DE3935013C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Koronabehandlung von vorzugsweise mehrfach zu bedruckenden Materialbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Koronabehandlung von vorzugsweise mehrfach zu bedruckenden Materialbahnen mittels einer Tiefdruck- oder einer Flexodruck-Maschine mit jeweils einem oder mehreren Druckwerken.

Es ist bei Druckereiprodukten oder Verbundmaterialien bekannt, zur Verbesserung der Adhäsion Koronabehandlungen durchzuführen.

So ist beispielsweise aus der DE-OS 33 02 161 ein Verfahren zur Koronabehandlung von Profilsträngen bekannt, bei dem diese nacheinander durch mehrere Einrichtungen zur Koronabehandlung, zum Bedrucken oder Oberflächenbeschichten und Trocknen oder Härten geführt werden.

Aus der DE-OS 31 04 889 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Überzuges auf bahnförmiges Material bekannt, bei dem Koronaendladung zum Oberflächenbehandeln benutzt wird.

Auch der DE-OS 38 31 964 ist eine Vorrichtung zur Koronabehandlung von Materialbahnen zu entnehmen.

Bei den bislang bekannten Verfahren zur Koronabehandlung bei Druckmaschinen werden diese Koronabehandlungen meist in einem Abstand zum Druckwerk durchgeführt und es müssen Ozonabsaugen vorgenommen werden.

Durch die Ozonabsaugung wird die Koronaelektrode gekühlt, damit während des Betriebes kein Temperaturverzug an der Koronaelektrode entsteht, durch den die Qualität einer gleichmäßigen Behandlung beeinträchtigt würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine Ozonabsaugung im Bereich der Koronaelektroden entfallen kann, der Wirkungsgrad hierdurch verbessert wird und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sehr kompakt gebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Koronabehandlung jeweils unmittelbar vor und nach einem Druckwerk durchgeführt wird, daß dabei Koronaelektroden verwendet werden, die in einem Betriebstemperatur-Bereich von etwa 100°C oder mehr und damit ozonfrei arbeiten, daß die schwenkbar gelagerten Koronaelektroden außerhalb ihrer Betriebsstellung an Hilfselektroden angelegt und auf Betriebstemperatur erhitzt werden und daß als Gegenelektroden für die Koronabehandlung die Gegendruckzylinder der Druckmaschine verwendet werden.

Durch die Verwendung durch Koronaelektroden, die in einem Betriebs-Temperaturbereich von etwa 100°C oder mehr und damit ozonfrei arbeiten, wird der Vorteil erzielt, daß auf eine Absaugung im Elektrodenbereich verzichtet werden kann.

Da die Koronaelektroden außerhalb ihrer Betriebsstellung an Hilfselektroden angelegt und auf die Betriebstemperatur erhitzt werden, wird vor der Inbetriebnahme einer Druckmaschine ohne jede Gefährdung die Voraussetzung für den ozonfreien Betrieb der Koronaelektroden geschaffen. Die Verwendung der Gegendruckzylinder der Druckmaschine als Gegenelektroden wirkt sich vorteilhaft auf den apparativen Aufwand zur Durchführung des Verfahrens aus und ermöglicht darüber hinaus die noch engere Zuordnung der Koronabehandlung zu den einzelnen Druckwerken.

Die Koronabehandlung jeweils unmittelbar vor und nach einem Druckwerk bewirkt eine hohe nutzbare Adhäsion bei vergleichsweise geringem Energieaufwand. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die durch eine Koronabehandlung erzeugte Adhäsion nach der Durchführung der Koronabehandlung wieder abfällt, so daß bei einem relativ großen zeitlichen Unterschied zwischen der Koronabehandlung einerseits und dem bedrucken einer Materialbahn andererseits die nutzbare Adhäsion relativ gering ist. Dieser Nachteil ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch vollständig behoben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrenes und seiner Ausführungsvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben.

Es zeigt

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 (8)

1. Verfahren zur Koronabehandlung von vorzugsweise mehrfach zu bedruckenden Materialbahnen mittels einer Tiefdruck- oder einer Flexodruck-Maschine mit jeweils einem oder mehreren Druckwerken, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronabehandlung jeweils unmittelbar vor und nach einem Druckwerk durchgeführt wird daß dabei Koronaelektroden (5, 13, 15, 16, 21, 24) verwendet werden, die in einem Betriebstemperatur-Bereich von etwa 100°C oder mehr und damit ozonfrei arbeiten, daß die schwenkbar gelagerten Koronaelektroden (5, 13, 15, 16, 21, 24) außerhaalb ihrer Betriebsstellung an Hilfselektroden (23) angelegt und auf Betriebstemperatur erhitzt werden und daß als Gegenelektroden für die Koronabehandlung die Gegendruckzylinder (8, 14) der Druckmaschine verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der an der Koronaelektrode (5, 13, 15, 16, 21, 24) erzeugten Wärmemenge durch Anblasen der Koronaelektrode (5, 13, 15, 16, 21, 24) auf die zu behandelnde Materialoberfläche übertragen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an eine hochfrequenten Wechselspannung anlegbare Koronaelektrode (5) als CFC-Kohlenstoffaserkörper ausgebildet ist, der die Form eines Vollzylinders, eines Rohres oder eines sonstigen Profils aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaelektrode (5) mit einem den CFC-Kohlenstoffaserkörper umschließendem Hohlkörper (6) aus Aluminiumoxid und fügbaren Mantelteilen (7) aus einer nichtoxidischen, hochtemperaturfähigen und hochtemperaturleitfähigen Keramik, z. B. Bornitrid oder Aluminiumnitrid oder einer darauf basierenden Mischkeramik versehen ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an eine hochfrequente Wechselspannung legbare Elektrode aus einem Aluminiumoxidrohr mit aufgeschobenen Mantelstücken aus Bornitrid oder aus Aluminiumnitrid oder aus einer darauf basierenden Mischkeramik und aus einer im Inneren des Aluminiumoxidrohres angeordneten, einen elektrischen Leiter bildenden Zugfeder besteht.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an eine hochfrequente Wechselspannung legbare Elektrode aus einem Aluminiumoxidrohr mit aufgeschobenen Mantelstücken aus einem Verbund aus nichtoxidischer Keramik-Metall/Graphit besteht.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Station zur Inbetriebnahme der Koronaelektrode (24) eine Hilfselektrode (23) vorgesehen ist, zwischen der Koronaelektrode (24) und der Hilfselektrode (23) eine Koronaentladung erzeugt und nach dem Erreichen der Betriebstemperatur die Koronaelektrode (24) in die Betriebsstellung gebracht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, 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.