DE19531898A1 - Elektrode für die Coronabehandlung von Folien - Google Patents
Elektrode für die Coronabehandlung von FolienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die Coronabehandlung von Folien nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um eine rohe oder beschichtete Kunststoffolie benetzbar bzw. bedruckbar zu ma
chen, muß deren Oberflächenenergie erhöht werden. Dies folgt üblicherweise durch
energiereiche Behandlung der Folienoberfläche und zwar bevorzugt dadurch, daß die
Folie einer elektrischen Coronabehandlung ausgesetzt wird. Die direkt vom Extruder
oder von einer Rolle kommende Folie durchläuft dabei eine Coronaentladung, welche
über die gesamte Folienbreite reicht. Hierbei erhöht sich die Oberflächenenergie der
Folie, wodurch Druckfarben auf dieser haften und nicht mehr abperlen.
Die Coronabehandlung der Folie erfolgt in der Regel dadurch, daß die Folie über
eine Umlenkwalze geführt wird, an deren radialer Außenseite sich eine oder mehrere
Elektroden befinden. Eine solche Anordnung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.
Die Elektroden 10 bilden zusammen mit dem Metallkern 11 der Umlenkwalze 12 ei
nen elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum zum einen durch die dielektrische
Beschichtung 13 des Metallkerns 11 der Umlenkwalze 12 und zum anderen durch die
zu behandelnde Folie 14 selbst gebildet wird. Die dielektrische Beschichtung 13 be
steht beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem keramischen Werkstoff. Durch
Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen den Elektroden 10 und
dem Metallkern 11 der Umlenkwalze 12 entsteht eine Coronaentladung zwischen den
Elektroden 10 und der Oberfläche der zu behandelnden Folie 14. Zur Erzielung einer
intensiveren Behandlung werden meist mehrere Elektroden 10 entlang des Umfangs
der Umlenkwalze 12 verwendet, welche jeweils mehrere Entladungsspitzen aufweisen
können.
Das beschriebene Verfahren funktioniert nur bei elektrisch nichtleitenden Folien, also
beispielsweise unbeschichteten Kunststoffolien oder Papierbahnen zufriedenstellend.
Häufig müssen jedoch metallisierte Folien oder Papierbahnen einer Coronavorbe
handlung unterzogen werden. Da in diesem Fall die Oberfläche der Folie 14 selbst
elektrisch leitend ist, wird zwischen den Elektroden 10 und der Folienoberfläche keine
homogen verteilte Coronaentladung bewirkt, sondern es finden einzelne, blitzartige
Entladungen statt, welche die Folie teilweise zerstören und teilweise unbehandelt be
lassen. Um diesen Effekt zu vermeiden, werden seit einiger Zeit dielektrisch beschich
tete Elektroden verwendet, beispielsweise also Metallelektroden mit einem kerami
schen Überzug. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der keramische Über
zug aufgrund seines, verglichen mit dem metallischen Kern, wesentlich geringeren
thermischen Expansionskoeffizienten, bei thermischer Beanspruchung der Elektrode
bricht. Selbst wenn nur Haarrisse in dem keramischen Überzug entstehen, führt
dies sofort zu einer Konzentration des elektrischen Feldes in diesem Bereich und
damit zur Unbrauchbarkeit der Elektrode. Auch bei einer aufwendigen Luftkühlung
der gesamten Elektrode, können die durch die Coronavorbehandlung entstehenden
Temperaturen vor allem im Inneren der Elektrode nicht soweit reduziert werden,
daß die Elektrode unbeschädigt bleibt.
Um diesem Nachteil zu begegnen, werden daher häufig Elektroden verwendet, wel
che aus einem Keramikrohr bestehen, das mit Metallpulver oder -granulat gefüllt
ist. Hierdurch verbleibt im Inneren des Keramikrohres genügend Volumen, in wel
ches sich das Metallpulver thermisch ausdehnen kann. Bei diesen Elektroden ist
jedoch von Nachteil, daß der einzig starre Teil das Keramikrohr ist, was zu einer
entsprechenden Bruchempfindlichkeit führt. Falls es zu einem Bruch des Keramik
rohres kommt, werden die entstehenden Keramiksplitter und das austretende Me
tallpulver von der darunter fortbewegten Folie mittransportiert undverschmutzen
und beschädigen so die gesamte Anlage und eventuell auch nachgeschaltete Vor
richtungen. Außerdem müssen auch diese Elektroden luftgekühlt werden und um
eine ausreichende Kühlfläche für die auftreffende Kühlluft zu bilden, entsprechend
groß ausgelegt sein. Durch die Kühlung mit der im Bereich von Industrieanlagen
regelmäßig verschmutzten Luft, verschmutzen und verkrusten außerdem die Elek
troden in kurzer Zeit.
Um diesen Nachteilen zu begegnen, beschreiben beispielsweise die Druckschriften
DE 38 31 694 A1, DE 36 40 966 A1, DE 24 27 933 A1 und DE-GM 94 02 370
innengekühlte Coronaelektroden aus Metall mit einer dielektrischen Umhüllung.
Insbesondere die letztgenannte Druckschrift beschreibt eine Coronaelektrode mit
einem festen Metallkörper als elektrisch leitendem Kern welcher mit einer dielektri
schen Beschichtung aus Keramik überzogen ist, wobei aufgrund der verschiedenen
Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall und Keramik im Bereich der stärksten
Erhitzung Kühlbohrungen zur Durchleitung eines Kühlmittels vorgesehen sind. Bei
hoher Beanspruchung genügt jedoch oft die Kühlleistung nicht, um ein Brechen der
Keramik aufgrund ihres geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verhindern.
Es besteht daher die Aufgabe, eine einen elektrisch leitenden Kern und eine dielektri
sche Umhüllung aufweisende Elektrode für die Coronabehandlung so weiterzubilden,
daß sie kompakt, wartungsarm und thermisch stabil ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Elektrodenbereichs einer Coronavorbe
handlungsanlage im Querschnitt;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode; und
Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Elektrode.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Elektrode 10 dient als Ersatz für die bislang
verwendeten Elektroden 10 der in Fig. 1 dargestellten Elektrodenanordnung, auf
welche bereits in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen wurde.
Die Querschnittsabmessungen der Elektrode 10 betragen etwa 5 bis 10 cm, während
die Längsausdehnung der Elektrode 10 je nach zu behandelnder Folienbreite bis
zu mehreren Metern betragen kann. Die Elektrode 10 besteht aus einem Elektro
denkörper 1 aus Vollkeramik mit einer im wesentlichen flachen Rückseite 15 und
einer Vorderseite 5, welche zwei konvexe Bereiche 6 aufweist, die durch einen kon
kaven Bereich 7 voneinander getrennt sind (Fig. 3). Die beiden konvexen Berei
che 6 erzeugen jeweils eine zur Umlenkwalze 12 hin gerichtete Coronaentladung.
An der Rückseite 15 des keramischen Elektrodenkörpers 1 befindet sich ein längs
verlaufender, im Querschnitt T-förmiger Befestigungsschlitz 9, über welchen der
Elektrodenkörper 1 an geeigneten Befestigungselementen der Vorbehandlungsanlage
befestigbar ist.
Der Elektrodenkörper 1 weist innerhalb jedes der beiden konvexen Bereiche 6 Durch
gangsbohrungen 2, 3 auf, welche längs durch den gesamten Elektrodenkörper ver
laufen. Der Radius dieser Durchgangsbohrungen 2, 3 ist geringfügig kleiner als
der Krümmungsradius der konvexen Bereiche 6. Auf diese Weise schmiegt sich die
Krümmung der Durchgangsbohrungen 2, 3 der Krümmung der konvexen Bereiche 6
an. Der Abstand zwischen den Durchgangsbohrungen 2, 3 und der Oberfläche des
Elektrodenkörpers 1 im Bereich der konvexen Bereiche 6 beträgt etwa 1 bis 3 mm.
Innerhalb der Bohrungen 2, 3 befindet sich eine Schraubenfeder 4 aus Federstahl,
welche den festen, elektrisch leitenden Kern der Elektrode 10, und somit das Ge
genstück zum Metallkern 11 der Umlenkwalze 12 bildet. Wie am besten aus Fig.
2 ersichtlich ist, ist die Schraubenfeder 4 so eingebaut, daß sie zu beiden Seiten
des Elektrodenkörpers 10 einen gewissen Abstand einhält. Hierdurch wird bewirkt,
daß die entstehende Coronaentladung nicht bis zum Rand des Elektrodenkörpers 1
bzw. der Elektrode 10 reicht. Somit kann der Elektrodenkörper 1 an seinem Rand
befestigt werden, ohne daß während des Betriebs Schwierigkeiten durch die Corona
entladung aufträten. Darüberhinaus kann erzielt werden, daß eine breite Folie 14 an
ihren Randbereichen, an denen sie über die Länge der Schraubenfeder 4 hinaussteht,
nicht behandelt wird. Die Schraubenfeder 4 ist beispielsweise durch (nicht darge
stellte) Stopfen, welche links und rechts in die Durchgangsbohrung 2 eingebracht
sind, in ihrer Position fixiert. In Fig. 3 sind die beiden Schraubenfedern 4 in den
Durchgangsbohrungen 2 und 3 im Querschnitt schraffiert dargestellt.
Während des Betriebs dieser Elektrode 10 wird durch die Durchgangsbohrungen
2, 3 ein Kühlmittel geleitet. Dies kann entweder ein Gas, beispielsweise Luft sein
oder eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Da sich die Durchgangsbohrungen 2, 3
innerhalb der durch die Coronaentladung stark erhitzten konvexen Bereiche 6 befin
den, erfolgt die Kühlung genau dort, wo normalerweise die höchsten Temperaturen
auftreten. Die als metallischer Elektrodenkern verwendete Schraubenfeder 4 dehnt
sich trotz der Kühlung aus. Dies bewirkt jedoch keine Sprengung des keramischen
Elektrodenkörpers 1, da die Schraubenfeder 4 ihren Durchmesser bei der Ausdeh
nung nicht vergrößert. Die Ausdehnung der Schraubenfeder 4 führt nämlich zum
einen zu einer nach innen gerichteten Verdickung des Federdrahts und zum anderen
zu einer Verlängerung der Schraubenfeder 4 in Elektrodenlängsrichtung, möglicher
weise zu einer zusätzlichen Verdrillung. Wesentlich ist also, daß der innerhalb der
Bohrungen 2, 3 zur Verfügung stehende Raum ausreicht, um dem metallischen Kern
Ausdehnungsspielraum zu geben.
Die Bohrungen 2, 3 haben also eine Doppelfunktion. Zum einen nehmen sie die als
metallischer Kern wirkende Schraubenfeder 4 auf, zum anderen dienen sie als Kühl
leitungen. Das Kühlmittel fließt durch die beiden Bohrungen 2, 3 in entgegensetzter
Richtung, also im Gegenstromprinzip. Hierdurch wird erreicht, daß sich entlang
der Längsausdehnung der Elektrode 10 kein Temperaturgradient aufbaut, sondern
eine gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt. Durch den geringen Abstand der
Durchgangsbohrungen 2, 3 zur Oberfläche des Elektrodenkörpers 1 wird die bei
der Coronaentladung entstehende Wärme so schnell wie möglich an das Kühlmittel
übertragen und abgeführt.
In alternativen Ausführungsformen kann die Elektrode auch nur eine oder mehrere
konvexe Bereiche 6 umfassen, welche jeweils eine Durchgangsbohrung 2 beinhalten
können. Bei mehr als zwei konvexen Bereichen 6 müssen jedoch für jeden Durchmes
ser der Umlenkwalze 12 besondere Elektroden 10 verwendet werden, da der Abstand
zwischen jedem konvexen Bereich 6 und der Oberfläche der Umlenkwalze 12 konstant
sein soll.
In weiteren alternativen Ausführungsformen kann anstelle der Schraubenfeder 4 ein
anderer metallischer Einsatz innerhalb der Bohrung 2, 3 verwendet werden, vor
ausgesetzt, daß die Querschnittsfläche des metallischen Kerns an jeder Stelle der
Elektrode 10 geringer ist als die Querschnittsfläche der entsprechenden Bohrung 2,
3. Hierdurch wird gewährleistet, daß an jeder Stelle der Elektrode 10 Ausdehnungs
spielraum für die Elektrode verbleibt. Eine mögliche alternative Ausführungsform
in diesem Sinne besteht beispielsweise darin, daß der elektrisch leitende Kern im
wesentlichen aus einzelnen, jeweils an der Innenwand der Bohrung 2, 3 anliegenden
Metallstäben oder -rohren besteht. Darüberhinaus kann anstelle von Federstahl
auch ein anderes leitendes Material, auch ein leitfähiger Kunststoff eingesetzt wer
den.
Claims (8)
1. Elektrode (10) für die Coronabehandlung von Folien (14), weiche zwischen
dieser Elektrode (10) und einer hierzu parallelen, als Gegenelektrode ausgebil
deten Walze (12) verlaufen, mit einem festen, elektrisch leitenden Kern und
einer dielektrischen Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektri
sche Umhüllung den Elektrodenkörper (1) bildet, der mindestens eine parallel
zur Walze (12) verlaufende Bohrung (2, 3) aufweist, in welcher der elektrisch
leitende Kern angeordnet ist und an jeder Stelle der Elektrode (10) die Quer
schnittsfläche des Kerns geringer ist als die Querschnittsfläche der Bohrung
(2, 3), wodurch sich der Kern an jeder Stelle innerhalb der Bohrung (2, 3)
thermisch ausdehnen kann.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch
leitende Kern aus Metall besteht.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch
leitende Kern im wesentlichen aus einer Schraubenfeder (4) aus Federstahl
besteht, welche an der Innenwand der Bohrung (2, 3) anliegt.
4. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch
leitende Kern aus einzelnen, jeweils an der Innenwand der Bohrung (2, 3)
anliegenden Metallstäben oder -rohren besteht.
5. Elektrode nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Elektrodenkörper (1) im wesentlichen aus einem keramischen
Werkstoff besteht.
6. Elektrode nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die oder jede Bohrung (2, 3) eine Durchgangsbohrung zur Durchlei
tung eines Kühlmittels ist.
7. Elektrode nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß ihre der Folie zugewandte Seite im Querschnitt zwei konvexe Bereiche
(6) und einen dazwischen liegenden konkaven Bereich (7) aufweist und inner
halb jedes konvexen Bereiches (6) eine Bohrung (2, 3) verläuft
8. Elektrode nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Abstand der oder jeder Bohrung (2, 3) zur Elektrodenoberfläche
(5) etwa 0,5 bis 5 mm beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995131898 DE19531898A1 (de) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | Elektrode für die Coronabehandlung von Folien |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995131898 DE19531898A1 (de) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | Elektrode für die Coronabehandlung von Folien |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19531898A1 true DE19531898A1 (de) | 1997-03-06 |
Family
ID=7770762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995131898 Withdrawn DE19531898A1 (de) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | Elektrode für die Coronabehandlung von Folien |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19531898A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002019486A1 (de) * | 2000-08-28 | 2002-03-07 | Afs Entwicklungs + Vertriebs Gmbh | Vorrichtung zur coronabehandlung und schwenkhalterung für eine elektrode |
WO2005025759A2 (de) | 2003-09-12 | 2005-03-24 | Voith Paper Patent Gmbh | Auftragsvorrichtung |
DE202013009132U1 (de) | 2013-10-16 | 2015-01-19 | Afs Entwicklungs + Vertriebs Gmbh | Halterung zur Befestigung einer Elektrodengruppe |
DE102018126843A1 (de) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Ahlbrandt System Gmbh | Elektrode für die Erzeugung einer Koronaentladung |
-
1995
- 1995-08-30 DE DE1995131898 patent/DE19531898A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102018126843A1 (de) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Ahlbrandt System Gmbh | Elektrode für die Erzeugung einer Koronaentladung |
WO2020083448A1 (de) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Ahlbrandt System Gmbh | Elektrode für die erzeugung einer koronaentladung |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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