DE3126545A1

DE3126545A1 - Vorrichtung zur funkenperforation einer materialbahn

Info

Publication number: DE3126545A1
Application number: DE3126545A
Authority: DE
Inventors: Roger Anthony Prestwood Gt. Missenden Buckinghamshire Allen; Robert Hames Flackwell Heath Nr. High Wycombe Buckinghamshire Hall
Original assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Current assignee: Wiggins Teape Group Ltd
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1981-07-04
Publication date: 1982-09-16
Also published as: GB2079211A; US4447708A; JPS5753087A; IT1138023B; IT8122837A0; FR2486438A1; GB2079211B; FR2486438B1

Description

Dipl.-Ing. **

RolfCharrier

Patentanwalt

Rchlingenstraße 8 - Postfach 260

D-8900 Augsburg 31
Telefon 08 21/36015+3 6016

Telex 533275

[w^iLkkenio München Nr.iw89-801 Anm.: Wiggins Teape Croi ρ Limited

3300/31 -4- Augsburg, den 3. Juli 1981

WIGGINS TEAPE GROUP LIMITED Gateway House, Basing View

GB-Basingstoke, Hampshire RG21 2EE

Vorrichtung zur Funkenperforation einer Materialbahn

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funkenperforation, bei der eine zu perforierende Materialbahn zwischen einer geerdeten Oberfläche und einer eine Vielzahl von Einzelelektroden aufweisenden Elektrodenanordnung geführt wird.

Die bekannten Vorrichtungen dieser Art ueisen Reihen von stiftartigen Elektroden auf, welche gegenüber einer geerdeten Oberfläche angeordnet sind, wobei zwischen dieser Oberfläche und den Elektroden die zu perforierende Materialbahn geführt ist. Zwischen den stiftförmigen Elektroden und der geerdeten Oberfläche entstehen Funken bzw. Lichtbogen, die bewirken, daß das Material perforiert wird. Hierbei ist nachteilig, daß die stiftförmigen Elektroden einer raschen Funkenerosion unterworfen sind welche zudem ungleichmäßig auftritt, so daß diese nadeiförmigen Elektroden sehr häufig ersetzt

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werden müssen.

Es besteht die Aufgabe, die Vorrichtung so auszubilden, daß eine Erosion der Elektroden weitgehend vermieden wird.

Die Elektrodenanordnung ist drehbar ausgebildet und besteht aus einem ersten Satz ringförmig angeordneter Elektroden, die mit einer geeigneten Speisespannungsquelle verbunden sind. Die Elektrodenanordnung weist weiterhin einen zweiten Satz ringförmig angeordneter Elektroden auf, welche wechselweise zu den Elektroden des ersten Satzes angeordnet sind und einen größeren äußeren Durchmesser aufweisen als diese. Im Raum zwischen den Elektroden ist ein dielektrisches Material vorhanden, wodurch sich eine Reihe parallel geschalteter Kondensatoren ergibt.

Der erste Elektrodensatz besteht aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Federstahl. Deren äußerer Rand ist vorzugsweise verrundet, so daß vermieden wird, daß Punkte hoher Spannungsdichte entstehen, welche sonst bei scharfen Kanten vorhanden sind. Die Elektroden des ersten Satzes sind vorzugsweise in einem zylindrischen Gehäuse aus dielektrischem Material angeordnet und zwar in einer nach hinten offenen Bohrung dieses Gehäuses. Der zweite Elektrodensatz kann aus einem flachen Ring aus Metall bestehfen, welches einer Funkenerosion wiedersteht. Diese zweiten Elektroden können aus einer Legierung bestehen, wie sie bei Zündkerzen Verwendung findet.

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Die Elektrodenanordnung M/eist die Form eines Rotors auf, der um eine erste Achse sich dreht. Mit diesem Rotor wirkt eine Gegenwalze zusammen, die sich· um eine zweite zur ersten Achse parallele Achse dreht und deren äußere Oberfläche leitend ist. Zwischen den beiden Walzen ist ein Funkenspalt vorhanden, durch den das zu perforierende Material geführt ist. Die Funken entstehen, wenn zwischen dem Rotor und der Gegenwalze ein entsprechender Potentialunterschied herrscht. Der Rotor bzw. die Gegenwalze stehen in Kontakt mit der Materialbahn und werden dann nicht angetrieben während die Gegenwalze bzw. der Rotor, der nicht in Kontakt steht mit der Materialbahn einen gesonderten Antrieb aufweist. Alternativ dazu können sowohl der Rotor als auch die Gegenwalze getrennt angetrieben werden. Der Rotor oder die Gegenwalze oszillieren in axialer Richtung so daß die Umfangsfläche der Gegenwalze durch die Funkenbildung gleichmäßig erodiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Abbildung des Bereichs in Fig. 1, auf den der Pfeil III zeigt;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Elektrode der Elektrocenanordnung;

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Fig. 5 eine Seitenansicht der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine vi/eitere Elektrode der Elektrodenanordnung;

Fig. 7 eine Seitenansicht 'i Richtung der Linie VII-VII in Fiq. 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die dielektrische

Elektrodenhülse der Elektrodenanordnung;

Fig. 9 eine Seitenansicht in Richtung der Linie IX-IX in Fig. 8;

Fig. 10 die Seitenansicht einer Vorrichtung unter Verwendung von vier Sätzen von Elektrodenanordnungen gem. Fin. I zur aufeinanderfolgenden Funkenperforation eines Papierstreifens;

Fig. 11 eine Draufsicht in Richtung der Linie X-X in Fig. 10 und

Fig. 12 eine \i/eitere Seitenansicht einer Vorrichtung ähnlich derjenigen der Fig.

Wie die Fig. 1 zeigt, weist die Funkenperforationsvorrichtung ein Gestell 1 auf, welches zwei Wellenlager besitzt, zwischen denen eine feststehende Welle 3 verläuft. Die Welle 3 trägt zwei muffenförmige Lager 4, auf uelchen ein Rotor 3 frei drehbar ist. Der Rotor 5 besteht aus einem nichtleitenden Kern 6, der mit einer Ver-

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längerung 7 versehen ist, die als Riemenscheibe ausgebildet ist und über die ein Riemen 8 geführt ist, welcher über eine zweite Riemenscheibe ? v/erläuft, die durch einen Motor 10 angetrieben wird.

Der Kern 6 trägt eine elektrisch leitende fluffe 11, welche aus Stahl oder einem anderen geeigneten flaterial besteht. Die Muffe 11 ihrerseits trägt eine Elektrodenanordnung 12, welche später im einzelnen näher beschrieben wird, welche zwischen zwei Ringen 13 aus dielektrischem Materialangeordnetist.

Die Muffe 11, die Anordnung 12 und die Ringe 13 werden in ihrer Stellung festgehalten durch einen Endring 14 und eine kreisförmige Endplatte 15, deren AuGendurchmesser geringer ist als derjenige der Anordnung 12. Der Ring 14 und die Endplatte 15 werden in ihrer Lage festgelegt durch Schrauben 17.

Mittels einer Madenschraube 18 ist auf der Welle 3 ein Block 19 befestigt. Dieser Block 19 weist eine Bohrung 20 auf, deren äußerer Teil 21 einen verminderten Durchmesser besitzt. In der Bohrung 20 ist eine Kohlenbürste 22 angeordnet, welche mittels einer Feder 23 gegen die äußere Fläche der Endplatte 15 gedrückt wird. Die Bürste 22 weist eine Verbindung 24 zu einer Speisespannungaquelle P auf, welche beispielsweise eine Spannung von 20 kV erzeugt.

Die Elektrodenanordnung 12 besteht aus einer Reihe ringförmig angeordneter Elemente dreier verschiedener Arten wie dies im einzelnen im Querschnitt von Fig. 3 gezeigt ist. Im einzelnen handelt es sich um eine erste

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Elektrode 27 die eine flache innere Fläche aufweist, mit der diese Elektrode in Kontakt steht mit der Muffe 11. Die Außenseite 29 dieser Elektrode ist v/errundet, um Bereiche hoher Spannungsdichte zu vermeiden. Die Elektrode 27, welche im einzelnen in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, ist eine ringförmige Elektrode, welche die Muffe 11 umgibt und mit ihrer inneren Oberfläche 28 mit dieser Muffe 11 in Kontakt steht. Sie besteht aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Federstahl und ist vorzugsweise geschlitzt (siehe Schlitz 30), damit sie in ein ringförmiges Gehäuse eingesetzt werden kann, wie später noch beschrieben werden wird.

Die Elektrode 27 wird von einem ringförmigen Gehäuse 31 aus dielektrischem Material umgeben , welches in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Dieses ringförmige Gehäuse 31 weist an seiner inneren Fläche 32 eine Vertiefung auf, in welche die Elektrode 27 angeordnet ist. Jedes ringförmige Gehäuse weist an einer Seitenfläche 34 nahe seinem Umfang eine Stufe 33 auf, welche zur Aufnahme einer flachen Ringelektrode 35 dient, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Die Stufe 33 ist so dimensioniert, daß die Elektrode 35 mit der Seitenfläche 34 des ringförmigen Gehäuses fluchtet. Die Elektrode 35 besteht bevorzugt aus einer Legierung, wie sie bei Zündkerzen Verwendung findet. Diese Legierung widersteht in weitem MaQe einer Funkenerosion. Die Elektrode 35 weist einen geringfügig größeren Durchmesser als das ringförmige Gehäuse 31 auf, wobei diese Durchmesserdifferenz etwa der erlaubten Funkenerosion entspricht .

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Das ringförmige Gehäuse 31 weist eine hohe Dielektrizitätskonstante und geringe dielektrische Verluste auf und ist gegenüber einer Wasseraufnahme weitgehend resistent. Geeignete Materialien sind Polytetrafluorethylen, Polyethylen und Polystyren.

Die aus den drei ringförmigen Elementen, nämlich den Elektroden 27 und 35 und dem dielektrischem Gehäuse 31 bestehende Baueinheit, von der in Fig. 3 drei Baueinheiten dargestellt sind, bildet einen Kondensator. Die Anordnung 12 besteht also aus einer Reihe parallel geschalteter Kondensatoren, welche durch die leitende Muffe 11 und die Elektroden 35 geladen und entladen werden können. Die Ladung wird hierbei bewirkt durch die Speisespannungsquelle P,die Bürste 22 und die Endplatte 15, welche in elektrischem Kontakt steht zur Muffe 11.

Im Rahmen 1 sind weiterhin zwei Wellenlager 40 vorgesehen, welche eine Welle 41 lagern, die axial zur Welle 3 verläuft und welche eine begrenzte Axialbewegung auszuführen vermag. Die Welle 41 trägt zwei muffenförmige Lager 42, welche eine Hohlwelle 43 aus nichtleitendem Material lagern. Die Hohlwelle 43 trägt ihrerseits eine leitende Gegenwalze 44, beispielsweise aus Federstahl deren äußere Umfangsflache mit 45 bezeichnet ist. Zwischen der Anordnung 12 und dieser Oberfläche 45 wird ein Spalt 46 definiert in welchem die Funken erzeugt werden. Dieser Spalt 46 weist beispielsweise eine Breite im Bereich von 250 Mikron auf der in den Zeichnungen jedoch wesentlich größer dargestellt ist.

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Die Gegenwalze 44 wird in Bezug auf die Elektrodenanordnung 12 gehalten durch zwei Blocks 47, welche über Madenschrauben 48 auf der Welle 41 befestigt sind. Einer dieser Blocks 47 weist eine Bohrung 49 auf, deren äußerer Teil 50 einen v/erminderten Durchmesser aufweist und in der eine Kohlenbürste 51 angeordnet ist. Die Kohlenbürste 51 wird durch eine Feder 52 gegen die Walze 44 gedruckt und ist geerdet.

Das zu perforierende Papier 55 uird zwischen dem Rotor 5 und der Gegenwalze 44 hindurchgeführt und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Teil der Walze 44 geführt. Wird die Papierbahn, wie in Fig. gezeigt, über die Walze 44 geführt, bewirkt dies eine Drehung dieser Walze in Pfeilrichtung.

Der Rotor 5 kann durch den Motor 10 sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung in Drehung versetzt werden. Hierbei ist es lediglich notwendig, daß eine stetige Drehung in der einen oder anderen Richtung bewirkt wird, so daß die Punkte, wo bei den Elektroden 35 Funken entstehen, kontinuierlich sich verändern.

Die Bewegung des Papiers 55 durch den Spalt 56 hindurch bewirkt eine Luftbewegung in der gleichen Richtung mit einer konstanten Bewegung der durch die Funken erzeugten geladenen Ionen. Normalerweise führt dies dazu, daG der Durchmesser der Perforationen groß wird. Um dieser übermäßigen Lochbildung entgegenzuwirken, ist ein Gebläse 56 vorgesehen, dessen Austrittsdüse 57 in Richtung des Spaltes 46 zeigt und zwar entgegen der Bewegungsrichtung der Materialbahn 55.

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Die Durchmesser von Rotor 5 und Gegenwalze 44 sind so ausgelegt, daQ sie über die Breite der zu perforierenden Papierbahn ausreichend steif sind, wobei im Falle des Rotors noch darauf zu achten ist, daß die Elektrodenanordnung eine ausreichende Kapazität aufweist. Für eine Papierbreite von etwa 1 Meter ist ein Durchmesser von Rotor und Gegenwalze von etu/a 100mm ausreichend. Bei einem so dimensionierten Rotor weist jede Einzelelektrode eine Kapazität von 11 bis 25 Pikofarad bei 20 Kilovolt Spitzenspannung und einer anliegenden Frequenz von 16 Kiloherz auf.

Damit eine Kapazität vorhanden ist, bei welcher die Elektrodenanordnung zufriedenstellend Funken erzeugt, ist ein Minimalabstand zwischen den Elektroden 35 in Bezug auf die Elektroden 27 einzuhalten. Dieser Abstand ist etwas größer als der gewünschte Abstand der Perforationen in der Materialbahn. Damit das Material jedoch im gewünschten Ausmaße perforiert werden kann, werden mehrere Vorrichtungen der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art vorgesehen, abhängig vom Abstand der Elektroden 35 zueinander und abhängig vom gewünschten Abstand der Perforationsreihen.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Anlage, bei welcher vier Vorrichtungen der zuvor beschriebenen Art verwendet werden.

Die vier Vorrichtungen bei den Fig. 10 und 11 bestehen jeweils aus einet". Rotor 5 und einer Gegeüalze 44 denen jeweils ein Gebläse 56 zugeordnet ist. Die einzelnen Sätze sind mit a, b, c und d bezeichnet. Die vier Sätze sind so angeordnet, daß die Achsen der Walzen 44a bis

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bis 44d auf einem gekrümmten Weg liegen. Am Einlauf und am Auslauf ist je eine Führungswalze 57 vorgesehen über welche die Papierbahn 55 geführt ist, welche in Kontakt steht mit den Gegenwalzen 44, welche durch die Bewegung der Papierbahn 55 in Drehur : versetzt werden.

Wie am besten der Fig, 11 entnehmbar sind Gegenwalze und Rotor jedes Satzes versetzt angeordnet zum Rotor und der Gegenwalze des benachbarten Satzes. Der axiale Versatz beträgt 1/4 des Abstandes zwischen benachbarten Elektroden 35. Das die Gejenwalze 44d verlassende Papier, beispielsweise Zigarettenpapier, weist Perforationen auf, deren gegenseitiger Abstand 1/4 des Abstandes benachbarter Elektroden 35 beträgt. Andere Abstände können erhalten werden durch Verändern der Anzahl der verwendeten Sätze von Rotor und Gegenwalze.

Die Fig. 12 zeigt eine alternative Ausführungsform , welche im wesentlichen gleich arbeitet wie die Anordnung nach Fig. 10, wobei jedoch der Aufbau unterschiedlich ist. Bei der Vorrichtung nach Fig. 12 sind lediglich zwei Gegenwalzen 44e und 44f vorgesehen. Im Zusammenwirken mit den Führungswalzen 58 wird die Papierbahn S-förmig über die Gegewalzen geführt. Vier Rotoren 5 und vier Gebläse 56 sind vorgesehen, wobei jeweils zwei Rotoren und jeweils zwei Gebläse mit jeweils einer Gegenwalze 44 zusammenarbeiten. Hierbei sind lediglich die Rotoren 5 entsprechend der Fig. 11 versetzt zueinander angeordnet , die Gegenwalzen 44e und 44f dagegen weisen eine dem maximalen Versatz größere Länge auf.

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Neben der Anordnung nach den Fig. 10 bis 12 sind noch u/eitere Anordnungen möglich. Beispielsweise ist es möglich, eine einzige Gegenwalze großen Durchmessers vorzusehen, welche mit mehreren an ihrem Umfang angeordneten Rotoren zusammenwirkt, so daß sich eine planetenradgetriebeähnliche Anordnung ergibt.

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Claims

Dipl.-Ing. Rolf Charrier Patentanwalt g 8 · Postfach 26(J D-890U Augsburg 31 Telefon 0821/36015+36016 Telex 533 275 i's:.^x-.,mo München Nr 154"89-801 Anm.: Wiggins Teape Group Limited 83Π0/31 Augsburg, den 3. Juli 1981 Ansprüche

1. Vorrichtung zur Funkenperforation, bei der eine zu perforierende Materialbahn zwischen einer geerdeten Oberfläche und einer eine Vielzahl von Einzelelektroden aufweisenden Elektrodenanordnung geführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenanordnung (12) als Rotor (5) ausgebildet ist und einen ersten Satz ringförmiger an eine Speisespannungsquelle (P) angeschlossener Elektroden (27) aufweist, zwischen diesen Elektroden (27) ein zweiter Satz ringförmiger Elektroden (35) größeren Durchmessers angeordnet ist und zwischen den Elektroden (27, 35) ein dielektrisches .'laterial vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Elektroden (27) des ersten Satzes eine verrundete Außenkante aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Elektroden (27) des ersten Satzes jeweils von einem ringförmigen Gehäuse (31) aus dielektrischem Material umgeben sind welches innenseitig eine Vertiefung aufweist, in welche die Elektrode (27) eingesetzt ist, die zu diesem Zueck einen Schlitz (30) aufweist.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (35) des zweiten Satzes aus flachen Netal-1-ringen bestehen, deren Material einer Funkenerosion widersteht.

. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daG jedes Gehäuse (31) aus dielektrischem Material eine Elektrode (27) des ersten Satzes aufnimmt und zwischen benachbarten Gehäusen (31} die Elektroden (35) des zweiten Satzes angeordnet sind welche zwischen benachbarten Seitenflächen (34) der Gehäuse (31) gehalten werden, wobei jeweils eine der Seitenflächen eine Stufe (33) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da-' durch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (12) Teil eines Rotors (5) ist, der sich um eine erste Achse dreht, benachbart zu diesem Rotor eine Gegenwalze (44) vorgesehen ist, die sich um eine zweite zur ersten Achse parallele Achse dreht und eine leitfähige Umfangsoberfläche aufweist, zwischen dieser Umfangsoberfläche und dem Rotor ein Funkenspalt gebildet wird, durch den die Materialbahn hindurchgeführt ist und zwischen den Elektroden (27) des ersten Satzes und der Umfangsoberfläche der Gegenwalze ein Potentialunterschied herrscht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) oder die Gegenwalze (44) frei drehbar ist und in Kontakt steht mit der gezogenen Materialbahn (55) während die Gegen-L'alze oder der Rotor durch einen getrennten Antrieb in

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Drehung versetzt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daO Rotor (5) und Gegenualze (44) getrennt voneinander angetrieben u/erden.

. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , da3 Rotor (5) und Gegenualze (44) im Spalt (46) gegen die Materialbahn (55) pressen und diese vorwärts bewegen.

I¹J. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch g e kennzeichnet , daß Rotor (5) oder Gegenwalze (44) axial hin- und herbewegt werden.

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