DE2222725C3 - Schaltungsanordnung zum Aufrauhen der Oberfläche einer Kunststoffschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Aufrauhen der Oberfläche einer Kunststoffschicht mittels einer Funkentladung, wobei eine Hochspannungselektrode und eine Masseelektrode mit der Kunststoffschicht als Dielektrikum einen Schwingkreiskondensator bilden.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DT-OS 1 504 206 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist ein auf eine feste Frequenz abgestimmter Leistungsgenerator vorgesehen, so daß im Betrieb entweder der Generator auf die jeweilige Frequenz des die Entladungsstrecke enthaltenden Schwingkreises oder letzterer durch Zuschalten von Reaktanzen auf die Generatorfrequenz abzustimmen ist. Damit ergibt sich die Notwendigkeit der ständigen Anpassung entweder des Generators oder des die Entladungsstrecke enthaltenden Schwingkreises an sich verändernde Verhältnisse, beispielsweise gegeben durch Bearbeitung jeweils unterschiedlichen Materials. Wird diese Anpassung unterlassen, so sinkt sofort in entscheidendem Maße der Wirkungsgrad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln so zu gestalten, daß sie zwecks ständiger Anpassung nicht dauernd geändert werden muß. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Schwingkreis den frequenzbestimmenden Teil eines Leistungsgenerators bildet und daß der Leistungsgenerator außerdem einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter aufweist, dessen Ausgangswechselspannung den Schwingkreis speist und teilweise auf elektronische Schalter des Wechselrichters rückgekoppelt wird.

Bei dieser Schaltung ergibt sich eine automatische Anpassung der Generatorfrequenz an die jeweiligen Betriebsverhältnisse, so daß die Schaltungsanordnung keine von außen erfolgende Nachregelung erfordert Dabei wird durch die teilweise Rückkopplung der den Schwingkreis speisenden Ausgangswechselspannung auf die elektronischen Schalter des Wechselrichters dieser synchron zur Schwingkreiswechselspannung gesteuert, so daß mit der Änderung der Schwingkreisfrequenz auf Grund sich verändernder Verhältnisse bei der Bearbeitung der Wechselrichter automatisch mitgezogen wird.

Auf Grund der Tatsache, daß die Kunststoffschicht das Dielektrikum des Schwingkreiskondensators bildet und dieser Schwingkreis die Resonanzfrequenz des Leistungsgenerators bestimmt, ergibt sich automatisch bei jeder Art der aufzurauhenden Kunststoffschicht die Resonanz des betreffenden Schwingkreises und damit jeweils eine günstige Belastung des Leistungsgenerators, der dabei nämlich praktisch nur einen Wirkstrom aufzubringen hat. Der Generator kann sich damit jeder Art von Kunststoff und auch der betreffenden Dicke des Kunststoffes automatisch anpassen, so daß irgendeine Nachstimmung nicht erforderlich ist. Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, im Frequenzbereich von etwa 20 kHz bis etwa 100 kHz zu arbeiten.

Zweckmäßig kann man zum Anstoßen des Wechselrichters einen Startimpuls einkoppeln, den man von der den Wechselrichter speisenden Gleichspannung ableitet und über einen Rückkopplungsübertrager, der hierzu mit einer zusätzlichen Wicklung versehen ist, einkoppelt.

Als Ausgang des Wechselrichters verwendet man vorteilhaft einen Ausgangsübertrager, an den über eine Drossel ein Hochspannungsübertrager angeschlossen ist, der zu dem Schwingkreiskondensator führt und dessen Eigeninduktivität die Schwingkreisinduktivität bildet. Es ergibt sich hierdurch an dem Eingang des Hochspannungsübertragers eine im wesentlichen sinusförmige Wechselspannung, die von dem Rückkopplungsüberttager aufgenommen und in dieser Form den elektronischen Schaltern zugeführt wird. Diese erhalten damit eine Steuerspannung, die jeweils vor und nach den Nulldurchgängen nicht besonders steil verläuft, wie dies sonst bei Rückkopplung einer Rechteckwechselspannung der Fall wäre, so daß sonst durch Phasenverschiebungen mögliche Überlappungen des Ein- und Ausschaltens der Schalter vermieden werden, die sich als Kurzschlüsse und damit als erhebliche Belastung der Schalter auswirken würden. Hierdurch würde vor allem der Wirkungsgrad des Leistungsgenerators erheblich verschlechtert werden. Durch die Ausbildung des die Kunststoffschicht enthaltenden Schaltungsteils als Schwingkreis erreicht man also einerseits den bereits oben erwähnten günstigen Wirkungsgrad des Leistungsgenerators und außerdem die Rückkopplung einer sinusförmigen Steuerspannung auf die Schalter, die damit auch nur einen sinusförmigen Strom zu schalten haben. Im Augenblick des Umschaltens der Schalter sind diese damit praktisch nicht belastet.

An Hand der Figuren sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung mit einer Leiste und einem Tisch als Hochspannungs- und als Masseelektrode,

F i g. 2 eine Anordnung mit einer Leiste und einer Walze als Hochspannungs- und Masseelektrode,

F i g. 3 eine Anordnung zur beidseitigen Bearbeitung einer Kunststoffschicht, wobei diese in Abstand von der Hochspannungselektrode und der Masseelektrode geführt ist.

F i g. 4 eine Anordnung, bei der die Hochspannungsund die Masseelektrode nebeneinander auf einer Seite der Kunststoffschicht angeordnet sind,

F i g. 5 eine Schaltungsanordnung mit einem Wechselrichter als Leistungsgenerator.

F i g. 1 zeigt eine Hochspannungselektrode 1 in Form einer Leiste, unter der eine Kunststoffschicht 2 auf einem als Masseelektrode dienenden Tisch 3 liegt. Hochspannungselektrode 1 und Masseelektrode 3 sind über nicht dargestellte Zuleitungen mit dem Leistungsgenerator verbunden. Unter der Einwirkung der an den beiden Elektroden 1 und 3 liegenden Hochspannungswechselspannung bildet sich die durch die eingezeichneten Pfeile angedeutete Funkenentladung aus, die in die Kunststoffschicht 2 einschlägt und hier eine leichte i.s Ooerflächenaufrauhung bewirkt

Bei der Anordnung gemäß F i g. 2 ist rVie Hochspannungselektrode wieder als Leiste 1 ausgebildet, während die Masseelektrode aus einer Walze 4 besteht. Über die Walze 4 ist die Kunststoffschicht 2 gelegt. Die Walze 4 kann gleichzeitig als Transportwalze dienen. Sie trägt außen einen Isolierbelag 5 von etwa 2 mm Stärke. Durch diesen Isolierbelag 5 wird erreicht, daß mit der dargestellten Anordnung auch Kunststoffschichten 2 verarbeitet werden können, die schmäler sind als die Walze 4. Die sich über die Walzenbreite erstreckende Leiste 1 steht dann in jedem Falle einem isolierenden Material gegenüber, im mittleren Erreich der Kunststoffschicht 2 mit der darunterliegenden Isolation 5 und seitlich neben der Kunststoffschicht 2 nur der Kunststoffschicht 5, so daß also ein direkter Überschlag von Hochspannungselektrode 1 zu Walze 4 als Masseelektrode nicht möglich ist, der die erwünschte Funkenentladung vom mittleren Bereich, wo die Kunststoffschicht 2 durchgeführt wird, abziehen würde.

In der F i g. 3 ist dargestellt, wie man eine Kunststoffschicht 2 auch beidseitig mit Hilfe einer Funkenentladung aufrauhen kann. Hierzu sind zwei Transportwalzenpaare 6, 6' und 7, T vorgesehen, deren einzelne Walzen in Richtung der eingezeichneten Pfeile gedreht werden und dabei zwischen sich die Kunststoffschicht 2 mitnehmen. Oberhalb und unterhalb der Kunststoffschicht 2 sind die Hochspannungselektrode 1 und ein Tisch 8 jeweils mit Abstand von der Kunststoffschicht 2 angeordnet, so daß sich eine Funkenentladung sowohl oberhalb als auch unterhalb der Kunststoffschicht 2 ergibt.

In der Fig.4 ist dargestellt, wie auch dicke Kunststoffschichten durch eine Funkenentladung einseitig aufgerauht werden können. Gezeigt ist die relativ dicke Kunststoffschicht 9, die eine Funkenentladung bei oberhalb und unterhalb angeordneten Elektroden nicht mehr zulassen würde. Als Masseelektrode dient hier die Walze 10 mit Isolierbelag 11, der seitlich die Hochspannungselektrode 12 in Form einer Schiene gegenübersteht. Walze 10 und Schiene 12 erstrecken sich dabei über die gesamte Breite der Kunststoffschicht 9. Es ist auch möglich, die Walze tO an Hochspannung und die Schiene 12 an Masse zu legen. Unter der Wirkung der an die beiden Elektroden 10 und 12 angelegten Wechselspannung bildet sich die grau gezeichnete Zone von Funkenentladungen aus, wobei die Funken zumindest teilweise dicht über der Oberfläche der Kunststoffschicht 9 verlaufen und diese damit örtlich aufheizen, so daß die Oberfläche leicht aufgerauht wird. Durch Drehung der Walze 10 wird eine Erhitzung des Isolierbelages 11 ständig auf andere Zonen geleitet.

Fs sei noch darauf hingewiesen, daß bei den vorstehend dargestellten Anordnungen jeweils eine Relativbewegung zwischen den Elektroden und der Kunststoffschicht stattfindet, so daß sich eine kontinuierliche Bearbeitung der Oberfläche der Kunststoffschicht ergibt.

Bei der in der F i g. 5 dargestellten Schaltung wird als Leistungsgenerator ein aus einer Gl-iichspannungsquel-Ie gespeister Wechselrichter verwendet Die Gleichspannung liegt dabei an den Elektroden 13 und 14. An diese Elektroden 13 und 14 ist eine Brückenschaltung in Form zweier paralleler Zweige 19 und 20 angeschlossen, die je zwei Transistoren 15,16 bzw. 17,18 in Reihe enthalten und deren Mittelpunkte über die Primärwicklung 21 eines Ausgangsübertragers verbunden sind. An dessen Sekundärwicklung 22 ist über die Drossel 23 der Hochspannungstransformator 24 angeschlossen, der dann zu dem oben beschriebenen, aus Hochspannungselektrode und Masseelektrode mit dazwischenliegender Kunststoffschicht gebildeten Kondensator führt. Zur Bildung eines Schwingkreises wird die Eigeninduktivität des Hochspannungsübertragers 24 ausgenutzt, der zu diesem Zweck einen entsprechend großen Luftspalt besitzt.

Eine sich an dem Hochspannungsübertrager 24 aufbauende Sinus-Spannung liegt auch an der Primärwicklung 25 eines Rückkopplungsübertragers, der mit vier Rückkopplungswicklungen 26, 27, 28 und 29 ausgestattet ist, die zu den Transistoren 15, 16, 17 und 18 führen. Diese Wicklungen sind in Verbindung mit den Transistoren nochmals dargestellt. Die Rückkopplungswicklungen 26, 27, 28 und 29 liegen zwischen den Basis- und den Emitterelektroden der Transistoren 15, 16, 17 und 18, jeweils über einen Vorwiderstand 30,31, 32 und 33. Durch entsprechende Polung der Rückkopplungswicklungen 26, 27, 28 und 29 wird erreicht, daß in der einen Halbwelle die Transistoren 15 und 18 in den leitenden und gleichzeitig die Transistoren 16 und 17 in den gesperrten Zustand geschaltet werden, während in der anderen Halbwelle die umgekehrte Schaltung erfolgt. Auf diese Weise wird über die Transistoren 15, 16, 17 und 18 die an den Klemmen 13 und 14 liegende Gleichspannung an die Primärwicklung 21 angeschaltet, und zwar mit wechselnder Polarität, so daß sich an der Ausgangswicklung 22 eine Rechteckwechselspannung ergibt. Durch die Drossel 23 wird diese Rechteckwechselspannung von dem Verbraucher, gegeben durch den Hochspannungsübertrager 24 mit angeschlossenem Kondensator, entkoppelt, so daß sich hinter der Drossel 23 eine Sinus-Wechselspannung, wie oben beschrieben, ausbilden kann.

Zum Anwerfen der Schaltung ist ein von der Klemme 13 zu der Klemme 14 führender Schaltungszweig mit der Wicklung 34 vorgesehen, die über den betreffenden Rückkopplungsübertrager mit dessen Primärwicklung 25 gekoppelt ist. In dem Zweig liegt noch der Druckschalter 35, der Kondensator 36, der Gleichrichter 37 und der Begrenzungswiderstand 38. Durch Druck auf den Schalter 35 werden dessen Kontakte geschlossen, so daß die an den Klemmen 13 und 14 liegende Gleichspannung durchgeschaltet wird und den Kondensator 36 auflädt. Der sich hierbei ergebende Spannungsstoß an der Wicklung 34 wird auf die Rückkopplungswicklung 26, 27, 28 und 29 übertragen, der als Startimpuls die Wechselrichterschaltung anwirft. Der Widerstand 39 dient dabei als Entladewiderstand für den Kondensator 36. Der Gleichrichter 37 ist vorgesehen, um bei Rückschwingen der an der Wicklung 34 liegenden Spannung einen entsprechenden Strom zu

jnterdrücken.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die in der F i g. 5 dargestellte Wechselrichterschaltung für sich auch durch eine solche ersetzt werden kann, die in bekannter Weise mit zwei Schaltern und einem Transformator mit Mittelanzapfung arbeitet.

In der Schaltung gemäß F i g. 5 ist noch der Kondensator 40 vorgesehen, der lediglich zur Glättung der an den Klemmen 13 und !4 liegenden Gleichspannung dient Das Dämpfungsglied, bestehend aus dem Widerstand 41 und dem Kondensator 42, das die Primärwicklung 21 des Ausgangsübertragers überbrückt, leitet Spannungsspitzen ab. Der Vorwiderstand 43 dient zur zusätzlichen Begrenzung der auf die Transistoren 15, 16,17 und 18 rückgekoppelten Spannung.

Die in der F i g. 5 dargestellte Schaltung betreibt man zweckmäßig mit einer Frequenz im Bereich von

50 kHz. Hierfür ist die Schaltung durch Ausbildung einer entsprechenden Sucuiüduktiviiät des Hochspannungsübertragers 24 ohne weiteres zu dimensionieren, da die Größe der Kapazität des durch die Hochspannungs- und Masseelektrode gebildeten Kondensators mit der Kunststoffschicht als Dielektrikum im allgemeinen festliegt Für eine derartige Frequenz läßt sich auch die zur Entkoppelung dienende Drossel 23 in einfacher Weise erstellen.

Die Schaltung gemäß F i g. 5 besitzt noch den Vorteil, daß sie durch einen Kurzschluß der Hochspannungs- und der Masseelektrode nicht beschädigt werden kann, da in diesem Fall der Generator sofort stehen bleibt. Für den Weiterlauf muß er dann in der vorstehend beschriebenen Weise mittels des Druckknopfschalters 35 wieder angeworfen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Aufrauhen der Oberfläche einer Kunststoffschicht mittels einer Funkentladung, wobei eine Hochspannungselektrode und eine Masseelektrode mit der Kunststoffschicht als Dielektrikum einen Schwingkreiskondensator bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis den frequenzbestimmenden Teil eines Leistungsgenerators bildet und daß der Leistungsgenerator außerdem einen aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Wechselrichter aufweist, dessen Ausgangswechselspannung den Schwingkreis speist und teilweise auf elektronische Schalter des Wechselrichters rückgekoppelt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Wechselrichters ein Rückkopplungsübertrager mit einer zusätzlichen Wicklung zum Einkoppeln des Startimpulses liegt, der von der den Wechselrichter speisenden Gleichspannung abgeleitet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wechselrichters durch einen Übertrager gebildet wird, an den über eine Drossel ein Hochspannungsübertrager angeschlossen ist, der zu dem Schwingkreiskondensator führt und dessen Eigeninduktivität die Schwingkreisinduktivität bildet.

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