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Die vorliegende Erfindung bezcht sich auf Vorrichtungen zum Bearbeiten
vom beispielsweise durch Extrudieren von Plast werkstoffen hergestellten Folien
und betrifft insbesondere einen Saitenionisator zum Aufbringen elektrischer Ladungen
auf eine Polymerfolie.
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Die Erfindung kann in technologischen Fertigungsstroßen zur Herstellung
orientierter und nichtorientierter Folienstoffe am effektivsten verwendet werden.
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Gegenwärtig vorläuft der Herstellungsvorgang einer Polymerfolie wie
folgt. Die Polymerschmelze wird von einer Schnokkenpresse durch einen Flachspaltkopf
gedrückt und auf eine Aufnahmetrommel gegeben, an der sie zu einer flachen Bahn
profiliert wird.
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Beim Formen der Schmelze @@@rumpft sie in Richtung der Breite, @@
Querdickendifferenz führt, und @@ der
Oberfläche entstehen Defekte
in Form von Gießdüsenstreifen.
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Zur Beseitigung des genannten Nachteils sind in Betrieben führender
ausländischer Firmen (beispielsweise, ICI, Großbritannien, s. die GB-PS Nr. 1129136,
Kl. B5B, 1968) die Anlagen zur Herstellung von Folien mit einem Saitenionisator
ausgestattet, der ein Sprühelement aufweist, das als Metallsaite ausgebildet ist,
die auf Isolatoren der Aufnahmetrommel parallel zur Bahn der Schmelze in der Nähe
ihres Austritts aus dem Flachspaltkopf gespannt und an den Pluspol einer Hochspannungsquelle
angeschlossen ist, deren Minuspol geerdet ist.
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Unter Einwirkung der Hochspannung wird von der Saite die Luft ionisiert,
die ihrerseits die Polymerschmelze lädt. Die positiv geladene Schmelze wird bei
weiterer Bewegung an die geerdete Trommel angezogen, Durch das dichte Anliegen der
Polymerbahn an der Trommeloberfläche werden in beträchtlichem Maße die Dickendifferenz
und Oberflächendefekte vermindert. Der beschriebene Saitenionisator hat jedoch einen
niedrigen Wirkungsgrad infolge nichtgerichteter Wirkung des elektrischen Kraftfeldes.
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Hinzu kommt, daß während des Betriebs zwischen der Saite des Ionisators
und den Metallteilen der in der Nähe der Saite angeordneten Vorrichtungen (Aufnahmetrommel,
Flachspaltkopf, Lüfter zum Abblasen der Saite) elektrische Entladungen entstehen
könuen, was zur Bildung von Löchern in der Folie bei ihrer weiteren Verarbeitung
führt. Das Ausbleiben eines elektrisch
isolierten Schutzgehäuses
um die Saite des Ionisators ist mit Gefahren für das Bedienungspersonal verbunden.
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Die erwähnten Nachteile sind in einem Saitenionisator zum Aufbringen
elektrischer Ladungen auf Polymerstoffe gemaß der USA-PS Nr. 2879396, Klasse 250-49,5
1959 teilweise beseitigt. Das Sprühelement dieses Ionisators stellt eine Elektrode
dar, die als Glasröhrchen mit einem im Inneren eingelöteten Draht ausgebildet ist.
Der Raum zwischen dem Draht und der Wand des Glasröhrchens ist mit elektrisch leitendem
kaserstoff gefüllt. Die Bearbeitung des Polymerstoffes mit dem genannten Ionisator
besteht im Aufbringen elektrischer Ladungen auf die Bahn, was es gestattet, ihre
Adhäsionseigenschaften bezüglich Farbstoffen, Tinte und anderen ähnlicher Materialien
zu verbessern. Die besagte Bearbeitung erfolgt an einer geerdeten Trommel mittels
einiger längs des Bogens äquidistant ihrer Oberfläche angeordneter Llektroden. Beim
Anlegen der Spannung ön den Draht entsteht an der Oberfläche des Glasröhrchens jeder
Elektrode eine Ladung, die die Umgebungsluft ionisiert, die ihrerseits die Folie
auflädt.
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Das Vorhandensein eines dielektrischen Gehäuses in jeder Elektrode
gewährleistet eine gefahrlose Bedienung und schlieXt die Möglichkeit des Entstehens
einer elektrischen Entladung zwischen dem Draht des Ionisators und den Metallteilen
der FolienbeaIbeitungsanlage aus. Der Wirkungsgrad solch eines Ionisators ist jedoch
infolge unvermeidlicher Verluste an die Energie des Feldes für/Polarisation des
dielektrischen Stoffen des Gehäuses äußerst niedrig.
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Der beschriebene Saitenionisator kann für seine unmittelbare Zweckbestimmung,
d.h. für die Bearbeitung der Folie, in deren Laufe auf die Folie Farbstoffe, Tinte
und andere Flüssigkeiten aufgetragen werden, die des Polymer nicht benetzen, erfolgreich
verwendet werden. Infolge der erwähnten Verluste ist jedoch seine Strahlungsintensität
zum Aufbringen elektrischer Ladungen auf die Folie unzureichend, um ihr dichtes
Anliegen an der Trommeloberfläche zu gewährleisten. Die Möglichkeit der Anwendung
dieses Ionisators beim Herstellen einer Polymerfolie ist also praktisch ausgeschlossen.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, dio beschriebenen Nachteile
zu beseitigen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Saitenionisator
zum Aufbringen elektrischer Ladungen auf eine Polymerfolie so auszuführen, daß im
Ergebnis der Anordnung, eines Schirmes und der sinngemäßen konstruktiven G-staltung
des Gehäuses ein zur Folie gerichteter Ionenstrom entsteht, der die Strahlungsintensität
durch Verminderung von Energieverlusten eines elektrischen Hochspannungskraftfeldes
steigert.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Saitenionisator zum Aufbringen
elektrischer Ladungen auf die Polymerfolie, der als Sprühelement ausgeführt ist,
das in ein elektrisch isoliertes Gehäuse eingeschlossen und mit einer Hochspannungsquelle
elektrisch verbunden ist, die um diesen ein elektrisches Kraftfeld bildet, erfindungsgemäß
das Gehäuse mit
einem Fenster zum Austritt des Ionenstroms versehen
und gegenüber dem Fenster auf der nnderen Seite des Sprühelementes ein Schirm angebracht
ist, der aus elektrisch leitendem Stoff gefertigt und an die Hochspannungsquelle
so angeschlossen ist, daß bei der Oberfläche des Schirmes ein Hochspannungskraftfeld
entsteht, das die gleiche Polarität wie die des Sprühelementes und ein Potential
nicht kleiner als das des Feldes des Sprühelementes aufweist.
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Der Schirm und das SprJhelement kannen parallel an einen Pol der
Hochspannungsquelle angeschlossen sein, deren andere Pol geerdet ist bei soll das
Sprühelement mit dem genannten Pol der Hochspannungsquelle über einen Vorschaltwiderstand
verbunden sein, der den Strom begrenzt und das vorgegebene Verhältnis des Potentials
der elektrischen Kraftlinien des Schirms zu dem des Sprühelementes gewährleistet.
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Vom Standpunkt der größten \irtschaftlichkeit des Saitenionisators
aus ist es zweckmäßig, daß der Schirm einen U-förmigen querschnitt aufweist und
an der Innenfläche des Gehäuses so befestigt ist, daß er das Sprühelement ungefähr
konzentrisch zum Gehäuse umfaßt und sein offener Teil dem Fenster des Gehäuses zugewandt
ist0 Bei der Ausführung des Gehäuses aus Metall mit einer Außenschicht des elektroisolitrenden
Stoffes soll der Schirm vom Gehäuse elektrisch isoliert sein.
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Die Kombination des ein Potential der gleichen Polarität wie das
Sprühelement aufweisenden Schirmes mit dem im elektrisch
isolierten
Gehäuse ausgeführten Fenster ermöglicht es, durch Erzeugen eines gerichteten Ionenstroms
die Strahlungsintensität des Saitenionisators infolge der Verminderung der der Verluste
an Energie des elektrischen Kraftfeldes zu steigern, die durch seine Streuung cincrseits
und die Polarisation des im Wege der Ionen zur zu bearbeitenden Folie angebrach
ten Dielektrikums andererseits bedingt sind.
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Da beim ISerstellen der Folie der Saitenionisator zwischen dem Flachspaltkopf
des Extruders und der Aufnahmetrommel angebracht wird, sind im ,cge des durch den
Schirm und das Fenster gerichteten Ionenstroms keine Metallteile vorhanden, während
das Sprühelement gegen die zeile des Extruders und der Aufnahmetrommel durch ein
elektrisch isoliertes Gehäuse geschützt ist, sind also die Forderungen der Unfallverhütung
erfüllt und die Möglichkeit der Beschädigung der Folie durch Bildung elektrischer
Entladungen zwischen stromführenden eilen ausgeschlossen. Zur Erfüllung der Unfallverhütungsvorschriften
tragt auch der im Stromkreis des Sprühelementes vorhandene, den Strom begrenzende
'liiderst-and bei.
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Die Anwendung eines geladenen Schirms vermindert ferner die elektrischen
Verluste und gestattet es, eine leistungsschwache, im Betrieb gefahrlose Hochspannungsquelle
im Saitenionisator zu benutzen.
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Nachstehend wird die erfindung anhand der in der Zeic'nnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Diametralschnitt
durch den erfindungsgemaßen Saitenionisator in schematischer Darstellung; Filz 2
einen Schnitt durch den Saitenionisator nach der Linie II-II; Fig. 3 eine schematische
Darstellung der Anlage zum lIerstellem der Polymerfolie, in der der erfindungsgemäße
Saitenionisator angewandt wird.
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Der Saitenionisator zum Aufbringen elektrischer Ladungen auf eine
Polymerfolie hat ein aus Metall gefertigtes Rohrgehäuse 1 (Fig. 1), das außen und
innen mit elektrisch isolierendem hitzebeständigem Stoff, beispielsweise mit Polyimidlack
überzogen ist. Zur Gewährleistung der Sicherheit des Bedienungspersonals beicher
Beschädigung des elelisolierenden Überzugs ist die Metallwand des Gehäuses 1 geerdet.
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Auf den Stirnseiten des Gehäuses 1 sind darin aus Plastwerkstoff
bzw. einem anderen Dielektrikum gefertigte Verschlußstücke 2 eingesetzt. Das Gehäuse
1 besitzt erfindungsgemäß ein Fenster 3, dessen Länge "a" mit der Breite der zu
bearbeitenden Polymerfolie übereinstimmt.
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Im Innenraum des Gehäuses 1 ist ein Sprühelement 4 angeordnet, das
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einc Reihe von Saiten 5 darstellt, die mit
Hilfe von Federn 6 parallel zur Achse des Gehäuses 1 gespannt sind (in der Zeichnung
sind zwei in der Ebene der Zeichnung liegende Saiten gezeigt). Die Enden der Federn
6 sind an den
Elektroden 7 befestigt, die in die Verschlußstücke
2 so eingesetzt sind, daß ihre Enden sich außerhalb des Gehäuses 1 befinden. Jede
der Saiten 5 ist an einem Lide mit dem entgegengesetzten Ende der angrenzenden Saite
über die mit dieser verbundenen Elektroden 7 und den Leiter 8 verbunden, wie dies
in der gleichzeitig mit der vorliegenden eingerei.chten Anmeldung "Saitenionisator
zum auf bringen elektrischer Ladungen auf eine dielektrische Bahn" ausführlich beschrieben
ist (DA-17916).
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Der Saitenionisator besitzt erfindungsgemäß einen zur Erzeugung eines
gerichteten Ionenstroms dienenden Schirm 9.
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Der Schirm 9 (Fig. 2) ist aus Metall, beispielsweise nichtrostendem
Stahl hergestellt und h!t einen U-förmigen Querschnitt. An der Innenfläche des Gehäuses
1 ist der Schirm 9 so befestigt, daß sein offener Teil dem Fenster zugewandt ist,
während die Wand das Sprühelement 4 ungefähr konzentrisch zur Wand des Gehäuses
1 umfaßt.
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Der Schirm 9 (Fig. 1) und das Sprühelement 4 ist parallel an einen
Pol (beispielsweise den Pluspol) der Hochspannungsquelle 10, deren zweiter Pol geerdet
ist, angeschlossen.
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Bei ihrem Anschluß an ein Versorgungsnetz ermöglicht all dies die
Erzeugung elektrischer Hochspannungskraftfelder gleicher Polarität um die Saiten
5 des Sprühelementes 4 und an der Oberfläche des Schirmes 9.
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Gemäß der bekannten Abhängigkeit (s. L. A. Arzimowitsch, S. Ju. Lukjanow
"Dwishenie sarjashennych tschastiz w elektrischeskich
1 magnitnych
poljach", Vorlag "Nauka", Moskau, 1972, s. 30) ist das Potential des um die Saite
5 das Sprühelementes 4 entstehenden elektrischen Kraftfeldes indirekt proportional
dem Halbmesser ihrer Krümmung. Gemäß einer anderen bekannten Abhängigkeit (s. I.
A. Lyssatschenke "Elektroradiomaterialy", Verlag "Swjasj", Moskau, 1967, s. 19).
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ist das Potential des elektrischen Kraftfeldes bei der Oberfläche
eines Schirmes indirekt proportional ihrem Abstand von der Strahlurlgsquelle, im
gegebenen Fall der Saite 5.
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Da der Abstand der Saite 5 vom Schirm 9 um einige Zehn Mals den Krümmungshalbmesser
der Saite 5 überschreitet, wird aus der Gegenüberstellung der angegebenen Abhängigkeiten
klar, daß beim Anlegen gleicher Spannung an den Schirm 9 und das Sprühelement 4
das Potential des Eraftfeldes des '-lvrühelementes 4 das Potential des Kraftfeldes
des Schirms 9 beträchtlich überschreitet. Dabei ist es zur Erzeugung eines zum Fenster
3 gerichteten lonenstroma von Bedeutung, daß das Potential des Feldes des Schirmes
9 nicht kleiner als das des Feldes des Sprühelementes 4 ist, im bevorzugten Fall
soll das erste das andere überschreiten0 Andererseits ist es zur Verminderung von
verlusten auf dio Polarisation des elektroisolierenden überzuges und vom Standpunkt
der Sicherheit des Bedienungspersonals vorteilhaft, wenn die Spannung an den Saiten
5 des Sprühelementes 4 gering ist. Das ist bei entsprechender Steigerung des Potentials
am Schirm 9 möglich, was aus dem bekannten
Coulombschen Gesetz
hervorgeht (s. "Obschtschaja elektrotechnika" herausgegeben von A. T. Blashkin,
Verlag "Energijä 1971, S. 11).
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Zur Erfüllung der angegebenen Bedingungen sind im Stromkreis zum
Anschluß des Sprühelementes 4 an die Hochspannungs quelle 10 Widerstände 11 vorgeschaltet,
die mit den Saiten 5 durch die Leitungen 12 sowie entsprechend die Elektroden 7
und mit der Hochspannungsquelle 10 durch die Leitungen 13 und 14 verbunden sind0
As ist ferner ein (in der Zeichnung nicht dargestellt) Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit getrennten Stromqucllon für das Sprühelement 4 und dcn Schirm 9 möglich. Beim
Anschluß dieser Stromquellen sind die nachstehend angeführten Bedingungen einzuhalten.
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Die Hochspannungsquelle 10 ist ein an sich bekannter Wandler zum
Umformen des Industriewechselstroms in einen leistungsschwachen Hochspannungsgleichstrom,
der z. B. als selbsterregter Generator mit einem Hochspannungstranformator und einem
Gleichrichter ausgeführt ist, die es gestatten, eine Spannung von erforderlicher
Größe und Polarität zu erhalten.
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Heben der Hochspannungsquelle 10 hat der Saitenionisator auch eine
Hiederspannunssquelle 15, die beispielsweise einen bekannten Abwärtstransformator
darstellt und an die Saiten 5 des Sprühelementes 4 angeschlossen ist. Die Niederspannungsquelle
15 dient zur çerhinderung der Ablagerung von Oligomeren auf den Saiten 5, wie dies
in der gleichzeitig eingereichten anmeldung ausführlich dargelegt ist0
Fig.
3 zeigt schematisch die Anlage zur Hcrstellung der Polymerfolie, die den beschriebenen,
in Fig. 1 gezeigten und im ganzen mit 16 bezeichneten Saitenionisator enthält0 Der
Saitenionisator 16 ist zwischen dem Flachspaltkopf 17 des als Schneckenpresse ausgeführten
Extruders 18 und der geerdeten Aufnahmetrommel 19 angeordnet.
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Die Funktion des erfindungsgemäßen Saitenionisators wird folgendermaßen
erläutert.
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Die von der Schneckenpresse des extruders 18 (Fig.3) durch den Flachspaltkopf
17 gedrückte schmelze wird zu ciner flachen Bahn 20 profiliert, die auf die Aufnahmetrommel
19 gelangt.
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Beim Anschluß der Hochspannungsquelle 10 (ig. 1) ans Netz entsteht
um die Saiten 5 des Sprühelementes 4 des Saitenionisators 16 ein die Umgebungsluft
ionisierendes hoch spannungskraftfeld. Ein Teil der sich in allen Richtungen vom
Sprühelement bewegenden Ionen gelangt durch das Fenster 3 des Gehäuses 1 nach außen
in den Bereich der BewegunÒ der Polymerbahn 20 (Fig. 3), die noch eine Schmelze
darstellt.
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Die Niederspannungsquelle 15 (Fig. 1) erhitzt die Saiten 5 und verhindert
die Ablagerung von Oligomeren auf diesen.
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Bei der Oberfläche des mit der Hochspannungsquelle 10 ebenfalls verbundenen
Schirmes 9 entsteht ein elektrisches Kraftfeld gleicher Polarität wie beim Feld
des Sprühelementes 4. Der positiv geladene Schirm 9 stöBt in der Richtung zum Fenster
3 diejenigen der positiv geladenen Ionen ab, die infolge
der Einwirkung
des Kraftfeldes des Sprühelementes 4 entstanden sind und sich ursprünglich in Richtung
zur Wand dos Gehäuses 1 bewegten. Aus diesen abgestoßenen und den bei der Luftionisation
durch das Kraftfeld des Schirms 9 gebildeten Ionen entsteht ein Ionenstrom, der
zum Fenster 3 des Gehäuses 1 gerichtet ist, durch das er in den gleichen Bereich
der Bewegung der Polymerbahn 20 (Fig. 3) gelangt wie die Ionen, die unmittelbar
vom Sprühelement 4 (ig. 1) in Richtung zur Bahn ausgestrahlt wurden.
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Der Teil der Strahlung, der in den Saitenionisatoren bekannter Konstruktionen
zerstreut bzw. für die Polarisation der dielektrischen :iand des Gehäuses 1 verbraucht
wird, wird im erfindungsgemäßen Saitenionisator zum Bearbeiten der Folie angewandt.
Dabei steigt die Strahlungsintensität, und die Verluste nehmen abO Die in den Bereich
der Bewegung der Bahn 20 (Fig. 3) gelangenden Ionen laden die letzteren auf,und
bei ihrem Aufwickeln auf die geerdete Aufnahmetrommel wird sie an die Oberfläche
der Trommel 19 angezogen. bs erfolgen die Eühlung und das endgültige Formen der
Bahn. Durch dichtes Anliegen der Bahn an der Oberfläche der Trommel 19 werden Faltenbildung,
Aufblähen und Dickendifferenz vermieden, Durch dichteres Anliegen der Bahn an der
Trommel 19 erhöht der erfindungsgemäße Saitenionisator die Qualität der zu bearbeitenden
Folie. Der erfindungsgemäße Saitenionisator ist, wie es oben erwähnt, hochwirtschaftlich
und unfallsicher im Betrieb0
L e e r s e i t e