DE1778228C3 - Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften film- oder schichtförmigen Materials gegen eine Anpreßfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften FiIm- oder schichtförmigen Materials gegen eine Anpreßfläche, bei welcher eine an einem elektrischen Potential, bezogen auf einen Gegenpol (Erde), liegende Heftelektrode einer Anpreßfläche für das Material gegenüberliegt, wobei zwischen Anpreßfläche und Heftelektrode ein Potentialgefälle mit großem, eine Ionisierung verursachendem Gradienten an der Heftelektrode besteht

Der Ausdruck »elektrostatisches Anheften« wird im folgenden in dem Sinne gebraucht, daß elektrostatische Anziehung einer Schicht oder eines Films in Richtung auf eine Oberfläche, normalerweise einer Trommel oder Rolle, gemeint ist Diese Anziehung wird in bekannter Weise durch elektrostatische Aufladung des Films, der in Richtung auf die sich drehende Rolle gefördert wird, bewirkt

Bei bewegten Filmen wird die elektrostatische Aufladung dadurch bewirkt, daß von einer scharfkantigen an hohem elektrischem Potential in bezug auf Erde liegenden Elektrode ein Feld mit hoher elektrischer Feldstärke aufgebaut wird Normalerweise hat die Elektrode die Form eines Drahtes oder einer Anzahl von mit Spitzen versehenen Drähten geringen Durchmessers, und die Film-Transportmittel liegen auf ErdpotentiaL Der sich bewegende aufgeladene Film wird elektrostatisch von der Oberfläche des geerdeten Maschinenteils angezogen und fest an die Anpreßfläche gedrückt Wenn normalerweise bei der Nutzbarmachung elektrostatischer Kräfte, insbesondere bei Anwendung für Filme aus thermoplastischem Material die gewünschte Ladung durch eint begrenzte Ionisationsentladung einer Elektrode oder eines »Heftdrahtes« aufgebracht wird, so kann zeitweilig die Ionisationsentladung zu Durchschlägen führen. Das Eintreten solcher Durchschläge ist abhängig von der Luftfeuchtigkeit, dem Luftdruck und den Prozeßparametern und läßt sich im Einzelfall nicht vorhersahen. Die Durchschläge treten insbesondere an solchen Teilen der Trommel auf, die nicht vom Film bedeckt sind, und in solchen Fällen bildet sich über die gesamte Filmbreite, an der der Oberschlag stattgefunden hat, eine linienförmige nicht angeheftete Zone. Durch die Oberschläge kann also der FUm durchlöchert und damit für viele Anwendungszwecke ungeeignet werden.

Eine derartige Anheftvorrichtung ist in der USA-Patentschrift 3223 757 beschrieben. Der eine Pol der Spannungsquelle ist unmittelbar an die Heftelektrode angeschaltet, während der andere Pol (Erde) mit der

ίο Trommel verbunden ist Dies bedeutet, daß zwischen Heftelektrode und Walzenoberfläche stets die volle Spannung liegt Damit ist die Gefahr von Spannungsüberschlägen von der Heftelektrode zur geerdeten Walzenoberfläche gegeben, denn der zwischen beiden Teilen fließende Ionisationsstrom kann in Abhängigkeit von den genannten Einflüssen schwanken und so hohe Werte annehmen, daß plötzliche Entladungsvorgänge in Form von Funkenbildung stattfinden. Wollte man derartige Entladungsvorgänge unterbinden, so müßte man die Spannung an der Spannungsquelle reduzieren, wenn festgestellt wird, daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen besteht

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der ein gleichmäßiges Anpressen des Filmes an die Anpreßfläche erfolgt, und bei der die Entstehung von Oberschlägen elektrischer Energie weitgehend eingeschränkt oder ganz unterbunden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwiichen der Anpreßfläche und dem Gegenpol (Erde) ein das von der Spannungsquelle ausgehende Potentialgefälle verändernder, in Abhängigkeit vom Ionisierungsstrom eine Gegenspannung erzeugender Widerstand geschaltet ist

Das elektrostatische Anheften kann dazu benutzt werden, einen gerade extrudierten Film zum Abschrekken auf eine polierte Gießtrommel aufzubringen, wenn er in noch plastischem Zustand ist und trägt dazu bei, den Film in die gewünschte Form zu bringen.

*o Elektrostatisches Anheften kann ebenfalls für den Filmtransport angewendet werden, um das Gleiten des Filmes auf der dem FUm eine Zugspannung verleihenden Rolle oder Walze zu verhindern.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zwisehen Walze und Erdpotential eine Gegenspannung aufgebaut Dies setzt voraus, daß die Hochspannungsquelle eine höhere Spannung liefert als für die Ionisationsentladung erforderlich ist Die Spannung an der Hochspannungsquelle muß nämlich um den Betrag der Gegenspannung größer sein als die zwischen Heftelektrode und Walze liegende Spannung. Indem die Walze über den Widerstand an den Gegenpol der Spannungsquelle angeschaltet wird, erzeugt der von der Walze abfließende Ionisierungsstrom in dem Widerstand einen Spannungsabfall, der dazu benutzt wird, die Gegenspannung aufzubauen. Bei hohem Ionisierungsstrom, wenn also die Gefahr von Spannungsüberschlägen droht, wird die Gegenspannung hoch und somit die für die Ionisationsentladung zur Verfügung stehende Spannung verringert Im entgegengesetzten Fall, wenn also ein nur geringer Ionisationsstrom fließt, liegt die Walze nahezu an ErdpotentiaL Die Potentialdifferenz zur Heftelektrode ist groß, so daß die Einleitung des Ionisationsvorganges erleichtert wird. Hierdurch wird eine schnelle und präzise Regelung in Richtung auf eine Konstanthaltung der Potentialdifferenz zwischen Heftelektrode und Walze und eine Auffechterhaltung des Ionisierungsstromes erzielt Die Regelung findet selbst-

tätig statt und erfordert keine zusätzlichen gesteuerten Schaltvorgänge. Die Gefahr von Überschlägen wird stark herabgesetzt oder überhaupt ausgeschaltet

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnähme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Filmen oder Folien durch Gießen, in der wahlweise einzusetzende Widerstände gestrichelt gezeichnet sind,

Fig.2 ein elektrisches Schaltbild der Verrichtung nach F ig. 1.

In F i g. 1 ist ein Extruder 10 in geringem Abstand von der als Gießtrommel ausgebildeten Anpreßfläche 12 angebracht, z. B. 5 bis 7,5 cm entfernt Die Trommel 12 ist in isolierten Lagern gelagert und kann ein gewöhnliches Flüssigkeits-Kühlungssystem enthalten. Sie wird durch geeignete (nicht gezeichnete) Antriebsmittel mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht

In geringer Entfernung vom Film F ist eine Heftelektrode 14 angeordnet und zwar zwischen Extruder 10 und der Trommel 12 Die Elektrode 14 besteht vorzugsweise aus einem dünnen, parallel zur Trommelachse verlaufenden Draht aber sie kann ebenso aus einer Vielzahl rechtwinklig zu dieser Darstellung angeordneter spitzer Drähte bestehen. Der positive Pol der Kochspannungsversorgung ist an die Heftelektrode 14 angeschaltet, und der negative Pol ist ebenso wie der Extruder 10 geerdet Der Widerstand R3 ist zwischen Trommel 12 und Erde geschaltet

Der aus dem Extruder 10 kommende Film F bewegt sich auf die feinpolierte Gießtrommel 12 zu. Die Trommel 12 besteht aus Metall, sie kann aber auch in einzelnen Fällen eine isolierende Oberfläche besitzea Die an der Heftelektrode 14 anliegende Hochspannung bewirkt daß ein hoher Spannungsgradient entsteht, da der Draht einen geringen Durchmesser hat so daß die Luft entlang der Drahtelektrode ionisiert wird.

Durch die Luft werden positiv geladene Ionen auf die Oberfläche des Filmes F geleitet, weiche ihn mit positiver Ladung überziehen. Dieser Aufladevorgang des Films F setzt sich sogar dann noch fort wenn der Film F die Trommel 12 berührt und Kontakt gibt Erreicht der aufgeladene Film Fdie Trommel 12, so wird er durch die elektrostatischen Kräfte fest gegen sie gedrückt da die Trommel 12 gegenüber der Elektrode 14 auf einem negativen Potential von mehreren 1000 Volt liegt In diesem Zustand ist der Film F weich und die Trommel 12 feinpoliert, so daß der Film F durch so diese Anziehung eine glatte Oberfläche erhält

Die Ladung des Filmes F nimmt während des Transportes auf der Trommel 12 allmählich ab. Die abfließenden Ladungsträger werden von der Trommel 12 gesammelt und der resultierende Strom fließt über Widerstand R3 nach Erde. Dieser Strom verursacht einen Spannungsabfall im Widerstand R3, welcher einen großen Teil der von der Spannungsquelle 16 gelieferten Spannung ausmacht Zwei Effekte laufen nebeneinander ab:

1. Die Trommel liegt auf einem von dem der Heftelektrode 14 unterschiedlichen Potential, das geringer ist als dasjenige Potential, das vorherrschen würde, wenn die Trommel 12 geerdet wäre.

2. An der Heftelektrode 14 setzt eine dem Gradient &5 des elektrostatischen Feldes an der Elektrode 14 aus dünnem Draht entsprechende Ionisierung ein. Durch den geerdeten Extruder 10 wird der Gradient dieses Feldes in voller Größe aufrechterhalten. Die an der Hefteiektrode 14 auftretende ir- -^:=Tjngsentladung reicht immer noch aus, um t, . .«um Faufzuladen, und der fortbewegte Film F wird elektrostatisch an die Trommel 12 angeheftet weil diese relativ zur Heftelektrode 14 auf einem heben negativen Potential liegt Da der Widerstand Rs die Potentialdifferenz zwischen der Heftelektrode 14 und der Gießtrommel 12 verringert wird ebenfalls die Gefahr des Auftretens von Überschlägen herabgesetzt Wenn die Umgebungsbedingungen ein Anwachsen des Stromes durch die Trommel 12 begünstigen, wie z. B. beim Auftreten von Durchschlagfeldstärken, bewirkt der anwachsende Strom einen steigenden Spannungsabfall im Widerstand A3. Demgemäß wird die Spannungsdifferenz zwischen der Heftelektrode 14 und der Gießtrommel 12 durch jeden Stromanstieg der zu Durchschlägen führen könnte, herabgesetzt und die Verminderung der Spannungsdifferenz kehrt jede Tendenz, die zum Durchschlagen führen würde, ins Gegenteil um.

Die Anziehung des Filmes Fan die Trommel 12 hat ebenfalls die Wirkung, daß ein Reibungswiderstand für den gleitenden Film F entsteht so als würde der Film von der Trommel 12 fortgezogen. Dieser Effekt ist erwünscht wenn eine Zugspannung im Film Fzwischen einer Rolle, wie z. B. Trommel 12, und einem anderen Teil der Vorrichtung zur Filmherstellung.aufgebracht werden solL Der andere Teil ist hier schematisch durch die Rolle 18 dargestellt Indem die Rolle 18 mit einer etwas höheren Drehzahl als derjenigen der Trommel 12 angetrieben wird, entsteht im Film Feine Zugspannung. Es ist möglich, auch an anderen Stellen des elektrischen Schaltkreises Widerstände anzubringen, um ein Absinken der Spannung zu bewirken, wenn Überschläge drohen. Beispielsweise kann ein Widerstand Ri in die Leitung zur Heftelektrode 14 eingeschaltet sein, oder ein Widerstand /?2 kann in die Erd-Rückleitung der Hochspannungsquelle 16 gelegt sein. Solche Widerstände R\, Ri erzeugen erhöhte Spannungsabfälle, wenn der Strom Werte annimmt die Überschläge befürchten lassen, aber es gibt einen ganz bestimmten Grund, den Widerstand R3 zwischen der Trommel 12 und Erde anzubringen. Das soll an Hand der folgenden Erläuterung verdeutlicht werden:

In F i g. 2 sind sämtliche drei genannten Widerstände Ru Ri, R3 gezeichnet Die Widerstände R\ und A₂ können wahlweise vorgesehen werden und sind gestrichelt gezeichnet Es sei angenommen, daß diese Widerstände R] oder A₂ einen Wert von je 1 ΜΩ haben und daß die Spannungsquelle 16 16 kV liefert Damit fließt normalerweise ein Strom von 1,0 mA. Im Schaltkreis der F i g. 2 stellt Rx den zwischen dem Elektrodendraht 14 und dem Extruder 10 herrschenden effektiven Widerstand dar, und Ry ist der effektive Widerstand zwischen dem Elektrodendraht 14 und der Trommel 12. Diese beiden Widerstände Rx, Ry sind veränderlich und beide sehr hochohmig. An der Heftelektrode 14 sei eine Spannung von V_p — 9,5 kV nötig, um das Anheften durchführen zu können.

Fall 1: Es sei angenommen, daß Ri und R3 unbenutzt sind und daher in F i g. 2 zu Null sind und daß R\ in den Stromkreis eingeschaltet ist.

Vp= V-V,

10· 103-1 · 1(P
9 kV

V₁ = /Ä,

V₁ = (1 · 10-

Vi = 1 ■ KP

ΙΟ«)

Da Vp kleiner ist als 9,5 kV, ist eine zuverlässige Wirkungsweise nicht erzielbar. Darüber hinaus würde bei weiterem Ansteigen des Stromes die Spannung V_p ständig abfallen.

Fall 2: Wenn man annimmt, daß nur R₂ eingeschaltet ist und daß R\ und Rj in F i g. 2 Null sind, ergeben sich die gleichen Verhältnisse, wie geschildert. R₂ verursacht einen Spannungsabfall von 1,OkV, so daß eine Heftspannung von V_p « 9,0 kV übrigbleibt, die beim Auftreten von Durchschlagbedingungen noch weiter absinkt

Fall 3: Es sei angenommen, daß /?i und R₂ in F i g. 2 Null sind (was in F i g. 1 der Fall ist). Dann wird Vp - 10 kV, so daß sich an der Heftelektrode 14 gute Bedingungen für eine Ionisierungsentladung ergeben. Wenn R_y eine Neigung zeigt, sich zu verringern und dadurch Überschlagsbedingungen entstehen, wächst V₃ an. Durch das nachfolgende Absinken von V_y wird die Entwicklung zum Überschlag unterdrückt Demgemäß hat der Schaltkreis nach F i g. 1 gegenüber einem Heftkreis, bei dem eine geerdete Gießtrommel verwendet wird, zwei wichtige Vorteile: Im Normalfall arbeitet die Heftelektrode 14 auf einem Spannungsniveau, da zur Herstellung der Ionisierungsentladung für dii elektrostatische Aufladung des Filmes F benötigt wird und die Spannung V_p wird bereits bei dem Versuch, bi:

zum Überschlag anzuwachsen, reduziert so daß dii Bedingungen für einen Überschlag wesentlich er schwert werden. Zweitens wird in dem Fall, daß de Strom ansteigt und einen weiteren Anstieg bis zun Durchschlag vermuten läßt ein Ansteigen der Span

ίο nung V3 und eine Reduktion der Spannung V_y bewirk! so daß deren Möglichkeiten einen Überschlag hervor zurufen, verringert sind. Gleichzeitig bleibt die Heft spannung V_p hoch, so daß ein wirksames Anheftet erfolgt

Die Abmessungen einer mit den obengenanntei Spannungen arbeitenden Spritzmaschine sei an einen Beispiel aufgeführt:

Drahtelektrode 14,0,2 mm Durchmesser;
Abstand Draht—Extruder etwa 2,5 cm;

Abstand Draht 14—Trommel 12 etwa 1,0 bis 13 cm Abstand Draht 14— Film Fetwa 1,0 bis iß cm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften film- oder schichtförmigen Materials gegen eine Anpreßfläche, bei welcher eine an einem elektrischen Potential, bezogen auf einen Gegenpol (Erde), liegende Heftelektrode eimer Anpreßfläche für das Material gegenüberliegt, wobei zwischen Anpreßfläche und Heftelektrode ein Potentialgefälle mit großem, eine Ionisierung verursachendem Gradienten an der Heftelektrode besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anpreßfläche (12) und dem Gegenpol (Erde) ein das von der Spannungsquelle (16) ausgehende Potentialgefälle verändernder, in Abhängigkeit vom Ionisierungsstrom eine Gegenspannung erzeugender Widerstand (R₃) geschaltet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (16) mit dem einen Pol direkt oder über «inen Widerstand (Rj) an Erdpotential liegt und mit dem anderen Pol über einen überbrückbaren Widerstand (R\) mit der Heftelektrode (14) verbunden ist