DE2753750C2

DE2753750C2 - Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer Coronaentladung

Info

Publication number: DE2753750C2
Application number: DE2753750A
Authority: DE
Inventors: Peter 6227 Hallgarten Dinter; Andreas 6200 Wiesbaden Kolbe
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2860704D1; DK157959C; EP0002453A1; EP0002453B1; DK539878A; DK157959B; US4239973A; DE2753750A1

Description

eigentlichen Elektroden in keinerlei Zusammenhang mit dem Rotationskörper stehen.

Da zwischen der Walzenelektrode und der auf ihr anliegenden, zu behandelnden Folienbahn keine Relativgeschwindigkeit besteht, währe die Ausbildung eines mit der Elektrodengeometrie übereinstimmenden Vorbehandlungsmusters zu erwarten. Übe! -'aschenderweise ist dies aber nicht der Fall. Erklären läßt sich das Phänomen möglicherweise damit, daß aufgrund der Relativbewegung zwischen Elektroden und Gegenel.iktroden sich eine »wedelnde oder »wischende« Coronaentladung ausbildet. Selbstverständlich spielen hierbei die Abstände der Elektroden zueinander auf dem Innenrohr eine Rolle, die sich bevorzugt zwischen 5 und 10 mm bewegen soUen.

Ein weiterer verfahrenstechnischer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch in der Verwendung zur Vorbehandlung von Metallfolien zu sehen. In diesem Falle wäre nur ein Drehen der Apparatur gemäß Fig. 1 um 180° notwendig, wodurch die Elektroden gegen die dann zu erdenden Stahlwalzen gerichtet würden. Eine über die Walzen geführte Metallfolienbahn könnte dann einer Coronaentladung ausgesetzt werden.

Ein ebenfalls nicht zu erwartender Effekt macht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor allem für die Anwendung in Beschichtungs- oder Druckmaschinen ungemein wertvoll. Während bei den herkömmlichen Coronaanlagen in die Vorbehandlungsstation eingeschleppte Feuchtigkeit, z. P. bei Abrissen, sofort zu Überschlagen und damit zum Durchbrennen des Dielektrikums führt, reagiert die erfindungsgemSße Vorrichtung in keiner Weise auf derartige Störungen. Selbst absichtlich auf der zu behandelnden Folie erzeugte Flüssigkeitspfützen führten zu keinem Durchschlag oder Aussetzen der Entladung.

Abgesehen von der Vielzahl rein verfahrenstechnischer Vorzüge beinhaltet die Coronaeinrichtung noch zusätzliche positive Merkmale. Unter anderem darf hierunter zweifellos auch die elektrisch sichere Ausführung durch Verlagerung aller stromführenden Teile in das Innere der Walzenelektrode angesehen werden.

Der konstruktiv relativ einfache Aufbau der Apparatur hat sich positiv in der betrieblichen Praxis bemerkbar gemacht. Da die eingesetzten dielektrischen Rohre, im Gegensatz zu dünnen, weichen Gummischichten, relativ harte Oberflächen aufweisen, wurde eine erhebliche Verminderung der mechanischen Beschädigungen (z. B. durch Messerschnitte beim Beseitigen von »Walzenwicklern« infolge Bahnriß) festgestellt. Wird im Falle nie ganz auszuschließender elektrischer Durchschläge einmal ein Auswechseln eines defekten Rohres notwendig, so kann dies der betroffene Betrieb ohne großen Zeit- und Reparaturaufwand durch Einsatz preiswerter, im Betrieb gelagerter Ersatzteile selbst bewerkstelligen. Auf diese Weise wird die Unabhängigkeit von Fremdfirmen und häufig langwierigen Reparaturabwicklungen erzielt.

Die Bestückung des Innenrohres mit den Elektroden kann verschieden erfolgen. So können dünne Drähte oder Drahtgewebe, die bevorzugt eine Stärke von 0,2 bis 0,3 mm aufweisen auf das Innenrohr aufgeklebt werden.

Da es aber bei unsachgemäßer Einpassung des Innenrohres in das Rohr zur Beschädigungen kommen kann, sind die Drähte oder das Drahtgewebe bevorzugt in entsprechend eingefrästen Nuten des Innenrohres untergebracht. Die Nutentiefe entspricht dabei bevorzugt nahezu der Stärke der Drähte oder des Drahtgewebes.

Bei dieser Ausführungsform ist gewährleistet, daß Beschädigungen der Elektrode beim Einpassen des Innenrohres absolut vermieden werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß man die Elektroden aufdruckt, d. h„ daß sie in Form von gedruckten Schaltungen vorliegen.

In weiterer Ausgestaltung ist die Achse der

ίο Walzenelektrode als Hohlachse ausgebildet, die bevorzugt Bohrungen aufweist. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, wenn die Hohlachse Anschlüsse zum Ein- und Ableiten besitzt, oder wenn in den Abschlußstücken entsprechende Bohrungen vorhanden sind, ein Kühlmedium während der Coronabehandlung durch die Vorrichtung durchzuleiten, um entstehende Wärme zu entfernen.

Wenn auch die Gegenelektroden der Walzenelektrode weitgehend beliebig zugeordnet sein können, so hat es sich jedoch als besonders zweckmäßig erwiesen, daß man sie entsprechend dem Krümmungsradius der Walzenelektrode anbringt.

Damit bei der Behandlung eventuell durch Wärme auftretende Längenunterschiede, die zu einer ungleichmäßigen Oberflächenbehandlung führen würden, ausgeglichen werden, sind die Gegenelektroden bevorzugt mit Federn verbunden. Das Außen- und das Innenrohr der Vorrichtung bestehen bevorzugt aus dem gleichen dielektrischen Material, z. B. insbesondere aus Glas,

3» phenol- bzw. melaminharzgetränkten Papieren, glasfaserverstärkten Epoxyd- oder Silikonharzen, Polyestern oder Polycarbonaten, die alle eine relativ kratzfeste Oberfläche aufweisen und somit beispielsweise durch die genannten notwendigen Messerschnitte bei Walzenwicklern nicht beschädigt werden. In Sonderfällen kann jedoch auch anstelle des mechanisch formbeständigen äußeren Rohres ein elastisches Dielektrikum in Schlauchform verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Wirkungsweise wird nun anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne daß jedoch eine Einschränkung hierauf bestehen soll.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt gemäß Schnittlinie A-A der F \g.2.

Fig.2 stellt einen Schnitt in Achsrichtung durch die erfindungsgemäße Apparatur dar.

F i g. 3,4 und 5 zeigen in perspektivischer Darstellung Möglichkeiten der Elektrodenanordnung auf dem Innenrohr.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die erfindungsgemäße Coronaanlage im wesentlichen zunächst aus einem als Elektrode fungierenden, gleichzeitig der Führung des zu behandelnden Substrates 5 dienenden, zylindrischen, aus dielektrischem Material bestehenden Walzenkörper W, der durch zwei ineinandergeschobene, enggepaßte Rohre 5 und 6 gebildet wird, sowie einem draüber um den Drehpunkt D schwenkbar angeordneten, die geerdeten Gegenelektroden 14 aufnehmenden Rahmen R. Beim Transport

do des Substrates 5 über den Walzenkörper W wird die dem rotierenden Walzenkörper angewandte Oberfläche des Substrates S von der zwischen den Elektroden 7, die sich zwischen den beiden ineinandergeschobenen Rohren 5 und 6 befinden, und den äußeren, geerdeten

^h" Gegenelektroden 14 gezündeten, elektrischen Coronaentladung behandelt.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Längsschnittes wird der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen

Vorrichtung weiter verdeutlicht.

So besteht die Walzenelektrode aus einer feststehenden, in den Lagerarmen 2 gelagerten Achse 1. Auf der Achse t sind im Abstand zwei in Kugellagern 3 um die Achse 1 rotierbar gelagerte zylindrische Abschlußstükke 4 aufgezogen, die ein aus einem dielektrischen Material bestehendes, zylindrisches Rohr 5 tragen. In das Rohr 5 ist ein weiteres, ebenfalls aus dielektrischem Material bestehendes, zylindrisches Rohr 6 derartig eng eingepaßt, daß beide Rohre innigen Kontakt am gesamten Umfang miteinander haben. Zwischen den beiden Rohren 5 und 6 sind die Elektroden 7 in ihrem Querschnitt entsprechenden, in das Rohr 6 am gesamten Umfang eingearbeiteten Nuten angeordnet. Über den segmentartig ausgestalteten Schleifring 8 sowie die Zuleitung 9 werden die Elektroden 7, bevorzugt dünne metallische Drähte von etwa 0,2 bis 0,3 mm Dicke, von einem Generator C mit einem hochfrequenten, im Transformator /"hochgespannten Wechselstrom beaufschlagt. Gegen axiale Verschiebung ist der komplette Walzenkörper durch Spannringe 10 gesichert. Der Schleifring 8 wird durch eine Feder 19 gegen die Elektroden gedrückt.

Da der Vorbehandlungsprozeß mit Wärmeentwicklung verbunden ist, wird zwecks kontrollierbarer Temperaturführung der gesamten Einheit durch das Gebläse Vein gasförmiges Meium, im einfachsten Falle Luft, durch die Achse 1 zugeführt, das durch die radialen Verteilerbohrungen 11 in die Walzenelektrode einströmt und diese wiederum durch die in den Abschlußstücken 4 eingearbeiteten Bohrungen 12 verläßt. Die Temperierung für die Walzenelektrode kann gegebenenfalls noch durch Kombination mit temperierbaren Stahl- oder Gummiwalzen, wie in F i g. 1 in Form der Walzen 13 angedeutet ist. verbessert werden, zumal ja im Kontaktbereich keine elektrische -) Spannung mehr vorhanden ist. Ebenfalls praktikabel ist auch eine Flüssigkeitsinnentemperierung mittels elektrisch nicht leitender Substanzen wie etwa destilliertem Wasser, Transformatoren- oder Siiikonölen. Für diesen Fall müssen die Bohrungen 12 der Abschlußstücke in verschlossen werden.

Über der beschriebenen Walzenelektrode ist die notwendige Gegenelektrode angeordnet. Es handelt sich hierbei ebenfalls um dünne metallische Drähte 14, die zur Walzenelektrode einen Abstand von bevorzugt ii etwa 1 bis 2mm aufweisen. In ihrer Lage zur Walzenelektrode fixiert sind die Drähte 14 durch die dem Radius des Walzenkörpers angepaßten Segmentscheiben 15. Die Druckfedern 16 erzeugen die erforderliche Vorspannung und kompensieren die wärmebedingten Längenausdehnungen und Durchhänge. Aufgehängt sind die Gegenelektroden in einem Rahmenteil 17, der zwecks besseren Einführens des zu behandelnden Substrates um den Drehpunkt D schwenkbar bzw. aufklappbar ist. Das Rahmenteil 18 r> dagegen ist fest mit der Achse I verbunden.

Welche Gestaltungsmöglichkeiten bei der Ausführung der Elektroden 7 auf dem Innenrohr 6 z. B. gegeben sind, wird aus den F i g. 3, 4 und 5 deutlich. Während erstere Figur die technisch einfachste Version so der Elektrodenanordnung auf dem Trägerzylinder 6 in achsparalleler Form wiedergibt, die repräsentieren die F i g. 4 und 5 modifizierte Fertigungsbeispiele.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer Coronaentladung, bestehend aus wenigstens einer Walzenelektrode (W), wenigstens einer dieser zugeordneten geerdeten Gegenelektrode (14) sowie einem mit dieser Walzenelektrode f VV/über eine Zuleitung verbundenen Generator (G) zur Erzeugung einer Wechselspannung, bevorzugt in hochfrequenter Form, wobei die Walzenelektrode (W) aus einem äußeren (5) und einem darin anliegenden inneren (6) Rohr, beide aus dielektrischem Material, zwischen denen sich eine Elektrode befindet, und aus zwei Abschlußstücken zur zentrischen Lagerung der Walze besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus mehreren auf dem gesamten Umfang der Oberfläche des Innenrohres verteilten, Spitzenentladungen erzeugenden Einzelelektroden besteht, von denen jeweils eine Gruppe über einen Schleifkontakt (8) und über die Zuleitung (9) mit dem Transformator (T)und Generator (G)\n Verbindung steht und auf gleichem Potential liegt, und daß die geerdeten Gegenelektroden (14) in an sich bekann- ;s ter Weise als Spitzenelektroden in Form von Kämmen, Messern, Zähnen, bevorzugt jedoch dünnen Drähten, ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) dünne Drähte oder jo Drahtgewebe sind, die auf dem Innenrohr (6) aufgeklebt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) dünne Drähte oder Drahtgewebe sind, die in Nuten des Innenrohres (6) j5 eingelassen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) als gedruckte Schaltungen ausgeführt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze in an sich bekannter Weise auf einer Hohlachse gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlachse (1) in an sich bekannter Weise Bohrungen (11) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußstücke (4) Bohrungen (12) aufweisen.

8. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden (14) in an sich bekannter Weise dem Krümmungsradius der Walze entsprechend angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektroden π (14) mit Federn (16) verbunden sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5, 6) in an sich bekannter Wei^ce aus dem gleichen dielektrischen Material bestehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5, 6) aus Glas, phenol-bzw. melaminharzgetränkten Papieren, glasfaserverstärkten Epoxyd- oder Silikonharzen, Polyestern oder Polycarbonaten bestehen. b*>

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folienbahnen mittels elektrischer Coronaentladung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung der genannten Art (DE-AS 17 79 023) ist der Hochspannungsgenerator innerhalb der Walzenelektrode angeordnet, was zumal für leistungsstarke Generatoren große Walzenkörper erfordert.

Eine andere bekannte Walzenelektrode (DE-GM 69 48 579) besteht aus einem Isolierstoffrohr, in dessen Wandung eine als Elektrode dienende Metallfolie liegt. Auf das Isolierstoffrohr ist ein Mantel aus Polytetrafluorethylen aufgeschrumpft.

Bei diesen bekannten Entladungen erfolgt die Entladung wie üblich zwischen einer Fläche und einer Gegenelektrode. Die dabei erzielbare Energiedichte und der Wirkungsgrad sind zwangsläufig relativ gering. Bei Anlagen für größere Behandlungsbreiten, wo aus konstruktiven Gründen, z. B. wegen der Durchbiegung der Walzen, der Durchmesser der Walzenelektrode automatisch vergrößert werden muß, kristallisieren sich die Nachteile der konventionellen Roll- oder Walzenelektrodcn sogar noch erheblich ungünstiger heraus. Zu der wesentlich reduzierten Energiedichte kommt auch noch die Erhöhung der Masse der stromführenden Teile und damit der elektrische Verlust durch Abstrahlung hinzu, obwohl nur ein geringer Bruchteil davon als Entladefläche benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, eine Coronaeinrichtung zu schaffen, die im Aufbau technisch einfach ausgestattet ist, die schnell repariert werden kann, bei hohen Folienlaufgeschwindigkeiten einsetzbar und mit der eine höhere Energiedichte für den Entladungsvorgang erzielbar ist.

Gegenstand eines älteren Vorschlages (DE-OS 26 43 772) ist zwar bereits eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Folien durch Coronaentladung mit einer drehbaren Walze, in deren Innerem mehrere, beispielsweise drahtförmige Elektroden angeordnet sind, und einer geerdeten Gegenelektrode.

Darüber hinausgehend ist zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Elektrode aus mehreren auf dem gesamten Umfang der Oberfläche des Innenrohres verteilten, Spitzenentladungen erzeugenden Einzelelektroden besteh;, von denen jeweils eine Gruppe über einen Schleifkontakt (8) und über die Zuleitung (9) mit dem Transformator (T) und Generator (G) in Verbindung steht und auf gleichem Potential liegt, und daß die geerdeten Gegenelektroden (14) in an sich bekannter Weise als Spitzenelektroden in Form von Kämmen, Messern, Zähnen, bevorzugt jedoch dünnen Drähten, ausgebildet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine ideale Gestaltung von Elektroden und Gegenelektroden in Form von scharfen Spitzen erreicht worden. Durch die drastische Verringerung der Kapazität der Elektroden und der damit in Zusammenhang stehenden elektrischen Verluste auf ein Minimum wird eine extrem hohe Energiedichte für den Entladungsvorgang erreicht, wie sie keines der bekannten Roll- oder Walzenelektrodensystem nur annähernd ermöglichen kann. Dieser Vorteil bleibt in jedem Fall erhalten, auch wenn aus gewissen konstruktiven Gründen heraus (größere Arbeitsbreite, Durchbiegung des Walzenkörpers usw.) eine Vergrößerung des Durchmessers der Elektrodenwalze einmal notwendig wird, da die Dimensionen der