende Di- io F i g. 6 eine Draufsicht auf die der zu behandelnelektrikum einwirkt und dieses in relativ kurzer Zeit den Oberfläche zugekehrten Seite des Behandlungsunbrauchbar macht. Erschwerend tritt noch hinzu, kopfes einer vierten Ausführüngsform,
daß gute Dielektrika sehr schlechte Wärmeleiter sind, F i g. 7 einen Querschnitt durch die Ausführungsso daß die von der Entladung herrührende Wärme- form gemäß F i g. 6,

energie schlecht abgeführt wird, wodurch die Stärke 15 Fig. 8 eine Draufsicht auf die der zu behandelnder Entladung und damit die Durchsatzgeschwindig- den Oberfläche zugekehrten Seite des Behandlungskeit des behandelten Kunststoffmaterials begrenzt ist. kopfes einer fünften Ausführüngsform,
Auch die bei anderen Behandlungsvorrichtungen auf- Fig. 9 eine Vorderansicht der Ausführungsform tretende örtliche Instabilität der Entladung läßt sich gemäß Fig. 8,
bei dieser Vorrichtung kaum vermeiden. 20 Fig. 10 einen Schnitt durch die Ausführungsform

Die Erfindung geht von einer solchen bekannten gemäß Fig. 8,

Vorrichtung zur Behandlung der Oberfläche von Fig. 11 eine Draufsicht auf die der zu behandelndünnwandigen Kunststoffkörpern mittels elektrischer den Oberfläche zugekehrte Seite einer sechsten AusEntladung aus, die aus zwei jeweils mit einer Klemme führungsform und

einer Quelle hoher Wechselspannung verbundenen 25 F i g. 12 einen Querschnitt durch die Ausführungs-Leitern besteht, von denen der erste an der einen form gemäß Fig. 11.

Oberfläche des Körpers angeordnet ist, während der Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 be-

zweite im Abstand von der gegenüberliegenden, zu steht der erste Leiter 1 aus einer Trommel 2, welche

behandelnden Oberfläche angeordnet ist und einen sich um ihre Achse 3 drehen kann. Diese Trommel 2

die Entladung stabilisierenden Überzug aus festem 30 ist mit der einen Klemme einer Quelle hoher Wech-

dielektrischem Material aufweist. Aufgabe der Erfin- selspannung verbunden bzw. liegt auf Erdpotential

dung ist es, die Verschleißerschemungen an dem wenn in üblicher Weise diese Wechselspannungs-

dielektrischen Überzug zu beseitigen, die für die Be- quelle ebenfalls einseitig geerdet ist.

grenzung der Durchsatzgeschwindigkeit maßgebliche, über die Trommel 2 läuft eine Kunststoffolie 4 in

durch die Erwärmung des Dielektrikums bedingte 35 Richtung des Pfeiles 5, deren erste nicht zu behan-

Begrenzung zu beseitigen und eine gleichmäßige, vor- delnde Oberfläche 6 zur Anlage an der Trommel

herbestimmbare Entladung hervorzurufen. kommt, während die zweite für die Behandlung vor-

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfin- gesehene Oberfläche 7 nach außen gekehrt ist.

dungsgemäß auf dem Überzug eine Vielzahl von lei- Gegenüber dieser Oberfläche 7 ist ein in seiner Ge-

tenden Elementen unmittelbar aufliegen oder in die- 40 samtheit mit 8 bezeichneter Behandlungskopf von

sen Überzug herausragend eingebettet vorgesehen annähernd der gleichen Breite wie die Trommel 2

sind, welche weder untereinander, noch mit einem und parallel zu deren Drehachse 3 angeordnet,

der Leiter in leitender Verbindung stehen. Der Behandlungskopf 8 besteht im wesentlichen

Bei dieser Ausbildung der Vorrichtung ist das aus einem mit der anderen Klemme 9 der Wechsel-Dielektrikum nicht direkt der Entladung ausgesetzt 45 Spannungsquelle verbundenen, in seiner Gesamtheit und weist daher eine praktisch unbegrenzte Stand- mit 10 bezeichneten Leiter sowie einem diesen Leiter zeit auf, während die leitenden Elemente, von denen umschließenden Überzug 11 aus dielektrischem Madie Entladung ausgeht, die Wärme gut abführen kön- terial und darin eingebetteten, leitenden Elementen nen, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß 12. Der Überzug 11 hat die Form eines vorzugsweise deren Temperatureinsatzgrenzen im allgememen we- _So aus Gießharz hergestellten hochisolierenden Kunstsentlich höher als bei Dielektrika liegen. Fehlerstellen stoflblockes, der den aus leitenden, miteinander verin den zu behandelnden Kunststoffkörpern wirken bundenen parallelen Platten 13 bestehenden Leiter sich nur auf die Entladung in ihrer unmittelbaren 10 vollständig umgibt. Zwischen die Platten 13 erUmgebung aus und beeinträchtigen die Behandlung strecken sich die einen Enden der als Metallstifte 14 der übrigen Oberfläche praktisch überhaupt nicht. ₅₅ geformten leitenden Elemente 12, welche in Reihen Aus dem gleichen Grund läßt sich sogar bei relativ angeordnet sind und jeweils den gleichen Abstand ungleichförmigen Kunststoffkörpern bezüglich Wand- von den Platten aufweisen. Die Stifte 14 sind mit stärke, Materialzusammensetzung oder auch Feuch- Ausnahme ihrer aus dem Kunststoffblock vorragentigkeitsgehalt noch eine gleichmäßige Behandlung den anderen Enden wie auch die Platte 13 vollständig der Oberfläche erzielen. 60 von dem Kunststoffmaterial umgeben und gegenüber

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung den Platten sowie untereinander elektrisch isoliert,

gehen aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung Die genannten anderen Enden der Stifte weisen je-

von Ausführungsformen der Vorrichtung hervor. In weils annähernd den gleichen Abstand zu der Ober-

den Zeichnungen zeigt fläche 7 der Kunststoffolie 4 auf, wobei die Stifte in

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausfüh- 65 den verschiedenen Stiftreihen gegeneinander so ver-

rungsform der Erfindung, setzt sind, daß praktisch jeder Punkt der Oberfläche 7

F i g. 2 eine Vorderansicht der ersten Ausführungs- einmal unter einen der Stifte beim Vorbeilaufen der

form, _ Folie zu liegen kommt. Es kann aber auch eine An-

Claims

Ordnung gewählt werden, bei der beliebige Stellen der Oberfläche 7 frei gelassen und nicht behandelt werden. Die Fi g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Behandlungskopfes 8, welche sich gegenüber der vorstehend erwähnten dadurch unterscheidet, daß der Leiter 10 an Stelle aus Platten aus Reihen von elektrisch miteinander verbundenen Drahtstiften 15 besteht, deren Lage zwischen den Stiften 14 in der Zeichnung durch Punkte veranschaulicht ist. Eine weitere Ausgestaltung des Behandlungskopfes nach F i g. 3 ist in den F i g. 4 und 5 dargestellt. Die Drahtstifte 15' sind nicht wie die entsprechenden Stifte 15 der F i g. 3 vollständig von dem Kunststoff des Kopfes umschlossen und fest miteinander elektrisch leitend verbunden, sondern sind voneinander isoliert und ragen mit einem Ende aus dem Kunststoffblock hervor. Die Klemme 9 der Hochspannungsquelle ist an eine Kontaktschiene 16 angeschlossen, in der Kontakte 17 verschieblich gelagert sind, welche wahlweise mit den Stiften 15' Kontakt herstellen. Auf diese Weise ist es möglich, die Energie auf die Gruppe von Stiften 14 zu konzentrieren, welche tatsächlich gebraucht werden. Es können auch Teile der zu behandelnden Oberfläche von der Behandlung ausgeschlossen werden, was in der Praxis beispielsweise dann gefordert wird, wenn die Folie nach der Behandlung geschweißt werden soll. Gemäß einer anderen Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 ist der Leiter 10 aus einem leitenden Block, vorzugsweise einem Metallblock 10' gebildet, welcher eine Vielzahl von in regelmäßigen Abständen angebrachten Bohrungen 18 aufweist. In jeder Bohrung ist zentral ein als Metallstift 14 ausgebildetes leitendes Element 12 angeordnet, welches gegen die Bohrungswandung durch den aufgeteilten dielektrischen Überzug 11' isoliert ist. Der Metallblock 10' ist mit der Klemme 9 der Hochspannungsquelle verbunden, deren andere Klemme an den flächenhaft ausgebildeten ersten Leiter 1 angeschlossen ist. Die Bohrungen 18 können an Stelle der dargestellten Sacklochbohrungen auch als Durchgangsbohrungen ausgefühlt werden, wodurch es möglich ist, die Metallstifte auch an der gegenüberliegenden Seite vorstehen zu lassen und diese gegebenenfalls mit Kühlfahnen versehenen Enden zur verstärkten Kühlung heranzuziehen. Die Ausführungsform gemäß den F i g. 6 und 7 gestattet es, die Kapazität zwischen dem Metallblock 10' und jedem Metallstift relativ hoch auszubilden. In der in den F i g. 8, 9 und 10 veranschaulichten Ausführungsform besteht der zweite Leiter aus einem mit der Klemme 9 der Hochspannungsquelle verbundenen, schalenförmigen Bauteil 102', das mit dem dielektrischen Material 11 gefüllt ist, in welches die verteilt angeordneten Metallstifte 14 eingebettet sind. Durch verschiedene Länge der in den schalenförmigen Leiter 102' hineinragenden Stiftabschnitte kann die kapazitive Verkopplung jedes Stiftes auf den gleichen Wert gebracht werden. Eine weitere Ausführungsform, welche wie die vorhergehende eine relativ geringe Kopplungskapazität der Stifte zu dem zweiten Leiter aufweist, zeigen die Fig. 11 und 12. Die leitenden Elemente bestehen hier aus kleinen Kugeln oder Plättchen 19, welche teilweise in den Überzug 11 aus dielektrischem Material eingebettet sind, das auf den plattenförmig ausgebildeten zweiten Leiter 10"' aufgebracht ist. Dieser ist mit der Klemme 9 der Hochspannungsquelle verbunden. Es ist klar, daß die verschiedenen, in der Zeichnung dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Köpfe 8 zur Behandlung von Kunststoffkörpern verwendet werden können, welche entweder als Folie über eine Trommel bewegt werden (vgl. Fig. 1) oder die sich als ebene oder anders gestaltete Fläche darbieten. Eine Anpassung an die zu behandelnde Oberfläche 7 ist in jedem Fall leicht möglich durch entsprechende Formung und Anordnung der leitenden Elemente 12. Diese leitenden Elemente bestehen vorzugsweise aus einem oxydationsbeständigen Material, wie z. B. V2A-Stahl. Im Betrieb erhält durch kapazitive Kopplung mit dem zweiten Leiter, welcher mit der Hochspannungsquelle verbunden ist, jedes leitende Element ein Wechselspannungspotential, das eine völlige Entladung an dem freien, der zu behandelnden Oberfläche gegenüberliegenden Ende jedes leitenden Elements zur Folge hat. Es kann sich somit bei jedem Spannungsdurchgang jedes leitende Element entladen ohne die Entladung des benachbarten Elements zu beeinflussen. Falls zwei Oberflächen eines Kunststoffkörpers behandelt werden sollen, ist es möglich, den ersten Leiter 1 durch einen gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Behandlungskopf 8 zu ersetzen, dessen leitende Elemente gleichfalls mit Abstand zu der anderen Oberfläche angeordnet werden. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Behandlung der Oberfläche von dünnwandigen Kunststoffkörpern mittels elektrischer Entladung, bestehend aus zwei jeweils mit einer Klemme einer Quelle hoher Wechselspannung verbundenen Leitern, von denen der erste an der einen Oberfläche des Körpers angeordnet ist, während der zweite im Abstand von der gegenüberliegenden, zu behandelnden Oberfläche angeordnet ist und einen die Entladung stabilisierenden Überzug aus festem dielektrischem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Überzug eine Vielzahl von leitenden Elementen (12) unmittelbar aufliegend oder in diesen Überzug (11) herausragend eingebettet vorgesehen sind, welche weder untereinander, noch mit einem der Leiter (1,10) in leitender Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente (12) aus dünnen Metallstiften (14) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente (12) kugelförmig (19) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente (12) zusammen mit dem Überzug (11') in Bohrungen (18) des Leiters (IC) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente (12) zusammen mit dem Überzug (11) gruppenweise in dem schalenförmig ausgebildeten Leiter (10") angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente (12) in im wesentlichen gleichem