DE3935013A1 - Verfahren und vorrichtung zur koronabehandlung von unbeschichteten oder beschichteten materialien - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur koronabehandlung von unbeschichteten oder beschichteten materialienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korona
behandlung von unbeschichteten oder beschichteten Materialien.
Es ist bekannt, bei Druckereiprodukten oder Verbundmaterialien je nach
der Art der Trägersubstrate eine Koronabehandlung zur Verbesserung der
Adhäsion der Kontaktsubstrate, wie Lacke, Farben oder Kleber, anzuwen
den. Die zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften der zu beschichten
den Oberflächen eingesetzten Koronabehandlungsvorrichtungen werden bis
her in der Nähe der Abwicklung der zu behandelnden bahnförmigen Materi
alien angeordnet.
Der entscheidende Grund hierfür ist, daß bei den heutigen Produktions
verfahren die Kontaktsubstrate Lösungsmittel aufweisen, deren Dämpfe und
Gase zündfähig sind. Da in den Geräten zur Koronabehandlung elektrische
Entladungen erzeugt werden und das hierbei anfallende Ozon wegen der
Schädlichkeit für Mensch und Maschinen abgesaugt werden muß, besteht
die Gefahr, daß durch diese Absaugung auch zündfähige Gemische in den
Bereich der Koronaelektroden gelangen und somit eine Explosion entstehen
kann.
Somit war es bisher nicht möglich, die Koronaelektroden in der Nähe der
Auftragswerke für Farben, Lacke und Kleber anzuordnen.
Durch die Ozonabsaugung wurde bisher die statische Koronaelektrode ge
kühlt, damit während des Betriebes kein Temperaturverzug an der Korona
elektrode entsteht, durch den die Qualität einer gleichmäßigen Behand
lung beeinträchtigt würde. Die Kühlung ist dann besonders wichtig, wenn
die Koronaelektrode ein Dielektrikum z. B. aus einer Keramik aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so zu gestalten, daß eine Ozonabsaugung im Bereich der
Koronaelektroden entfällt, der Wirkungsgrad hierdurch verbessert wird
und die Anlage zur Durchführung des Verfahrens sehr kompakt gebaut
werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Kontaktsub
strate, wie Farben, Lacke, Kleber o. dgl., verwendet werden, die von
zündfähige Gase oder Dämpfe erzeugenden Lösungsmitteln frei sind, die
Koronaentladung in der Nähe eines Auftragswerkes für ein Kontaktsub
strat oder in der Nähe eines Laminationswalzenpaars vorgenommen wird
und die Koronaelektroden außerhalb ihrer Betriebsstellung auf eine Be
triebstemperatur, bei der sie ozonfrei arbeiten, erhitzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt eine Ozonabsaugung aus dem
Bereich der Koronaelektroden, da Koronaelektroden eingesetzt werden,
die während der Inbetriebnahme ozonarm und im Dauerbetrieb ozonfrei
arbeiten.
Da ferner die Kontaktsubstrate keine Lösungsmittel aufweisen, die zünd
fähige Dämpfe oder Gase erzeugen, können die Koronaentladungen in der Nähe
eines Auftragswerkes für ein Kontaktsubstrat angeordnet werden.
Die durch den Betrieb der Koronaelektroden erzeugte Wärme kann durch
Anblasen der jeweiligen Koronaelektrode auf die zu behandelnde Material
oberfläche übertragen werden, um die Adhäsionseigenschaften dieser
Oberfläche zu verbessern.
Die Koronaelektroden können nach dem Bedrucken oder Lackieren einer
Materialbahn oder nach dem Auftragen eines Klebers am Zylinder des Auf
tragewerkes zum intensiven Trocknen des Kontaktsubstrates angeordnet
werden.
Da die Koronaelektroden zum Vorbehandeln einer Materialbahn und zum
Trocknen einer beschichteten Materialbahn dem Druck- oder Gegendruck
zylinder eines Auftragwerkes zugeordnet werden können, ergeben sich für
die Gesamtanlage geringe Abmaße.
Bei Versuchen zeigte sich, daß der Oberflächenglanz durch eine Korona
behandlung an aufgetragenen Farben und Lacken überraschenderweise ver
bessert werden kann. Dieser Effekt ist auch bei Farben und Lacken mit
typischen nicht wasserlöslichen Lösungsmitteln festzustellen. Für so
einen Anwendungsfall muß die Koronabehandlung wegen der Explosionsge
fahr nach dem letzten Farb- oder Lackauftrag und der entsprechenden
traditionellen Trocknung mit Sicherheitsabstand erfolgen.
Weitere Merkmale und Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Zeich
nungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines beschichteten Trägersubstrats,
Fig. 2 eine Koronaelektrode im Längsschnitt,
Fig. 3 eine mit einem Dielektrikum ausgerüstete Koronaelektrode nach
der Fig. 2 im Schnitt,
Fig. 3a eine Abwandlung der Koronaelektrode nach der Fig. 3,
Fig. 4 eine Flexodruckmaschine in schematischer Darstellung,
Fig. 5 zwei Auftragewerke einer Tiefdruckanlage in schematischer Dar
stellung,
Fig. 6 eine Vorrichtung zum Herstellen eines Laminats und
Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Station zur Inbetriebnahme
einer Koronaelektrode.
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Trägersubstrat 1, das mit zwei Kontakt
substraten 3 und 4 beschichtet ist. Das unbeschichtete Trägersubstrat 1
wird an der zu beschichtenden Fläche zur Verbesserung der Haftfestigkeit
mittels einer durch eine Koronaelektrode 2 erzeugte Koronaentladung be
handelt. Nach der Behandlung wird das Kontaktsubstrat 3 auf das Träger
substat 1 gebracht. Die Oberfläche des Kontaktsubstrats 3 erhält eben
falls eine Koronabehandlung. Danach wird wiederum ein weiteres Kontakt
substat 4 entweder von der gleichen Art oder einer anderen Art aufge
gegeben und kann ebenfalls koronabehandelt werden, um die Oberflächen
adhäsion zu verbessern oder um das Kontaktsubstrat 4 zu trocknen.
In der Fig. 2 ist eine an eine hochfrequente Wechselspannung legbare
Koronaelektrode 5 dargestellt, die als CFC-Kohlenstoffaserkörper ausge
bildet ist. Nach der Fig. 2 weist der Körper die Form eines Rohres auf.
Der Körper kann aber auch als Vollzylinder oder als ein geschlossenes
oder offenes Profil gestaltet sein.
Das genannte Material erlaubt eine sehr hohe Koronaenergieumsetzung,
vor allen Dingen bei solchen Temperaturen, bei denen sich kein Ozon
mehr entwickeln kann. Der Vorteil des Materials ist ferner, daß bei
den Temperaturen, bei denen die Ozonentwicklung unterbunden ist, kei
nerlei mechanischer Verzug des Elektrodenkörpers infolge eines Tempe
ratureinflusses erfolgt. Ein mechanischer Verzug der Elektrode während
des Betriebes würde die gleichmäßige Qualität der Adhäsionswerte be
einträchtigen.
Eine durch CFC-Kohlenfaserstoff gebildete Elektrode ist elektrisch
leitend und mit Metall vergleichbar. Sie ist somit nur gegenüber elek
trisch nicht leitenden Behandlungsmaterialien wegen Vermeidung eines
Kurzschlußes verwendungsfähig. In der Fig. 3 ist die Koronaelektrode
nach der Fig. 3 dahingehend abgewandelt, daß sie auch für Behandlungs
materialien eingesetzt werden kann, die elektrisch leitend oder halb
leitend sind. Die Elektrode wurde mit einem gegenüber diesen Materi
alien elektrisch nicht leitenden Dielektrikum versehen.
Wegen der gewünschten Ozonfreiheit muß eine derartige Elektrode mit
entsprechend hohen Temperaturen arbeiten, damit keine Ozonentwicklung
entsteht. Die bisher angewandten dielektrischen Materialien genügen
den gewünschten Anforderungen Ozonfreiheit, Durchschlagssicherheit und
Verzugsfreiheit nicht.
Die Koronaelektrode nach Fig. 3, die in wählbaren Nutzlängen erstellt
werden kann, besteht aus einem CFC-Kohlenstoffaserrohr entsprechend
der Fig. 2, einem elektrisch isolierenden rohrförmigen, keramischen
Material 6, z. B. aus Aluminiumoxid und aus Mantelteilen aus einer Ke
ramik, die mit üblichen Werkzeugmitteln fügbar bearbeitet werden kann,
die gute Temperaturleitfähigkeiten besitzt und bei hohen Temperaturen
ihre elektrischen Eigenschaften weitgehend beibehält. Diese Eigenschaf
ten besitzt heißgepreßtes bzw. gesintertes Bornitrid.
Eine Alternative zu der zuvor beschriebenen Koronaelektrode für eine
feste Nutzabmessung ist die in Fig. 3a gezeigte Koronaelektrode. Der
rohrförmige Körper 7a besteht aus Aluminiumnitrid und besitzt eine auf
der Innenseite durch Einbrennen fest aufgebrachte Metallschicht oder
Graphitschicht 5a.
Derartige Koronaelektroden aus Materialverbunden können bei Temperatu
ren von mindestens 300°C und höher verzugsfrei, durchschlagsicher und
damit ozonfrei betrieben werden.
Selbstverständlich können die oben beschriebenen Elektroden auch kör
perförmig für Spezialanwendungen ausgeführt werden.
Eine einfachere Elektrodenausführung besteht aus einem Aluminiumoxid
rohr mit aufgeschobenen Mantelstücken aus Bornitrid oder aus Aluminium
nitrid oder aus einer darauf basierenden Mischkeramik und aus einer im
Inneren des Aluminiumoxidrohres angeordneten, einen elektrischen Lei
ter bildenden Zugfeder.
Die an eine hochfrequente Wechselspannung legbare Elektrode kann auch
aus einem Aluminiumoxidrohr mit aufgeschobenen Mantelstücken aus einem
Verbund aus nichtoxidischer Keramik-Metall/Graphit bestehen.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit werden die Fügestellen (Anschluß
stellen) der Mantelteile 7 und die Fugen zwischen den Teilstücken des
Aluminiumoxidrohres zueinander versetzt angeordnet.
An den Fügestellen der Mantelteile 7 kann jeweils ein Labyrinthspalt
30 vorgesehen sein.
Unter dem Einfluß der wechselnden Koronaenergie erfolgt ein Partikel
abfluß. Bei einer Versetzung der Fugen zwischen den Teilstücken des
Aluminiumoxidrohres gegenüber den Fügestellen der Mantelteile 7 kann
dieser Partikelstrom nicht nach außen gelangen.
Die Fig. 4 zeigt die Zuordnung derartiger im Dauerbetrieb ozonfrei
und verzugsfrei arbeitenden Koronaelektroden zu einem Gegendruckzylin
der 8 einer Flexodruckmaschine. Am Umfang dieses Gegendruckzylinders 8
sind Druckzylinder 9 mit Farbwannen 10 für gleiche oder unterschiedliche
Farben oder Lacke verteilt angeordnet. Die zu bedruckende oder lackie
rende Materialbahn 11 wird über Ein- und Auslaufwalzen 12 um den Ge
gendruckzylinder 8 in der angezeigten Pfeilrichtung bewegt.
Vor und nach den jeweiligen Druckwerken sind Koronaelektroden 13 ange
ordnet, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ausge
bildet sind. Durch den Betrieb dieser Elektroden 13 entstehen bei dem
Produktionsprozeß die zuvor beschriebenen vorteilhaften Effekte.
Die Fig. 4 zeigt die kompakte Ausführung der Gesamtanlage, zumal der
Gegendruckzylinder 8 als Elektrode zu den Koronaelektroden 13 wirkt.
Da eine Ozonabsaugung von den Koronaelektroden 13 entfällt und somit
keine Wärmeenergie durch Absaugung verloren geht, wird der Wirkungsgrad
der Anlage erheblich gesteigert.
Bei der in der Fig. 5 aufgezeigten Tiefdruckanlage sind Koronaelektro
den 15 und 16, die mit einem als Elektrode wirkenden Gegendruckzylinder
14 zusammenarbeiten, so angeordnet, daß die Koronaelektrode 15 vor dem
Druck und die Koronaelektrode 16 die Koronabehandlung nach dem Druck
vornimmt. Bei diesem Druckverfahren ist jeweils nach dem Druck noch
ein Trockner 17 angeordnet, so daß die Behandlung durch die Koronaelek
troden 15 auf einer durch Trocknung verfestigten Schicht erfolgt.
Bei der in der Fig. 6 aufgezeigten Vorrichtung zur Erzeugung eines La
minats 18 werden die Materialbahnen 19 über Führungswalzen 20 einem
Laminationswalzenpaar 21 zugeführt und werden vor dem Einlauf in den
durch das Laminationswalzenpaar begrenzten Spalt mittels der Korona
elektroden 22 behandelt. Die Laminationswalzen wirken als Elektroden,
so daß sich auch in diesem Fall ein durch wenige Einzelteile auszeich
nender Aufbau der Gesamtanlage ergibt. Die Koronaelektroden 22 sind
entsprechend den Ausführungsbeispielen nach der Fig. 2 oder der Fig. 3
gestaltet.
Wie schon dargelegt, wird die Ozonentwicklung im Betrieb einer Korona
elektrode dann unterbunden, wenn die Koronaelektrode eine genügend
hohe Temperatur besitzt. Da im Anlauf eines Produktionsprozesses alle
Funktionsbauteile kalt sind, bedarf es zunächst der Vorbereitung der
Koronaelektrode in einer Station zur Inbetriebnahme, die mit einer
Hilfselektrode 23 ausgerüstet ist. Die Koronaelektrode 24 wird somit
zunächst der Hilfselektrode 23 zugeordnet und es wird zwischen der
Koronaelektrode und der Hilfselektrode eine Koronaentladung erzeugt,
die solange aufrecht erhalten wird, bis die Koronaelektrode 24 ihre
Betriebstemperatur erreicht hat.
Sobald die erforderliche Betriebstemperatur vorliegt, wird eine Frei
gabe der Koronaelektrode 24 für den Dauerbetrieb gegeben und die Elek
trode wird dann in die in der Fig. 7 aufgezeigte horizontale Position
gebracht, so daß der Betrieb der Produktionsmaschine aufgenommen wer
den kann.
In der Station zur Inbetriebnahme der Koronaelektrode 24 kann die Tem
peratur der Koronaelektrode 24 oder die durch die Koronaelektrode 24
erzeugte Ozonmenge gemessen werden. Die ermittelten Ist-Werte werden
einer Meßwertauswertung zugeführt.
Über die Leitungen 25 und 26 wird eine vorhandene Ozonkonzentration
einem Auswertgerät 27 zugeführt. Das Meßprinzip beruht auf der Frei
setzung von Jod aus einer Kaliumjodid-Lösung durch Ozon. Der bei der
Umwandlung von Jod in Jodid entstehende Strom ist proportional der ein
geleiteten Ozonkonzentration.
Der bei der Umwandlung entstehende Strom kann für weitere Kontroll-
und Steuerungsfunktionen verwandt werden.
Eine weitere Kontrolle und Steuerung kann über die Temperaturerfassung
der Koronaelektrode erfolgen. Ab einer Temperatur von ca. 100°C ent
steht je nach herrschendem Luftdruck und nach herrschender Luftfeuch
tigkeit während einer elektrischen Koronaentladung ganz geringfügig
bzw. kein Ozon. Die Temperatur der Koronaelektroden wird über Infra
rotlichtwellenleiter 28, 29 einer Meßwertauswertung zugeführt und kann
zu Regelungszwecken des Generators zur Erzeugung der Koronaenergie
benutzt werden.
Bezugszeichen
1 Trägersubstrat
2 Koronaelektrode
3 Kontaktsubstrat
4 Kontaktsubstrat
5 Koronaelektrode
5a Schicht
6 rohrförmiges keramisches Material
7 Mantelteil
7a Körper
8 Gegendruckzylinder
9 Druckzylinder
10 Farbwanne
11 Materialbahn
12 Ein- und Auslaufwalze
13 Elektrode
14 Gegendruckzylinder
15 Koronaelektrode
16 Koronaelektrode
17 Trockner
18 Laminat
19 Materialbahn
20 Führungswalze
21 Laminationswalzenpaar
22 Koronaelektrode
23 Hilfselektrode
24 Koronaelektrode
25 Leitung
26 Leitung
27 Auswertgerät
28 Infrarotlichtwellenleiter
29 Infrarotlichtwellenleiter
30 Labyrinthspalt
2 Koronaelektrode
3 Kontaktsubstrat
4 Kontaktsubstrat
5 Koronaelektrode
5a Schicht
6 rohrförmiges keramisches Material
7 Mantelteil
7a Körper
8 Gegendruckzylinder
9 Druckzylinder
10 Farbwanne
11 Materialbahn
12 Ein- und Auslaufwalze
13 Elektrode
14 Gegendruckzylinder
15 Koronaelektrode
16 Koronaelektrode
17 Trockner
18 Laminat
19 Materialbahn
20 Führungswalze
21 Laminationswalzenpaar
22 Koronaelektrode
23 Hilfselektrode
24 Koronaelektrode
25 Leitung
26 Leitung
27 Auswertgerät
28 Infrarotlichtwellenleiter
29 Infrarotlichtwellenleiter
30 Labyrinthspalt
Claims (13)
1. Verfahren zur Koronabehandlung von unbeschichteten oder mit Kontakt
substraten beschichteten Materialien, dadurch
gekennzeichnet, daß Kontaktsubstrate (3, 4), wie Farben,
Lacke, Kleber o. dgl., verwendet werden, die von zündfähige Gase oder
Dämpfe erzeugenden Lösungsmitteln frei sind, die Koronaentladung in
der Nähe eines Auftragswerkes für ein Kontaktsubstrat oder in der Nähe
eines Laminationswalzenpaars (21) vorgenommen wird und die Koronaelek
troden außerhalb ihrer Betriebsstellung auf eine Betriebstemperatur,
bei der sie ozonfrei arbeiten, erhitzt werden und dann in die Betriebs
stellung gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar
nach dem Auftrag eines Kontaktsubstrats auf die Materialbahn eine Ko
ronaentladung zum Trocknen des Kontaktsubstrats verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder oder
Walzen der Farb-, Lack- oder Kleberauftragswerke oder die Laminations
walzen als eine Elektrode des Elektrodenpaars zur Erzeugung einer Ko
ronaentladung verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Materialbahn vor dem Auftrag und nach dem Auftrag eines Kontaktsubstra
tes mit Koronaentladungen behandelt wird und diese Koronabehandlungen
im Bereich eines als Elektrode wirkenden Druck- oder Gegendruckzylin
ders des Auftragswerkes vorgenommen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil der an der Koronaelektrode erzeugten Wärmemenge durch An
blasen der Koronaelektrode auf die zu behandelnde Materialoberfläche
übertragen wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die an einer hochfrequenten Wechselspannung
legbare Koronaelektrode (5) als CFC-Kohlenstoffaserkörper ausgebildet
ist, der die Form eines Vollzylinders, eines Rohres oder eines sonsti
gen Profils aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Koronaelektrode mit einem den CFC-Kohlenfaserstoffkörper umschließen
den Hohlkörper (6) aus Aluminiumoxid und fügbaren Mantelteilen (7) aus
einer nichtoxidischen, hochtemperaturfähigen und hochtemperaturleit
fähigen Keramik, z. B. Bornitrid oder Aluminiumnitrid oder einer darauf
basierenden Mischkeramik versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an eine
hochfrequente Wechselspannung legbare Elektrode aus einem Aluminium
oxidrohr mit aufgeschobenen Mantelstücken aus Bornitrid oder aus Alu
miniumnitrid oder aus einer darauf basierenden Mischkeramik und aus
einer im Inneren des Aluminiumoxidrohres angeordneten, einen elektri
schen Leiter bildenden Zugfeder besteht.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die an eine hochfrequente Wechselspannung leg
bare Elektrode aus einem Aluminiumoxidrohr mit aufgeschobenen Mantel
stücken aus einem Verbund aus nicht oxidischer Keramik - Metall/Graphit
besteht.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß in einer Station zur Inbetriebnahme der Koro
naelektrode (24) eine Hilfselektrode (23) vorgesehen ist, zwischen der
Koronaelektrode (24) und der Hilfselektrode (23) eine Koronaentladung
erzeugt und nach dem Erreichen der Betriebstemperatur die Koronaelek
trode (24) in die Betriebsstellung gebracht wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Station zur Inbetriebnahme die Temperatur der Koronaelektrode (24) oder
die durch die Koronaelektrode (24) erzeugte Ozonmenge gemessen wird
und die ermittelten Ist-Werte einer Meßwertauswertung zugeführt werden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fügestellen (Anschlußstellen) der Mantelteile (7) und die Fugen
zwischen den Teilstücken des Aluminiumoxidrohres zur Erhöhung der Be
triebssicherheit zueinander versetzt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den
Fügestellen der Mantelteile (7) jeweils ein Labyrinthspalt (30) vor
gesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893935013 DE3935013C2 (de) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | Verfahren und Vorrichtung zur Koronabehandlung von vorzugsweise mehrfach zu bedruckenden Materialbahnen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893935013 DE3935013C2 (de) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | Verfahren und Vorrichtung zur Koronabehandlung von vorzugsweise mehrfach zu bedruckenden Materialbahnen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3935013A1 true DE3935013A1 (de) | 1991-04-25 |
DE3935013C2 DE3935013C2 (de) | 1993-10-14 |
Family
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---|---|---|---|
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