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Verfahren und Vorrichtung zur
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ausschließlich einseitigen elektrischen Koronabehandlung von bahnförmagen
Materialien oder von Formkörpern Die e Ertindung bezieht sich auf ein Verfahren
und aut eine Vorrichtung zur ausschließlich elnseitigen elektr schen Koronabehandlung
von bahnförmigen Materialien oder von Formkörpern.
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Es ist bekannt, sowohl bahnförmige Materialien, z.B.
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Folien aus Kunststoff, Papier oder Metall als auch in der Formgestaltung
einfache Formkörper mit Koronaentladungen zu behandeln, um die behandelten Fläden
bedrucken oder zur Herstellung von Verbundstofen verkleben zu können Sofern die
Koronabehandlung für Materialoberfl.chen angewendet wird, wird in der Praxis erwartet,
daß der Behandlungswert an diesen Flächen oder an zwei
einander
gegenüberliegenden Flachen des Körpers gleichmäßig vorhanden ist. Diese Forderung
bestimmt die Qualitt eInes zu erstellenden Produktes.
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Nun stellt sich bei der Produktherstellung heraus, daß beispielsweise
der Wunsch, eine nur einseitige Behandlung zu vollziehen, dann erheblich eingeschränkt
ist, wenn das zu behandelnde Material durch den sogenannten Elektrodenspalt, in
dem sich die Korona durch elektrische Entladung entwickelt, hindurchgeführt wIrd.
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Damit es wirklich nur zu einer einseitigen Behandlung kommt, darf
auf der Rückseite der zu behandelnden Materialoberfläche kein Freiraum, z.B. ein
Luftpolster durch Falten, im Elektrodenspalt vorhanden sein. Ein bahntörmiges Material
muß auf einer Walze, die als Elektrode dient, planflächig auf liegen, um den unerwünschten
Rückseiteneffekt zu verhindern.
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Auch Verschmutzungen an der Walzenoberfl.ache kennen schon zu Fehlbehandlungen
führen.
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Ein weiteres Problem besteht darin, daß sehr starke Materialien nach
dieser Verfahrensweise überhaupt nicht mittels Koronaentladungen behandelt werden
können, da der Elektrodenspalt in der Regel Abmessungen von 0,5 bis 3 mm aufweist.
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Bei den teilweise geschlossenen Formkörpern muß das bekannte System
der Koronabehandlung vollständig versagen, da in derartigen Filzen geeignete Gegenelektroden
nicht in den Formkörper eingebracht werden können.
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Es sind folgende Behandlungssysteme bekannt:
a) Bei
dem mit Gegenelektroden arbeitenden Behandlungssystem sind zwei sich gegenüberliegende
leitende Systeme vorhanden, von denen eines in der Reqel als Walze ausgehildet ist,
auf der ein die Entladung begünstigendes Dielektrikum aufgebracht ist. Der Walze
gegenüber ist eine Nesserelektrode angeordnet, an der sich die Koronaentladung entwickeln
kann. Bahnförmige Stoffe werden durch den bestehenden Elektrodenspalt bei angelegter
Hochspannung hindurchgeführt, durch die die elektrische Koronaentladung erzeugt
wird.
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b) Bei dem mit Tangentialelektroden ausgerüsteten Behandlungssystem
wird eine Elektrodenart verwendet, mit der man Formkörper elektrisch zu behanden
versucht. Die Korona entwickelt sich zwischen zwei Elektroden und mittels eines
Luftdruckes wird der Zenit dieser Koronaentladung nach aussen gedrückt.
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Ein tangential an dieser Koronaentladung vorbeigetührtes Material,
z.B. ein Formkörper, soll behandelt werden. Da die Koronaentladung von sich aus
nicht die Berührung der Materialoberfläche anstrebt, ist ein schlechter Wirkungsgrad
gegeben.
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c) Es ist ferner eine Elektrodenanordnung bekannt, bei der Spitzenelektroden
und Hilfselektroden vorhanden sind. Diese Elektrodenanordnung wird bei der Ableitung
von elektrostatischen Aufladungen verwendet.
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Sie dient der Ionisierung der Umgebungsatmosphäre.
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Das Prinzip beruht darauf, daß ausgehend von einer Metailspitze gegenüber
einem Massepotential bei angelegter Hochspannung eine fein Glimmentladung entsteht,
wobei der Anwender nicht daran Interessiert ist, daß es zu einer Leistungskoronaentwicklung
kommt,
da der Ionisierungsgrad nicht optimal eingestellt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur ausschließlich einseitigen Behandlung einer Fläche eines bahnförmigen Materials
oder eines Formkörpers beliebiger Konfiguration mittels einer Koronaentladung so
zu gestalten, daß sich senkrecht zu der zu behandelnden Fläche eine freistrahlende
Koronaentladung entwickelt, ohne daß Hilfsmittel an der der Fläche abgewandten Seite
des Körpers vorgesehen zu werden brauchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet
sich durch die Verwendung einer aus mindestens einer Spitzenelektrode und einer
Masseelektrode bestehenden Elektrodenanordnung aus, bei der die Spitzenelektrode
und die Masseelektrode in einem Vollisolierkörper mit hohem Hochfrequenzwiderstand
in paralleler Anordnung vorgesehen sind, und dadurch, daß die aus dem Vollisolierkörper
ragende Spitze der Spitzenelektrode in Richtung auf die zu behandelnde Fläche gegenüber
der Masseelektrode versetzt, die Fläche mit einer von der Spitze ausgehenden, in
Richtung der LCingsachse der Spitzenelektrode sich erstreckenden, einen Freistrahl
bildenden Koronaentladung behandelt und relativ zu dem Koronafreistrahl durch den
Bereich des freien Randes der Koronaentladung bewegt wird.
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Diese Elektrodenanordnung und die damit erzeugte frei abstrahlende
Korona erlaubt die Behandlung von Konturen, Ecken oder auch Rundungen an Materialien
oder an Formkörpern in unkritischer Weise, zumal mit
dem erfindungsqemalßen
Verfahren eine relativ lange Entladungsfläche von z.B. 15 mm erzeugt wird.
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Weitere Kennzeichen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung vorteilhafter, beispielsweiser Ausführungsformen
der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigen: Fig.
1 eine Elektrodenanordnung mit einer Spitzenelektrode, bei der die Spitze gegenüber
der Masseelektrode in Richtung auf die zu hehandelnde Fläche versetzt ist, Fig.
2 eine Elektrodenanordnung mit einer Reihe von Spitzenelektroden, Fig. ? eine Elektrodenanordnung,
hei der die Endelektroden der Spitzenelektrodenreihe als Kugelelektroden ausgebildet
sind, Fig. 4 die Elektrodenanordnung nach der Fig. 3 mit einer Antriebseinrichtung
zur Erzielung einer Hin- und Herbewegung, Fig. 5 eine rechteckige Elektrodenanordnung
mit mehreren parallel zueinander liegenden Spitzenelektrodenreihen und Masseelektroden,
Fiq. G und 7 runde Elektrodenanordnungen, Fig. 8 eine elliptische Elektrodenanordnung,
Fig. 9 und 10 Behandlungsvorrichtungen in schematischer Darstellung und Fig. 11
und 12 eine manuell verformbare, aber biegesteife Elektrodenanordnung.
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Bei der in der Fig. 1 aufgezeigten Eektrodenanordnung wird im Generator
1 eine hochfrequente Hochspannung er-
zeugt, die über Leitungen
2 an eine Spitzenelektrode 3 und eine Masseelektrode 4 herangeFiihrt wird. Sowohl
die Spitzenelektrode 3 als auch die Masseelektrode 4 sind in einem Vollisolierkörper
5 in paralleler Anordnung vorgesehen.
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Bei angelegter, hochfrequenter Hochspannung wird ein in Richtung der
Längsachse der Spitzenelektrode 3 sich erstreckender Koronafreistrahl 6 erzielt,
dessen Länge ohne eine seitliche Abweichung etwa 15 mm beträgt.
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Dies ist nur dadurch zu erreichen, daß el.ektrophysi.-kali such die
kapazitiven tiven Verschiebestrombedingungen so günstig sind, daß m'bglichst zwischen
den t;)'lektroden 3 und 4 keine oder kleine Str;me fließen und daß innerhalb des
Vollisolierkörpers 5, in dem die Elektroden eingebettet sind, ein möglichst großer
Hochfrequenzwiderstand geschaffen wird.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Isoliermaterial eine Zellstruktur
aufweist und z.B. aus einem Kunststoffschaum gebildet wird.
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Durch die relativ große Versetzung der Spitze der Spitzenelektrode
3 gegenüber der Masseelektrode 4 wird der Abstrahlungseffekt in der Längsachse der
Spitzenelektrode erheblich begünstigt.
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Um einen flächendeckenden Behandlungseffekt zu erreichen, genügt nicht
eine Spitzenelektrode, sondern es ist eine Vielzahlanordnung von Spitzenelektroden
erforderlich.
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Für eine exakte Ahstrahluna des Koronafreistrahles 6 in der Langsachse
der Spitzenelektrode ist es wesent-
lich, dai3 das Koronafeld sich
in einem elektrischen Kraftfeld entwickelt, in dem die Kräfte im Zentrum der Korona,
d.h. an der Entladungsspitze, gleich Null sind.
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Bei einer Anordnung von beispielsweise drei nebeneinander liegenden
Spitzenelektroden werden diese Bedingungen für die Entladungsspitze der mittleren
Spitzenelektrode erreicht. Die Entladungsspitzen an den jeweiligen Enden einer Spitzenelektrodenreihe
sind unerwünschten Verdrängungskräften unterworfen, so daß die Koronafreistrahlen
f. seitlich abgelenkt werden, wie dies in der Fig. 2 aufgezeigt ist.
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In der Fig. 2 ist eine Elektrodenanordnunq 7 aufgezeigt, die mit Spitzenelektroden
8,9,10,11,12,13, 14,15,16,17 ausgerüstet ist. Die Spitzenelektroden 9 bis 16 erzeugen
einen einwandfreien senkrechten Koronafreistrahl. Der von den Spitzenelektroden
8 und 17 ausgehende Koronafreistrahl beugt sich infolge der Kraftfelder der Spitzenelektroden
9 und 16 nach aussen stark ab. Diese Erscheinung ist bei der Behandlung unerwünscht,
da ja eine Ausrichtung der Elektrodenanordnung gegenüber einem zu behandelnden Material
sich nach der Korona richten müßte, die den geringsten Abstrahlungsweg besitzt und
dies sind, wie in der Figur dargestellt, die Koronafreistrahlen, die von den Spitzenelektroden
8 und 17 erzeugt werden.
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Auf der anderen Seite würde das Material durch die Entladungen der
Spitzenelektroden 9 bis IG einen Überbehandlungseffekt erfahren.
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In der Fig. ? ist aufgezeigt, mit welchen Mitteln der in der Fig.
2 dargestellte Nachteil, nämlich der unterschiedl.ichen Höhen der Koronaentladunqen
in der
Senkrechten begegnet werden kann.
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Die in der Fig. 3 aufgezeigte Elektrodenanordnung 7 weist eine Reihe
von Spitzenelektroden 8 bis 17 auf, jedoch sind an den Enden dieser Reihe Kugelelektroden
18 vorgesehen. Sowohl die Spitzenelektroden 8 bis 17 als auch die Kugelelektroden
18 liegen an dem gleich Potential, da sie über eine Verbindung l9amiteinander zusammengeschlossen
sind. Auch die Masseelektrode 20a ist, wie die Fig. 3 zei.gt, in dem Vollisolierkörper
5 eingebettet.
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Bei anliSender Hochspannung wirkt sich das Kräftefeld der Kugelelektroden
1Pj so aus, daß die Koronaentladung der benachbarten Spitzenelektroden 8 und 17
ihre Koronabstahlfiung ohne Abweichung aus dem Zentrum in axialer Richtung entwickeln
können. Mit dieser Maßnahme ist ein völlig gleichmäßiges Abstrahlen aller Entladungsspitzen
gewährleistet, so daß ein gleichmäßiger Behandlungseffekt mit deser Elektrodenanordnung
erzielt werden kann.
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In der Fig. 4 ist aufgezeigt, mit welchen Mitteln ein flächendeckender
Behandlungseffekt erreicht werden kann, der bei einer statischen Spitzenentladung
bekanntlich seine Grenzen hat. Die Elektrodenanordnung 7 wird durch eine geeignete
Antriebseinrichtung 21 gemäß der Funktionssl.inie 22 mit ei ner genügend hohen Geschwindigkeit,
die im Verhältnis zu der Bewegung des zu behandelnden Materials 23asteht, hin- und
herbewegt, wodurch ein flächendeckender Behandlungseffekt sichergestellt wird.
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In der Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung der
Elektrodenanordntlng zur Erzielung einer
flächendeckenden Behandlung
aufgezeigt. Die rechtekkige Elektrodenanordnung wird im Betrieb ortsfest ausgehrldet.
Die Elektrodenanordnung ist in der Draufsicht dargestellt, und zwar schaut man auf
die Spitzen der Spitzenelektroden. Es sind so viele Spitzenelektroden vorgesehen,
daß jeder Bereich eines zu behandelnden Materials einer Kornahehandlung unterzogen
wird. Sowohl die Spitzenelektroden, die in zueinander parallel verlaufenden Reihen
angeordnet sind, als auch die dazu parallel verlaufenden Masselektroden sind untereinander
verbunden, wobei über die Anschliisse 19 und 20 die für die Entladung erforderliche
Hochspannung zugeführt wird. Die Reihen der Spitzenelektroden werden jeweils an
den Enden durch Kugelelektroden 18 begrenzt.
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In der Fig. 2 wurde aufgezeigt, daß die Koronaentladung an Spitzen,
die sich m Ende einer Reihe von Spitzenelektroden befinden, durch elektrische Kraftfelder
abgedrängt wird. Eine anaere Möglichkeit ohne Verwendung von Kugelelektroden zu
einer gleichmäßigen nicht abgedrängten Kornaentladung zu kommen, ist in der Fig.
z dargestellt. Die Fig. 6 zeigt eine Elektrodenanordnung, bei der die Spitzenelektroden
und die Masseelektroden auf Kreisen 23 und 24 angeordnet sind.
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Jede Entladungsspitze besitzt eine Nachbarin, so daR jeweils eine
Entladung im Zentrum der Spitze gewährleistet ist.
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Durch diese runde Elektrodenanordnung 25 wird ein flächendeckendes
Entladungsbild erzeugt. In der Elektrodenanordnung liegen die Spitzenelektroden
und die Masseelekttoden auf konzentrischen Kreisen. Die Spitzenelektroden und die
Masseelektroden sind jeweils untereinander elektrisch verbunden. Auch bei dieser
Konstruktion
wird die Hochspannung über Anschlüsse 19 und 20 zugeführt.
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Die Fig. 7 zeigt ebenfalls eine runde Elektrodenanordnung, jedoch
mit dem Unterschied, daß die Spitzenelektroden und die Masselektroden auf spiralförmigen
Linien 26,27 angeordnet sind, zwischen denen er gleicher Abstand vorgesehen ist.
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Die Einspeisung der Hochspannung erfolgt silber Anschltisse 19,20.
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Sofern der Elektrodenanordnung 25 eine reversierende Kreisbewegung
eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung aufgegeben wird und sich die Elektrodenanordnung
gemäß der Funktionslinie 28 bewegt, wird ein intensiver flachendeckender Behandlungseffekt
erzielt.
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In diesem Anwendungswall muß die Hochspannung über ein flexibles Leitungssystem
oder über Schleifringe an die Elektroden herangeführt werden. Es ist auch moglich,
wie dies in der Fig. 8 aufgezeigt ist, die Elektrodenanordnung 29 in der Form einer
Ellipse auszubilden.
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Den Spitzenelektroden und den Masseelektroden, die auf ellipsenförmigen
Linien angeordnet und jeweils untereinander verbunden sind, wird die Hochspannung
über Anschlüsse 19,20 zugeführt.
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In der Fig. 9 ist eine Vorrichtung für eine einseitige Behandlung
von bahnförmigem Material 30 aufgezeigt.
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Das bahnförmige Material wird über Rollen 31 lngs einer kreissegmentförmigen
Linie geführt. Innerhalb eines Gehäuses 32 sind einen Koronafreistrahl erzeugende
Spitzenelektroden 33 angeordnet. Die Spitzenelektroden 33 sind jeweils zwischen
zwei benachbarten Rollen 31 vorgesehen.
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In der Fig. 10 ist schematisch ein Behandlungssy stem aufgezeigt,
das zur Behandlung von Formkörpern 34 benutzt werden kann. Auf einem Transportband
35 wird der Formkörper 34 transportiert und an den Koronafreistrahlen 6 vorbeigefügt,
die von e iner Elektrodennordnung 36 erzeugt werden. In der Fig.
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11 ist eine Elektrodenanordnung 37 aufgezeigt, bei der der Vollisolierkörper
38 als Rundstab ausgebildet ist und eine Reihe von Spitzenelektroden 3' sowie Kugelelektroden
18 an den Enden der Spitzenelektrodenreihe und Masseele-ktroden 40 aufnimmt.
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Die Elektrodenanordnung 37 ist flexlbel, jedoch biegesteif und kann
manuell verschiedenen Formen eines zu behandenden Formkörpers 41 angepaßt werden,
wie dies in der Fig. 12 aufgezeigt ist. Die Werkstoffwahl der metallischen Leiter
ist derart, daß nach einer menuellen Verformung die Elektrodenanordnung diese Form
beibehalt, ohne daß ein Zurückfedern auftritt.
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Der Vollisolierkörper .E) wird durch einen einen Zellennurbau aufweisenden
Isolierstoff gebildet, damit sich ein hoher Hochfrequenzwiderstand ergibt. Die Träger
der Spitzen der Spitzenelektroden als auch die Masseelektroden sind Rundstbe, die
z.B. aus Blei oder Kupfer gefertigt sind, so daß sich keine Rückstellbewegungen
durch Federungen nach der Verformung ergeben. Die Hochspannung zur Erzeugung der
Enltadungen wird über Anschlüsse 43,42 zugeführt.