DE9402370U1

DE9402370U1 - Elektrode für die Coronabehandlung

Info

Publication number: DE9402370U1
Application number: DE9402370U
Authority: DE
Original assignee: Afs Entwicklungs & Vertriebs G
Current assignee: Afs Entwicklungs & Vertriebs G
Priority date: 1994-02-12
Filing date: 1994-02-12
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2004-02-13

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die Coronabehandlung von Folien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um eine rohe oder beschichtete Kunststoffolie benetzbar bzw. bedruckbar zu machen, muß deren Oberflächenenergie erhöht werden. Dies folgt üblicherweise durch energiereiche Behandlung der Folienoberfläche und zwar bevorzugt dadurch, daß die Folie einer elektrischen Coronabehandlung ausgesetzt wird. Die direkt vom Extruder oder von einer Rolle kommende Folie durchläuft dabei eine Coronaentladung, welche über die gesamte Folienbreite reicht. Hierbei erhöht sich die Oberflächenenergie der Folie, wodurch Druckfarben auf dieser haften und nicht mehr abperlen.

Die Coronabehandlung der Folie erfolgt in der Regel dadurch, daß die Folie über eine Umlenkwalze geführt wird, an deren radialer Außenseite sich eine oder mehrere Elektroden befinden. Eine solche Anordnung ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Die Elektroden 10 bilden zusammen mit dem Metallkern 11 der Umlenkwalze 12 einen elektrischen Kondensator, dessen Dielektrikum zum einen durch die dielektrische Beschichtung 13 des Metallkerns 11 der Umlenkwalze 12 und zum anderen durch die zu behandelnde Folie 14 selbst gebildet wird. Die dielektrische Beschichtung 13 besteht beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem keramischen Werkstoff. Durch Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung U zwischen den Elektroden 10 und dem Metallkern 11 der Umlenkwalze 12 entsteht eine Coronaentladung zwischen den Elektroden 10 und der Oberfläche der zu behandelnden Folie 14. Zur Erzielung einer intensiveren Behandlung werden meist mehrere Elektroden 10 entlang des Umfangs der Umlenkwalze 12 verwendet, welche jeweils mehrere Entladungsspitzen aufweisen können.

Das beschriebene Verfahren funktioniert nur bei elektrisch nichtleitenden Folien, also beispielsweise unbeschichteten Kunststoffolien oder Papierbahnen zufriedenstellend.

Häufig müssen jedoch metallisierte Folien oder Papierbahnen einer Coronavorbehandlung unterzogen werden. Da in diesem Fall die Oberfläche der Folie 14 selbst elektrisch leitend ist, wird zwischen den Elektroden 10 und der Folienoberfläche keine homogen verteilte Coronaentladung bewirkt, sondern es finden einzelne, blitzartige Entladungen statt, welche die Folie teilweise zerstören und teilweise unbehandelt belassen. Um diesen Effekt zu vermeiden, werden seit einiger Zeit dielektrisch beschichtete Elektroden verwendet, beispielsweise also Metallelektroden mit einem keramischen Überzug. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der keramische Überzug aufgrund seines, verglichen mit dem metallischen Kern, wesentlich geringeren thermischen Expansionskoeffizienten, bei thermischer Beanspruchung der Elektrode bricht. Selbst wenn nur Haarrisse in dem keramischen Überzug entstehen, führt dies sofort zu einer Konzentration des elektrischen Feldes in diesem Bereich und damit zur Unbrauchbarkeit der Elektrode. Auch bei einer aufwendigen Luftkühlung der gesamten Elektrode, können die durch die Coronavorbehandlung entstehenden Temperaturen vor allem im Inneren der Elektrode nicht soweit reduziert werden, daß die Elektrode unbeschädigt bleibt.

Um diesem Nachteil zu begegnen, werden daher häufig Elektroden verwendet, welche aus einem Keramikrohr bestehen, das mit Metallpulver oder -granulat gefüllt ist. Hierdurch verbleibt im Inneren des Keramikrohres genügend Volumen, in welches sich das Metallpulver thermisch ausdehnen kann. Bei diesen Elektroden ist jedoch von Nachteil, daß der einzig starre Teil das Keramikrohr ist, was zu einer entsprechenden Bruchempfindlichkeit führt. Falls es zu einem Bruch des Keramikrohres kommt, werden die entstehenden Keramiksplitter und das austretende Metallpulver von der darunter fortbewegten Folie mittransportiert und verschmutzen und beschädigen so die gesamte Anlage und eventuell auch nachgeschaltete Vorrichtungen. Außerdem müssen auch diese Elektroden luftgekühlt werden und um eine ausreichende Kühlfläche für die auftreffende Kühlluft zu bilden, entsprechend groß ausgelegt sein. Durch die Kühlung mit der im Bereich von Industrieanlagen regelmäßig verschmutzten Luft, verschmutzen und verkrusten außerdem die Elek-

troden in kurzer Zeit.

Es besteht daher die Aufgabe, eine einen elektrisch leitenden Kern und eine dielektrische Umhüllung aufweisende Elektrode für die Coronabehandlung so weiterzubilden, daß sie kompakt, wartungsarm und bruchsicher ist und bei einer eventuellen Beschädigung keine Folgeschäden für den restlichen Teil der Anlage entstehen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Elektrodenbereichs einer Coronavorbehandlungsanlage im Querschnitt.

Die in Figur 1 im Querschnitt dargestellte erfindungsgemäße Elektrode 1 dient als Ersatz für die bislang verwendeten Elektroden 10 der in Figur 2 dargestellten Elektrodenanordnung, welche bereits in der Beschreibungseinleitung dargestellt wurde.

Die Querschnittsabmessungen der Elektrode 1 betragen etwa 5 bis 10 cm, während die Längsausdehnung der Elektrode 1 je nach zu behandelnder Folienbreite bis zu mehreren Metern betragen kann. Die Elektrode 1 besteht aus einem vorzugsweise stranggepreßten Metallkern 2 aus Aluminium mit einer im wesentlichen flachen Rückseite 5 und einer Vorderseite 6, welche zwei konvexe Bereiche 7 aufweist, die durch einen konkaven Bereich 8 voneinander getrennt sind. Die beiden konvexen Bereiche 7 erzeugen jeweils eine zur Umlenkwalze 12 hin gerichtete Coronaentladung. An der Rückseite 5 des Metallkörpers 2 befindet sich ein längsverlaufender, im Querschnitt T-förmiger Befestigungsschlitz 9, über welchen der Metallkörper 2 an geeigneten Befestigungselementen der Vorbehandlungsanlage befestigbar ist.

Der Metallkörper 2 ist zumindest im Bereich seiner Vorderseite 6 mit einer dielektrischen Beschichtung 3 versehen. Diese besteht vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminiumoxid (AI2O3) und weist eine Dicke von ca.

1 mm auf. Die Aufbringung dieser keramischen Beschichtung erfolgt beispielsweise im Plasmaspritzverfahren.

Der Metallkörper 2 weist innerhalb jedes der beiden konvexen Bereiche 7 Durchgangsbohrungen 4 auf, welche längs durch den gesamten Metallkörper 2 verlaufen. Der Bohrungsradius dieser Durchgangsbohrungen 4 ist geringfügig kleiner als der Krümmungsradius der konvexen Bereiche 7. Auf diese Weise schmiegt sich die Krümmung der Durchgangsbohrungen 4 der Krümmung der konvexen Bereiche 7 an. Der Abstand zwischen den Durchgangsbohrungen 4 und der Oberfläche des Metallkörpers 2 im Bereich der konvexen Bereiche 7 beträgt etwa 1 mm.

Während des Betriebs dieser Elektrode 1 wird durch die Durchgangsbohrungen 4 ein Kühlmittel geleitet. Dies kann entweder ein Gas, beispielsweise Luft sein oder eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Da sich die Durchgangsbohrungen 4 innerhalb der durch die Coronaentladung stark erhitzten konvexen Bereiche 7 befinden, erfolgt die Kühlung genau dort, wo normalerweise die höchsten Temperaturen auftreten. Das Kühlmittel fließt durch die beiden Bohrungen 4 in entgegensetzter Richtung, also im Gegenstromprinzip. Hierdurch wird erreicht, daß sich entlang der Längsausdehnung der Elektrode 1 kein Temperaturgradient aufbaut, sondern eine gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt. Durch den geringen Abstand der Durchgangsbohrungen zur Oberfläche des Metallkörpers 2 und der Elektrode 1 wird die bei der Coronaentladung entstehende Wärme so schnell wie möglich an das Kühlmittel übertragen und abgeführt. Hierdurch erwärmt sich die Elektrode 1 nur sehr gering und ein Brechen der keramischen Beschichtung 3 infolge ihres vom Metallkern

2 abweichenden Ausdehnungskoeffizienten wird vermieden.

Außerdem kann mit der beschriebenen Elektrode 1 auf eine Luftkühlung von außen verzichtet werden, weshalb die Elektrode 1 weitaus weniger verschmutzt und ver-

krustet als die herkömmlichen von außen luftgekühlten Elektroden. Ferner kann die beschriebene Elektrode 1 erheblich kompakter aufgebaut sein, da die Innenkühlung wesentlich effizienter ist als die Außenkühlung und auf die große Kühlfläche verzichtet werden kann. Schließlich sind auch die Folgen einer Beschädigung oder eines eventuellen Bruchs dieser Elektrode 1 wesentlich geringer als die der mit Metallpulver gefüllten Elektroden. Bei einem eventuellen Bruch der Keramikumhüllung 3 kann kein Material austreten und die Anlage beschädigen.

In alternativen Ausführungsformen kann die Elektrode auch nur eine oder mehrere konvexe Bereiche 7 umfassen, welche jeweils eine Durchgangsbohrung 7 beinhalten können. Bei mehr als zwei konvexen Bereichen 7 müssen jedoch für jeden Durchmesser der Umlenkwalze 12 besondere Elektroden 1 verwendet werden, da der Abstand zwischen jedem konvexen Bereich 7 und der Oberfläche der Umlenkwalze 12 konstant sein soll.

Claims

Schutzansprüche

1. Elektrode für die Coronabehandlung von Folien (14), welche zwischen der Vorderseite (6) der Elektrode (1) und einer hierzu parallelen, als Gegenelektrode ausgebildeten Walze (12) verlaufen, wobei die Elektrode (1) einen Metallkern (2) mit einer dielektrischen Umhüllung (3) aufweist, dadurch gekennzeich net, daß der Metallkern (2) als einstückiger Körper ausgebildet ist und mindestens eine Durchgangsbohrung (4) zur Durchleitung eines Kühlmittels aufweist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Durchgangsbohrung (4) in Längsrichtung der Elektrode (1) senkrecht zur Laufrichtung der Folie (14) verläuft.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im

Querschnitt an ihrer Rückseite (5) im wesentlichen flach und an ihrer Vorderseite (6) konvex ausgebildet ist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Vorderseite (6) im Querschnitt zwei konvexe Bereiche (7) und einen dazwischenliegenden konkaven Bereich (8) umfaßt.

5. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Vorderseite (6) im Querschnitt eine Vielzahl konvexer Bereiche (7) umfaßt, zwischen welchen jeweils konkave Bereiche (8) liegen.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Durchgangsbohrung (4) innerhalb des oder jeden konvexen Bereichs (7) verläuft.

7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungsradius der oder jeder Durchgangsbohrung (4) geringfügig kleiner ist als der Krümmungsradius des oder jedes konvexen Bereichs (7).

8. Elektrode nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand der oder jeder Durchgangsbohrung (4) zur Oberfläche des Metallkörpers (2) etwa 0,5 bis 5 mm beträgt.

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrer im wesentlichen flachen Rückseite (5) einen längs verlauf enden, im Querschnitt T-förmigen Befestigungsschlitz (9) aufweist.

10. Elektrode nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die dielektrische Umhüllung (3) aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise Aluminiumoxid, besteht.

11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff im Plasmaspritzverfahren aufgebracht ist und eine Dicke von etwa 0,5 bis 5 mm aufweist.