DE3733492A1 - Vorrichtung zur behandlung von oberflaechen mittels eines ionisierten gasstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Be­ handlung von Oberflächen mittels eines aus einem Strö­ mungskanal austretenden, ionisierten Gasstromes, welche einen Strömungskanal mit zwei Elektroden aufweist, die einen vom Gasstrom durchströmten Luftspalt bilden, in dem durch Anlegen von Hochspannung Koronaentladungen er­ zeugbar sind.

Eine solche Vorrichtung ist in der GB-PS 10 39 701 beschrieben.

Bei der bekannten Vorrichtung ist eine nadelförmige Elek­ trode koaxial in einer als Gegenelektrode ausgebildeten Austrittsdüse angeordnet. Die Koronaentladungen finden zwischen der Spitze der nadelförmigen Elektrode und der Austrittsdüse statt. Dadurch wird der Gasstrom in einem solchen Maße ionisiert, daß sich elektrostatische Aufla­ dungen einer von ihm angeblasenen Oberfläche neutralisie­ ren und dadurch auf der Oberfläche haftende Verunreini­ gungen wegblasen lassen.

Um die Oberflächen von insbesondere Kunststoffteilen chemisch und/oder physikalisch zu verändern, damit sie beispielsweise bedruckt werden können oder damit auf ihnen eine Klebstoffschicht besser haftet, genügt es nicht, nur elektrostatische Aufladungen aufzuheben und Verunreinigungen zu beseitigen, vielmehr muß intensiver auf die Oberflächen eingewirkt werden. Zu diesem Zweck verwendet man Koronaentladungsmaschinen, bei denen im Vergleich zu den vorgenannten Vorrichtungen mit weit höherer elektrischer Leistung gearbeitet und die zu be­ handelnde Oberfläche intensiv den Funkenentladungen aus­ gesetzt wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der DE-OS 24 61 865 beschrieben. Bei ihr finden die Koronaentladungen zwischen einer parallel zum Werkstück ausgerichteten, stabförmigen Elektrode und zwei beidsei­ tig dieser stabförmigen Elektrode angeordneten Messerel­ ektroden statt. Zwei Luftströme werden zwischen diesen Messerelektroden und der stabförmigen Elektrode derart geführt, daß sie unmittelbar anschließend gegen die Ober­ fläche des Werkstückes gelangen und dadurch die Korona­ entladungen zu dem Werkstück hin ablenken.

Mit der Vorrichtung nach der DE-OS 24 61 865 läßt sich eine intensive Oberflächenbehandlung erreichen. Voraus­ setzung hierfür ist es allerdings, daß sich die zu behan­ delnde Oberfläche in unmittelbarer Nähe der Elektroden befindet, was bei unregelmäßigen und dadurch für solche Vorrichtungen nicht erreichbaren Oberflächen nicht zu verwirklichen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß mit ihr Oberflächen nicht nur elektrisch neutralisiert und Verunreinigungen von ihr weggeblasen werden können, sondern intensiv chemisch und/oder physikalisch verän­ derbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden zur Erzeugung einer in Strömungsrichtung des Gasstromes verlaufenden Koronaentladungsstrecke einer solchen Länge ausgebildet sind, daß ein durch sie hindurchgeführter Gasstrom infolge hoher Energieaufnahme aggressive Eigenschaften erhält und dadurch die Ober­ fläche von mit ihm angeblasenen Gegenständen zu verän­ dern vermag.

Durch diese Gestaltung wird mit der Vorrichtung infolge höherer Energieübertragung auf den Luftstrom dieser Luft­ strom nicht nur ionisiert, sondern in einen Plasmastrom umgewandelt. Dieser Plasmastrom ist aufgrund der hohen Geschwindigkeiten seiner Elektronen in der Lage, auch bei bereits größerem Abstand von der Vorrichtung Ober­ flächen intensiv zu verändern, so daß sie sich zum Bekle­ ben oder Bedrucken eignen. Dadurch können auch mit her­ kömmlichen Vorrichtungen nicht erreichbare Oberflächen­ bereiche behandelt werden. Hiervon abgesehen wird mit der Vorrichtung zusätzlich zur Oberflächenbehandlung auf ihr haftender Staub entfernt. Weiterhin ist die Ober­ fläche nach der Behandlung weniger elektrisch aufgeladen als bei einer üblichen Koronabehandlung.

Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Strö­ mungskanal durch eine rohrförmige Elektrode gebildet ist, in der sich koaxial ein gegenüber dieser Elektrode elektrisch isolierter Leiter als zweite Elektrode be­ findet.

Besonders hohe Leistungsdichten lassen sich erreichen, wenn die rohrförmige Elektrode durch ein von einem elek­ trischen Leiter umgebenes Keramikrohr gebildet ist.

Zur weiteren Erhöhung der Leistungsdichte trägt es bei, wenn das Keramikrohr in einem zylindrischen Gehäuse ange­ ordnet und von einem verdichteten Metallpulver umgeben ist.

Für die Behandlung größerer, ebener Flächen, beispiels­ weise von Folien, ist es vorteilhaft, wenn der Strömungs­ kanal flach nach Art einer Flachstrahldüse ausgebildet ist.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß die erfindungs­ gemäße Vorrichtung optimal arbeitet, wenn sie für eine elektrische Leistung von 1-2,5 kW bei etwa 15/kV Span­ nung und einem Gasdurchsatz von 5000 bis 10 000 l/h aus­ gelegt ist. Eine solche Vorrichtung hat in etwa die glei­ chen Abmessungen wie die nach der eingangs genannten GB-PS 10 39 701.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundgedankens ist in der Zeichnung ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt und wird nachfolgend beschrie­ ben.

Die dargestellte Vorrichtung hat ein zylindrisches Ge­ häuse 1 aus Isoliermaterial, welches von einem Keramik­ rohr 2 durchdrungen ist. Zwischen diesem Keramikrohr 2 und dem Gehäuse 1 befindet sich ein verdichtetes Metall­ pulver, welches eine äußere Elektrode 3 bildet. Inner­ halb des Keramikrohres 2 ist koaxial zu ihm eine stab­ förmige Elektrode 4 aus einem elektrisch gut leitenden Material angeordnet und in dieser Position einerseits durch eine Kappe 5 auf der oberen Stirnseite des Gehäu­ ses 1, andererseits durch einen Abstandshalter 6 im Keramikrohr 2 fixiert. Die Kappe 5 weist einen Gaseinlaß 7 auf, über den ein ionisierbares Gas dem Ringraum zwi­ schen der stabförmigen Elektrode 4 und dem Keramikrohr 2 zugeführt werden kann, welches die Vorrichtung an der unteren Stirnseite des Gehäuses 1 an einem Auslaß 8 ver­ läßt.

Bei Benutzung der Vorrichtung wird eine Wechselspannung von etwa 15 kV und 15 kHz zwischen der stabförmigen Elektrode 4 und dem Metallpulver 3 angelegt. Weiterhin schließt man den Gaseinlaß 7 an eine Druckgasquelle, beispielsweise eine Luftpumpe, an. Infolge der hohen Spannung kommt es im Keramikrohr über den gesamten, vom Metallpulver umgebenen Bereich zu Koronaentladungen. Die durchströmende Luft, bzw. das Gas, vermag deshalb eine große Energiemenge aufzunehmen und wandelt sich in ein Plasma um, welches beim Auftreffen auf eine Oberfläche in der Lage ist, diese chemisch und/oder physikalisch zu verändern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung braucht nicht notwen­ digerweise im Querschnitt zylindrisch zu sein. Möglich ist es auch, sie nach Art einer Flachstrahldüse auszu­ bilden. Die innere Elektrode 4 wäre dann nicht stabför­ mig, sondern als flaches Blech ausgebildet. Wichtig für die Erfindung ist es nur, daß es in Strömungsrichtung des Gases hintereinander über eine größere Strecke zu Koronaentladungen kommt, so daß das Gas eine große Ener­ giedichte erreicht.

Auflistung der verwendeten Bezugszeichen

1 Gehäuse
2 Keramikrohr
3 äußere Elektrode
4 stabförmige Elektrode
5 Kappe
6 Abstandshalter
7 Gaseinlaß
8 Auslaß

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen mittels eines aus einem Strömungskanal austretenden, ionisierten Gasstromes, welche einen Strömungskanal mit zwei Elektro­ den aufweist, die einen vom Gasstrom durchströmten Luft­ spalt bilden, in dem durch Anlegen von Hochspannung Koro­ naentladungen erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3, 4) zur Erzeugung einer in Strö­ mungsrichtung des Gasstromes verlaufenden Koronaentla­ dungsstrecke einer solchen Länge ausgebildet sind, daß ein durch sie hindurchgeführter Gasstrom infolge hoher Energieaufnahme aggressive Eigenschaften erhält und da­ durch die Oberfläche von mit ihm angeblasenen Gegenstän­ den zu verändern vermag.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal durch eine rohrförmige Elektrode (3) gebildet ist, in der sich koaxial ein gegenüber dieser Elektrode (3) elektrisch isolierter Leiter als zweite Elektrode (4) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Elektrode (3) durch ein von einem elektrischen Leiter umgebenes Keramikrohr (2) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikrohr (2) in einem zylindrischen Gehäuse (1) angeordnet und von einem verdichteten Metallpulver umgeben ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungs­ kanal flach nach Art einer Flachstrahldüse ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine elektrische Leistung von 1-2,5 kW bei etwa 15 kV Span­ nung und einem Gasdurchsatz von 5000 bis 10 000 l/h ausge­ legt ist.