DE1918145B2 - Einrichtung zur Oberflächenbehandlung von Teilen oder Bahnen aus Kunststoff, Metall, Papier oder textlien Stoffen mittels Hochfrequenzentladung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie sie beispielsweise aus der GB-PS 10 85 244 bekannt ist.

Probleme ergeben sich bei derartigen Einrichtungen zur Oberflächenbehandlung insbesondere dadurch, daß damit sehr unterschiedliche Stoffe behandelt werden sollen, wobei eine gute Oberflächenbehandlung jeweils den Einsatz verschiedener Elektroden erforderlich macht. Daher ergibt sich also für unterschiedliche Behandlungsfälle jeweils eine andere Belastung.

Bekannte Einrichtungen weisen daher vielfach den Nachteil auf, daß es äußerst schwierig ist, eine stabile Entladung zu erreichen.

Das aus der GB-PS 10 85 244 bekannte Gerät benutzt beispielsweise einen Oszillator mit kontinuierlich einstellbarer Frequenz, während der als Resonanzkreis ausgebildete Belastungsteil fest auf die Generatorfrequenz abgestimmt ist.

Der Transformator dieser bekannten Einrichtung ii^r> besitzt einen offenen Ferrit-Kern und damit eine große magnetische Streuung, die zwangsläufig zu hohen Verlusten führt. Aufgrund dieser unvermeidbaren Transformatorverluste wird dabei wenig Ozon entwikkelt, obgleich Ozon für eine gute Haftung beispielsweise von Farbe oder Klebstoff günstig ist.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtung besteht darin, daß bei Änderungen der Frequenz und damit unvermeidlichen Abweichungen von der günstigsten Einstellung sich eine Verschlechterung des Wirkungsgrades ergibt. Es ist daher häufig nicht möglich, für unterschiedliche Behandlungsfälle jeweils die am besten geeigneten Elektroden auszuwählen, weil die Anpassung dieses Gerätes an unterschiedliche Arbeitsbedingungen ohne Verschlechterung des Wirkungsgrades nur in sehr begrenztem Umfang durchführbar ist.

Diese und weitere Nachteile besitzt auch eine durch die G8-PS 11 06 770 bekannte Einrichtung, bei welcher die Ausgangsfrequenz des verwendeten Generators zunächst auf die Arbeitsfrequenz hochtransformiert wird, wobei kein anderer Betriebsbereich zur Verfügung steht, da eine Abstimmöglichkeit fehlt. Weitere Nachteile dieser bekannten Einrichtung beruhen auf der im wesentlichen trapezartigen Wellenform und der Verwendung von Harmonischen.

Durch die FR-PS 12 44 378 ist für einen Impuls-Generator auch schon ein Transformator mit einem im wesentlichen geschlossenen Ferrit-Kern bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung handelt es sich jedoch um einen Rohrenoszillator zur Erzeugung einer unsymmetrischen Schwingung, deren Frequenz sich bei einer Änderung der Belastung im Ausgangskreis selbsttätig ändert, wobei jedoch die Induktivität des Transformators auch hier nicht veränderbar ist.

Zum weiteren Stand der Technik gehört beispielsweise eine durch die US-PS 25 08 321 bekannte Steuereinrichtung für eine elektronische Heizung, die ebenfalls einen Schaltungsteil mit einem Hochfrequenz-Generator und einem Ausgangsschwingkreis aufweist, dessen Spule über eine Koppelspule an einen abstimmbaren Arbeitskreis gekoppelt ist, wobei die Abstimmung der im Arbeitskreis liegenden Last auf die Generatorfrequenz allein mit einer ebenfalls im Arbeitskreis angeordneten Abstimmspule vorgenommen wird. Die Kopplung erfolgt dabei mit einem eisenlosen Übertrager, der wiederum nicht veränderbar ist und der im übrigen hohe Wickelverluste besitzt und für die Übertragung höhrer Leistungen völlig ungeeignet ist.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile und Probleme so zu verbessern, daß sie bei einem möglichst guten und gleichbleibenden Wirkungsgrad ohne Schwierigkeiten an geänderte Betriebsverhältnisse angepaßt werden kann, so daß auch bei Einsatz unterschiedlicher Elektroden und verändertem Elektrodenabstand sowie bei Änderungen der dielektrischen oder kapazitiven Belastung der Einrichtung eine konstante und gleichmäßige Funkenentladung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß eingesetzte Hochfrequenz-Generator ein Oszillator mit einer Festfrequenz von nicht niedriger als 5 kHz und nicht höher als 70 kHz. Es ist demnach nicht erforderlich, einen Oszillator mit kontinuierlich einstellbarer Frequenz zur Steuerung der Leistungsendstufe vorzusehen.

Statt dessen ermöglicht die Erfindung eine Anpas-

sung der Belastung dadurch, daß die Induktivitäten der Primärwicklung und Sekundärwicklung mechanisch und/oder elektrisch variabel sind, d. h., daß der Luftspalt des Transformators durch mechanische Mittel oder seine Vormagnetisierung durch Schaltungsmittel veränderbar ist. Im Vergleich zu bekannten Einrichtungen zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung demnach dadurch aus, daß sie keinen offenen Ferrit-Kern mit abgestimmten Sekundärspulen benutzt. Durch die Verwendung eines geschlossenen Ferrit-Kerns ist die magnetische Streuung gering oder völlig vermieden. Die Spulenselbstinduktion hat bei der erfindungsgemäßen Einrichtung einen variablen Wert.

Die erfindungsgi.-mäß vorgesehene Abstimmbarkeit des Transformators gewährleistet dabei gegenüber dem Stand der Technik eine genauere Abstimmung in einem breiteren Betriebsbereich. Weitere Vorteile bestehen in einer wesentlich leichteren und besseren Anpassung an die jeweiligen Arbeitsbedingungen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist also sehr vielseitig verwendbar, weil für jeden besonderen Fall die am besten geeignete Elektrode ausgewählt werden kann.

Da das Elektrodensystem bei der Oberflächenbehandlung eine unbekannte Belastung darstellt, ist also der erfindungsgemäß abstimmbare Transformator ein sehr einfaches Mittel zur Kompensation der im Belastungsteil auftretenden Änderungen und ermöglicht eine Anpassung des Systems an bestimmte Folien oder Gewebe auch ohne Kenntnis der Belastung.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein bei einer festen Frequenz arbeitender Oszillator einfacher geregelt und stabilisiert werden kann als ein Oszillator mit kontinuierlich veränderbarer Frequenz.

Die Einstellmöglichkeiten sind in der erfindungsgemäßen Einrichtung so ausgeführt, daß das Produkt aus L und Cin dem Resonanzkreis einen konstanten Wert hat. Dadurch wird erreicht, daß bei der vom Hochfrequenz-Generator gelieferten festen Frequenz stets eine ohmsche Belastung vorhanden ist. C wird durch die Behandlungsstärke und andere Veränderliche beeinflußt Demnach ist L in der erfindungsgemäßen Einrichtung entsprechend veränderlich, um das Produkt aus L und C konstant zu halten. Dies wird durch die Abstimmbarkeit der Induktivitäten des Hochfrequenz-Leistungstransformators erreicht. Zusätzlich kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung noch ein Kompensationsglied zum Ausgleich der Kapazitäten im Elektrodensystem vorgesehen sein. Ein solches Kompensationsglied kann aus einer auf einem Ferritkern angeordneten Spule bestehen, bei der die Größe so der Induktivität mechanisch oder elektrisch einstellbar ist. Das Kompensationsglied wird zwischen dem Hochfrequenz-Leistungstransformator und der Elektrode, an der sich das Funkenfeld zur Oberflächenbehandlung ausbildet, geschaltet.

Die Oberflächenbehandlung von Kunststoffen, Papier, Metall oder Textlien textlien Materialien erfolgt mit Hilfe einer Funkenentladung, die sich zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode in einer oder zwei Luftspalten ausbildet. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann mit verschiedenen Elektroden üblicher Ausbildung ausgerüstet sein. Zum Beispiel können eine oder beide Elektroden freistehend, eine oder beide Elektroden rotierend und jeweils mindestens eine Elektrode mit einem geeigneten Dielektrikum versehen h-i sein, dessen Wahl jedoch nicht von vornherein durch die Einrichtung festgelegt ist.

Weitere Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfacht dargestelltes Schaltbild einer Behandlungs-Einrichtung,

F i g. 2 ein vereinfacht dargestelltes Ersatzschaltbild,

Fig.3 ein Ersatzschaltbild einer Belastung, auf einen in einer Behandlungs-Einrichtung verwendeten Generator bezogen,

Fig.4 eine vereinfachte Darstellung des Behandlungsteiles,

F i g. 5, 6 und 7 der F i g. 4 entsprechende Darstellungen der Behandlungsteile in abgewandelten Ausfiihrungsformen,

F i g. 8 eine vergrößerte Teildarstellung einer Einrichtung nach F i g. 4 bzw. F i g. 7.

Eine Behandlungs-Einrichtung, siehe Fig. 1, kann als im wesentlichen aus drei Teilen 10, 12 und 18 bestehend aufgefaßt werden. Der Teil 10 enthält einen Hochfrequenzgenerator, der eine feste Arbeitsfreuquenz aufweist. Die Arbeitsfrequenz soll vorzugsweise nicht niedriger als 5 kHz und nicht höher als 70 kHz sein.

An den Hochfrequenzgenerator 11 ist ein Hochfrequenzleistungstransformator angeschlossen, der aus einer Primärspule 14 und einer Sekundärspule 16 besteht. Erfindungsgemäß wird ein Hochfrequenzleistungstransformator verwendet, bei welchem die Primär- und die Sekundärwicklungen 14 bzw. 16 eng gekoppelt und auf einem geschlossenen Ferrit-Kern mit niedriger magnetischer Streuung angeordnet sind. In F i g. 1 ist der Ferrit-Kern durch die gestrichelte Linie 17 zwischen den Teilen 14 und 16 angedeutet. In F i g. 2 ist als Ersatzschaltbild des Hochfrequenzleistungstransformators zu der Primär- und Sekundärspule 14 bzw. 16 die Gegeninduktivität 15 mit dargestellt. Entsprechend ist an der Primärspule 14 die Gesamtircduktivität Lp-M und an der Sekundärspule 16 die Gesamtinduktivität Ls-M angegeben. Die Induktivitäten Lp und Ls sind veränderlich. Die Einstellung der Induktivitäten der Spulen 14 und 16 sind gekoppelt, so daß die Induktivitäten der beiden Spulen in einem festgelegten Verhältnis veränderbar sind.

Der eigentliche Belastungsteil 18 enthält den Ohmschen Widerstand 20 des Funkenfeldes, ferner die Kapazität 22 der Folienbahn und die Kapazität 24 eines Walzenbezuges. In dem vereinfachten Ersatzschaltbild der F i g. 2 ist der Ohmsche Gesamtwiderstand 20' und die Gesamtkapazität 26' des Belastungsteiles 18 dargestellt. Der Belastungsteil 18, siehe F i g. 4, weist z. B. eine Metallwalze 30 auf, die mit einem Walzenbezug 32 aus einem dielektrischen Material versehen ist. Die Walze 30 ist, siehe Fig. 1 und 4, geerdet. Über die Walze 30 läuft die Folienbahn F, wobei sie den von der Metallelektrode 36 ausgehenden elektrischen Funkenfeld ausgesetzt ist.

In Fig.3 sind die Teile 12 und 18 der Einrichtung in einem Ersatzschaltbild als Belastungsteil des Hochfrequenzgenerators 11 zusammengefaßt. Dieser Belastungsteil enthält den durch don Funkenwiderstand gebildeten Widerstand 20", ferner die resultierende Gesamtkapazität 26" und die resultierende Gesamtinduktivität 28". Es ist dafür gesorgt, daß sich eine im wesentlichen rein Ohmsche Belastung für den Hochfrequenzgenerator 11 ergibt. Zu diesem Zweck wird dafür gesorgt, daß das Produkt aus Induktivität und Kapazität einen konstanten Wert darstellt. Da die Kapazität durch die Behandlungsstärke und andere Veränderliche beeinflußt wird, wird durch die Einstellung der

Induktivität des Hochfrequenz-Leistungstransformators im entsprechenden Sinne das Produkt aus LC konstant gehalten. Die Abstimmung am Leistungstransformator gestattet auch die Anwendung der Einrichtung mit verschiedenen Elektrodenanordnungen. Nach F i g. 5 läuft die Folienbahn Fzwischen zwei Elektrodenwalzen 40, 42 hindurch, wobei der Abstand der Walzen 40, 42 derart gewählt ist, daß sowohl auf der Oberseite als auch der Unterseite der Folienbahn Fje ein Luftspalt zu der entsprechenden Walze 40 vorhanden ist.

Fig.6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Folienbahn Funter einer Walzenelektrode 50 hindurchläuft. Dabei wird die Folienbahn F über eine walzenförmige Gegenelektrode 52 gezogen. Zur verbesserten Anpassung der Elektroden kann als Kompensationsglied zwischen dem Hochfrequenzleistungstransformator und der Elektrode 50 noch eine Abstimmspule 54 vorgesehen sein. Die Abstimmspule 54 weist einen Ferritkern auf. Die Größe der Induktivität der Abstimmspule 54 ist auf mechanischem oder elektrischem Wege veränderbar. Eine entsprechende Anordnung zeigt F i g. 7. Für eine feststehende Elektrode 60 und eine walzenförmige Gegenelektrode 62, wobei die Anpassung durch das als abstimmbare Spule 54' ausgeführte Kompensationsglied verbessert wird.

Das Kompensationsglied 54 kann ebenso wie dit Teile 12 oder 18 der Einrichtung als ein geschlossene: Bauelement ausgeführt sein, das bei Bedarf mit der übrigen Teilen der Einrichtung zusammengeschaltei wird.

F i g. 8 zeigt einen Ausschnitt der F i g. 4 in vergrößerter Darstellung. Die Bezugszeichen sind dieselben wie ir F i g. 4 und haben dieselbe Bedeutung. Die F i g. 8 zeigt daß die wirksame Kapazität der Behandlungsanordnung C von der Behandlungsstärke abhängig ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet siel· gegenüber bekannten Einrichtungen dadurch, daß vor den Elektroden eine gleichmäßige Funkenentladung gegen das vorzubehandelnde Material gerichtet wird Die Funkenentladung geht konstant ohne Unterbre chung zwischen den einzelnen Hochfrequenzperioder vor sich. Bei einer Behandlung mit einer erfindungsge mäßen Einrichtung wird sehr viel Ozon entwickelt welches für die Haftvermittlung von z. B. Farbe odei Klebstoff sich als förderlich erwiesen hat. Einrichtunger der erfindungsgemäßen Art sind äußerst vielseitig verwendbar, da die für den jeweiligen Behandlungsfal am besten geeignete Elektrode gewählt werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Hochfrequenzentladung, insbesondere zur Reinigung und Erhöhung der Benetzbarkeit von aus Kunststoff, Metall, Paier oder textlien Stoffen bestehenden Teilen oder Bahnen, mit einem aus einem Hochfrequenz-Generator bestehenden Erregerteil, der über einen Hochfrequenz-Leistungstransformator, dessen Primär- und Sekundärwicklung eng gekoppelt auf einem Ferrit-Kern angeordnet sind, an einen mit Elektroden und dem zu behandelnden Teil bzw. der zu behandelnden Bahn als Resonanzkreis zum Hochfrequenz-Generator ausgebildeten Belasstungsteil gekoppelt ist, da- '5 durch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Generator (11) eine feste Arbeitsfrequenz hat, daß der Ferrit-Kern (17) ein geschlossener Kern mit niedriger magnetischer Steuerung ist und daß die Induktivität des Transformators (14, 16, 17) zur Abstimmung des Resonanzkreises veränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Resonanzkreis das Produkt LC konstant gehalten ist, wobei L entsprechend der Änderung von Cveränderbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten der Primärwicklung und der Sekundär-Wicklung (14, 16) veränderbar sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Hochfrequenz-Leistungstransformator und einer Elektrode angeordnetes Kompensationsglied (54), dessen Induktivität einstellbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsglied (54) aus einer auf einem Ferrit-Kern angeordneten Spule besteht.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß der abstimnnbare Hochfrequenz-Leistungstransformator ({4,16) und/ oder das Kompensationsglied (54) als gesonderte Bauelemente ausgeführt sind.