DE3935013A1 - Verfahren und vorrichtung zur koronabehandlung von unbeschichteten oder beschichteten materialien - Google Patents

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

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.