DE4309832C2

DE4309832C2 - Verfahren zur Herstellung von einer elektrisch leitfähigen Wandung aus einem Gewebe und Folienmaterial

Info

Publication number: DE4309832C2
Application number: DE4309832A
Authority: DE
Inventors: Peter Trepte; Guenter Luettgens
Original assignee: EMPAC Verpackungs GmbH and Co
Current assignee: EMPAC Verpackungs GmbH and Co
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2013-03-27
Also published as: DE4309832A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mit einer isolierenden Beschichtung versehenen elektrisch leitfähigen Wandung aus einem Gewebe und Folienmaterial, insbesondere zur Herstellung von mit einer isolierenden Be schichtung versehenen sowie elektrisch leitfähige Bändchen aufweisenden Gewebebahnen, wobei diese Materialien insbesondere zur Herstellung von flexiblen Schüttgutbehältern eingesetzt werden.

Flexible Schüttgutbehälter (FIBC) kommen zum Ver packen, zum Transport, zum Umschlag und zur Bevor ratung unterschiedlichster Schüttgutmaterialien von jeweils 500 bis 2000 kg zum Einsatz. Sie werden auch in Bereichen angesetzt, wo erhöhte Explosionsgefahren aufgrund einer explosionsfähigen Atmosphäre durch Gase, Dämpfe oder Nebel sowie durch die Brennbarkeit des Schüttguts selbst be stehen. Auslöser einer Explosion können elektro statische Aufladungen der Schüttgutbehälterwände sein, wie sie beim Befüllungsvorgang bzw. Ent leerungsvorgang eines elektrisch isolierten Be hälters mit elektrisch isolierenden Schüttgut materialien entstehen. Daher müssen in allen Ein satzbereichen, in denen Explosionsgefahr durch Gase, Dämpfe oder Stäube besteht, elektrostatisch ableitfähige Schüttgutbehälter eingesetzt werden.

Bei der Gestaltung von elektrostatisch ableit fähigen Schüttgutbehältern sind grundsätzlich zwei Arten von auftretenden elektrostatischen Aufladungs- und Entladungserscheinungen zu berück sichtigen:
Zunächst sind von aufgeladenen Isolierstoffober flächen ausgehende Büschelentladungen zu berück sichtigen, die Risiken bei Gasen und Dämpfen mit niedriger Mindestzündenergie beinhalten. Anderer seits sind an Ladungsdoppelschichten auftretende Gleitbüschelentladungen bedeutsam, in denen be trächtliche Energien umgesetzt werden und die somit auch für Stäube zündgefährlich sind. Büschel entladungen können verhindert werden, wenn die aufgeladene Fläche 10⁴ mm² ist. Gleitbüschelent ladungen laufen dann nicht mehr ab, wenn die Durch schlagspannung der Doppelschicht unter 4 kV liegt.

Üblicherweise werden flexible Schüttgutbehälter aus flexiblen Polypropylenbändchen hergestellt. Durch Einweben von elektrisch leitfähigen Bändchen in Kette und Schußrichtung wird das Behältergrund gewebe in elektrostatisch getrennte. Flächenelemente 10⁴ mm² eingeteilt, so daß die von aufgeladenen Isolierstoffoberflächen ausgehenden Büschelent ladungen nicht entstehen.

Da flexible Schüttgutbehälter aus Gewebebändchen von Hause aus nicht dicht gegen Staubdurchtritt sind, werden sie auf der Behälterinnenseite mit einer Beschichtung vorzugsweise aus Polypropylen versehen. Um Gleitbüschelentladungen zu verhindern, die durch hohe Ladungspotentiale an der Beschichtung auftreten können, darf die Durch schlagspannung 4 kV nicht übersteigen. Dies wird durch eine Schichtdicke von 30 µm erreicht. Das darunter liegende Gewebe ist für die Durch schlagfestigkeit zu vernachlässigen, da das Gewebe aus Polypropylenbändchen infolge seiner Porosität keine höhere Durchschlagfestigkeit als Luft auf weist.

Durch die Beschichtung wird jedoch der Kontakt zu den elektrisch leitfähigen Bändchen unterbunden, so daß die Gefahr des Auftretens von Büschelent ladungen, die für Gase und Dämpfe zündfähig sind, weiter bestehen bleibt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein elektrisch leitfähiges Wandungsmaterial mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung hergestellt werden kann, gleichwohl jedoch die Gefahr des Auftretens von Büschelent ladungen wirksam verringert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das er findungsgemäße Verfahren durch die im Patent anspruch 1 angegebenen Merkmale aus. Hinsichtlich weiterer wesentlicher Ausgestaltungen wird auf die Patentansprüche 2 bis 10 verwiesen.

Das Verfahren nach der Erfindung sieht vor, eine sich auf einer leitfähigen Unterlage befindende, elektrisch isolierende Schicht zu perforieren. Hierdurch wird die Isolierung der leitfähigen Unterlage punktuell durchbrochen, wodurch die Beschichtung nur unwesentlich hinsichtlich Dichtigkeit beeinträchtigt ist. Gleichwohl ist jedoch die Gefahr des Auftretens von Büschelent ladungen verringert.

Die Perforation wird durch elektrischen Durchschlag erstellt, wodurch die Erstellung einer Perforation möglich ist, ohne daß die leitfähige Unterlage beschädigt wird. Handelt es sich um gemischt ausge bildete Unterlagen, wie Gewebebahnen, die aus einem elektrisch isolierenden Grundgewebe bestehen, in das elektrisch leitfähige Bändchen eingewebt sind, könnte beispielsweise ein alternativ zur Erstellung der Perforation eingesetzter Pulslaser nicht unterscheiden, ob sich die Beschichtung auf einer elektrisch leitfähigen oder einer elektrisch isolierenden Unterlage befindet, während durch elektrischen Durchschlag eine selektive Auswahl der Gewölbebereiche, nämlich die, in die die elektrisch leitenden Bändchen eingewebt sind, automatisch möglich ist. Außerdem sind die Investitionswerte bei einer Technik, die auf elektrischen Durchschlag beruht, wesentlich kostengünstiger, als z. B. bei einer Lasertechnik.

Bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird das beschichtete Trägermaterial über eine als Stütze dienende, elektrisch isolierende Walze, der gegenüber sich die Hoch spannungselektrode befindet, geführt. Das Träger material läuft dabei bevorzugtermaßen gleichzeitig über eine zweite Walze, die elektrisch leitend ausgebildet und mit dem auf Erdpotential liegenden Gegenpol der Hochspannungsquelle verbunden ist. Hierdurch ist eine Kontaktierung der leitfähigen Unterlage bzw. der eingearbeiteten, quervernetzten Bändchen gegeben, so daß diese auf definiertem Potential liegt und die Gegenelektrode zur Hoch spannungselektrode bildet. Eine zweite, gesondert ausgebildete Elektrode ist also nicht erforderlich. Der elektrische Durchschlag findet zwischen der Elektrode und der leitfähigen Unterlage bzw. der eingearbeiteten Bändchen statt. Der Durchschlag strom fließt über die elektrisch leitfähige, ge erdete Unterlage ab.

Außerdem ist durch die elektrisch isolierende Walze gewährleistet, daß bei Gewebebahnen mit elektrisch leitfähigen, netzartig verbundene Bändchen nur in den sich auf einer leitenden Unterlage befindlichen Schichten perforiert wird, da sich zwischen der Elektrode und den elektrisch isolierten Gewebebereichen keine Funkenstrecke ausbilden kann.

Die Ausbildung der Stützunterlage als Rolle oder Walze bietet gegenüber einer Ebene die Möglichkeit einer genaueren Festlegung des Ortes mit dem ge ringsten Abstand zur Elektrode; zwischen diesem und der Hochspannungselektrode findet dann der elektrische Durchbruch statt. Die Elektrode ist zweckmäßigerweise als Spitze ausgebildet, so daß eine genaue Positionierung der Perforation möglich ist.

Die Ausbildung der Stützunterlage als Rolle oder Walze ermöglicht außerdem den translatorischen Transport des Materials entlang der Elektrode. Die Einstellung der Transportgeschwindigkeit und der Frequenz der anliegenden Wechselhochspannung bzw. bei Gleichspannung die Wahl des Vorwiderstandes erlauben eine Variation der Perforationsdichte. Der Abstand Elektrode-Beschichtungsmaterial ist bevorzugtermaßen einstellbar, so daß er für das jeweilige Trägermaterial Schichtmaterial optimiert werden kann. Durch die Verwendung eines Vorwider standes im Wechselspannungsbetrieb ist eine Steuerung der Porengröße möglich.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung verwiesen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 die Darstellung des Spannungs verlaufs an der Elektrode, wenn eine Gleichspannungsquelle ver wendet wird,

Fig. 3 die Darstellung des Spannungs verlaufs an der Elektrode, wenn eine Wechselspannungsquelle ver wendet wird.

Bei der in der Zeichnung allgemein mit 1 bezifferten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird eine mit einer elektrisch isolierenden Schicht 2 beschichtete, elektronisch leitfähige Unterlage 3 über eine elektrisch isolierende Walze 4 geführt, der gegenüber eine mit Hochspannung beaufschlagte Elektrode 5 positioniert ist. Dabei ist die Unter lage 3 entweder durchgehend aus leitfähigem Material gefertigt, oder sie besteht aus einem isolierenden Gewebe, in das leitfähige, netzartig verbundene Bändchen eingewebt sind. Das beschichtete Material 6 liegt in der Weise auf der Walze 4 auf, daß die Beschichtung der Elektrode 5 zugewandt ist und die leitfähige Unterlage 3 direkt über die Walze 4 läuft. Außerdem läuft das Material 6 mit der leitfähigen Unterlage 3 über eine zweite Walze 7, die elektrisch leitend ausgebildet ist und mit dem auf Erdpotential liegenden Gegenpol der Hochspannungsquelle 8 ver bunden ist. Die Walze 7 kommt in der Weise in Ein griff mit der elektrisch leitfähigen Unterlage 3 oder den netzartig verbundenen, leitfähigen Bändchen, daß eine Kontaktierung gegeben ist und die leitfähige Unterlage über den Ausgang der Spannungsquelle 8 auf definiertem Erdpotential liegt. Das Material 6 selbst wird von einem Vorrat abgerollt und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s bis 5 m/s über die Walze 4 und die Walze 7 hinweg. An der Elektrode 5 liegt eine von der Hochspannungs quelle 8 erzeugte Hochspannung an, die zwischen 8 bis 15 kV wählbar einstellbar ist. Zwischen der auf Hochspannung liegenden Elektrode 5 und der auf Erdpotential liegenden, elektrisch leitfähigen Unter lage 3, die damit als Gegenelektrode wirkt, bildet sich eine Funkenstrecke aus, die bei Erreichen einer Durchschlagspannung U_d durchschlagen wird. Diese Spannung hängt ab vom Abstand zwischen Elektrode 5 und leitfähiger Unterlage 3, vom verwendeten Be schichtungsmaterial und von der Schichtdicke. Da die elektrisch leitfähige Unterlage 3 auf einer elektrisch isolierenden Walze 4 läuft, kommt es jeweils nur zwischen der Elektrode 5 und der leit fähigen Unterlage 3 bzw. einem Bändchen zu einem elektrischen Durchschlag. Passieren isolierte Gewebebahnen die Elektrode 5, so kann kein elektrischer Durchschlag stattfinden, da sich keine Funkenstrecke ausbildet; d. h., es kommt nur in dem Beschichtungsbereich, der auf einer elektrisch leit fähigen Unterlage 3 aufliegt, zur Ausbildung von Poren.

Um gezielte Perforationsporen zu erzeugen, ist eine zeitliche Steuerung der anliegenden Hochspannung notwendig. Hierzu wird ein Vorwiderstand 9 zwischen Hochspannungsquelle 8 und Elektrode 5 geschaltet.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf 10 der an der Elektrode 5 anliegenden Spannung für den Fall, daß eine Gleichspannungsquelle verwendet wird. Die Zeitdauer t des Anstiegs der Spannung auf den Wert U_d wird bestimmt durch die Kapazität C des aus Elektrodenspitze 5 und leitfähiger Unter lage 3 bzw. leitfähigen Bändchen gebildeten Kondensators und dem Vorwiderstand 9 nach der Zeit funktion τ = R·C. Der Kondensator wird über den Vorwiderstand 9 in der Zeitdauer t aufgeladen und bei Erreichen der Durchschlagspannung U_d erfolgt spontan der Durchschlag mit gleichzeitiger Entladung des Kondensators. Damit ist der Durchschlagvorgang beendet und eine Pore erzeugt worden. Der Kondensator lädt sich erneut auf bis zum Erreichen der Durch schlagspannung. Bei vorgegebener Durchschlagspannung U_d und festgelegter Kapazität C wird die Durch schlagfrequenz durch den Vorwiderstand 9 bestimmt.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf 11 der an der Elektrode 5 anliegenden Spannung für den Fall, daß eine Wechselspannung angelegt wird. Die Durchschlagfrequenz wird hier allein durch die Frequenz der Wechselspannung bestimmt. Die aus der Hochspannungsquelle 8 bezogene Spannung wird so gewählt, daß kurz vor jedem positiven oder negativen Scheiteldurchlauf dieser Spannung die Durchschlag spannung U_d erreicht wird und es zum Durchschlag kommt. Dem Vorwiderstand 9 kommt dabei die Aufgabe zu, die zugeführte elektrische Energie und damit die Porengröße zu steuern: Ein kleiner Vorwiderstand erzeugt große Poren, mit steigendem Widerstand nimmt die Porengröße ab.

Falls sich ein leitfähiges Bändchen beim Durchlauf des Gewebematerials 6 nicht genau unter der Elektrodenspitze 5 befindet, wird die Luftstrecke 12 für den Durchschlagfunken größer, d. h. die erfor derliche Durchschlagspannung U_d wird höher. Wird die Spannung an der Hochspannungsquelle so hoch gewählt, daß sie noch beim weitest von der Elektrodenspitze 5 entfernten Bändchen zum Durch schlag führt, so wurde bei kleinerem Abstand Elektrodenspitze-Bändchen eine größere Funkenenergie eingebracht und damit eine größere Pore erzeugt. Daher ist es zweckmäßig, mehrere Elektrodenspitzen 5 in einer gemeinsamen Anordnung nebeneinander derart zu positionieren, daß sie den seitlichen Bändchen schwankungen entsprechend können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von einer mit einer isolie renden Beschichtung (2) versehenen elektrisch leitfähigen Behälterwandung (3) aus Gewebebahnen mit elektrisch leit fähigen, netzartig verbundenen Bändchen, bei dem nach dem Beschichten der Behälterwandung (3) die Beschichtung (2) durch elektrischen Hochspannungsdurchschlag perforiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der isolierenden Beschichtung (2) versehenes leit fähiges Wandmaterial (3) im Verlauf des Perforationsvor gangs entlang einer mit Hochspannung beaufschlagten Elek trode (5) bewegt wird, wobei die Beschichtungsseite (3) der Elektrode (5) zugewandt ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Wandungsma terial (3) während des Perforationsvorgangs geerdet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Elektrode (5) mit Wechselhochspannung beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Elektrode (5) mit Gleichhochspannung beaufschlagt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Elektrode (5) mit einer Hochspannung von 8 bis 15 kV einstellbar beaufschlagbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß das zu perforierende Material (6) abroll bar von einem Vorrat entnommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bewegung des Materials (6) in einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s bis 5 m/s erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das zu perforierende Material (6) während des Perforationsvorganges über eine elektrisch isolierende Stützunterlage läuft.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zu perforierende Material (6) wäh rend des Perforationsvorganges über eine zweite, elek trisch leitfähige und geerdete Walze (7) oder dgl. läuft, wodurch der elektrische Kontakt zu dem elektrisch leiten den Wandungsmaterial (3) hergestellt und dieses geerdet wird.