DE1790219C3 - Verfahren zum elektrischen Perforieren eines sich bewegenden Materialstreifens und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Perforieren eines sich bewegenden Materialstreifens,; der zwischen einer daran anliegenden ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode hindurchgeführt wird, während zwischen den Elektroden eine elektrische Entladung erzeugt und ein dielektrisches Strömungsmittel eingeführt wird, sowie eine · Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer an der Außenseite des Materialstreifens anliegenden ersten Elektrode und mit einer zweiten Elektrode, die mit Abstand von der ersten Elektrode angeordnet ist und mit dieser einen Funkenspalt bildet, und mit einer mit den Elektroden verbundenen Hochspannungsquelle.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren und einer bekannten Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens (USA.-Patentschrift 513 838) wird ein Strömungsmittel in den Funkenspalt zwischen den Elektroden eingeleitet, das ein inertes Gas höherer Dielektrizitätskonstante als Luft

oder auch eine dielektrische Flüssigkeit sein kann. Das Strömungsmittel kann dort in den Funkenspalt eingesprüht oder der gesamte wirksame Perforierungsmechanismus der bekannten Vorrichtung kann in ein Bad eines isolierenden Materials, vorzugsweise öl, eingetaucht werden. Der ivlaterialstreifen wird durch.das Strömungsmittel hindurch mittels einer ihn tragenden, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Trommel geführt. Werden zwischen der Trommel und der letzteren mit Abstand gegenüber- »o stehenden zugespitzten Elektrode Funken erzeugt, so wird der sich durch das Strömungsmittel bewegende Materialsireifen im Zeitpunkt des Funkenüberschlages perforiert. Der Materialstreifen wird mir gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt, und die Funken werden in Zeitabständen erzeugt, die von der Vorwärtsbewegung des Materialstreifens unabhängig sind.

Nach der USA.-Patentschrift 3 348 022 sowie der australischen Patentschrift 251 201 sind weiterhin »o Vorrichtungen der genannten Art zur Durchführung von Perforierungen eines dielektrischen Materialstreifens mittels einer rollenförmigen Elektrode bekannt, bei denen zwischen letzterer und dem darüberlaufenden Materialstreifen eine dielektrische as Zwischenlage zur Verhinderung von Kavitationsbildungen an den Elektroden und zur Bildung einer Wärmeschranke für die Entladung angebracht ist, die den Materialstreifen in gewünschter Weise in vorbestimmter Entfernung von der rollenförmigen Elefctrode hält. Auch bei diesen Vorrichtungen werden die Funkenentladungen in voh der Vorwärtsbewegung des Materialstreifens unabhängigen Zeitabständen erzeugt.

Allgemein bekannt ist ferner bei der Bearbeitung von Metallen mittels elektrischer Entladung (z. B. französisch»; Patentschrift 1 094 909), daß die Werkzeugelekxrode zum Werkstück ein Strömungsmittel unter ausreichendem Druck leitet, bei dem zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück ein sich bewegender, eine Wärmeschranke darstellender Strömungsmittelfilm erzeugt wird, der zwischen Werkzeug und Werkstück einen vorbestimmten Abstand aufrechterhält.

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Perforieren eines sich bewegenden Materialstreifens ist infolge der von der Vorwärtsbewegung des Materialstreifens unabhängigen Funkenentladungen die Herstellung von Perforationen gleichmäßiger, einstellbarer Dichte und mit innerhalb der gesamten Materialdicke konstantem Durchmesser und ohne Grate nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum elektrischen Perforieren eines sich bewegenden Materialstreifens und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens der eingangs erwähnten Arten zu schaffen, mit denen es möglich ist, eine gleichmäßige Verteilung sowie gleichbleibenden Durchmesser der Löcher bei der Perforierung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der zweiten Elektrode und dem Materialstreifen ein sich bewegender Strömungsmittelfilm erzeugt und ein vorbestimmter Abstand durch den Druck des Strömungsmittels aufrechterhalten wird und daß die elektrische Entladung mit der Vorwärtsbewegung des Materialstreifens synchronisiert wird. An einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist wesentlich, daß die zweite Elektrode einen Kanal zur Zuführung eines unter Druck stehenden Strömungsmittels zum Funkenspalt aufweist und daß ein Fühler für die Bewegungsgeschwindigkeit des Materialstreifens über eine Steuereinrichtung mit einer Schalteinrichtung zwischen der Hochspannungsquelfe und den Elektroden verbunden ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist die erste Elektrode eine kegelförmige Spitze auf, die schräg zur Längsrichtung der Bewegung des Materialstreifens verläuft und an der Außenseite des Materialstreifens gleitend anliegt, so daß bei einer Abnutzung der Spitze die rückwärtige Kante unabhängig von der Abnutzung zugespitzt bleibt. Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich ferner durch eine von dem darüberlaufenden Materialstreifen bewegte Führungsrolle, durch einen von der Führungsrolle getriggerten Impulserzeuger, durch eine Zählschaltung, die mit dem Impulserzeuger in Verbindung steht und nach einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen einen Steuerimpuls erzeugt, durch eine mit der Zählschaltung verbundene Steuereinrichtung, die für.jeden Steuerimpuls einen Schaltimpuls erzeugt, und durch eine mit der Steuereinrichtung verbundene Schalteinrichtung, die in Abhängigkeit von jedem Schaltimpuls die Hochspannungsquelle mit den Elektroden verbindet, aus.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen zum einen insbesondere darin, daß durch die Synchronisierung der Entladung mit der Bewegung des Materialstreifens eine gleichmäßige Verteilung der Löcher der Perforierung möglich ist, deren Durchmesser konstant bleibt. Zum anderen braucht die zugespitzte Elektrode infolge ihrer Selbstschärfung nicht erneuert zu werden, selbst wenn die Spitze durch die Schleifwirkung der Elektrode und dem sich rasch bewegenden Materialstreifen schnell abgenutzt werden sollte.

Ferner kann der Durchmesser der Perforationen genau dadurch bestimmt werden, daß die Dauer, die Spannung und der Strom der elektrischen Entladung entsprechend verändert werden. So können in geeigneter Weise innerhalb eines weiten Geschwindigkeitsbereiches von einigen Zentimetern pro Minute bis zu mehr als 244 Meter pro Minute Perforationen innerhalb eines verhältnismäßig weiten Bereiches von Durchmessergrößen erzielt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert. Dabei sind

F i g. 1 eine Übersicht über eine Ausführungsform der Funkenperforationseinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung einer Wellenform des Stromes als Funktion der Zeit der elektrischen Entladungen der Funkenperforationseinrichtung,

F i g. 3 eine Seitenansicht einer Nadelelektrode, die bei einer Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung verwendet wird,

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen dem sich bewegenden Materialstreifen und den Elektroden, an denen eine elektrische Entladung bewirkt wird,

F i g. 5 eine Seitenansicht einer Nadelelektrodenhalterung,

Fig. 6A, 6B, 6C je eine schematische Darstellung

der elektrischen Entladung zwischen einer Nadelelektrode und einer Kammer während einer Perforation des Streifens,

Fig. 7A, 7B je eine schematische Darstellung der Abnutzung einer Nadelelektrode, die an einem sich rasch bewegenden Streifen gleitend anliegt, und

F i g. 8 eine .Übersicht und ein Schaltplan für eine Hochspannungsquelle mit einer Triodenröhre zum Synchronisieren der elektrischen Entladung mit der Vorwärtsbewegung des Materialslreifens.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, wird ein sich rasch bewegender Materialstreifen 12 über eine vorherbestimmte Bahn um eine drehbar gelagerte Rolle 14 herumgeführt und mittels einer Antriebsvorrichtung 16 angetrieben, die einen ersten Satz von Rollen mit einer Antriebsrolle 18 und einer Leerlaufrolle 20 aufweist. Die Rolle 20 bildet mit der Antriebsrolle 18 einen Spalt, so daß bei einer Drehung der Rolle 18 im Uhrzeigergegensinne der Materialstreifen auf der Außenseite der Rolle 14 vorwärts bewegt wird. Ein zweiter Satz von Führungsrollen 22 und 24 führt den sich bewegenden Materialstreifen so, daß er auf der Außenseite der Rolle 14 eine gekrümmte Bahn verfolgt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rolle an einer vorherbestimmten Stelle befestigt, und der sich bewegende Materialstreifen 12 gleitet auf der Außenseite der Rolle entlang. Wird die Rolle 14 nicht mehr festgeklemmt, so kann sie sich frei drehen, wenn der Materialstreifen 12 sich über die Rolle hinweg bewegt.

Die Rolle 14 weist eine dünne zylindrische Außenwandung 26 und die Seitenwandungen 28 auf, von denen in der Schnittzeichnung nur eine Seitenwandung dargestellt ist. Die Außenwandung 26 bildet zusammen mit den Seitenwandungen 28 in der Rolle 14 eine Strömungsmittelkammer 30. Beide Seitenwandungen sind auf den Lagergliedern 32 so gelagert, daß die Rolle 14 festgeklemmt werden oder sich frei drehen kann. Die Rolle 14 ist ferner an einer 180 ' umfassenden Hälfte der Außenwandung 26 mit einer Anzahl von Löchern 34 versehen, die zwischen der Außenseite der Außenwandung 26 und der Kammer 30 verlaufen. Der mit den Löchern 34 versehene Sektor 36 kann selbstverständlich mehr oder weniger als 180 umfassen. So sind bei freier Drehbarkeit der Rolle die Löcher 34 am gesamten Umfang der Rolle 14 vorzusehen.

Wird die Rolle 14 festgeklemmt und damit eine Drehung verhindert, so befindet sich der Sektor 36 nahe an dem sich bewegenden Materialstreifen. Eine Quelle 38 eines unter Druck stehenden Strömungsmittels steht über eine Leitung 40 mit dem Lagerglied 32 in Verbindung, so daß in der Kammer 30 ein Überdruck aufrechterhalten wird, der das Strömungsmittel durch die Löcher 34 gegen die Unterseite des Materialstreifens 12 drückt. Das durch die Löcher 34 des Sektors 36 austretende Strömungsmittel wird zwischen der Unterseite des sich bewegenden Materialstreifens 12 und der Außenwandung 26 der Rolle eingeschlossen und bildet einen Strömungsmittelfilm 42.

Kann die Rolle 14 nach der Feisetzung sich zusammen mit dem sich bewegenden Materialstreifen 12 frei drehen, so erzeugt letzterer infolge der Reibung in dem Strömungsmittelfilm eine schichtförmige Strömung. Diese erzeugt eine hydrodynamische Kraft, die den Materialstreifen 12 in einer vorherbestimmten Entfernung von der Außenseite der Wan dung 26 unter Bildung des Strömungsmittelfilmes 4i elastisch abstützt. Die Rolle 14 wird von der Rei bung zwischen der Rollen-Außenwand, dem Mate rialstreifen und dem sich bewegenden Strömungsmittel gedreht. Die Umfangsgeschwindigkeit der Außenwandung 26 ist im wesentlichen die gleiche wie die lineare Geschwindigkeit des Materialstreifens 12. Ir einigen Fällen kann eine freie Drehbarkeit der Rolle

ίο 14 erwünscht sein, wobei die Strömungsmittelquelle die Bildung des Strömungsmittelfilms 42 unterstützt.

Der Strömungsmittelfilm 42 trägt wie gesagt den sich bewegenden Materialstreifen 12 in einer vorherbestimmten Entfernung von der Rolle 14. Der Abstand des Materialstreifens 12 von der Rolle 14 ist eine Funktion der von der Antriebseinrichtung 16 mit der Antriebsrolle 18 und der Leerlaufrolle 20 erzeugten Spannung.

ao Es können auch andere den beispielsweise dargestellten entsprechende Betriebseinrichtungen verwendet werden.

Eine Nadelelektrode 44 mit einem kegeligen Spitzenglied 46 und einer leitenden und federnden Halte-

»5 rung 48 ist so angeordnet, daß die Spitze der Elektrode an dem sich bewegenden Materialstreifen gleitend anliegt. Die Nadelelektrode ist zur Längsrichtung der Streifenbewegung unter einem Winkel ti angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildel die Nadelelektrode 44 die erste Elektrode, während die Rolle 14 die zweite Elektrode bildet. Die zweite Elektrode könnte natürlich gleichfalls zugespitzt sein, und die Spitze könnte von der Außenseite der Rolle 14 aus in den Strömungsmittelfilm 42 eintauchen. Bei einer solchen Anordnung würde das Spannungsgefälle zwischen den Elektroden zum Per forieren von Materialien mit einer hohen dielektrischen Festigkeit erhöht werden. Die Nadelelektrod 44 bildet zusammen mit der auf Abstand stehender· Rolle 14 einen Funkenspalt, durch den der Material streifen hindurchbewegt wird. Die Nadelelektrode 44 ist einem Widerstand 50 nachgeschaltet, der einen hohen ohmschen Widerstandswert aufweist. Nachstehend wird die Arbeitsweise einer Funken perforierungseinrichtung beschrieben, bei der dit Rolle 14 ortsfest gehalten wird, so daß der Sektor 36 der Außenwandung 26 sich nahe an dem sich bewe genden Materialstreifen 12 befindet.

Der Druck des Strömungsmittels aus der Quelle 38

und durch die Löcher 34 hindurch wird so gewählt daß sich im Funkenspalt zwischen der Nadelelektrode 44 und der Rolle 14 ein Strömungsmittelfilm 42 bildet, der den Materialstreifen über eine vorherbestimmte Strecke von der Wandung 26 entfernt

hält. Zwischen der Spitze 46 der Nadelelektrode 44 und dem Sektor 36 wird eine elektrische Entladung dadurch erzeugt, daß dem Widerstand 50 ein Hochspannungsimpuls zugeführt wird. Die elektrische Entladung oder der Funken brennt durch den Materialstreifen 12 ein Loch, das an einer Spitze am Ende der Elektrodenspitze 46 beginnt. Bei der. Vorwärtsbewegung des Materialstreifens brennt die elektrische Entladung durch den Materialstreifen 12 hindurch eine Perforation mit einem vorherbestimmten über die Materialdicke gleichbleibenden Durchmesser.

Die elektrische Energie für die Erzeugung des Hochspannungsimpulses wird aus einer Hochspannungsquelle 52 erhalten, die über eine Leitung 54

mit der Rolle 14 in Verbindung steht, wobei zwi- geschwindigkeit ist. Wird der Materialstreifen mit sehen dem Hochspannungsgenerator 52 und der einer sehr hohen Geschwindigkeit vorwärts bewegt, so Rolle 14 ein gemeinsames Bezugspotential geschaf- ist die Lücke zwischen den Impulsen außerordentlich fen wird. Der Hochspannungsgenerator 52 steht über kurz. V/ird umgekehrt der Materialstrcifen sehr langeinen Leiter 58 mit einer Schalteinrichtung 56 und 5 sam bewegt, so wird die Zeitspanne zwischen den diese über einen Leiter 60 mit dem Widerstand 50 in Impulsen größer, so daß ungeachtet der Streifcngc-Verbindung. Bei einer Betätigung der Schalteinrich- schwindigkeit eine gleichmäßige Perforationsdichte tung 56 wird ein elektrischer Stromkreis geschlossen, erhalten wird.

der vom Hochspannungsgenerator 52 aus über die Bei der in der Fig. 2 dargestellten Wellenform 68

Schalteinrichtung 56, die Leiter 58 und 60, den io kann zu Beginn der elektrischen Entladung, beson-Widerstand 50, die federnde Halterung 48, die Spitze ders wenn die vordere Flanke im Zeitpunkt T₁ auf-46, über den Funkenspalt zur Rolle 14, über den tritt, der Entladestrom ungefähr 6 mA betragen. Die Leiter 54 zurück zum Hochspannungsgenerator 52 Stärke des Entladestromes ist eine Funktion der Entführt. Die im Spalt zwischen der Nadelelektrode 44 ladungsspannung, des zu perforierenden Materials und der Rolle 14 auftretende elektrische Entladung 15 und der Dicke des Strömungsmittelfilmes. Die Imperforiert den sich bewegenden Materialstreifen 12. pulsdauer kann ungefähr 2,5 Millisekunden betragen,

Die Schalteinrichtung 56 wird synchron mit der wobei die rückwärtige Flanke der Entladung im Zeit-Bewegung des Materialstreifens 12 gesteuert. Unge- punkt T., auftritt, w*e dargestellt. Im Zeitpunkt T₂ achtet der Geschwindigkeit des Materialstreifens 12 kann die Stromstärke kleiner sein als im Anfangszeitkann dieser daher in gleichen Abständen mit Perfo- 20 punkt T₁. Der Durchmesser der erzeugten Perforarationen versehen werden. Die Synchronisation wird tion wird bei längerer Impulsdauer größer. Wird die bei dieser Ausführungsform der Erfindung in der Impulsdauer verlängert, so erhöht sich der Unter-Weise durchgeführt, daß die Führungsrolle 24 mit schied zwischen der Stromstärke der Entladung zu einem Impulsgenerator 62 verbunden wird. Der Im- Beginn und der Stromstärke am Ende der Entladung, pulsgenerator 62 erzeugt eine Folge von Ausgangs- 15 Die längste Impulsdauer hängt daher von dem Minimpulsen als Funktion de/ Geschwindigkeit der Be- deststrom ab, der erforderlich ist, um den sich bewewegung des Materialstreifens, die von den Umdre- genden Materialstreifen zu verbrennen, nachdem die hungen der Führungsrolle 24 pro Minute bestimmt Anfangsperforation von der vorderen Flanke des wird. Die vom Impulsgenerator 62 erzeugten Aus- Entladungsimpulses im Zeitpunkt T₁ durchgeführt gangsimpulse werden einem Zähler 64 zugeführt. 30 worden ist.

Der Zähler 64 erzeugt einen Steuerimpuls nach Emp- Bei einer Ausführungsfoim der Erfindung übt die

fang einer vorherbestimmten Anzahl von Ausgangs- Antriebseinrichtung 16 auf den Materialstreifen impulsen aus dem Impulsgenerator 62. Die Steuerim- einen Zug von ungefähr 0,35 kg/cm aus und bewegt pulse aus dem Zähler 64 werden zu einer Steuerein- den Streifen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr richtung 66 geleitet. Bei Empfang eines jeden Steuer- 35 244 m/min und mehr. Die festgeklemmte Rolle 14 impulses führt die Steuereinrichtung 66 der Schalt- hatte einen Durchmesser von ungefähr 12,7 cm, wäheinrichtung 56 einen Schaltimpuls zu, wobei die rend der Materialstreifen aus einem 32 Mikron star-Schalteinrichtung 56 eine Verbindung zwischen dem ken Papier bestand. Der Strömungsmittelfilm 42 Hochspannungsgenerator 52 und dem Widerstand 50 kann z. B. aus Luft oder aus einem inerten Gas herstellt. Durch die Synchronisation der elektrischen 40 od. dgl. mit einer Dicke bis zu ungefähr 0,75 mm beEntladung zwischen der Elektrode 44 und der Rolle stehen, wobei die Dicke normalerweise im Bereich 14 mit der Geschwindigkeit der Streifenbewegung von ungefähr 0,03 bis 0,13 mm liegt. Um da« Papier können die Perforationen ungeachtet der Streifenge- von der Rolle 14 entfernt zu halten, wurde ein Luftschwindigkeit pro Flächeneinheit mit der gleichen druck von ungefähr 140 bis 350 g/cm² benutzt. Die Dichte erzeugt werden. 45 Rolle 14 war aus einem 3,2 mm starken Metallblech

Die von der Schalteinrichtung 56 synchron mit hergestellt, während die Nadelelektroden aus nichtder Streifenbewegung bewirkte elektrische Entia- rostendem Stahl bestanden. Eine Funkenperforadung wird von der Steuereinrichtung 66 bestimmt, tionseinrichtung mit den oben angeführten Merkma-AIs wichtig ist bei der erfindungsgemäßen Vorrich- len kann Löcher mit einem Durchmesser von wenitung anzusehen, daß die vor der Schalteinrichtung 56 50 ger als 1 Mikron erzeugen bei einer Dichte von uneeauf Grund eines Schaltimpulses aus der Steuerein- fähr 10 Löcher pro cm².

richtung 66 bewirkte elektrische Entladung einen Bei einer Arbeitsfolge wurden an einem sich bewe-

verhältnismäßig niedrigen Leistungspegel aufweist. genden Materialstreifen Löcher mit einem Durch-Dieses Merkmal ist bedeutend, da bei älteren derarti- messer von ungefähr 41 Mikron hergestellt. Die vom gen Einrichtungen Ströme mit einer Stärke von Hun- 55 Generator 52 erzeugte Spannung betrug ungefähr derten von Ampere und von außerordentlich kurzer 6000VoIt, während die Impulsdauer ungefähr 1 3 Dauer in der Größenordnung von Mikrosekunden er- bis 4,5 Millisekunden betrug. Der Winkel β zwischen forderlich waren. der Nadelelektrode und der Außenseite des Material-

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Streifens kann zwischen 90° und weniger als Stromstärke der Impulse in der Größenordnung von 60 betragen, wobei ein Winkel von 45° vorzuziehen ist Milliampere, und die Impulsdauer liegt in der Größen- Die Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht der Nadelordnung von Millisekunden. Die graphische Darstel- elektrode 44 mit der leitenden und federnden Halte lung in der F i g. 2 zeigt eine typische Wellenform des rung 48, die aus einer gewendelten Feder aus nicht Entladungsstromes als Funktion der Zeit bei einer rostendem Stahl besteht, an der die gleichfalls aus Funkenperforationseinrichtung nach der Erfindung. 65 nichtrostendem Stahl bestehende Spitze 46 aneelötet Die F i g. 2 zeigt zwei Wellenformen 68 und 70 der ist. Das Lot bestand aus 60 % Zinn und 40 "/0 Blei elektrischen Entladung, wobei die Zeitspanne zwi- während ein Flußmittel für nichtrostenden Stahl ve/ sehen den Wellenformen eine Funktion der Streifen- wendet wurde.

7 ο -7 η

Aus der F i g. 4 ist die Arbeitsweise der Funkenperforationseinrichtung zu ersehen. Die Nadelelektrode 44 ist in einem einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Elektrodenhalter 76 gelagert. Der Elektrodenhalter 76 i.st mit einer langgestreckten durchgehenden Bohrung 78 versehen, in die die Nadelelektrode 44 eingesetzt wird. Der Elektrodenhalter ist ferner mit einer zur Bohrung 78 senkrecht verlaufenden Gewindebohrung 80 versehen, in die eine Feststellschraube 82 eingeschraubt wird, die die Elektrodenfeder 48 und damit die Nadelelektrode 44 in der Bohrung 78 festhält. Die Feder 48 ermöglicht, daß die Spitze 46 der Nadelelektrode 44 sich nachgebend an die Außenseite des Materialstreifens 12 anlegt.

Der Stromungsmittelfilm 42 bewirkt eine Herabsetzung des Gleitreibungskoeffizicnten zwischen dem Matcriaislreifen 12 und der Rolle 14, so daß der Materialstreifen in der Längsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 244 m/min angetrieben werden k.inn. Ohne den Stromungsmittelfilm 42 würde der sich bewegende Materialstrcifen 12 gleitend gegen die Rolle 14 gedrückt werden, wobei die Spitze 46 der Nad;!e'ektrode 44 sich gleitend an die Außenseite des Materialstreifens 12 anlegt. Würde unter diesen Bedingungen zwischen der Klektrodenspitze 46 und der Rolle 14 eine elektrische Entladung auftreten, so würde im Material-Streifen 12 eine Perforation erzeugt werden, deren Durchmesser an der an der Rolle 14 .-inliegenden Unterseite des Streifens 12 wesentlich kleiner ist als an der Außenseite des Streifens 12 an der Spitze 46 der Nadelelektrode 44.

Als Folge des Strömungsmiltelfilms 42 zwischen dem sich bewegenden Streifen 12 und der Rolle 14 werden Perforationen mit gleichem axialen Durchmesser ohne Grate und ausgezackte Kanten erzeugt. Der Stromungsmittelfilm 42 wirkt als Wärmeschranke, wobei die von der elektrischen Enlladung zwischen der Spitze 46 der Elektrode 44 und der Rolle 44 erzeugte Hitze in dem öitlich begrenzten Bezirk des perforierten Streifens zurückgehalten wird. Dadurch wird auch der zum Erzeugen eines jeden Perforationsloches erforderliche Energieaufwand wesentlich vermindert. Bei Fehlen des Strömungsmittelfilms 42 absorbiert die Rolle 14 Wärmeenergie aus der elektrischen Entladung 74. so daß nur ein Teil der Wärmeenergie zum Perforieren des Streifens 12 ausgenutzt wird mit der Folge, daß kegelförmige Löcher erzeugt werden.

Die Größe der am Streifen erzeugten Perforation wird, wie sehen gesagt, durch die Stärke des zwischen der Nadelelektrode 44 und der Rolle 14 fließenden Stromes und die Dauer des Impulses bestimmt werden. Die längste Dauer des Hochspannungsimpulses wird von der Länge begrenzt, bis zu der die elektrische Entladung 74 ausgedehnt werden kann, wenn der Streifen 12 sich vorwärts bewegt, bew> r die Entladung aufhört. Die Länge der elektrischen Entladung 74 wird bestimmt von dem größten ionisierten Pfad durch eine sich von der Elektroden- !•pit/e 46 beständig entfernende Perforation, der von der Sp.innungsquelle aufrechterhalten werden kann. (.'herMeigi die Dauer des Hochspannungsimpulses diese (ircn/e so könnte die elektrische Entladung 74 möglicherweise zurückschlagen und den Material-MrJi'en 12 an einer unerwünschten Stelle perforieren.

Die Fin ^!-'ΐί: eine Seitenansicht einer Nadel elektrodenanordnung 84 mit einem Gehäuse 86, da; die Nadelelektrodenhalterung 76 umschließt. Die Halterung 76 besteht aus einem isolierten langgestreckten Glied mit einem kreisrunden Querschnitt. wie in der Fig. 3 dargestellt, das in Abständen mil mehreren langgestreckten Bohrungen 78 verschen ist, so daß quer zu dem sich bewegenden Materialstreifen 12 mehrere Nadelelektroden angeordnet werden können.

ίο Am Gehäuse 86 ist z. B. mittels Schrauben 90 ein in der Längsrichtung verlaufendes Glied 88 befestigt, das eine langgestreckte öffnung mit gekrümmten Kanten aufweist. Im Glied 88 i.st die Halterung 76 angeordnet, derart, daß die Elektrodenspitze 46 sich durch die öffnung hindurcherstreckt. Werden die Schrauben 90 in das Gehäuse 86 eingeschraubt, so wird die Halterung 76 vom Glied 88 in der gewünschten Stellung festgehalten, so daß die Elektrodenspitze 46 an der Außenseite des Materialstreifens 12 elastisch gleitend anliegt.

Das gekrümmte Glied 92 ist am Gehäuse 86 mit Hilfe der Schrauben 94 befestigt, von denen eine Schraube in einer Elektrodenklemme 96 endet. Weiterhin ist das gekrümmte Glied 92 um die Halterung 76 herum so angeordnet, daß es an der Halterung gleitend anliegt und einen elektrischen Stromkreis zwischen dem aus der Bohrung 78 entgegengesetzt zur Spitze 76 herausragenden Teil der Feder 48 und J-ni Widerstand 50 schließt.

Die Nadelelektrodenanordnung 84 wird von einem Gehäusetragglied 98 getragen, das mittels einei Schraube 100 an einem U-Träger 102 befestigt ist. Der Träger 102 i.st mit einer Anzahl von Anschlußklemmen 104 versehen, die mit dem Widerstand 50 verbunden weiden. Gesonderte Hochspannungsleiter 106 verbinden jede Anschlußklemme 104 mit der Elektrodenklemme 96.

Der Winkel H, unter dem die Elektrodenspitze 46 an die Außenseite des sich bewegenden Material-Streifens 12 gleitend anliegt, kann eingestellt werden durch Zurückziehen der Schrauben 90 aus dem Gehäuse 86, wobei das Glied 88 gelockert wird, so daß die Nadelelektrodenhalterung 76 gedreht werden kann. Nachdem die Halterung 76 gedreht und die Elcktrodenspitze 46 auf einen gewünschten Winkel eingestellt worden ist, werden die Schrauben 90 wieder angezogen, und die Feder 48 liegt am gekrümmten Glied 92 gleitend an, wobei mit Sicherheit eine elektrische Verbindung zwischen der Nadelelektrode 44 und dem übrigen Teil des Hochspannungsstromkreises hergestellt wird.

Die Fig. 6A 6B und 6C zeigen Darstellungen der elektrischen Entladung 74. Die Fig. 6 A zeigt den Beginn der Entladung, die Fig. 6 B zeigt ungefähr die Mitte der elektrischen Entladung, während die Fig. 6 C die elektrische Entladung kurz vor dem Ende zeigt. Zu Beginn der elektrischen Entladung (Fig. 6 A) wird am Streifen 12 eine Perforation 108 mit einem anfangs kleinen Durchmesser erzeugt, die sich an der Elektrodenspitze 46 der Elektrode 44 befindet. Im Verlauf der elektrischen Entladung 74 wird die dielektrische Festigkeit des sich bewegenden Streifens 12 und des zwischen dem Streifen 12 und der Außenwandung 26 dei Rolle 14 gelegenen Teiles des Strömungsmittelfilmes 42 überschritten, wobei für die Entladung 74 ein ionisierter leitender Pfad von der Elektrodenspitze 46 zur Außenwandung 26 erzeugt wird. Bei fortgesetzter elektrischer Entladung

74 vergrößert sich der Durchmesser der Perforation 108, wenn der Streifen sich in bezug auf die Außenwandung 26 bewegt.

Dies ist aus der F i g. 6 H zu ersehen, die die Perforation 108 von der Elektrodenspitzc 46 der Nadelelektrode 44 entfernt zeigt, wobei die elektrische Entladung 74 langer geworden ist. Wird die Strecke der elektrischen Entladung 74 langer, so werden örtlich begrenzte Teile des Strömungsmittelfilms 42 zwischen dem Streifen 12 und der AuLknwandung 26 beständig ionisiert. Nach der F i g. 6 B ist der Durchmesser der Perforation 108 vergrößert im Vergleich zu der Darstellung in der F ι g. 6 Λ.

Die Fig. ftC zeigt die Stelle der Perforation 108 kurz vor dem Erlöschen der Entladung 74. Die Entladung 74 ist wesentlich langer als nach der Darstellung in der F i g. ft B. und zum Schluß befindet sich die Perforation 108 von der Spitze 46 der Elekt,.vl·' 44 entfernt. Wird der Elektrode 44 spater ein Hochspannungsimpuls zugcfühil, so liegt die Perforation 108 von der Spitze 46 der Elektrode 44 so weit entfernt, daß bei der nachfolgenden Entladung 74 am Streifen 12 eine wuii.re Perforation erzeugt wird. Läge die Perforation 108 von der Spitze 46 der Elektrode 44 im Zeitpunkt einer folgenden elektrischen Entladung nicht genügend weit entfernt, so würde die Entladung durch dieselbe Perforation 108 hindurch einen Pfad zur Außenwandung 26 ionisieren, so daß der Streifen 12 nicht weiter perforiert werden würde.

Da die Elektrodenspitze 46 beständig auf dem sich rasch bewegenden Maieriaistreifen 12 enilanggleitcl, so wird die scharfe EK.ktrodenspitze 46 allmählich schräg abgeschliffen, wie in der F i g. 7 B dargestellt. Die Elektrode 44 bildet jedoch mit dem Streifen Yl in der Bewegungsrichtung einen Winkel H und bei der Abnutzung der Elektrodenspitze 46 bildet sich an dieser eine scharfe rückwärtige Kante 110. die an der Außenseite des Streifens 12 anliegt. Die Entladung 74 geht daher von der rückwärtigen Kante 110 aus, die als zugespitzte Elektrode wirkt. Da somit bei der Abnutzung der Elektrode die resultierende abgeschrägte Spitze immer noch ordnungsgemäß wirkt, braucht die Elektrode nicht ersetzt zu werden.

Wie aus dem Schaltplan nach der F i g. 8 zu ersehen ist. steht jede Nadelelektrode 44 über einen Widerstand 50 mit eimern hohen Wert von ungefähr 1 Megohm mit dem übrigen Teil der Schaltung in Verbindung. An den Widerstand 50 ist ein zweiter Widerstand 112 mit einem wesentlich niedrigeren Widerstandswert von »ingefähr 27 Kiloohm angeschlossen. Zum zweiten Widerstand 112 ist eine Reihenschaltung einer Neonlampe 114 mit einem Strombegrenzungswiderstand 116 parallel geschaltet Die Widerstände 112. 50. die Nadelelektrode 44 und die Neonlampe 114 werden über einen Leiter 118 mit Strom und Spannung versorgt, der mit einer Schaltvorrichtung, im besonderen mit einer Hochspannungstriode 120, verbunden ist. Der mit dem Widerstand 50 in Reihe geschaltete Widerstand 112 erzeugt einen kleinen Spannungsabfall, der zum Zünden der Neonlampc 114 ausreicht. Durch Zünden einer Neonlampe 114 wird angezeigt, daß eine elektrische Entladung zwischen der zugehörigen Nadelelektrode 44 und der Außenwandung 26 der Rollo 14 erfolgt. Falls eine der Nadclelcktroden versagt und

ίο keine elektrische Entladung bewirkt, so wird die betreffende Neonlampe 114 nicht gezündet und -vigi damit den Ausfall der Entladung an.

Die Röhre 120 steht mit einer Hochspiinnunvis· quelle 124 in Verbindung. Wird die Röhre 120 >r

!5 den leitenden Betriebszustand versetzt, so wird du Hochspannungsquelle 124 mit dem Leiter 118 \>i bunden, der die Hochspannung den parallelge^chalteten Nadelelektroden 44 zuführt, so daß /wisclu-r jeder Nadelelektrode 44 und der Außenwanduiu' 2( der Rolle 14 eine elektrische Entladung erfolgt. Du Außenwandung 26 steht über den Leiter 126 mit '■ ι Hochspannungsquelle 124 in Verbindung, so daß > u geschlossener elektrischer Hochspannungsstromk; »' vorliegt.

Die Röhre 120 wird von einem monostabilen Ni- ■ tivibrator 128 in Abhängigkeit von einem dem Mu^! vibrator über einen Eingang 130 zugeführten Sii 1 : impuls in den leitenden Betriebszustand versetzt Wird der Hochspaniuingsimpuls den NadeleW·¹

den 44 über die Widerstände 112 und 50 /ugelu·.· so speichert die Kapazität zwischen der Hochsp;·. nungsleilung und Erde eine Ladung. Diese Ai>^! dung wird über einen Ahleitwidersland 132 abgi'· tet. welcher zwischen den Leiter 118 und den gcti'

ten Pol der Hochspannungsquelle 124 geschaltet Die Dauer des Hm hspaniuingsimpulses wiril stimmt durch die Rückstellen des Multivibra' 128. Das Intervall /wischen den Impulsen wird ' stimmt von der Frequenz der den Eingang 130

einer Impulserzeugung- und Zahlschaltung /> <.. führten Steuerimpulse wie in der F 1 g. I clargcsu ^; Die Widerstände 50 sind bei dieser Funkenpcrlci 'lötvorrichtung insofern wichtig, als jede Nadekl trode eine elektrische Entladung erzeugt, ganz ρΙι·ι·

ob die anderen Elektroden entladen sind oder ni>' Nachdem eine Elektrode eine Entladung erzeugt Ii fällt an dem zugehörigen Widerstand 50 eine Sp;n nung ab. die ausreicht, um am Leiter 118 einen ■ hohen Spannungspejjel aufrechtzuerhalten, daß 'i

anderen Elektroden eine Entladung erzeugen Kc: neu. Wären die Widerstände 50 nicht vorgeselu ; und würde eine Elektrode vor den anderen Illektiden entladen werden, so würde die am Leiter 118 Ib gende Spannung im wesentlichen auf das Erdpou-i

tial absinken, so daß die anderen Elektroden Ken Entladung erzeugen konnten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrischen Perforieren eines sich bewegenden Materialstreifens, der zwisehen einer daran anliegenden ersten Elektrode und einer zweiten' Elektrode hindurchgeführt wird, während zwischen den Elektroden eine elektrische Entladung erzeugt und "ein dielektrisches Strömungsmittel eingeführt wird, d a - ie durch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Elektrode und dem Materialstreifen ein sich bewegender Strömungsmittelfilm" erzeugt und ein vorherbestimmter Abstand durch den Druck des Strömungsmittels aufrechterhalten wird und daß die elektrische Entladung mit der Vorwärtsbewegung des Materialstreifens synchronisiert wird.

2. Verfahren zum elektrischen Perforieren eines sich bewegenden Materialstreifens nach ao Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladung für eine vorherbestimmte Dauer erzeugt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer an der »5 Außenseite des Materialstreifens anliegenden ersten Elektrode und mit einer zweiten Elektrode, die mit Abstand von der ersten Elektrode angeordnet ist und mit dieser einen Funkenspalt bildet, und mit einer mit den Elektroden verbündenen Hochspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweite Elektrode einen Kanal zur Zuführung eines unter Druck stehenden Strömungsmittels zum Funkenspalt aufweist und daß ein Fühler (24) für die Bewegungsgeschwindigkeit des Materialstreifens über eine Steuereinrichtung mit einer Schalteinrichtung zwischen der Hochspannungsquelle und den Elektroden verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode mit einer kegelförmigen Spitze (46) versehen ist, die schräg zur Längsrichtung der Bewegung des Materialstreifens verläuft und an der Außenseite des Materialstreifens gleitend anliegt, so daß bei einer Abnutzung der Spitze die rückwärtige Kante unabhängig von der Abnutzung zugespitzt bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus einer Nadel (46) aus nichtrostendem Stahl besteht, die von einem elastischen Leiter (48) getragen und federnd gegen die Außenseite des Materialstreifens gedruckt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode eine Metallkammer (36) mit einer Anzahl von öffnungen

in derjenigen Wandfläche aufweist, über die der Materialstreifen hinwegbewegt wird, und daß diese Kammer mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode aus einer Rolle (14) mit einer metallischen Außenwandung (26) besteht und frei drehbar ist, wenn der Materialstreifen über die Rolle hinwegbewegt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode aus einer in einer vorherbestimmten Drehstellung festgeklemmten Metallrolle besteht.

9 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine von dem darüberlaufenden Materialstreifen bewegte Führungsrolle (24), durch einen von der Führungsrolle getriggerten Impulserzeuger (62), durch e.ne Zählslhalfung (64), die mit dem Impulserzeuger in Verbindung steht und nach einer vorherbestimmten Anzahl von Impu sen «nen Steuenmpuls erzeugt, durch eine mit der Zahlschaltung verbundene Steuereinrichtung (66), die fur jeden Steuerimpuls einen Schaltinipuls erzeugt, und durch eine mit der Steuereinrichtung verbundene Schalteinrichtung (56), die in Abhängigkeit von jedem Schaltimpuls die Hochspannungsquelle mit den Elektroden verbindet.

10 Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltimpulse eine vorherbestimmte Dauer aufweisen und eine Verbindung der Sektroden mit der Hochspannungsquelle fur die vorherbestimmte Dauer ermöglichen.

11 Vorrichtung nach einem der Ansprüche ... bis 10, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (16), durch die der Materialstre.fen wahlweise mit verschiedenen Geschwindigkeiten vorwärts bewegt werden kann. „

12 Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 9, gekennzeichnet durch einen in die Zuleitung der ersten Elektrode geschalteten, hochohmigen Widerstand (50).

Π Vorrichtune nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen wesentlich kleineren Widerstand (112), der zum genannten hochohmigen Widerstand (50) in Reihe geschaltet ist und durch eine dem kleineren Widerstand parallelgeschaltete Neonlampe (114), wobei die beiden Widerstände unter Berücksichtigung der angelegten Spannung derart bemessen sind, daß die Neonlampe bei einer Entladung im Funkenspalt gezündet wird.