DE2310047A1

DE2310047A1 - Verfahren und vorrichtung zum perforieren durch elektrische entladung

Info

Publication number: DE2310047A1
Application number: DE19732310047
Authority: DE
Inventors: Chuichi Machida; Kozo Tsuchida
Original assignee: Mishima Paper Manufacturing Co Ltd; Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd
Current assignee: Mishima Paper Manufacturing Co Ltd; Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-02-28
Publication date: 1974-01-31
Also published as: DE2310047B2; JPS4928994A; JPS5144208B2; IT979621B; GB1362360A; FR2192899B1; FR2192899A1; DE2310047C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren durch elektrische Entladung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Perforieren eines schichtartigen Materials aus natürlichem oder synthetischem Stoff, beispielsweise einer Bahn, einer Folie, eines Bogens od.dgl., unter Verwendung einer elektrischen Entladung.

Kunstleder, Gummibahnen, Reispapier für Tabak, Kraftpapier für Zement, mit Polyäthylen geschichtetes Papier, mit Kunststoff aaern gemischtes Papier, Schichtfolien aus Papier und Kunststoffbahnen usw. sollen manchmal luftdurchlässig gemacht werden. Zu diesem Zweck werden sie perforiert, indem man eine elektrische Entladung durch sie hindurchgehen läßt. Ein solcher üblicher Perforierprozeß geht folgendermaßen vor sich: Durch das zu perforierende Material wird eine

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elektrische Entladung hergestellt, während das Material auf einer Metallrolle oder -platte läuft und in Kontakt mit mehreren Entladungselektroden gehalten wird, die an eine einzige Energiequelle angeschlossen sind, welche an die Elektroden Spannungsimpulse von verhältnismäßig hoher Frequenz anlegt. Dieses übliche Verfahren hat jedoch folgende Mangel:

1. Die in der Materialbahn angebrachten Perforationen haben einen sehr unterschiedlichen Durchmesser, da die Bahn nicht unbedingt gleichmäßig dick ist und nicht an allen ihren Teilen die gleiche Dichte hat', dies bedeutet, daß der Entladungswiderstand an den verschiedenen Teilen unterschiedlich groß ist. Außerdem neigt der Entladungsstrom dazu, sich örtlich zu konzentrieren, beispielsweise an den Rändern der Perforationen, wodurch diese Bereiche verschmoren und beschädigt werden.

2. Infolge der Berührung durch die Elektroden ist die Bahn für eine mechanische Beschädigung anfällig. Eine solche Beschädigung hat einen zunehmend ungünstigen Einfluß auf die Qualität der perforierten Bahn, wenn die Dicke der Bahn abnimmt.

3. Es bedarf vieler Handgriffe und Kosten, um die Entladungselektroden zu überwachen und auszutauschen, da sie im Gebrauch stark abgenützt werden.

4. Wenn die Bahn dünn ist, läuft sie nicht glatt durch; infolge des Widerstandes, den der Kontakt mit den Elektroden hervorruft, knittert die Bahn vielmehr und manchmal reißt sie infolge ihrer Welligkeit ein oder ab. Diese Gefahr hat eich in jüngster Zeit durch die zunehmende Verarbeitungsgeschwindigkeit für die Bahnen noch erhöht.

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5· Der Abstand zwischen benachbarten Perforationen, der hierin als Perforationsabstand bezeichnet wird, und der Durchmesser der Perforationen sind unerwünscht groß und die Perforationsdichte, d.i. die Anzahl von Perforationen pro Flächeneinheit, ist zu gering.

Die Erfindung will ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Perforieren von Bahnen der genannten Art vorsehen, die die erwähnten Mangel vermeiden und die Möglichkeit schaffen, einen Temperaturanstieg in den Entladungsteilen der Entladungselektroden zu verhindern, die Abnützung des Materials an der Spitze der Entladungsteile zu vermindern und die Perforationseigenschaf ten zu steuern.

Um dies zu erreichen, wird gemäß dem Verfahren der Erfindung eine Bahn aus einer natürlichen oder synthetischen Substanz zwischen mehrerep Entladungselektroden und einer gegenüber diesen Entladungselektroden angebrachten,gemeinsamen, geerdeten Elektrode durchgeführt und durch die Bahn hindurch eine elektrische Entladung zwischen den Entladungselektroden und der gemeinsamen geerdeten Elektrode erzeugt, wobei eine erzwungene Strömung komprimierten Gases in der gewünschten Stärke aus der oder in die Umgebung jeder Entladungselektrode in den Entladungsbogen oder gegen die Bahn ausgestoßen bzw. angesaugt wird, wodurch die Erzeugung thermischer Energie und die Ausbreitung einer kriechenden Entladung auf den Oberflächen der Bahn verhindert oder kontrolliert wird, und die Perforationseigenschaften gesteuert werden. Unter den Perforationseigenschaften sei der Perforationsabstand, die Perforationsdichte, der Perforationsdurchmesser und die an den Perforationsrändern auftretende Schwärzung verstanden. Die erzwungene Gasströmung kann aus Luft, einem inerten Gas, Dampf oder Gemischen dieser Bestandteile bestehen. Die

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Strömung wird in solche Bereiche gelenkt, daß die Entladung durch die Strömung nicht ausgelöscht wird. Die Entladungselektroden sind jeweils über einen herauftransformierenden Transformator an eine Hochfrequenzquelle angeschlossen, so daß ein unabhängiger Entladungskreis gebildet ist, und an jede Elektrode wird ein Hechfrequenzimpuls hoher Spannung und geringer Stromstärke angelegt. Auf diese Weise kommt zwischen den Entladungselektroden und der geerdeten gemeinsamen Elektrode, die eine Metallrolle oder -platte sein kann, eine scharfe und starke Entladung zustande, wodurch auf der gesamten Breite der Bahn praktisch gleichzeitig Perforationen in festen Abständen erzeugt werden. Eine solche Entladung wird in einem festen Zeitintervall wiederholt, während die Bahn weiterläuft, so daß Perforationen auch in der Fortbewegungsrichtung der Bahn in einem festen Abstand angebracht werden. Bei diesem Verfahren hat jede Elektrode ihren eigenen unabhängigen Kreis und die Energie der Energiequelle wird gleichmäßig auf alle Elektroden verteilt. Die elektrische Entladung wird daher praktisch gleichförmig erzeugt, selbst wenn die zu perforierende Bahn keine gleichmäßige Dichte und Dicke hat. Auch wird die Entladung von den einzelnen Elektroden durch die Tatsache, daß der Spalt zwischen jeder Elektrode und der Bahn nicht genau gleichmäßig einjustiert ist, nicht sehr stark beeinträchtigt.

Die Steuerung der Strömung der Luft oder anderer aus den Düsen ausgestoßener Gase unter den speziellen Entladungsbedingungen gemäß der Erfindung macht es möglich, die Perforationsdichte (Anzahl der Perforationen pro Flächeneinheit) deutlich zu erhöhen, die Perforationsfrequenz und den Durchmesser der erzeugten Perforationen zu steuern, ein Verschmoren und eine Schwärzung an den Rändern der Perforationen zu verhindern, einen Temperaturanstieg in den Entladungsteilen der Entla-

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dungselektroden zu vermeiden und den Verschleiß des Materials an der Spitze der Entladungseiektio den zu verringern. Diese Regulierung zusammen mit der Verwendung eines inerten Gases, beispielsweise COp, N~ oder Dampf, als ausgestoßenes oder angesaugtes Gas,· trägt auch noch dazu bei, das Verschmoren oder Schwarzwerden, zu verhindern.

Die Anwendung eines aus den Düsen ausgestoßenen oder in die Düsen eingesaugten Gases gemäß der Erfindung wird weiter unten genauer erläutert.

In den herkömmlichen Verfahren wird eine elektrische Entladung in stationärer Luft angewandt, die Regelung der Perforationen auf einen gewünschten Perforationsabstand und -durchmesser und eine Verminderung des Schmorens oder Schwarzwerdens an den Rändern erzielt man hauptsächlich dadurch, daß man die Veränderlichen auf der Energiequellenseite, also beispielsweise die Entladungsspannung, den Entladungsstrom und die Frequenz, einregelt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen die elektrische Entladung in einem strömenden Gas, also etwa einer erzwungenen Gasströmung, die hauptsächlich aus Druckluft besteht, vollzogen und die Einregelung der Perforationen geschieht durch Regeln der Gasströmungsmenge, die ausgestoßen oder eingesaugt wird.

Eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Mehrzahl von Entladungselektroden und eine gemeinsame geerdete Elektrode, die gegenüber den Entladungselektroden angeordnet ist, auf, wobei eine zu perforierende Bahn zwischen diesen Elektroden durchgeleitet wird, ohne mit den Entladungselektroden in Kontakt zu kommen, und gleichzeitig eine elektrische Entladung durch die Bahn hindurch erzeugt wird. Die Entladungselektroden (A) sind einzeln über einen

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herauftransformierenden Transformator an eine Hochfreqiienz-Impulsquelle angeschlossen, so daß ein gesonderter Entladungskreis zum Anlegen eines Hochfrequenzimpulses hoher Spannung und geringer Stromstärke an jede einzelne Entladungselektrode gebildet ist, und es sind Mittel (C) vorgesehen, um eine Gasströmung zwischen der Umgebung jeder Entladungselektrode und der Oberfläche der zu perforierenden Bahn zu leiten, wobei diese Mittel im wesentlichen aus Düsen zum Ausstoßen des Gases, Ventilen zum Einstellen der Gasströmung, Leitungen zum Zuführen des Gases, einem Kompressor oder einer Vakuumpumpe und einer Bombe (Druckbehälter) für das Gas bestehen.

Wie schon erwähnt, ergeben die herkömmlichen Verfahren perforierte Bahnen mit einem großen Perforationsabstand, geringer Perfopationsdichte und Perforationen mit großem Durchmesser, sowie eine beachtliche Verschmorung und Schwärzung an den Rändern der Perforationen. Liese Tendenz wächst, wenn die verwendeten Bahnen eine höhere dielektrische Durchschlagfestigkeit haben. Dies geht im einzelnen so vor sich: Wenn die wandernde Bahn durch eine lokale Zerstörung perforiert wird, indem man eine durch die Bahn hindurchgehende Entladung bewirkt, konzentriert sich die Entladung aufgrund der raschen Abnahme des elektrischen Widerstandes in den destruktiv perforierten Teilen und diese Konzentration setzt sich so lange fort, wie die Bahn braucht, um so weit zu wandern, daß die Kriechentladung unterbrochen wird. Dabei konzentriert sich der Strom in den destruktiv perforierten Teilen und demzufolge wird eine starke Verschmorung oder Schwärzung hervorgerufen. Dagegen fallen die Perforationen in den nicht destruktiv perforierten Teilen der Bahn aus, so daß man einen unerwünscht großen Perforationsabstand erhält.

Aus obigen Erläuterungen geht hervor, daß 'das erfindungsgemäße Verfahren die erwähnten Mangel beseitigt und sehr wirk-

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sam den Perforationsabstand verringert, den Durchmesser der Perforationen kleiner macht und ein Verschmoren an den Perforationsrändern herabsetzt, und zwar durch eine erzwungene Gasströmung durch den Bogen, um Kriechentladungen an den Oberflächen der Bahn zu unterbrechen und die thermische Energie in der Entladung richtig zu steuern. Das Verfahren schafft auch die Möglichkeit, die Perforationseigenschaften zu steuern, indem man die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes verändert.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Wirkungen und Vorzüge, die man durch die Anwendung der Erfindung erzielt, im Vergleich mit den Ergebnissen des herkömmlichen Verfahrens.

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2 3 1 O O Λ 7

Tabelle

Entladungsart	Elektrische Entladung in erzwungener Gas strömung	Elektrische Ent ladung in statio närer Luft
Hauptmethode zum Regeln der Per foration	Menge der ausge- -stoßenen Luft	Angelegte Spannung, Strom und Frequenz
Perforationsabstand	klein	groß
Perforationsdurch messer	klein	groß
Verschmoren der Per forationsränder	klein	groß
Abnutzung der Spitze der Entladungselek troden	klein	groß
Temperaturanstieg in dem Entladungsteil der Elektroden	klein	groß
Schwankun g sb r e i t e der Permeabilität (oder Porosität) des perforierten Artikels	groß	klein

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird folgendes Beispiel gegeben:

Beispiel

Als Entladungselektroden werden mehrere Wolframdrähte verwendet, die in Abständen von etwa 3 mn angeordnet sind. Die Entladungselektroden liegen einer gemeinsamen geerdeten Metallrolle gegenüber, so daß die ersteren zur letzteren einen Abstand von einigen Millimetern haben. Jede Entladungselektrode ist mit einer Hochspannungsque]Ie verbunden, die Hochfrequenzimpulse erzeugt. Rund um jeden Wolframdraht sind Düsen zum Ausstoßen oder Einsaugen eines Gases derart angeordnet, daß ein Gasstrom die zwischen den Entladungselektroden und der Metallrolle entstehenden Bögen umgibt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases wird durch die """erwendung eines Strömungsregelventils gleichmäßig gemacht, wodurch sich die Bogenentladung auf jedem Teil einer zu perforierenden Bahn fortsetzen kann. Die Bahn läuft mit einer Geschwindigkeit von 120 m/min durch und eine Entladungsfrequenz von 3 kHz wird hergestellt, während sich die Bahn in Kontakt mit der geerdeten Metallrolle befindet, dagegen mit den Wolframdrähten, d.i. den nadelartigen Entladungselektroden, keinen Kontakt hat. Als Gas wird Druckluft verwendet. Die nachstehende Tabelle 2 zeigt einen Vergleich zwischen den Ergebnissen unter Verwendung eines solchen Gasstromes und denen ohne Gasstrom.

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T a-b e 1 1 e

Erfindungsgemäßes Verfahren

Herkömmliches Verfahren

Zu perforierende Bahn

Perforationsbedingungen und Eigenschaften des Produkte

Elektrische Entladung in erzwungener Gasströmung

Elektrische Entladung in stationärer Luft

Verpackungspapier A

(Gewicht
g/m²)

Entladungsspannung (KV)

Austrittsdruck an der Düse (kg/cm )

Perforationsdichte (Anz.von Perforationen pro Flächeneinheit

Perforationsdurchmesser (u)

Schwärzung an den Perforationsrändern

1,5 50-60

30-40

geringfügige Schwärzung

10-20

50-100

merkliche Schwärzung

Verpackungspapier -

(Gewicht
g/m²)·

Entladungsspannung (KV) Austrittsdruck an Düse

(kg/cm )

Perforationsdichte (Anzahl von Perforationen -pro Flächeneinheit)

Perforationsdurchmesser (γι)

Schwärzung in den Perforationsrändern 15 2,0

20-30

50-80 etwas braun

15 P

5-7

100-300

merklich braun

Weiches
Polyvinylchlorid

EntladungsSpannung (KV) Austrittsdruck an Düse

η ^ (kg/cm )

IUO γ) perforationsdichte

Perforationsdurchmesser

Schwärzung an Perforationsrändern

15 2,0

15-20 - 50-1Op

geringfügig schwarzbraun

15 0

5-7 300-500

mex'klich

schwarzbraun

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Claims

Patentansprüche

ίΐ .J Verfahren zum Perforieren eines schichtartigen Materials, wie etwa einer Bahn, eines Bogens od. dgl., aus einer natürlichen oder synthetischen Substanz unter Verwendung einer elektrischen Entladung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mehreren Entladungselektroden und einer gegenüber den Entladungselektroden angebrachten, gemeinsamen, geerdeten Elektrode eine elektrische Entladung hergestellt wird, die durch die Bahn od. dgl. geht, während die Bahn zwischen den Entladungselektroden und der gemeinsamen geerdeten Elektrode durchläuft, und daß ein auf Luft basierendes komprimiertes Gas in beliebiger Strömungsstärke von der Umgebung jeder Entladungselektrode in den Bogen oder zu der Bahn ausgestoßen bzw. angesaugt wird, wodurch der Perforationsabstand, die Perforationsdichte, der Perforationsdurchmesser und die Schwärzung an den Perforationsrädern gesteuert werden.

2. "Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jede Entladungselektrode über einen herauftransformierenden Transformator an einen Generator für hochfrequente Impulse in der Weise angeschlossen ist, daß ein gesonderter Entladungskreis gebildet ist, wobei ein Hochfrequenzimpuls mit hoher Spannung und geringer Stromstärke an jede Entladungselektrode angelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bahn durch den Zwischenraum zwischen den Entladungselektroden und der gemeinsamen geerdeten Elektrode in der Weise durchgeleitet wird, daß sie mit den Entladungselektroden keinen Kontakt hat.

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"¹²~ 2310CK7

4-. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mehrere Entladungselektroden (A), eine gemeinsame geerdete Elektrode (B), die in einem Abstand gegenüber den Entladungsel.ektroden angeordnet ist, durch eine Transporteinrichtung, die die Bahn zwischen den Entladungselektroden und der geerdeten Elektrode durchführt, sowie durch eine elektrische Schaltung, die eine Bogen- oder Funkenentladung durch die Bahn hindurch zwischen den Elektroden bewirkt, und durch Düsen (C) zum Ausstoßen oder Einsaugen eines Gases auf Luftbasis in der Weise, daß eine Gasströmung zwischen den Entladungselektroden und der Oberfläche der Bahn hergestellt wird.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Entladungselektroden alle über einen herauftransformierenden Transformator an einen Generator für hochfrequente Impulse in der Weise angeschlossen sind, daß jeweils ein unabhängiger Entladungskreis gebildet ist, durch den an jede Entladungselektrode ein hochfrequenter Impuls hoher Spannung und geringer Stromstärke angelegt wird.

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