DE2045708A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Oberflachenbehandlung eines Kunst stoffkorpers - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL-ING.

* Frankfurt am Main 70- 4 0*37UO

Schneckenhofsfr. 27- Tel. 61 7079

UNION CARBIDE CORPORATION

1 2. Sept. 1970 Gzx/goe

Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines

Kunststoffkörpers.

'6 86

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Kunststoffkörpers unter Verwendung von Wechselspannung hoher Intensität, die von Koronaentladung begleitet ist·

Es ist bekannt, daß, setzt man eine Oberfläche eines Polymerkörpers, beispielsweise ein/Polyäthylenfilm, einer Hochspannungsgasentladung mit Koronaeigenschaften aus, die Affinität der Oberfläche für Haftmittel, Tinten oder andere polare Substrate verbessert wird. Die Behandlungszone einer typischen Anlage enthält eine relativ große Erdelektrode, die von einer oder mehreren relativ scharfen Hochspannungselektroden durch zwei oder vorzugsweise drei Dielektrika getrennt ist· Die wesentlichen Dielektrika sind ein ionisierbares gasförmiges Dielektrikum, normalerweise Luft, und der polymere Körper., der behandelt werden soll. Normalerweise ist die Erdelektrode mit einem "Puffer"-Dielektrikum, beispielsweise Gummi oder einem Polyesterfilm, bedeckt, der einen Bogenüberschlag in den

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Spalt an schwachen Stellen des Polymerkörpers verhindert. Die Hochspannungselektrode, die aus einem oder mehreren Behandlungsstäben in Reihe oder parallel enthält, läuft längs der Erdelektrode und ist an einen Hochspannungsgenerator angeschlossen.

Die meisten handelsüblichen Behandlungsanlagen verwenden Wechselstrom mit einer Frequenz bis zu 500 kHz oder mehr. Spaltspannungen bis zu 15 kV oder mehr werden angewendet, um einen Polymerfilm wirksam zu behandeln, welcher kontinuierlich durch

mit Geschwindigkeiten von

den Spalt/bis zu etwa 15O m (5OO feet) pro Minute oder mehr geführt wird. In der Praxis hält man Energiedichten an der Filmoberfläche in der Größenordnung von etwa 11 Watt-Minute pro m (l watt-minute pei/square foot) der Filmoberfläche oder mehr für gute Oberflächenadhäsionseigenschaften für erforderlich.

Während jede Komponente einer Filmbehandlungsanlage von Zeit W zu Zeit Untersuchungen unterworfen wurde, wurde der Hochspannungsgenerator im allgemeinen außer acht gelassen. Die Funkens-trek-

kengeneratoren und Motorwechselstrommaschinen, die derzeit benutzt werden, sind unzureichend und leiden an zahlreichen Unzulänglichkeiten.

Neben der Wechselwirkung mit dem Radioempfang entsprechend der Anwesenheit von Radiofrequenzen in der Funkenstreckengenerator-Ausgangswelle hat der Generator ein kurzes Tastverhältnis.

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Er liefert außerdem übermäßige Spannungsspitzen, die den Polymerfilm und das Puffer-Dielektrikum elektrisch beanspruchen. Der Bereich der Ausgangsspannung für einen gegebenen Transformator ist eng begrenzt.

Die Motorwechselstrommaschine nimmt außerdem viel Platz in Anspruch und unterliegt häufig mechanischen Ausfällen. Weiterhin entspricht die sinusförmige Ausgangswelle keineswegs der ' Idealform.

Es ist offensichtlich, daß ein verbessertes Filmbehandlungsverfahren ein solches ist, bei dem eine wirksamere Abgabe der Eingangsleistung an die Last bewirkt wird.

Eine typische Hochspannungsfilmbehandlungsanlage 1st schematisch in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt= Wie dort gezeigt, wird eine Wechselstromlextungsspannung einem Hochspannungsgenerator ι zugeführt; der wechselnde Generatorausgang wird über einen Ausgangstransformator einer Behandlungskreislast zugeführt.

Die Last kann als Verlustkondensator angesehen werden, indem die Behandlungsstäbe nach Länge und Gebiet die Kapazität darstellen; das Dielektrikum ist eine Zusammensetzung aus einem Luftspalt, dem Film und dem Pufferdielektrikum in Reihe. Sobald der Koronaspannungsschwellenpegel erreicht ist, verändern sich die

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Verluste der Anlage in nichtlinearer Weise. Bs ist die Verlustkomponente, die bei der Behandlung wirksam wird und die Erkennung des kapazitiven reaktiven Verhaltens der Last ist wichtig·

Der typische übliche Behandlungsgenerator sorgt nicht für maximale Leistungsabgabe an eine Koronaentladungslast. Praktisch kann die Stablänge, die Stabbreite, das Pufferdielektrikum und auch die Filmdicke bewirken, daß ein Generator nicht an die Last angepaßt ist. Eine Vorsorge zur Übertragung maximaler Leistung auf die Last kann das gesamte Verfahren optimalisieren. Beispielsweise kann ein Generator mit festgelegter Frequenz auf 1,5 KVT bemessen werden. Es ist unmöglich, diese Leistung atf eine Elektrode von etwa 0,3 m (l foot) abzugeben, da die Spannungen, die e*forderlich wären, zu hoch wären. Ähnlich wäre es unmöglich, diese Leistung auf eine Elektrode von etwa 4,5 η (15 feet) zu übertragen, da der Strom übermäßig hoch wäre· Je- ψ der gegebene Generator hat eine Spannungs- und Stromgrenze, und es ist Gegenstand der Erfindung, das Produkt auf ein Maximum zu bringen.

Indem man eine Lastcharakteristik bei einer tatsächlichen Filmeine
anlage, anstatt/simulierte Last nimmt, kann man die Kriterien für richtige Generatorbela dung prüfen. Dieses beobachtete Ergebnis ist in den Fig«. 2 und 3 in doppelt logarithmischer Skala gezeigt. Aus Fig. 2 wird die Nichtlinearität der Korona-

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last ersichtlich und der Strom ändern sich in dem nützlichen Bereich wies

I . fc V¹'⁸.

Die Eingangsleistung ist dementsprechend;

P. -kV²'⁸,
in

Dies bedeutet, daß ein Zuwachs von 10 % in der Gleichstromausgangs spannung zu einem 28 Jiigen Zuwachs der Eingangel ei β tung führt» Die Beladung ist sehr spannungsempfindlich für eine Gasentladungs-(d«h. Korona-)-Anlage. Der Generator hat zwei Zwangsbedingungen· Der Strom in diesem Beispiel ist durch die Konstruktion auf 1315 Ampere und die Spannung auf etwa 300 Volt durch die Netzversorgung (wenn gleichgerichtet) beschränkt· Sine optimale Beladung würde die Koronalast durch den Maximalpunkt führen, der in Fig. 4 mit M bezeidinet ist. Aus Pig· 2 erkennt man, daß zwei Stäbe (von etwa 4,8 m (16 feet)) eine bessere Beladung als 4 Stäbe (von etwa 9»6 m (32 feet)) erzeugten, wenn Man den

Fall C mit dem Fall D vergleicht. Die Linien mit konstantem Leistungspegel sind überlagert und theoretisch sollte dieser Generator etwa 4 HV bei richtiger Last liefern können·

Ein Hochspannungstransformator mit Ausgangeabgriff liefert «inen zusätzlichen Freiheitsgrad , wie in Fig, 3 dargestellt ist· Die Koronaspannung ist nahezu gleich der Gleichstromspannung

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multipliziert mit dem Abgriff-Faktor. Für di© Zwei-Stab-Anlage führt ein Abgriffsverhältnis von 50si zu einem höheren Leistungseingang. Wenn einmal eine richtige Belastung gebildet ist, ermöglicht ein Autotransformator in der FestkörpertoenandlungsVersorgung die optimalisierte Kurve in kontinüierlieber Weise auf- und abwärts zu bewegen. Dieser Gedanke wird ±n Bezug auf Fig. k verallgemeinert.

Der Punkt ¹¹M", der maximaler Ausgangsleistung entspricht, ist klar. Für optimale Beladung muß die Last_linie durch den Punkt M laufen. Nur die Lastlinie LfJ erfüllt dieses Optimum. Die Lastlinien L6 und L7 sind sρannungsbegrenzt, der Stromfluß ist zu niedrig bei maximaler Spannung, und die Lastlinien Ll, L2, L3 und L4 sind st unbegrenzt (der Stromfluß ist zu hoch unterhalb der Maximalspannung). Um von der Last f? zu der Lastlinie Ll zu kommen, müssen die folgenden Parameter vergrößert werdenι

a) Transformatorabgriffsverhältnis _t

b) Elektrodenbreite,

c) Elektrodengesamtlänge.

Der Parameter c) ist im allgemeinen aus Gründen der Bandbreite begrenzt und die Parameter b) und c) bestimmen zusammen die Elektrodenkapazität. Die Signifikanz des Parameter« a) ist offensichtlich*

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Die Gestalt der Elektrode spiegelt sich in der effektiven Breite der Elektrode wieder. Obgleich die Ströme und Spannungen am Primäreingang gemessen wurden, können sie zur Sekundärspannung und zum Sekundärstrom in Bezug gesetzt werden· Die Elektrodengestalt bemißt nicht nur die Stromgröße, sondern steuert auch die Spannungsempfindlichkeit .

Die Last.linie ist festgelegt, wenn eine bestimmte Elektrodengeometrie und ein Ausgangstransformatorwicklungsverhältnis ausgewählt ist. Eine optimale Anpassung kann nicht durch Spannungssteuerung oder Elektrodengeometrie alleine in einer flexiblen Anlage erreicht werden.

Infolge dieser Tests wurde gefunden, daß das Konzept einer variablen Frequenz als der überhaupt wichtige Parameter für

Lasteinregulierung und Optimalisierung ist_e Betrachtet nan den Koronabehandlungsbereich als eine Verlustkapazitätsanlage, so ist die Leistung proportional zu der Frequenz genauso wie für eine gegebene Eingangsspannung der in die Kapazität eintretende Strom linear mit der Frequenz ist.

Dementsprechend betrifft die Erfindung Oberflächenbehandlung eines Kunststoffkörpers unter Verwendung von Wechselspannung hoher Intensität begleitet von Koronaentladung und ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche einer Wechselspannung

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hoher Frequenz und begleitender Koronaentladung aussetzt, wobei die Frequenz der Wechselspannung voreinreguliert ist, um die Behandlung unter maximalen Beladungsbedingungen, d.h. Übertragung maximaler Leistung auf den Behandlungsbereich, zu bewirken.

Es wurde gefunden, daß ein breiter Bereich von Schallfre-" quenz (20 bis 20000 Hz)-Behandlung«spannungen verwendet werden kann , wobei der Bereich von etwa 60 bis etwa 5000 Hz als am wirtschaftlichsten vorgezogen wird. -

Man nimmt an, daß die hohe Wechselspannung mit variabler Frequenz zur Behandlung nicht kritisch ist und sinusförmig, rechteckwellenförmig oder impulsförmig sein oder irgendeine andere Gestalt haben kann.

^ Im Bezug auf die Filmbehandlungsanlage von Fig. 5 der Zeichnungen wird ein Festkörpergenerator offenbart, der von besonderer Zweckmäßigkeit als Leistungsversorgung für die Behandlung der Oberfläche von Polymerfilmen mit einer Hochspannungsgasentladung ist.

Der Festkörperspannungsgenerator enthält drei Grundelemente: eine Spannungsversorgungseinrichtung, die die äußerste Spannung des Generators regelt, einen Hochspannungsausgangskreia

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ηformigen Ausgang für im wesentlichen rechteckwelle/und einen Zeitgeberkreis zur Steuerung und Veränderung der Frequenz des Ausgangekreises ο

Obgleich die Spannungsversorgungseinrichtung eine Wechselstromoder Gleichstromquelle sein kann, wird eine variable Gleichstromquelle vorgzogen, um sicherzustellen, daß der wellenformende Kreis immer eine konstante Spannung sieht, die nach Belieben einregulierbar ist. Eine geeignete variable Gleichstromquelle enthält einen variablen Autotransformator 10 mit einer Wechselstromversorgung, dessen Ausgang von einem Vollwellengleichrichter 12 gleichgerichtet und von einer Kapazität lk gefiltert wird, der über die Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters 12 geschaltet ist. Der Gleichstromspannungsausgang E, , der eine direkte Funktion der angelegten Autotransformatorspannung ist, wird dem Hochspannungsausgangskreis 15 für im wesentlichen Rechteckwelle zugeführt. Mehrwellige Gleichrichter und dergleichen können ebenfalls benutzt werden, um einregulierbare Gleichstromspannungen zu schaffen«

Der Hochspannungskreis mit im wesentlichen echteckwellenförwigen Aus gang enthält einen Hochspannungstransformator 16 mit einer HochspannungsSekundärwicklung und einer Niederspannungsprimärwicklung, die bei l8 in der Mitte abgegriffen wird, wo die Spannung E. angelegt wird. Wenigstens ein Paar von LeistunfS-

QC

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Thyristoren 20 und 22 sind an ihren Kathoden verbunden und jeweils mit ihren Anoden an die Endabgriffe 2k und 26 der Primärwicklung des Transformators l6 angeschlossen· Wie in dem Aufsatz "Thyristors: Semiconductors for power control" von V.W.Wigotsky in Design News, Vol. 22, Nr. 18, Seite 26, beschrieben, sind Thyristoren hervorragende Schalter für elektrische Leistung; ^ dies ist auch ihre Funktion in dem Festkörperhochspannungsgenerator der Erfindung. Bevorzugte Leistungsthyristoren sind siliziumgesteuerte Gleichrichter, aber jede Festkörpervorrichtung

derartige*
oder eine Kombination Vorrichtungen kann verwendet werden,

die äquivalent zu einem Thyristor oder Schalter arbeitet. Wenigstens ein umschaltender Kondensator 28 ist über die Endabgriffe 2k und 26 der Primärwicklung des Transformators und folglich zwischen die Thyristoren 20 und 22 geschaltet. Der Kondensator 28 tauscht die Thyristoren 20 und 22 aus, indem einer in einen offenen oder nichtleitenden Zustand immer dann geschaltet wird, ^ wenn der andere angeschaltet isto

Der Hochspannungstransformator l6 ist ein wichtiger Bestandteil der Rechteckwellenhochspannungsgeneratorschaltung. Er ist primärseitig mit Mittelabgriff und Endrückführungsabgriffen versehen, während die Sekundärseite eine Hochpotentialwicklung ist. Sein Kern darf bei Betriebsfrequenzen und -Spannungen nicht gesättigt sein und sollte zusätzliche Rückkopplungsabgriffe 30 und 32 aufweisen, die nach innen von den prlmärseitigen

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Enden um etwa 10 bis 20 % jeder halben Primärwicklung versetzt sind, um den Rückführungsweg für die Transformatorblindenergie zu erleichtern·

Wenigstens ein Paar von Dioden 3k und 36 sind jeweils mit ihren Kathoden an die Rückkopplungsabgriffe 30 und 31 der Primärwicklung des Transformators l6 angeschlossen. Die Anoden der Dioden 3^ und 36 sind gemeinsam mit einer Seite eines Induktors 38 verbunden, dessen andere Seite mit den Kathoden der Thyristoren 20 und 22 verbunden ist. Gewöhnlich leitet ein Thyristor, insbesondere ein siliziumgesteuerter Gleichrichter in einem hochleitenden Zustand, weiter, nachdem das Torsteuersignal weggenommen wurde, bis der Anodenstrom für eine Zeit unterbrochen oder abgeleitet wird, die für den Gleichrichter ausreicht, seinen vorwärts blockierenden Zustand wiederzugewinnen. Die Dioden 3k und 36 dienen dazu, den negativen Impuls von dem Transformator durch den Induktor 38 zu leiten, um sicherzustellen, daß der Thyristor durch Anheben der Kathodenspannung abschaltet, wodurch die Möglichkeit einer Schaltkreisblockierung (circuit lock-up) verhindert wird·

Die Dioden 3k und 36 und der Induktor 38 erfüllen somit die wichtige Aufgabe, einen Rückführungsweg für die Blindenergie zu schaffen und diese Energie als positive Kontrolle zu benutzen, um eine richtige Zündfolge der Thyristoren sicherzustellen·

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Die Rate, mit der die Leistungsthyristoren angesteuert werden, wird durch einen Zeitgeberkreis 40 geregelt, der typischerweise ein Multivibrator, vorzugsweise ein freischwingender, astabiler Festkörperoszillator oder ein astabiler Unijunction-Oszillator ist, der Triggerimpulse jeder gewünschten Frequenz erzeugt. In Verbindung mit einem anderen Triggerkreis können auch monostabile und bistabile Oszillatoren verwendet werden. Der Multivibrator 40 ist an das Tor des Thyristors 20 über eine Kapazität 42 und einen Widerstand 44 und an das Tor des Thyristors 22 über eine Kapazität 46 und einen Widerstand 48 engeschlossen.

Variation der Ausgangsfrequenz des Multivibratorkreises 40 wird durch Verwendung variabler Widerstände 49 und 50 (gemeinsam betrieben bei 51) erreicht, die jeweils in einem der Basiskreise des Multivibrators angeordnet sind. So vorher einreguliert, erzeugt die Steuerung der Multivibratorausgangsfrequenz einen ψ folgerichtig steuerbaren Ausgang von dem Rechteckwellenausgangskreis 15« vas zu einem Ausgang mit steuerbarer Frequenz führt, der an den Lastbehandlungskreis 52 gegeben wird.

Der Hochspannungsausgang des Abschnittes aus Transformator Und umgeschalteten Thyristor ist im wesentlichen eine Rechteckwelle variabler Frequenz. Ein derartiger Ausgang wird durch abwechselndes Ansteuern der Thyristoren 20 und 22 durch Zeitgeberimpulse erzeugt, die an ihre Tore von dem Zeit-

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geberkreis 4O gelegt werden. Wenn insbesondere der Thyristor 20 angesteuert oder geschlossen ist, wird der Thyristor 22 in blockiertem oder offenem Zustand gehalten und Strom von der Kraftversorgung fließt dann durch die Halbseite der Primärwicklung des Transformators, die dem Thyristor 20 zugeordnet ist, und die angelegte Spannung E, erscheint über dieser Hälfte der Primärseite. Durch die Wirkung des Transformators erscheint dann eine Spannung mit der Größe von etwa 2E, über der Kapazität 28, wobei die negativere Spannung von der Anode des Thyristors 20 auftritt. Dieser Zustand herrscht für die Dauer jedes Arbeitszyklus des Thyristors 20 vor·

Wenn dar Thyristor 20 angesteuert wird, tritt die umgekehrte Folge auf und die Spannung E, wird über die andere Hälfte der Transformatorprimärwicklung gelegt und die Spannung von dem Anodenanschluß des Thyristors 22 fällt auf einen Wert gleich dem Leitungsabfall des Thyristors 22 in Vorwärterichtung. Gleichzeitig bewirkt die Utnschaltwirkung der Kapazität 28 die Spannung über dem Thyristor 20 und einen Abfall auf einen Wert von etwa -2E, . Die Kapazität 28 hält somit eine umgekehrte Vorspannung über dem Thyristor 20 aufrecht, wodurch dieser für eine Zeit abgeschaltet wird, die für den Thyristor 20 ausreicht, in einen vorwärts blockierten Zustand überzugehen· Der nächste Torsteuerimpuls wird an den Thyristor 20 angelegt und verursacht, daß die Schaltung in ihren

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ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wodurch der Zyklus wiederholt wird. Durch diese Wirkung fließt Strom wechselnd von der Kraftquelle wechselnd durch die beiden Seiten der Transformat orpr imärwi cklung„

Da die Richtung des Stromflusses durch die beiden Hälften der Primärwicklung entgegengesetzt ist, wird ein wechselnder Rechteckwellenausgang variabler Frequenz mit einer Amplitude von etwa (N /N ) E, (wobei N die Zahl der Windungen auf der Se-

Gi J. ClC t£i

kundärseite des Transformators und N die Zahl der Windungen jeder Hälfte der Primärseite ist) in der Sekundärwicklung erzeugt und als Hochspannungsausgang des Hochspannungegenerators zur Verfügung gestellt.

Die Wellenform des Ausganges der Sekundärseite des Transformators ist, obgleich so bezeichnet, keine exakte Rechteckwelle· P Es sei ein Halbzyklus des Ausganges betrachtet. Während die Zeitgeberimpulse die Eigenschaft des raschen Spannungsanstieges und -Abfalles einer Rechteckwelle auslösen, wird kein Versuch gemacht, die Gestalt des Plateaus im Gegensatz zu klassischen Schaltungen zur Erzeugung von Rechteckwellen gemacht. Die Gestalt des Plateaus ist jedoch etwas durch die Natur der Spannungsversorgungseinrichtung bestimmt. Wo die Spannungsversorgung eine Wechselstromspannung ist, wird der Zeitgeberkreis im wesentlichen die zugeführte Spannungquelle in eine Vielzahl

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von kleinen Segmenten unterteilen, von denen jedes die mittlere Ausgangsspannungsamplitude steuert und ein Plateau bilden, welches gewissermaßen eine Nachbildung des Segmentes der zugeführten Spannungsquelle ist. Da eine zerhackte Wechselstromspannungsversorgung unregelmäßige Segmente liefert, ist die Wellenform des Ausganges naturgemäß sehr unregelmäßig.

Andererseits erhält der Unterbrecherkreis eine konstante Spannung, wo eine Gleichstromspannungsversorgungseinrichtung benutzt wird β Die Amplitude in der Welle ist daher im wesentlichen konstant mit einem im wesentlichen flachen Plateau. In der Praxis überlagern jedoch die üblichen Gerätebeachränkungen/lem Plateau Oberschwingungen,die bei der Benutzung d·· Festkörperhochspannungsgenerators als Kraftversorgung für «in· Polymerfilmbehandlungseinrichtung nützlich sind. Deswegen wird kein Versuch gemacht, die Gestalt des Plateaus zu beeinflussen« '

Unabhängig von der Spannungsversorgungseinrichtung trägt jedoch der Zeitgeberkreis des Festkörperhochspannungegenerators dauernd zu dem charakteristischen raschen Spannungsanstieg und -Abfall einer Rechteckwelle bei. Deswegen wurde der Ausgang '* des Festkörperhochspannungsgenerators nach der Erfindung "im wesentlichen rechteckwellenförmig" genannt.

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Der hier beschriebene Festkörperhochspannungsgenerator eignet sich insbesondere für,die Benutzung in einer Polymerfilmbehandlungsanlage. Wie schematisch in den Fig. 1 und 5 dargestellt, enthält die Anlage einen Hochspannungsgenerator, dessen Ausgang an die Filmbehandlungsarbeitszelle 52 angeschlossen ist, die eine Behandlungselektrode 5^l· aufweist, die üblicherweise von der Erdelektrode 56 durch einen Luftspalt 58, den Polymerfilm 60 und ein Pufferdielektrikum 62 getrennt ist.

Um die Oberfläche eines Polymerfilms wirksam zu verändern oder zu behandeln, muß der Festkörperhochspannungsgenerator variabler Frequenz eine rasche Folge von Hochspannungsgasentladungen bewirken, die in dem Luftspalt 58 während des Durchganges eines Polymerfilmes auftreten.

In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungaform einer Filmbehandlungeanlage dargestellt, die eine Serie variabler Frequenz von richtungswechselnden, impulsmäßig abklingenden Impulsstößen von Schallfrequenz elektrischer Spannung verwendet·

Die Elemente der Anlage von Fig„ 6 wurden mit gestrichenen Bezugszeichen versehen, die den Bezugszeichen analoger Elemente der Ausführungsform nach Fig. 5 für eine im wesentlichen

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rechteckförmige Welle entsprechen. In der Ausführungsform von Fig. 6 sind die Grundkomponentkreisfunktionen äquivalent denen der Ausführungsform von Fig. 5· Die Schaltungsänderungen verursacht durch den Endabgriff der Primärwicklung des Ausgangetransformators l6 durch die Diodenkreise und die Entfernung des Induktors 381 führen zu der Erzeugung einer Ausgangswellenform von aperiodischen Impulsstößen, anstatt zu einer Rechteckwellenform, wie dies bei der Ausführungsform von Fig. der Fall ist.

Eine weitere veränderte Ausführungsform eines Zeitgeberkreises für eine Behandlungsanlage ist in Fig. 7 der Zeichnungen dargestellt. Dort ist eine Schaltung ,dargestellt, die einen Impulsausgang ähnlich dem Zeitgeberkreis der Ausführungsforai nach Fig. 6 liefert, jedoch besser arbeitet. Die dargestellte Schaltung enthält einen Gleichrichterkreis 63, einen Zeitgeberkreis 64, eine Trennstufe 65,einen Multivibratorkreis 67 und eine Ausgangsstufe 660

Die Frequenzsteuerung bei der Ausführungsform nach Fig. 7 durch Veränderung der Widerstandsschaltelemente 68, 70 und 72 erreicht. Die Elemente 68 und 70 steuern jeweils die ober· und untere Frequenzgrenzen des Zeitgeberkreises 64 und folglich die Frequenzbereichsgrenzen des Schaltungsausganges. Eine Veränderung in dem Widerstandselement 72 führt zu einer Last (Leistung·)-

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Steuerung vermittels Frequenzsteuerung des Schaltungsausganges. Das Schaltelement 7^ wird vorzugsweise als ein Relais verwendet, welches beim Öffnen hart einsetzt, wodurch sofort Steuerimpulse am Ausgang der Schaltung erzeugt werden·

Bei Testuntersuchungen nach der Erfindung wurde ein gut gleitender Polyäthylenfilm mit einer Breite von etwa l8o era (70 inches)

■ und einer Dicke von etwa 0,04 mm (1,5 mil), der sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,2 m (50 feet) pro Minute bewegte, einer Koronaentladung ausgesetzt, die von einem Generator nach Fig.5 mit im wesentlichen rechteckförmiger Welle und einen Impulsgenerator nach Fig. 6, jeweils mit einem Zeitgeberkreie der in Fig. 7 dargestellten Art, versorgt wurde. Der letztgenannte Generator verwendete die gleichen Bauteile wie der zuerst genannte (d.h. 1 mfd Kondensator usw.) , wurde aber so umgebaut, daß eine gepulste, selbstkommutierende Wirkung erzielt

ψ wirdo Die Spannung, die dem Koronagenerator zugeführt wurde, wurde bei 120 Volt Gleichstrom gehalten und der Eingangsstrom variierte mit der Frequenz als Funktion der BeIa d ung. Indem man das Produkt von Gleichstromspannung und Gleichstrom nimmt, iet der Leistungeeingang zu dem Generator bezeichnend für die Belad ung.

Die beobachteten Ergebnisse sind als Kurven in Fig. 8 dargestellt. Für den Fall A für Rechteckwelle wurde ein Lastbereich von 2s1 benutzt.

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In den Kurven der Fig. 8 bezeichnen die Ziffern, die den Angaben ¹¹A¹¹ und "B" folgen, die Länge (in inches) der für die Behandlung verwendeten Elektroden«

Mit der Impulsschaltungsanordnung vrurden die mit B bezeichneten Kurven erhalten. Der gleiche Transformator wie im Pall A wurde verwendet. Die Last ist kontinuierlich

steuerbar bis herunter auf nahezu Null.

Dxe Untersuchungen wurden bei 1000 Hz ausgeführt und die Behandlung war für das Anhaften von Tinte bei handelsüblichen Pegeln zufriedenstellend.

Die Bezeichnung "Hochspannungsgasentladung", wie sie hier benutzt wurde, bezieht sich auf das Entladungsphänomen, das während der Behandlung von Polymerfilmen beobachtet wird. Obgleich im wesentlichen ein unterdrückter Bogen vorliegt, welcher Eigenschaften eines Koronaleuchtens und von Bogenentladungen aufweist, ist das vorherrschende sichtbare Anzeichen das Glimmen (Korona), welches dazu geführt hat, dieses Phänomen einer "Koronaentladung" zu nennen.

Zur Erzeugung der Hochspannungsentladung in dem Spalt 58 ist der Hochspannungsgenerator in der Lage, einer scharfen Schneide als Elektrode wenigstens 2000 Volt Wechselstrom zuzuführen«

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Handelsübliche Einheiten mit Elektroden von größerem Radius fordern von etwa 7000 bis 15ÖOO Volt oder mehr Wechselstrom, was für eine Glelchstromkraftversorgung mit einem Ausgang von etwa 120 Volt Gleichstrom einen Transformator mit wenigstens 20, vorzugsweise 70 oder mehr Windungen für jede Hälfte der Primärseite erforderlich macht· Die Zahl der Sekundärwindungen kann in Abhängigkeit von der Größe der gewählten Versorgungs-P Spannung verlieren. Der Festkörperhochspannungsgenerator sollte außerdem in der Lage sein, einen Leistungsausgang von etwa 2 bis etwa 10 Watt pro cm Länge der Elektrode 5^· abzugeben, um die Oberfläche eines Polymerfilms wirksam zu behandeln.

die

Da Polymerfilmbehandlungsanlagen/bei Spaltfilmgeschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 30 bis 60 m (100 bis 200 feet) pro Minute oder mehr arbeiten, sollte der astabile Zeitgeberkreis vorzugsweise bei einer Frequenz von etwa 60 bis ^ 5000 Hz betriebe werden, um die Entladungen in kurzen Abständen auf die Filmoberfläche aufzubringen.

Da die Spaltabstände für den Betrieb einer Polymerfilmbehandlungsanlage nicht kritisch sind, werden solche in der Größenordnung von etwa 1,5 «im (I/I6 inch) bis etwa 5 nun (3/I6 inch), die üblicherweise verwendet werden, auch im vorliegenden Fall erwogen.

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Zusätzlich zu einem wirksamen Arbeitszyklus und. der Fähigkeit , maximale BeIa d ungsbediungen über Frequenzsteuerung zu erhalten, besitzt, der Festkörperhochspannungsgenerator nach der Erfindung mehrere Eigenschaften, die bisherigen Generatoren fehlen.

Radiofrequenzwechselwirkung ist im wesentlichen nicht vorhanden, da die Grundwellengestalt keine Radiofrequenzktffjlönenten aufweist. Hierdurch wird die Benutzung von kostspieligen Abschirmvorrichtungen vermieden und eine Verwendung in Gebieten ermöglich, wo Bestimmungen die Benutzung anderer Generatoren untersagt haben.

Unbegrenzte Spannungveränderung innerhalb des Betriebsbereiches des ausgewählten Autotransformators bietet einen weiteren Vorteil gegenüber bekannten Einheiten. Da der Zeitgeberkreis unabhängig von der Spannungsversorgungsquelle arbeitet, ist die Spannungsveränderung unabhängig von der Frequenz de« Zeitgeberkreises und jede gewünschte Spannung ist bei jeder' ausgewählten Betriebsfrequenz des Zeitgeberkreiees erhältlieh·

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Claims (9)

1|

- 22 Patentansprüche

. Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Kunst stoff körpers unter Verwendung einer wechselnden Spannung hoher Intensität begleitet von Koronaentladung nach Patent Nr..............

«e8 , dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche einer Wechselspannung hoher Frequenz und begleitender Koronaentladung aussetzt, wobei die Frequenz der Wechselspannung vorher einreguliert ist, um eine Oberflächenbehandlung unter maximalen Beladungsbedingungen zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geken. nzeichnet, daß die Frequenz in dem Bereich von 60 bis 5000 Hz einregulierbar ist ο

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch g e-

W kennzeichnet, daß die Hochfrequenzwechselspannung Rechteckwellenform hat«

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzwecheelspannung Impulswellenform hat.

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5» Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Quelle zur Entwicklung einer Wechselspannung hoher Intensität begleitet von Koronaentladung, gekennzeichnet durch eine erste elektrische Schaltung zur Schaffung einer einseitig gerichteten Kraftquelle, eine zweite elektrische Schaltung zur Schaffung eines Wechselstromzeitgebersignals variabler Frequenz im Schallbereich,und durch eine elektrische Ausgangsschaltung, zugeordnet der ersten und zweiten elektrischen Schaltung zur Schaffung einer Ausgangswechselspannung hoher Intensität.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ausgangsschaltung einen Rechteckwellengenerator enthält.

β Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch geken nzeichnet, daß die elektrische Ausgangeschaltung eine selbstwechselnde Gegentaktschaltung für Ausgangsimpulswellenform enthält.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektrische Schaltung frequenzverändernde Widerstandsmittel enthält.

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9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5

bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrische Schaltung einen variablen Transformator zur Veränderung des einseitig gerichteten Leistungsausganges der ersten elektrischen Schaltung und folglich der Ausgangswechsel Sbannung hoher Intensität der Einricht tung enthält.

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