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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer Materialoberfläche, insbesondere zur Korona- oder Plasma-Vorbehandlung einer Oberfläche einer Materialbahn, sowie ein Elektrodenelement, einen Satz von Elektrodenelementen und eine Segmentelektrode dafür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, 1, 6 bzw. 9.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Die Korona-Vorbehandlung ist ein allgemein bekanntes Verfahren und wird beispielsweise zur Aufrauhung der Oberfläche von Kunststofffolien vor einer Bedruckung verwendet.
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Grundsätzlich dient eine Korona-Vorbehandlung der Verbesserung der Adhäsion zwischen verschiedenen Stoffen. Als Adhäsion bezeichnet man das Aneinanderhaften von verschiedenartigen Stoffen und Körpern aufgrund der Molekularkräfte. Adhäsion umfasst die Haftkräfte an den Kontaktflächen zweier unterschiedlicher oder gleicher Stoffe durch Molekularkräfte. Die Stoffe können sich dabei in festem oder in flüssigem Zustand befinden. Im Bereich der Klebstoffe versteht man unter Adhäsion die Haftung von Klebeschichten an den Kontaktflächen.
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Die Vorgänge bei der Adhäsion sind infolge der Abhängigkeiten der verschiedenen Kontaktflächen und Stoffe komplex. Es ist jedoch anerkannt, dass sich eine gute Haftung zwischen zwei verschiedenen Stoffen jedenfalls dann ergibt, wenn die Materialien polar sind. Ist zumindest einer der Stoffe nicht polar, führt dies zu einer schlechten Haftung.
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Die meisten Kunststoffe haben eine unpolare, elektrisch gut isolierende und Wasser abweisende Oberfläche. Sie ist durch Druckfarben, Lösemittel, wässrige Kunststoffdispersionen, Klebstoffe oder Haftvermittler schlecht benetzbar. Dies gilt vor allem für Polyethylen-Polypropylen- und Polyesterfolien. Das Bedrucken solcher Kunststoffe, sei es in Form von Folien, beschichtetem Material oder räumlicher Körper, oder ihre Weiterverarbeitung durch Kaschieren oder Beschichten ist deshalb nicht oder zumindest nicht optimal möglich. Die Druckfarben haften nicht, bei der Herstellung von Verbundfolien erfolgt eine Delamination usw.
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Eine Korona-Vorbehandlung, die am häufigsten angewendete Form der Oberflächenbehandlung, schafft Abhilfe. Eine Alternative stellt die Plasma-Vorbehandlung dar. Weitere Alternativen sind die Flammbehandlung oder die Fluorierung. Das Ziel dieser Vorbehandlungen ist jeweils die Erhöhung der Polarität der Oberfläche, wodurch die Benetzbarkeit und die chemische Affinität deutlich verbessert werden.
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Bei der Korona-Vorbehandlung spielen nach derzeitigem Erkenntnisstand Oxidationsprozesse eine wesentliche Rolle. Je nach Folienart bilden die Oxidationsprozesse verschiedene polar funktionelle Gruppen aus (z. B. Alkohole, Aldehyde, Carbonsäuren, Ester, Ether, Peroxide). Ein Abbau der Polymere ist ebenfalls nachgewiesen. Andererseits kann eine Vernetzung der Makromoleküle angenommen werden, da die Korona-Vorbehandlung die Siegelfähigkeit verschlechtert (Erhöhung der Glasübergangstemperatur, Tg und Schmelztemperatur). Die elektrische Entladung führt zu einer Ionisierung der Luft, was zur lokalen Bildung von Ozon führt. Das Ozon kann auf der Oberfläche ebenfalls oxidativ wirken.
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Vorrichtungen zur Korona-Vorbehandlung sind im Stand der Technik bekannt. Ein Hersteller derartiger Vorrichtungen ist die Schnick Systemtechnik GmbH & Co. KG, Kinzigweg 23, 42579 Heiligenhaus. Wichtig für die Qualität der Vorbehandlung, die Flexibilität für verschiedene Anwendungen und die Lebensdauer und Wartungshäufigkeit ist dabei die Ausgestaltung der Elektrode. So sind neben einstückigen walzenförmigen Elektroden, die keine Flexibilität hinsichtlich der Behandlungsbreite und der Behandlungsbereiche aufweisen und zu erhöhtem Verschleiß bei unvollständiger Ausnutzung der Breite neigen können, auch Segmentelektroden bekannt, die klapp- oder verschiebbar sind und hinsichtlich des zu behandelnden Bereichs eine hohe Flexibilität bieten: Das Material kann über die gesamte Breite oder in einzelnen oder mehreren dicken oder dünnen Streifen behandelt werden.
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Eine derartige Segmentelektrode für eine Vorrichtung zur Behandlung einer Oberfläche einer Materialbahn mittels Korona-Entladung ist aus dem
DE 20 2009 011 370 U1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine aus einzelnen aneinandergereihten Elektrodenelementen gebildete Segmentelektrode sowie eine Walze, die einen Spalt zum Durchführen der Materialbahn bilden. Die jeweils identisch ausgebildeten Elektrodenelemente sind manuell zwischen einer Betriebsstellung und einer zurückgezogenen Stellung verbringbar, um die Behandlungsbreite auf die Materialbahnbreite oder die zu behandelnden Abschnitte der Materialbahn anzupassen. Sie sind aus blankem Metall gebildet, während die Walze isoliert ist. Bei auch nur punktuellem Verschleiß oder lokaler Beschädigung der Isolation der Walze ist diese insgesamt zu ersetzen.
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Eine isolierte Elektrode ist aus dem
G 86 32 118 in Form einer langen einstückigen Koronaelektrode, die sich entlang einer als Walze ausgebildeten Gegenelektrode erstreckt, bekannt. Hierbei handelt es sich nicht um eine Segmentelektrode, so dass eine flexible Einstellung der Behandlungszone(n) nicht möglich ist.
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Zwar ist die Isolierung grundsätzlich auch bei Segmentelektroden bekannt. Beispielsweise sind bei der aus der
OS 37 00 232 bekannten Segmentelektrode die einzelnen Sprühsegmente gegeneinander isoliert. Allerdings entstehen infolge der Isolierung Lücken zwischen den Sprühsegmenten, die zu einer inhomogenen Behandlung des Materials führen. Der gleiche Nachteil ergibt sich bei der in der
DE 33 41 784 A1 beschriebenen Segmentelektrode, bei der ein dickes separates becherförmiges Element aus keramischem, dielektrischem Material vorgesehen ist. Umgangen wird dieser Nachteil in der
US 4 684 803 dadurch, dass die aufgrund des becherförmigen Isolators voneinander beabstandeten Elektroden in zwei zueinander versetzten Reihen angeordnet sind, wobei jedoch viel Platz erforderlich ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung einer Materialoberfläche, insbesondere zur Korona- oder Plasma-Vorbehandlung einer Oberfläche einer Materialbahn, sowie ein Elektrodenelement, einen Satz von Elektrodenelementen und eine Segmentelektrode dafür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, 1, 6 bzw. 9 zu schaffen, die bei größtmöglicher Flexibilität hinsichtlich des Behandlungsbereichs eine qualitativ hochwertige gleichmäßige Behandlung der Materialoberfläche sicherstellen und kostengünstig betreib- und reparierbar sowie wartungsarm und kompakt sind.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 10, 1, 6 bzw. 9 gelöst.
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Demnach wird ein Elektrodenelement für eine Vorrichtung zur Behandlung einer Materialoberfläche, insbesondere zur Korona- oder Plasma-Vorbehandlung einer Oberfläche einer Materialbahn, umfassend einen elektrisch leitenden Kontaktbereich für einen elektrischen Kontakt mit der Vorrichtung, einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Elektrodenelements an der Vorrichtung benachbart zu weiteren Elektrodenelementen unter Ausbildung einer Segmentelektrode sowie einen Elektrodenabschnitt, geschaffen, bei dem der Elektrodenabschnitt eine elektrisch isolierte Wirkfläche zum Zusammenwirken mit einer Gegenelektrode der Vorrichtung aufweist, wobei die elektrische Isolierung in Form einer elektrisch isolierenden Beschichtung ausgestaltet ist.
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Die elektrisch isolierende Beschichtung, beispielsweise in Form einer Glas-, Keramik- oder Emailbeschichtung oder Glasierung oder Beschichtung mit temperatur- und durchschlagfestem Kunststoff, ist verhältnismäßig dünn durchführbar und erlaubt damit eine enge Anordnung der Segmente.
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Ferner ist es mit einer derartigen Beschichtung möglich, die Wirkfläche und insbesondere das Elektrodenelement beliebig auszuformen. So kann die Wirkfläche einen Versatzabschnitt zur Überlappung mit einem benachbarten Elektrodenelement und/oder das Elektrodenelement Nuten oder einen beliebigen, auch hinterschnittenen, Querschnitt aufweisen.
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Durch die Überlappung können isolierte Elektrodensegmente für eine Segmentelektrode in einer Vorrichtung zur Behandlung einer Materialfläche verwendet werden, so dass bei größtmöglicher Flexibilität hinsichtlich des Behandlungsbereichs durch die Elektrodensegmentierung eine qualitativ hochwertige gleichmäßige Behandlung der Materialoberfläche ohne durch Beabstandung hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten sichergestellt wird und sich ein kostengünstiger und wartungsarmer Betrieb durch längere Lebensdauer der Gegenelektrode und Austauschbarkeit einzelner Elektrodenelemente bei platzsparender Konstruktion ergibt.
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Vorzugsweise bildet ein Querschnitt des Versatzabschnitts ein rechtwinkliges Trapez oder ein nicht rechteckiges Parallelogramm. Derartige Formen sind aus einem Stück einfach herstellbar. Weitere Querschnitte sind ggf. zweckmäßig, z. B. in Form eines nicht rechteckigen Parallelogramms mit einer Einkerbung auf einer und einer kongruenten Spitze auf der entgegengesetzten Seite, halbkreisförmige Seiten, Fingerfortsätze etc. Der Versatz ist ungeachtet der geometrischen Ausgestaltung zweckmäßigerweise so gewählt, dass er den durch die Isolierung bedingten Abstand zwischen zwei benachbarten Elektrodenelementen verringert oder überbrückt oder überlappt.
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Die Wirkfläche kann sich aus einem Trägerteil des Elektrodenelements heraus erstrecken und das Trägerteil kann einen Versatzabschnitt aufweisen. Insbesondere wenn die Versatzabschnitte der Wirkfläche und des Trägerteils verschieden sind, ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität. So können verschieden geformte Elektrodenelemente zur gewünschten Segmentelektrode zusammengesetzt werden, und/oder bei einer Standard-Form für das Trägerteil Elektrodenelemente mit verschieden geformte Wirkflächen und/oder Elektrodenabschnitte gegeneinander ausgetauscht werden. Es ergeben sich nahezu unendliche Konfigurationsmöglichkeiten.
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Die Wirkflächen und/oder Elektrodenabschnitte, und ggf. die Trägerteile, können dabei beliebig geformt sein. Ein Versatz kann ggf. nur auf einer Seite, d. h. zu einem der beiden benachbarten Elektrodenelemente, vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Materialbahn entlang Linien behandelt oder Linien von der Behandlung ausgespart werden sollen. Auch können Nuten vorgesehen sein oder ein finger- oder kammförmiger Querschnitt.
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Vorteilhaft kann aus einem derartigen Satz von insbesondere verschiedenen Elektrodenelementen eine beliebige Gesamtwirkfläche für die Segmentelektrode gebildet werden. Es ergibt sich ein Höchstmaß an Flexibilität bei hoher Langlebigkeit und einfacher Umkonfigurierbarkeit.
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Die Erfindung schafft ferner eine Segmentelektrode mit derartigen Elektrodenelementen.
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Schließlich schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung einer Materialoberfläche, insbesondere zur Korona- oder Plasma-Vorbehandlung einer Oberfläche einer Materialbahn, mit der erfindungsgemäßen Segmentelektrode und einer Gegenelektrode z. B. in Form einer Walze, wobei die Materialbahn zwischen der Gegenelektrode und der Segmentelektrode zur Durchführung der Behandlung hindurchführbar ist, wobei zwischen die Segmentelektrode und der Gegenelektrode eine Spannung anlegbar ist.
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Zweckmäßigerweise weisen die Elektrodenelemente der Segmentelektrode elektrisch isolierte Wirkflächen auf und die Gegenelektrode umfasst einen elektrisch nicht isolierten Oberflächenabschnitt zum Zusammenwirken mit der Segmentelektrode.
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Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 skizziert eine Vorrichtung zur Behandlung einer Materialoberfläche.
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2 skizziert eine Segmentelektrode in Draufsicht aus Sicht der Materialbahn.
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3 a), b), c) und d) zeigen ein Elektrodenelement in Draufsicht aus Richtung der Segmentelektrode, in Seitenansicht entlang der Materialbahnebene, in Draufsicht aus Richtung der Gegenelektrode oder Walze, bzw. in Seitenansicht entlang des Schitzes zwischen Segmentelektrode und Gegenelektrode.
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4 a), b), c) und d) zeigen ein weiteres Elektrodenelement in den Ansichten entsprechend 3.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Die in 1 skizzierte Vorrichtung 1 zur Behandlung einer Materialoberfläche, insbesondere zur Korona- oder Plasma-Vorbehandlung einer Oberfläche einer Materialbahn 2, umfasst eine Walze 3 und eine parallel zur Walzenachse 4 angeordnete Segmentelektrode 5, wobei die Materialbahn 2 durch einen Spalt 6 zwischen der Walze 3 und der Segmentelektrode 5 in Richtung des Pfeils 7 geführt wird, während zwischen der Segmentelektrode 5 und der Walze 3 eine elektrische Spannung insbesondere durch eine Steuerung 8 zur Erzeugung einer Korona-Entladung oder dergleichen anliegt.
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Die Segmentelektrode 5 umfasst dabei eine Vielzahl von einzelnen Elektrodenelementen 9, die zweckmäßigerweise unmittelbar aneinandergereiht sind, vgl. 2. Jedes der Elektrodenelemente 9 weist hier in Draufsicht beispielhaft die Form eines nicht rechteckigen Parallelogramms auf. Eine Isolierung 10 ist an jedem Elektrodenelement 9 vorgesehen. In Richtung des Pfeils 7, also in Materialbahntransportrichtung, überlappen die einzelnen Elektrodenelemente 9 durch schraffiert illustrierte Versatzabschnitte 11 derart, dass die isolierungsbedingte Beabstandung verringert, insbesondere überbrückt wird. Die Überlappung wird so gewählt, dass sich eine homogene Behandlung ergibt. Die Überlappung kann insbesondere so groß bemessen sein, dass elektrodenflächenrandbedingte elektrische Inhomogenitäten, die durch den Feldverlauf am Rand oder an Ecken der Wirkfläche entstehen können, nicht zu einer inhomogenen Behandlung führen, also größer sein als der isolierungsbedingte Spalt zwischen den einzelnen Elektrodenelementen.
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Der Aufbau der Elektrodenelemente 9, die aus Metall bestehen können, ist in 3 und 4 skizziert.
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Das in 3 dargestellte Elektrodenelement 9 weist einen Befestigungsabschnitt 12 auf, der in die Segmentelektrode 5 bevorzugt einsteckbar oder dort verschraubbar oder anderweitig dort befestigbar ist. Der Befestigungsabschnitt kann auch eine Schwenkbefestigung bilden, bei der das Elektrodenelement 9 aus wenigstens einer Ruhestellung in wenigstens eine Betriebsstellung verschwenkbar ist.
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Der Befestigungsabschnitt bildet zweckmäßigerweise einen Kontaktbereich 13 aus für einen elektrischen Kontakt mit der Vorrichtung 1 zwecks Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung durch die Steuerung 8. Der Kontaktbereich 13 kann sich über einen Abschnitt des Elektrodenelements 9 erstrecken und es können mehrere Kontaktbereiche 13 an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sein.
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Vorzugsweise einstückig ausgebildet mit dem Befestigungsabschnitt 12 sind ein Trägerteil 14 und ein Elektrodenabschnitt 15. Das Trägerteil 14 des Elektrodenelements 9 weist hier in einer Ebene parallel zur Materialebene oder quer zum Spalt 6 einen Querschnitt auf in Form eines nicht rechteckigen Parallelogramms. Andere Ausgestaltungen sind denkbar, siehe 5.
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Der Elektrodenabschnitt 15 ist hier wie das Trägerteil 14 ausgebildet und mit einer durch Schraffur angedeuteten elektrisch isolierenden Beschichtung 16 auf einer Wirkfläche 17 versehen. Der Versatzabschnitt 11 der Wirkfläche 17 ist in 3 c) hervorgehoben, der hier gleiche Versatzabschnitt 18 des Trägerteils 14 in 3 a). Die Beschichtung 16 kann keramisch oder eine Kunststoffbeschichtung oder dergleichen sein. Sie erstreckt sich über die der Gegenelektrode zugewandte Oberfläche, also die Wirkfläche 17, und zweckmäßigerweise zumindest teilweise auf den umgebenden Rand, insbesondere wie dargestellt über den gesamten Elektrodenabschnitt 15.
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Bei dem Elektrodenelement 9 der 4 sind das Trägerteil 14 und der Elektrodenabschnitt 15 nebst Wirkfläche 17 unterschiedlich ausgestaltet. So weist das Trägerteil 14 des Elektrodenelements 9 weist weiterhin beispielhaft in einer Ebene parallel zur Materialebene oder quer zum Spalt 6 einen Querschnitt auf in Form eines nicht rechteckigen Parallelogramms; allerdings bildet der Elektrodenabschnitt 15 und/oder die Wirkfläche 17 in einer Querschnittsebene parallel zur Materialebene oder quer zum Spalt 6 ein rechtwinkliges Trapez.
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Die Wirkfläche 17 ist in den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen beispielhaft durchbrochen, während sie in 2 flächig ausgeführt ist. Bevorzugt ist die durchbrochene Ausführungsform infolge Nutenbildung im Elektrodenabschnitt 15. Hierbei sind zweckmäßigerweise die Nuten wie dargestellt mit der elektrisch isolierenden Beschichtung 16 versehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009011370 U1 [0009]
- DE 8632118 U [0010]
- OS 3700232 [0011]
- DE 3341784 A1 [0011]
- US 4684803 [0011]
