DE2410479A1

DE2410479A1 - Vorrichtung und verfahren zum elektrostatischen laminieren

Info

Publication number: DE2410479A1
Application number: DE2410479A
Authority: DE
Inventors: Warren W Levy
Original assignee: Simco Co Inc
Current assignee: Simco Co Inc
Priority date: 1973-03-08
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1975-03-27
Also published as: FR2220380B1; GB1450751A; JPS5245588B2; JPS49119362A; SE405698B; DE2410479C3; BE811988A; IT1011049B; NL157159B; FR2220380A1; CH572857A5; DE2410479B2; US3892614A; NL7402450A

Description

Vorrichtung und Verfahren zum elektrostatischen Laminieren

Die Erfindung bezieht sich auf Systeme zum elektrostatischen Verbinden und betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrostatischen Laminieren, wobei zwei oder mehrere Tafeln oder sonstige Gegenstände durch elektrostatische Kräfte miteinander verbunden werden.

Für viele industrielle oder kommerzielle Zwecke ist es häufig erwünscht, zwei oder mehrere Tafeln oder Gegenstände in Vorbereitung auf anschließende Bearbeitungsvorgänge oder als Maßnahme, um einen der Gegenstände wegen seiner zerbrechlichen Natur gegen Beschädigungen zu schützen, miteinander zu verbinden. Beispielsweise ist es beim Stapeln großer Glasplatten, die soeben poliert worden sind, wichtig, eine Grenzschicht aus Papier oder einem sonstigen geeigneten Material aufzutragen, um die heiklen Glasflächen gegen Verkratzen zu schützen. Wegen der Zerbrechlichkeit der Glasflächen ist es dabei wichtig, selbst beim Auftragen der Schutzfolie die Einwirkung unnötiger Drucke auf verhältnismäßig kleine Bereiche der Platte zu vermeiden. Andere Gebiete, bei denen Verbingungstechniken wichtige Anwendung finden, -bestehen in der Fotografie, in der Siebdrucktechnik und bei vielen anderen kommerziellen und industriellen Verfahren.

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Elektrostatische Verbindungsvorgänge sind zwar bisher in Betracht gezogen worden; eines der Probleme, die bei der Anwendung derartiger früherer Systeme auftritt, besteht jedoch darin, daß einer der miteinander zu verbindenden Gegenstände mit einer geerdeten Fläche in Berührung stehen muß. Dies ist häufig unerwünscht, wenn der Vorgang an einem sich bewegenden Gegenstand durchgeführt werden soll und insbesondere dann, wenn der Gegenstand eine gegen Verkratzen empfindliche Oberfläche aufweist. Würde die Berührungsvorrichtung durch eine geerdete
Walze ersetzt, so würde nur noch eine Linienberührung erzeugt, was gewöhnlich zu einer unzulänglichen Halterung führt.

Ein zweites Problem, das bei der Anwendung früherer Systeme auftritt, besteht darin, daß auf dem elektrostatisch verbundenen
Laminat eine resultierende positive oder negative Ladung erzeugt wird, die die Neigung hat, Staubpartikel anzuziehen oder als
abstoßender oder anziehender Pol gegenüber benachbarter Materialien ähnlicher oder verschiedener Natur zu wirken. Diese letzteren Bedingungen bewirken, daß die weitere Be- oder Verarbeitung behindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrostatischen Laminieren zu schaffen, wobei die Nachteile gemäß dem Stand der Technik, insbesondere sämtliche oben erwähnten Nachteile, beseitigt sind.

Einer der Aspekte der Erfindung besteht dabei darin, daß zwischen der Verbindungsvorrichtung und den miteinander zu verbindenden Tafeln oder sonstigen Gegenständen keine körperliche Berührung auftritt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die elektrostatischen Ladungen an einer verhältnismäßig großen Fläche der miteinander zu verbindenden Gegenstände aufgebracht werden können. Gemäß einem weiteren Aspekt.kann eine der Ionisationsquellen von stoßfreier Bauart sein. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine erste Ionisationsquelle, die Ionen einer Polarität emittiert, und eine

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zweite Ionisationsquelle, die Ionen beider Polaritäten emittiert, verwendet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die resultierende elektrostatische Ladung auf den Außenflächen des fertigen Laminats neutral. Weiterhin besteht ein Aspekt darin, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und billig herstellbar, in ihrem Aufbau widerstandsfähig und ihrer Arbeitsweise leistungsfähig ist.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen

Figur 1 eine teilweise schematisierte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum elektrostatischen Verbinden ;

Figur 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Figur 1
längs der Linie 2-2;

Figur 3 eine schematische Darstellung der Verteilung der Ladungen in den laminierten Materialien;.

Figur 4 eine teilweise schematische Ansicht einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 5 eine teilweise schematische Darstellung einer weiteren Variante der Erfindung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zum elektrostatischen Laminieren zweier oder mehrerer Gegenstände wird eine erste Tafel 12, beispielsweise eine Glasplatte, auf einem Bandoder Walzenförderer 14 transportiert, der die Tafel 12 an ihren Seitenkanten trägt. Auf die erste Tafel 12 wird eine zweite
Tafel 16, bei der es sich beispielsweise um einen Bogen aus Papier oder Pappe handeln kann, über die erste Tafel 12 gelegt und durch die Schwerkraft mit dieser in verhältnismäßig dichter Nähe oder

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durch eine geeignete Vorrichtung, etwa einen die Kanten der beiden Platten zusammendrückenden zweiten Band- oder Walzenförderer 18, in tatsächlicher Berührung gehalten. Die beiden Tafeln 12 und 16 werden dann gleichzeitig zwischen zwei Ionisierungsvorrichtungen A, B hindurchgeführt, von denen die erste Einrichtung A Ionen einer einzigen Polarität auf die eine Seite des Laminats und die andere Vorrichtung B sowohl positive als auch negative Ionen auf die andere Seite des Laminats richtet.

Die erste Ionisationseinrichtung A kann einen statischen Stab der in der US-Patentschrift 3 137 806 gezeigten generellen Bauweise umfassen. Bei einem derartigen Stab sind mehrere in Abstand voneinander befindliche Entladungsspitzen 20 mittels eines Kabels 22 direkt an eine Gleichspannungsquelle 24 angeschlossen, die zwischen den Spitzen 20 und Erde eine Spannung in der Größenordnung von 7.000 bis 25.000 V erzeugt. Wie gezeigt, bewirkt die Gleichspannungsquelle 24 eine Ionisation der die Spitzen 20 umgebenden Luft, so daß Ionen negativer Polarität erzeugt und gegen die Unterfläche der Tafel 12 gerichtet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß auch ein positiver Ionengenerator, wie er in Figur 4 und 5 mit 25 bezeichnet ist, verwendet werden kann, um positive Ionen auf die Unterfläche der Tafel 12 treffen zu lassen.

Die Ionisierungseinrichtung B kann einen statischen Stab der in der US-Patentschrift 2 163 294 gezeigten generellen Bauweise umfassen, wobei mehrere nebeneinander und in Abstand von einem leitenden Gehäuse 30 angeordnete Spitzen 28 an einer leitenden Stange 31 angebracht und über ein Kabel 32 direkt mit einem Wechselspannungsgenerator 34 verbunden sind. Der Generator 34 erzeugt eine Spannung in der Größenordnung von 2.500 bis 15.000 V gegenüber Erde, so daß in dem Zwischenraum zwischen den Spitzen ' 28 und dem geerdeten Gehäuse 30 sowohl positive als auch negative Ionen erzeugt werden. Diese positiven und negativen Ionen werden gegen die obere Fläche der Tafel 16 gerichtet. Es wird darauf hingewiesen, daß es sich bei der Wechselspannungs-Ionisa-

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tionseinrichtung B um einen statischen Stab des stoßfreien Typs mit dem in der US-Patentschrift 3 120 626 offenbarten generellen Aufbau handeln kann, wobei die Spitzen 28 mit dem Generator 34 kapazitiv über eine Reihe· von Hülsen aus leitendem Material gekoppelt sind, die in isolierendem Abstand von der Stange 31, bei der es sich um eine Verlängerung des Kabels 32 handeln kann, angeordnet sind.

Die von der Ionisierungseinrichtung B emittierten Ionen beider Polaritäten wirken als geerdete Rückleitung oberhalb der zu laminierenden Gegenstände und erzeugen mit der Ionisationseinrichtung A ein elektrisches Feld, das die von der Einrichtung A emittierten Ionen einer Polarität gegen die untere Fläche der Tafel 12 drängt. Die von der Wechselspannung-Ionisationseinrichtung B emittierten positiven und negativen Ionen bilden also eine leitfähige Bahn von der oberen Fläche des Laminats zu dem geerdeten Gehäuse der Einrichtung B und von dort zurück zur anderen Seite der Gleichspannungsquelle 24..

Indem sich gemäß Figur 3 negative Ladungen an der unteren Fläche der Tafel 12 sammeln, werden positive Ionen an die obere Fläche der Tafel 16 gezogen. Diese gleichen und entgegengesetzten Ladungen an den beiden äußeren Flächen rufen Anziehungskräfte hervor, die die beiden Tafeln zusammenhalten. Durch Polarisation der inneren Moleküle und durch Bewegung der inneren Ladungsträger werden die Haltekräfte verstärkt. Bewegen sich nun die miteinander verbundenen Materialien aus dem Feld der beiden Ionisationseinrichtungen A, B heraus, so wandern die negativen und positiven Ionen zur oberen Fläche der Tafel 12 bzw. zur unteren Fläche der Tafel 16 und verstärken dadurch weiterhin die elektrostatische Bindung. Obwohl also die Grenzflächen durch die entgegengesetzten Ladungen auf den einander zugewandten Innenflächen der Tafeln 12 ' und 16 fest miteinander verbunden sind, ist die.wirksame resultierende Gesamtladung der Tafelverbihdung gleich Null. Das somit elektrostatisch frisch verbundene aber neutrale Laminat übt daher keine anziehenden oder abstoßenden Kräfte auf andere darüberge-

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stapelte oder in der Nähe angeordnete Gegenstände oder Laminate aus, so daß sich eine völlig kontrollierte Handhabung erzielen IaBt.

Es wird darauf hingewiesen, daß, da die Ionen einer Polarität über einen Luftspalt hinweg auf die eine Fläche des Laminats treffen und die Ionen beider Polaritäten über einen Luftspalt hinweg gegen die andere Fläche, des Laminats gerichtet werden, keine direkte Berührung zwischen dem Laminat und der eigentlichen Verbindungseinrichtung stattfindet. Daher besteht keine Gefahr, daß die Oberflächen des Laminats verkratzt werden, was dann leicht möglich wäre, wenn die Ladung durch Walzen oder dergleichen übertragen würde. Ferner schafft der von den statischen Stäben (A) und (B) emittierte Ionen-^HNebel» die Möglichkeit, daß im Gegensatz zu der durch eine Walze bewirkten Linienberührung ein verhältnismäßig großer Bereich der Tafel- oder Gegenstandsoberflächen erfasst wird. Somit läßt sich die Ladungsübertragung mit größerer Wirksamkeit durchführen. Ferner ist es nicht erforderlich, daß die Tafeln 12 und 16 in Berührung miteinander gepresst werden, während sie an die Stelle der Ionisationseinrichtungen A, B gebracht werden. Es ist lediglich erforderlich,daß sich die Tafeln oder Gegenstände in gegenseitiger dichter Nähe befinden, damit die elektrostatische Verbindung stattfinden kann.

Wie weiterhin ersichtlich, können die Ionisationsrichtungen A und B, die Ionen einer bzw. beider Polaritäten erzeugen, in ihrer Lage vertauscht werden, so daß die Wechselspannungs-Einrichtung B unten und die Gleichspannungs-Einrichtung A oben angeordnet wäre. Ferner ist es durchaus möglich und häufig zweckmäßig, die Tafeln oder Gegenstände 12 und 16 in einer generell vertikalen Bahn zu transportieren, wobei die beiden Ionisationseinrichtungen A und B so angeordnet werden, daß sie ihre Ionenemission horizontal richten.' In dem obigen System, bei dem einerseits mit doppelter und andererseits mit einfacher Polarität gearbeitet wird, ist es zur Erzielung eines neutralen Laminats lediglich erforderlich, daß die Ionisationseinrichtung A mit der einzigen Polarität so eingestellt wird, daß sie nicht ein bestimmtes.Maximum überschreitet.

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Dieses Maximum richtet sich nach der Fähigkeit der doppelt polarisierenden Einrichtung B, Ionen entgegengesetzter Polarität zu erzeugen. Innerhalb ihres Arbeitsbereichs arbeitet das System mit doppelter/einfacher Polarität somit selbstregelnd und führt Ionen entgegengesetzter Polarität nur in einer Anzahl zu, die zum Ausgleich der von dem Laminat gesammelten Ionen der besagten einzigen Polarität erforderlich ist.

Gemäß Figur 4 ist es möglich, die einzelne Wechselspannungs-Ionisationseinrichtung B durch ein Paar von Gleichspannungs-Einrichtungen A und A1 entgegengesetzter Polarität zu ersetzen. Dabei richtet die an eine negative Gleichspannungsquelle 24 angeschlossene Einrichtung A negative Ionen und die an eine positive Gleichspannungsquelle 25 angeschlossene Einrichtung A1 gleichzeitig positive Ionen gegen die obere Fläche der Tafel Die resultierende Wirkung ist dabei im wesentlichen gleich der bei der Wechselspannungseinrichtung B. Gleichzeitig richtet eine zweite Gleichspannungs-Ionisierungseinrichtung A negative Ionen gegen die untere Fläche der Tafel 12. Die oberhalb der Tafeln 12 und 16 angeordneten beiden Gleichspannungsstäbe (A) und (A1) sind so abgeglichen, daß innerhalb gewisser Grenzen ungefähr gleichviele positive und negative Ionen erzeugt werden. Wie bei dem System nach Figur 3 mit den beiden Einrichtungen A und B ist das System nach Figur 4 mit den drei Gleichspannungseinrichtungen so eingestellt, daß die Ionenproduktion der doppelten Gleichspannungseinrichtung A - A1 oberhalb der Tafeln gleich oder größer ist als die der einzelnen Gleichspannungseinrichtung A unterhalb der Tafeln, um zu gewährleisten, daß das austretende Laminat neutral ist. Dabei ist jedoch zu beachten, daß sich wegen der Bildung von Ionenwolken, die sich an den Tafeln 12 und 16 entlang bewegen, eine Neutralisierung des Laminats bei der Verbindung selbst dann noch erreichen läßt, wenn die Anzahl der von der Einrichtung A1 emittierten positiven Ionen geringer ist, als die Anzahl der von der Einrichtung A unterhalb der Tafeln "._;emiirtierten negativen Ionen. Ferner ist zu beachten, daß die Einrichtungen auf den entgegengesetzten Seiten der Tafeln mit-

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einander vertauscht werden können, so daß die positiven Ionen nach oben gerichtet werden. Wie bei dem Wechselspannungssystem mit doppelter Polarität gemäß Figur 1 bis 3 ist es auch bei der Vorrichtung nach Figur 4 nicht erforderlich, daß die"Tafeln zusammengepreßt werden oder daß irgend eine Berührung mit den Ionisationseinrichtungen an sich erfolgt.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der ein Ionenfeld eine leitfähige Bahn von einer Ionisationseinrichtung über die andere an Erde erzeugt, wobei Jede Ionisationseinrichtung einen Rückleitungspfad für die andere bildet und dadurch jegliche direkte Berührung der Ladungseinrichtung mit den miteinander zu verbindenden Gegenständen eliminiert wird. In Figur 5 ist eine erste Gleichspannungs-Ionisationseinrichtung A negativer Polarität gegen eine Seite der zu laminierenden Materialien gerichtet, während eine zweite Gleichspannungs-Ionisationseinrichtung A positive Ionen gegen die andere Seite richtet. Da die Tafeln 12 und 16 auf entgegengesetzte Polaritäten aufgeladen werden, ziehen sie einander an und verbinden sich zu einem Laminat. Vorausgesetzt, daß von beiden Ionisationseinrichtungen im wesentlichen gleiche Ladungen aufgenommen werden, wird ein Laminat ohne resultierende Ladung erzeugt. Die an den beiden Ionisationseinrichtungen A und A1 liegenden Spannungen brauchen jedoch nicht unbedingt gleich zu sein, da positive und negative Ionen unterschiedliche Beweglichkeit aufweisen und da Unterschiede·in der Transportgeschwindigkeit der zu laminierenden Materialien oder im Abstand der Ionisationseinrichtungen von den sich bewegenden Materialien die niedergeschlagene Ladungsmenge ändern. Generell zeigen Versuche mit dem System, bei dem Gleichspannungseinrichtungen entgegengesetzter Polarität auf den beiden Seiten angeordnet sind, daß selbst bei einer weitgehenden Verschiedenheit der beiden Ionenquellen ein derartiges System die Neigung hat, sich selbst auszugleichen, wenn das Laminat den Bereich der Ionisationseinrichtungen verläßt. Da die im Bereich der Ionenquellen erzeug-• ten Ionenwolken die Neigung haben, sich an den die Umgebung der

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Ionisationseinrichtungen verlassenden Materialien entlang zu bewegen, entstehen in Bewegungsrichtung unterhalb der Ionisationseinrichtungen Kompensationseffekte, die eine Neutralisation bewirken. Dies bedeutet, daß die genannten Ionenwolken nicht mehr als geerdete Rückleitungen wirken, wenn die tatsächliche Erdung der Ionisationseinrichtungen nicht mehr vorhanden ist. Vielmehr werden die Ionen in den Wolken von den jetzt laminierten Tafeln angezogen, soweit sie zur Neutralisierung eines Überschusses an Ionen einer Polarität benötigt werden. Besteht allerdings ein starker Unterschied in der Ionenproduktion durch die beiden Gleichspannungsquellen A und A1 entgegengesetzter Polarität, so besteht die Neigung, daß das Laminat mit der Polarität der stärkeren Quellen geladen wird.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, läßt sich das erfindungsgemäße mit Abstand arbeitende Ionisationssystem auch zum Laminieren von mehr als 2 Tafeln oder Gegenständen verwenden, wobei mit jeder erfindungsgemäßen Ausführungsform ohne weiteres drei oder vier Lagen miteinander verbunden werden können.

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Claims

Patentansprüche

?\ Vorrichtung zum elektrostatischen Laminieren zweier oder mehrerer Gegenstände, die derart gegeneinander angeordnet sind, daß sich benachbarte Flächen in dichter Nähe befinden, gekennzeichnet durch eine erste Ionisationseinrichtung (A) zur Erzeugung von Ionen einer einzigen PoIa-

^v rität, die in Abstand von einer Seite der übereinander befindlichen Gegenstände angeordnet ist und Ionen einer Polarität gegen eine äußere Fläche der Gegenstände richtet, sowie eine zweite Ionisationseinrichtung (Bj A, A1) zur Erzeugung von Ionen einer der erstgenannten Polarität entgegengesetzten Polarität, wobei die zweite Einrichtung in Abstand von der anderen Seite der aufeinander befindlichen Gegenstände angeordnet ist und Ionen der besagten entgegengesetzten Polarität gegen eine zweite äußere Fläche der Gegenstände richtet.

2>, Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung (14) zum Transport der Gegenstände durch die beiden Ionisationseinrichtungen (A, B, A1) hindurch.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ionisationseinrichtung (B) einen mit Wechselspannung betriebenen statischen Stab oder einen mit Gleichspannung betriebenen statischen Stab oder ein Paar von mit Gleichspannung betriebenen statischen Stäben %litgegengesetzter Polarität umfaßt.

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4. Verfahren zum elektrostatischen Laminieren zweier oder mehrerer Gegenstände, die längs einer Bahn transportiert werden und in einer zur Längsrichtung der Bahn im wesentlichen senkrechten Richtung in dichter Nähe aufeinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die aufeinander angeordneten Gegenstände zwischen einer ersten Ionisationseinrichtung, die Ionen einer Polarität

. emittiert, und einer zweiten Ionisationseinrichtung, die Ionen einer von der erstgenannten Polarität entgegengesetzten Polarität emittiert, hindurchgeführt werden, wobei das Ionenfeld jeder lonisationseinrichtung als leitender Pfad an die j andere Ionisationseinrichtung und Erde dient, um die aufeinander befindlichen Gegenstände ohne Berührung einer der Ionisationseinrichtungen miteinander zu verbinden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ionisationseinrichtung an eine Wechsel-Hochspannungsquelle angeschlossen ist und Ionen beider Polaritäten emittiert.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennze lehnet, daß die zweite Ionisationseinrichtung ein Paar von an Wechselspannungsquellen entgegengesetzter Polarität angeschlossenen Einrichtungen umfaßt.

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