DE2410060A1 - Vorrichtung zum perforieren von folien - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Perforieren von Folien Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Perforieren von Folien, insbesondere Folienbahnen, aus Kunststoff, Kunstleder, Papier, Verbundmaterial od. dgl., mit zumindest einer vorzugsweise spitz zulaufende geformten, einseitig zur Folie angeordneten und mit Spannung von einer Spannungsquelle beaufschlagbaren Arbeitselektrode sowie einer dieser auf der gegenüberliegenden Folienseite zugeordneten Gegenelektrode.
• Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art sind die Arbeitselektrode und die dieser zugeordnete Gegenelektrode Bestandteil eines gemeinsamen Hochspannungskreises. Bei Verwendung einer Vielzahl von Arbeitsiektroden und Gegenelektroden zur Erzielung einer entsprechenden Perforationsleistung bedingt eine solche Vorrichtung einen entsDrechend vervielfachtn n und Schaltungsaufwand, um sicherzustellen, daß eine zu perforierende Fläche mit einer gewünschten Anzahl feiner Löcher versehen wird, die bei einem Überschlag entstehen. Obwohl seit langem das Bestreben und das Bedürfnis besteht, Fdien zur Erzielung einer gewünschten Luft- und Wasserdampfdurchlässigkeit mit feinen Perforationen bzw. Poren zu versehen, ist der theoretisch bekannte Weg der elektrischen Bberschlagperforation zu Gunsten mechanischer und chemischer Perforation nicht in die Praxis umgesetzt worden. Dies dürfte in erster Linie darauf zurüc -zuführen sein, daß die Beaufschlagung einer Vielzahl von Elektroden über entsprechende Hochspannungskreise außerordentlich kostenaufwendig ist, während andererseits es Schwierigkeiten bereitet, die Überschläge mit einer erwünschten Präzision auszuführen und unkontrollierte MeM»fachlberschl.Rge auszuschalten.
• Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es bei einem Mindestmaß an baulichem und schaltungstech-nischen Aufwand ermöglicht, nicht elektrisch leitende Folien aller Art präzise und mit hoher Leistung zu perforieren und auf diese Weise Folien zu schaffen die alle Anforderungen an Luft- und Wasserdampfdurchlässigkeit erfüllen, ins besondere bei Einsatz von Kunstlederfolien Leder in dessen diesbezüglichen Eigenschaften gleich sind oder übertreffen.
• Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art sieht hierzu die Erfindung vor, daß der Arbeitselektrode ein diese mit im Spannungsverlauf über der Zeit steil ansteigenden und nahezu senkrecht abfallenden, nadelfcrmigen Spannungsimpulsen bosfschlagender Steuerkreis zugeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglichst schlagartig ablaufende Überschläge bzw. Entladungen mit einer Verlaufsdauer in der Größenordnung von z. B. 30 Mikrosekunden mit bis zu etwa 20 Kilovolt. Dabei können ohne weiteres Dauerentladungszahlen in der Größenordnung von 40 000/min und darüber erreicht werden. Der auf kürzestem Wege die Folie perforierende Überschlag zwischen einer Arbeits- und der ihr zugeordneten Gegenelektrode ist ungewöhnlich präzis kontrollierbar mit der Folge, daß sich in der Folie genau vorherbestimmbare Perforationsmuster erzielen lassen. Die im Gegensatz bei einem langsamen Ansteigen der Spannung bis zum Durchschlag, wie sie bei einer sinusförmigen Spannungsquelle vorliegt, begünstigten Gleitentladungen mit der Folge eines mehrfachen Durchschlags durch bereits vorhandene Perforationen sind sicher auch dann vermieden, wenn ein nur geringer Abstand zwischen benachbarten Perforationslöchern vorgesehen wird. Die Impulsansteuerung der Arbeitselektrode erlaubt Lochabstände, die im Bereich eines Drittels und darunter Jener Abstände liegen können, wie sie bei herkömmlichen Hochspannungskreisen mit sinusförmiger Spannungsquelle erreichbar sind. Da die Brenndauer überaus gering ist, k-ommt die Vorrichtung mit geringem Energieaufwand aus, während ferner Verbrennungen der Durchschlagsstelle in der Folie zuverlässig vermieden sind.
• Vorzugsweise umfaßt der Steuerkreis einen Impulsformer als Steuerorgan für einen Leistungsschalter und einen induktiven Übertrager. Der-induktive Übertrager kann dabei einen induktiven Energiespeicher, z. B. in Gestalt einer Spule, bilden, die Energie im Magnetfeld speichert und sie im Zeitpunkt des Überschlags als Hochspannungsstromstoß (Überschlagimpuls) an die betreffende Arbeitselektrode abgibt.
• Stattdessen kann der induktive Übertrager auch einen Transformator bilden, dem ein kapazitiver Energiespeicher in Form eines Kondensators vorgeordnet ist. Hierbei wird die Uberschlagsenergie im elektrischen Feld des Kondensators gespeichert, wobei Kapazität und Aufladespannung des Kondensators die Größe der Speicherenergie bestimmen. Hierbei beschränkt sich die Aufgabe des induktiven Übertragers darauf Energie auf den Sekundärkreis zu übertragen und dabei die Kondensatorspannung in die für den Funkenüberschlag benötigte Hochspannung zu transformieren.
• Als Impulsformer ist bevorzugt ein in der Impulsfrequenz und/oder der -flankenbreite einstellbarer Frequenzgenerator vorgesehen, der es ermöglicht, die Überschläge an die jeweils gewünschte Perforationsleistung anzupassen. Bei gleichzeitiger Herabsetzung von Verlustleistungen auf ein Mindestmaß bietet diese Ausgestaltung die Möglichkeit zur Ansteuerung der Elektrode mit Impul-sgruppen, d..h. einer Anzahl von Impulsen in kurzen Abständen, auf die nach einer Pause wiederum mehrere Impulse in kurzen Abständen folgen. Hierdurch läßt sich eine gewünschte Anzahl von Entladungen durch ein- und dasselbe in der Folie vorhandene Perforationsloch erreichen, durch welche die Lochgröße exakt steuerbar ist.
• Als Leistungsschalter findet vorzugsweise ein elektronisches Schaltelement, z. B. ein Transistor, Tyristor od. dgl. Verwendung, der kontaktlose Schaltungen mit besonders hoher Schalthäufigkeit zuläßt.
• Zur Erzielung einer hohen Perforationsleistung in bezug auf eine Flächeneinheit ist vorzugsweise eine Vielzahl von Arbeits- und Gegenelektroden vorgesehen und räumlich zu einem Elektrodenfeld zusammengefaßt, wobei jeder Arbeitselektrode ein gesonderter Steuerkreis zugeordnet und für sämtliche Steuerkreise ein gemeinsamer Impulsformer vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht ungewöhnlich hohe Perforationsleistungen bei einem Bau- und Schaltungsaufwand, dessen Kosten überaus gering sind.
• Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Ansprechen und der Beschrebung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht ist. Es zeigen: Fig. 1 eine abgebrochene Draufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellungsweise, Fig. 2 einen Längs schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für einen Steuerkreis in einer ersten Ausgestaltung, Fig. 4 ein Prinzipschaltbild für einen Steuerkreis in einer zweiten Ausgestaltung, und Fig. 5 ein vereinfachtes Spannungs-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung eines nadelförmigen Spannungsimpulses.
• Die in Fig. 1 und 2 veranschaulichte Perforationsvorrichtung hat eine für die Perforation von Folienbahnen geeignete Ausgestaltung Sie umfaßt eine Anzahl von spitz zulaufend geformten Arbeitselektroden 1 sowie diesen gegenüberliegend zugeordnetenGegenelektroden 2. Die Arbeits- und die Gegenelektroden sind räumlich zu einem Elektrodenfeld zusammengefaßt, wobei die Arbeits- und die Gegenelektroden jeweils in einem gemeinsamen Träger 3 bzw. 4 aus Isoliermaterial abgestützt sind. Die beiden Träger.3, 4 haben bei dem dargestellten Beispiel die Form von Platten, die mit ihren einander zugewandten Flächen 5, 6 einen ebenen Durchtritts-und Führungsspalt 7 für eine bahnförmige Folie 8 begrenzen. Die Elektroden 1, 2 sind in senkrecht zu den Flächen 5, 6 der Träger 3 bzw. 4 ausgerichteten Durchgangsbohrungen 9 bzw. 10 angeordnet und in diesen vorzugsweise auswechselbar gehaltert. Eine besonders einfache Festlegung der Elektroden in ihren Trägern sieht eine Klemmabstützung vor, die es ermöglicht, Elektroden zur Überprüfung und gegebenenfalls zum Auswechseln bei Abnutzungserscheinungen entfernen und einsetzen zu können. Die Träger 3, 4 sind in ihrem gegenseitigen Abstand einstellbar, um den Elektrodenabstand einstellen und beispielsweise Folien unterschiedlicher Foliendicke berücksichtigen zu können.
• Zum Transport der Folie in flachem Zustand in einer zur Entladungsbahn zwischen den Elektroden 1, 2 senkrechten Richtung (Pfeil 11) ist eine Transporteinrichtung vorgesehen, die grundsätzlich irgendeine geeignete oder bekannte Ausbildung haben kann. Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt die Transporteinrichtung, welche die Folienbahn 8 in der Praxis von einer nicht dargestellten Vorratsrolle abwickelt und nach Passieren der Perforationsvorrichtung wieder auf eine Vorratsrolle aufwickelt, ein Paar Förderwalzen 12, 13, die mittels eines nicht näher veranschaulichten Drehantriebs in Umlauf versetzbar sind und zwischen sich einen von der Folienbahn 8 durchlaufenen Förderspalt bilden. Diese Förderwalzen 12, 13 vermitteln der Folienbahn 8 eine Translationsbewegung in Richtung des Pfeiles 11 und tragen in die Folienbahn eine gewisse Zugsspannung ein, welche die Folie im Arbeitsbereich der Perforationsvorrichtung in flachem Zustand hält und Faltenbildungen ausschließt. In Richtung des Pfeiles 11 vor dem Arbeitsbereich der Perforationsvorrichtung sind ferner Förderwalzen 14, 15 vorgesehen, die ebenso wie die Förderwalzen 12, 13 an jeweils gegenüberliegenden Seiten der Folienbahn 8 in Eingriff anliegen. Diese Förderwalzen 14, 15 dienen dazu, in dem Folienbahnbereich zwischen den Förderwalzenpaaren eine kontrollierte Zugspannung aufrechtzuerhalten. Anstell des Paares Förderwalzen 14, 15 kann jedoch auch irgendeine sonst geeignete Einrichtung Verwendung finden, die auf die Folie vor der- Perforationsvorrichtung eine gewisse Rückhaltespannung ausgibt. Zum Beispiel kann eine auf die Achse der nicht dargestellten Vorratstrommel für unperforierte Folie einwirkende Bremseinrichtung vorgesehen werden. Im übrigen kann es auch zweckmäßig sein, im Bereich des Folienlaufes vor und/oder hinter -der eigentlichen Perforationsvorrichtung eine FUhrungswalzenanordnung vorzusehen, die der Folienbahn einen schleifenförmigen Verlauf vorgibt, der eine ausgleichende Wirkung entfaltet. Geeignete Systeme dieser Art sind bekannt und umfassen im allgemeinen eine freischwebende Tänzerwalze. Die Vorschubgeschwindigkeit der Folienbahn 8 ist über die Transporteinrichtung vorzugsweise stufenlos einstellbar. Die Vorschubgeschwindigkeit kann beispielsweise bei 20 m/min liegen, ohne weiteres jedoch auch darüber hinaus gesteigert werden.
• Jeder Arbeitselektrode ist ein Steuerkreis zugeordnet, der die Arbeitselektrode mit im Spannungsverlauf über der Zeit steil ansteigenden und nahezu senkrecht abfallenden, nadelförmigen Spannungsimpulsen (Fig. 5) beaufschlagt. Bevorzugt werden Nadelimpulse in der Größenordnung von 30 Mikrosekunden.
• Der in Fig. 3 veranschaulichte Steuerkreis umfaßt eine Spannungsquelle, bei dem dargestellten Beispiel eine Batterie 16 mit vorgeschaltetem, nicht veranschaulichten Lade-gerät, einen an diese angeschlossenen Impulsformer 17 als Steuerorgan, ~ einen diesem nachgeordneten und von diesem betätigten Leistungsschalter 18 und einen induktiven Übertrager 19. Der induktive übertrager 19 bildet bei der Ausführung nach Fig. 3 einen induktiven Energiespeicher in Form einer Spule mit Eisenkern, deren Primärwicklung 20 über einen Vorwiderstand 21 an den Kollektor 22 des als Transistor ausgeführten Leistungsschalters 18 angeschlossen ist.
• Die Sekundärwicklung 22 ist mit der-Arbeitselektrode 1 verbunden.
• Der Impulsformer 17, der als Schalter ausgebildet oder von einem induktiven oder auch fotoelektrischen Geber gebildet sein kann, vorzugsweise jedoch von einem Frequenzgenerator gebildet ist, der in der Impulsfrequenz und/oder -flankenbreite einstellbar ist, is mit einerseits der Basis 23 und andererseits dem Emitter 24 des Transistorschalters 18 verbunden. Ein Kondensator 25, gegebenenfalls in Parallelschaltung mit einer Z-Diode, schützt den Übergang Emitter-Kollektor. Ein Widerstand 26 dient dazu, der Basis im Abschaltmoment eine positive Vorspannung gegenüber dem Kollektor zu geben, um den Transistor rascher schalten zu lassen.
• Es versteht sich, daß das in Fig. 3 veranschaulichte Prinzipschaltbild vervollständigt werden kann, z. B. durch eine Diode zum Schutz des Transistorübergangs Emitter-Basis vor Oberlastung.
• Mit einem solchen Steuerkreis, bei dem der Impulsformer 17 den mit seinem Emitter 24 an die Spannungsquelle, z. B. eine 24 V Batterie, angeschlossenen Transistor schaltet, lassen sich Überschlagszahlen bis etwa 21 000/min erzielen.
• Bei der vorgesehenen Ausgestaltung der Perforationsvorrichtung mit einer Vielzahl von Arbeitselektroden ist jeder Arbeitselektrode ein Steuerkreis zugeordnet, jedoch ist sämtlichen Steuerkreisen der Impulsformer 17 gemeinsam. Dies wird durch den Anschlußleiter 27 zu den Basen der Schalter 18 in den Jeweiligen Steuerkreisen und die Anschlußleiter 28 zu den Emittern der Leistungsschalter 18 versinnbildlicht.
• Die Fig. 4 veranschaulicht einen Steuerkreis, der wiederum eine Spannungsquelle 16, einen Impulsformer 17 und einen induktiven Übertrager 19 t sowie einen Leistungsschalter 18' umfaßt. Der induktive Übertrager 19 bildet hier einen Transformator, der lediglich die Aufgabe einer Höchspannungsumwandlung, nicht jedoch die Aufgabe hat, Energie in seinem Magnetfeld zu speichern. Zur Energiespeicherung ist dem induktiven Übertrager 19', der ebenfalls in Form einer Spule mit Primärwicklung 20' und Sekundärwicklung 22' ausgeführt sein kann, ein kapazitiver Energiespeicher in Form eines Kondensators 29 vorgeordnet, der in seinem elektrischen Feld die Energiespeicherung vornimmt. Die Kapazität und die Aufladespannung des Kondensators bestimmen dabei die Größe der Speicherenergie. Der Leistungsschalter 18', der bevorzugtermaßen ebenfalls als elektronischer Schalter ausgebildet ist, dient durch Schließen zur Entladung des Speicherkondensators über die Primärwicklung 20'. Da der Kondensator 29 und die Primärwicklung 20' einen elektrischen Schwingkreis bilden, entstehen gedämpfte Schwingungen von Strom und Spannung, die eine wesentlich höhere Frequenz haben, so daß die in der Sekundärwicklung 22' induzierte Hochspannung entsprechend schneller auf den Überschlagsspannungswert ansteigt. Auch bei dieser Ausgestaltung des Steuerkreises sind Anschlußleiter 27,28 für eine entsprechende Vervielfachung der Steuerkreise bei gemeinsamem Impulsformer 17 versinnbildlicht. Der Speicherkondensator wird von der Spannungsquelle 16 aufgeladen. Die Ladezeit kann so kurz bemessen werden, daß selbst bei höchsten Überschlagszahlen die Speicherenergie nicht nennenswert abfällt. ~ Während der Entladung des Speicherkondensators ist wie ersichtlich der die Primärwicklung 20' über den Leistungsschalter 18', vorzugsweise einen Tyristor mit dem Kondensator, kurzgeschlossen.
• Dieser Steuerkreis ermöglicht ohne weiteres Dauerüberschlagszahlen in der Größenordnung von 40 000/min und mehr.
• Wie ersichtlich, ermöglicht die Perforationsvorrichtung nach der Erfindung eine Folienperforation mit überaus dicht nebeneinander liegenden, in ihrem Abstand bei z. B. 3 mm und darunter liegenden Löchern, wobei entsprechend der Feldanordnung der Arbeitselektroden und ihrer zugehörigen Gegenelektroden die Folie in ihrer gesamten Breite erfaßbar ist. Wie Fig. 1 veranschaulicht, sind die Elektroden jeweils in Schrägreihen angeordnet, um trotz ihrer Eigenabmessungen die Bildung von dicht in Richtung des Folienvorschubs 11 nebeneinander liegenden Reihen von Perforationslöchern zu ermöglichen.
• Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Ergänzungen denkbar sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. So ist es z. B. denkbar, über Ein-Aus-Schalter Gruppen von Arbeitselektroden des Elektrodenfeldes wahlweise zu bzw. abzuschalten, um das Perforationslochmuster in der Folie zu verändern. Ferner läßt sich das Perforationslochmuster in der Folie über eine entsprechende Abstimmung der Impuls frequenzen und/oder der -flankenbreiten des Impulsformers 17 in bezug auf die Vorschubgeschwindigkeit in der Folienbahn 8 verändern. Schließlich ist es auch denkbar, zur vollautomatischen Steuerung des Perforationsmusters der Vorrichtung Detektoren geeigneter Ausbildung zuzuordnen, die über einen Ist-Soll-Wertregler durch Einwirkung auf den Impulsformer'und/oder die Antriebe der Transporteinrichtung für die Einhaltung eines gewünschten Pertorationsgrades Sorge tragen. Ein solcher Detektor ist -schematisch bei 31 in Fig. 2 veranschaulicht. Dieser Detektor mißt beispielsweise den Dielektrizitätswert'der Folienbahn 8 vor einem Passieren des Elektrodenfeldes, um über die Regeleinrichtung dann die Frequenz des Impulsformers 17 entsprechend zu regeln. Von einem Detektor.31 kann ferner z. B. der Luft-und/oder Wasserdampfdurchlässigkeitswert gemessen und der ermittelte Meßwert zur Antriebsregelung herangezogen werden.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Perforieren von Folien, insbesondere Folienbahnen, aus Kunststoff, Kunstleder, Papier, Verbundmaterial od. dgl., mit zumindest einer vorzugsweise spitz zulaufend geformten, einseitig zur Folie angeordneten und mit Spannung von einer Spannungsquelle beaufschlagbaren Arbeitselektrode sowie einer dieser auf der gegenüberliegenden Folienseite zugeordneten Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitselektrode (1) ein diese mit im Spannungsverlauf über der Zeit steil ansteigenden und nahezu senkrecht abfallenden, nadelförmigen Spannungsimpulsen (Fig. 5) beaufschlagender Steuerkreis zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis einen Impulsformer (17) als Steuerorgan für einen Leistungsschalter (18, 18l) und einen induktiven Übertrager (19, 19t) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Übertrager tal9) einen induktiven Energiespeicher bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Übertrager (19') einen Transformator bildet und ihm ein kapazitiver Energiespeicher (29) vorgeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsf.ormer (17) ein in der Impulsfrequenz und/oder der -flankenbreite einstellbarer Frequenzgenerator vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsschalter (18, 18t) ein Transistor od. dgl. elektronisches Schaltelement vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch eine Batterie (16) mit vorgeschaltetem Ladegerät als Spannungsquelle.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Arbeits- und Gegenelektroden (1, 2) vorgesehen und räumlich zu einem Elektrodenfeld zusammengefaßt, jeder Arbeitselektrode ein gesonderter Steuerkreis zugeordnet und für sämtliche Steuerkreise ein gemeinsamer Impulsformer (17) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits- und die Gegenelektroden (1, 2) des Elektrodenfeldes jeweils in einem gemeinsamen Träger (3, 4) aus Isoliermaterial auswechselbar abgestützt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Elektroden (1, 2) bestückten Träger (3, 4) mit ihren einander zugewandten Flächen (5, 6) einen ebenen Durchtrittsund-Führungsspalt (7) begrenzen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Elektrodenträger (3, 4) zueinander einstellbar ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung (12, 13, 14, 15) zum Transport der Folie in flachem Zustand in einer zur Entladungsbahn zwischen den Elektroden senkrechten Richtung (11). .

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung die Folie unter Zugspannung setzende Förderwalzen (12, 13, 14, 15) od. dgl. Vorschuborgane aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Folie stufenlos einstellbar ist.