EP1170066A1 - Process and apparatus for cleaning rollers and bands - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and an apparatus for removing organic contaminants from the surface of rollers or belts.
- rollers including rolls or endless belts used for transport or the treatment of web materials such as paper, textiles or foils are, there is often the problem that the surface of the roller or of the tape is contaminated by organic compounds that diffuse out of the treated sheet materials.
- Transport rollers, pressure rollers and the like are contaminated by wax, that comes out of the paper.
- photoconductors, fixing rollers or intermediate image carriers in copiers that are indirect or direct come into contact with the copy paper.
- Also in the manufacture or processing of plastic films especially in film extrusion Wide slot nozzles can easily transport rollers or chill rolls be contaminated by organic compounds that are freshly extruded from the Leak plastic materials. Because such contaminants are on accumulate on the roller surface, it is for permanent trouble-free Operation of the facilities required these contaminants constantly or in certain Remove intervals.
- the object of the invention is a simple, efficient and versatile To create a process that removes organic contaminants from the Have the surface removed from rollers or belts.
- This object is achieved in that a beam of atmospheric plasma directed to the surface.
- a plasma nozzle is known with which a jet of a relatively cool atmospheric plasma can be generated.
- This Plasma nozzle is mainly used to plastic surfaces before gluing, printing or pretreat painting so that the wettability of the surface for liquids is increased.
- This pretreatment effect is based on that the atmospheric plasma has a high concentration of chemically highly reactive Contains ions, radicals and excited atoms and molecules that the Reduce the surface tension of the treated substrate.
- the invention is based on the discovery that such an atmospheric plasma due to its responsiveness is also suitable for organic contaminants to destroy chemically and thus into volatile compounds convert, which then evaporate from the treated surface.
- the atmospheric Plasma has a relatively low temperature, for example comparable to the temperature of a candle flame, and it for the destruction of the organic compounds is sufficient if the plasma jet treated
- the process can only be brushed over for a short time, the method can be used with a large number of substrates to be cleaned without affecting the surface of the substrate itself is damaged.
- the above-mentioned effect that the surface tension of the substrate by plasma treatment is certain Applications a very welcome side effect.
- a device for performing the method according to the invention has at least one plasma nozzle, one on the surface of the roller or of the strip directed beam of an atmospheric plasma and which, in the case of a roller, is movable in the axial direction over the surface of the roller and in the case of a belt is movable transversely to the direction of transport of the belt, so that the surface to be cleaned or at least the part of the surface to be cleaned Surface of the roller or belt across the entire width of the plasma jet is swept over.
- the plasma nozzle can also be used slow speed or intermittently in the axial direction of the roller be so that with each roller revolution an annular or helical Track on the roller surface is cleaned.
- the plasma nozzle can run at a relatively high speed be moved back and forth so that the surface of the roller or the width of the strip is swept by the plasma jet.
- the plasma nozzle can also be designed so that it is conical or fan-shaped widened plasma jet which generates a larger area of the cleaning surface. Examples of suitable plasma nozzles will be described in DE 299 21 694 U1 and DE 299 19 142 U1.
- the only drawing figure shows a cross section of a roller to be cleaned and an axial section through a plasma nozzle for cleaning the surface this roller.
- a roller 10 which together with another Roller 12 forms a gap through which, for example, a paper web is transported becomes. Wax and other low molecular weight compounds that come out of paper emerge, can therefore accumulate on the surface of the roller 10 and must be removed from time to time or continuously.
- a plasma nozzle 14 is arranged on the circumference of the roller 10, with which a jet 16 of an atmospheric plasma directed onto the surface of the roller 10 becomes.
- the plasma nozzle 14 has a tubular, tapered toward the mouth 18 and electrically grounded outer electrode 20, to which at the rear end a tubular housing 22 made of electrically insulating material, for example made of ceramic.
- a cover 24 of the housing 22 forms an inlet 26, with the help of a hose, a working gas, such as air, in the plasma nozzle can be introduced.
- Swirl device 28 is arranged, which is the shape of a cross section of the housing filling disc with a wreath obliquely in the circumferential direction Has channels 30 and in the middle of a coaxially projecting into the outer electrode 20 Pin electrode 32 carries.
- the plasma gas 14 is flowed through by the working gas the swirl device 28 is swirled and thus vortex-shaped by the proportionally long outer electrode 20 flows to the mouth 18 and thereby on the
- the central axis of the outer electrode 20 forms a vortex core.
- To the pin electrode 32 becomes a voltage using a high frequency high voltage generator 34 of the order of 5 to 30 kV, the frequency of which, for example Is 10 to 20 kHz.
- the wall of the housing 22 made of ceramic material forms a dielectric, so that it is through to the pin electrode 32 and made of conductive material existing swirl device 28 initially applied to a Corona discharge, which then causes an arc discharge between the Pin electrode 32 and the outer electrode 20 is ignited.
- the arc 36 this arc discharge is carried away by the swirled flow of the working gas and thus prevented from directly hitting the wall of the outer electrode 20 to flip over. Instead, the arc in the vortex core becomes the swirl-shaped one Flow channeled so that it is only in the mouth 18 to the outer electrode branched.
- the height of the plasma nozzle 14 can be adjusted by means of an arm 38 on a carriage 40 held so that the distance of the plasma nozzle 14 to the surface of the Roller 10 can be adjusted as required.
- the carriage 40 is on two guide rods 42 out and back and forth with the help of a drive, not shown movable in the axial direction of the roller 10.
- the plasma nozzle 14 moves at a relatively high speed and moved in the axial direction of the roller so that the plasma jet 16th the roller surface sweeps in the axial direction.
- the reciprocating movement of the plasma nozzle 14 rotates the roller 10 by an angle that is smaller than that swept by the plasma beam 16 Circumferential angle, so that the surface of the roller 10 is cleaned without gaps.
- the plasma nozzle 14 becomes steady or gradually moved, and the average speed is chosen so that the the distance traveled during one roll revolution is smaller than the width of the plasma jet 16.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von organischen Verunreinigungen von der Oberfläche von Walzen oder Bändern.The invention relates to a method and an apparatus for removing organic contaminants from the surface of rollers or belts.
Bei Walzen (einschließlich Rollen) oder Endlosbändern, die für den Transport oder die Behandlung von Bahnmaterialien wie Papier, Textilien oder Folien eingesetzt werden, besteht häufig das Problem, daß die Oberfläche der Walze beziehungsweise des Bandes durch organische Verbindungen verunreinigt wird, die aus den behandelten Bahnmaterialien ausdiffundieren. Beispielsweise ist es bei der Behandlung von Papier in Druckmaschinen und dergleichen bekannt, daß Transportwalzen Druckwalzen und dergleichen durch Wachs verunreinigt werden, das aus dem Papier austritt. Entsprechendes gilt auch für Fotoleiter, Fixierwalzen oder Zwischenbildträger in Kopiergeräten, die mittelbar oder unmittelbar mit dem Kopierpapier in Berührung kommen. Auch bei der Herstellung oder Verarbeitung von Kunststoffolien, insbesondere bei der Folienextrusion aus Breitschlitzdüsen können Transportwalzen oder Kühlwalzen (Chill-Rolls) leicht durch organische Verbindungen verunreinigt werden, die aus den frisch extrudierten Kunststoffmaterialien austreten. Da sich solche Verunreinigungen auf der Walzenoberfläche ansammeln, ist es für einen dauerhaften störungsfreien Betrieb der Anlagen erforderlich, diese Verunreinigungen ständig oder in bestimmten Intervallen zu entfernen.For rollers (including rolls) or endless belts used for transport or the treatment of web materials such as paper, textiles or foils are, there is often the problem that the surface of the roller or of the tape is contaminated by organic compounds that diffuse out of the treated sheet materials. For example, it is at the treatment of paper in printing presses and the like known that Transport rollers, pressure rollers and the like are contaminated by wax, that comes out of the paper. The same applies to photoconductors, fixing rollers or intermediate image carriers in copiers that are indirect or direct come into contact with the copy paper. Also in the manufacture or processing of plastic films, especially in film extrusion Wide slot nozzles can easily transport rollers or chill rolls be contaminated by organic compounds that are freshly extruded from the Leak plastic materials. Because such contaminants are on accumulate on the roller surface, it is for permanent trouble-free Operation of the facilities required these contaminants constantly or in certain Remove intervals.
Bisher werden zu diesem Zweck mechanische Reinigungsverfahren, chemische Verfahren, etwa das Waschen mit Lösungsmitteln, sowie Kontakttransferverfahren oder Kombinationen dieser Verfahren eingesetzt.So far, mechanical cleaning processes, chemical Processes, such as washing with solvents, and contact transfer processes or combinations of these methods.
Beim Kontakttransferverfahren läßt man auf der zu reinigenden Oberfläche eine Reinigungswalze abrollen, und das Oberflächenmaterial der Reinigungswalze und die Temperaturbedingungen werden in Abhängigkeit von den zu entfernenden Verunreinigungen und in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit des zu reinigenden Substrats so gewählt, daß die Verunreinigungen durch Adhäsion auf die Oberfläche der Reinigungswalze übergehen. Diese Verfahren sind jedoch jeweils nur für ein eng begrenztes Spektrum von Verunreinigungen und Substraten geeignet und haben außerdem den Nachteil, daß es relativ schwierig ist, die Verunreinigungen wieder von der Oberfläche der Reingungswalze zu entfernen. Bei einer anderen Form des Kontakttransferverfahrens wird anstelle einer Reinigungswalze ein Reinigungsband verwendet. Hier treten jedoch dieselben Nachteile auf. Zwar läßt sich in diesem Fall das Problem, die Verunreinigungen wieder vom Reinigungsband zu entfernen, durch die Verwendung von Einweg-Reinigungsbändern oder Wischtüchern umgehen, doch entstehen in diesem Fall hohe Kosten für die Beschaffung und Entsorgung des Verbrauchsmaterials.In the contact transfer process, one is left on the surface to be cleaned Unroll cleaning roller, and the surface material of the cleaning roller and the temperature conditions become dependent on those to be removed Contamination and depending on the surface condition of the substrate to be cleaned so that the contamination by adhesion pass onto the surface of the cleaning roller. These procedures are however, only for a narrowly limited range of impurities and Suitable substrates and also have the disadvantage that it is relatively difficult is to remove the contaminants from the surface of the cleaning roller. Another form of contact transfer process uses instead of one Cleaning roller uses a cleaning belt. Here, however, the same occur Disadvantages. In this case, the problem can be solved, the contamination to remove from the cleaning tape by using Bypass disposable cleaning tapes or wipes, but they are created in this Fall high costs for the procurement and disposal of the consumables.
Mechanische Reinigungsverfahren sind oft relativ aufwendig und wenig effizient und können leicht zu einer Beschädigung oder Abnutzung der zu reinigenden Oberfläche führen.Mechanical cleaning processes are often relatively complex and not very efficient and can easily damage or wear the cleanable Surface.
Auch chemische Verfahren sind in der Regel verhältnismäßig aufwendig und außerdem wegen der entstehenden Lösungsmitteldämpfe unter Umweltgesichtspunkten bedenklich.Chemical processes are also generally relatively complex and also because of the resulting solvent vapors from an environmental point of view concern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, effizientes und vielseitig anwendbares Verfahren zu schaffen, mit dem sich organische Verunreinigungen von der Oberfläche von Walzen oder Bändern entfernen lassen.The object of the invention is a simple, efficient and versatile To create a process that removes organic contaminants from the Have the surface removed from rollers or belts.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man einen Strahl eines atmosphärischen Plasmas auf die Oberfläche richtet.This object is achieved in that a beam of atmospheric plasma directed to the surface.
Aus DE 195 32 412 C2 ist eine Plasmadüse bekannt, mit der ein Strahl eines verhältnismäßig kühlen atmosphärischen Plasmas erzeugt werden kann. Diese Plasmadüse dient vor allem dazu, Kunststoffoberflächen vor dem Beleimen, Bedrucken oder Lackieren so vorzubehandeln, daß die Benetzbarkeit der Oberfläche für Flüssigkeiten erhöht wird. Dieser Vorbehandlungseffekt beruht darauf, daß das atmosphärische Plasma eine hohe Konzentration an chemisch hoch reaktiven Ionen, Radikalen und angeregten Atomen und Molekülen enthält, die die Oberflächenspannung des behandelten Substrats herabsetzen. Der Erfindung liegt nun die Entdeckung zugrunde, daß ein solches atmosphärisches Plasma aufgrund seiner Reaktionsfreudigkeit auch dazu geeignet ist, organische Verunreinigungen chemisch zu zerstören und somit in leichtflüchtige Verbindungen umzuwandeln, die dann von der behandelten Oberfläche abdampfen. Da das atmosphärische Plasma eine verhältnismäßig niedrige Temperatur aufweist, etwa vergleichbar der Temperatur einer Kerzenflamme, und es für die Zerstörung der organischen Verbindungen ausreicht, wenn der Plasmastrahl die behandelte Oberfläche nur kurzzeitig überstreicht, läßt sich das Verfahren bei einer Vielzahl von zu reinigenden Substraten einsetzen, ohne daß die Oberfläche des Substrats selbst beschädigt wird. Der oben erwähnte Effekt, daß die Oberflächenspannung des Substrats durch die Plasmabehandlung herabgesetzt wird, ist bei bestimmten Anwendungen ein durchaus erwünschter Nebeneffekt.From DE 195 32 412 C2 a plasma nozzle is known with which a jet of a relatively cool atmospheric plasma can be generated. This Plasma nozzle is mainly used to plastic surfaces before gluing, printing or pretreat painting so that the wettability of the surface for liquids is increased. This pretreatment effect is based on that the atmospheric plasma has a high concentration of chemically highly reactive Contains ions, radicals and excited atoms and molecules that the Reduce the surface tension of the treated substrate. The invention is based on the discovery that such an atmospheric plasma due to its responsiveness is also suitable for organic contaminants to destroy chemically and thus into volatile compounds convert, which then evaporate from the treated surface. Because the atmospheric Plasma has a relatively low temperature, for example comparable to the temperature of a candle flame, and it for the destruction of the organic compounds is sufficient if the plasma jet treated The process can only be brushed over for a short time, the method can be used with a large number of substrates to be cleaned without affecting the surface of the substrate itself is damaged. The above-mentioned effect that the surface tension of the substrate by plasma treatment is certain Applications a very welcome side effect.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist mindestens eine Plasmadüse auf, die einen auf die Oberfläche der Walze oder des Bandes gerichteten Strahl eines atmosphärischen Plasmas erzeugt und die, im Fall einer Walze, in Axialrichtung über die Oberfläche der Walze bewegbar ist und im Fall eines Bandes quer zur Transportrichtung des Bandes bewegbar ist, so daß die zu reinigende Oberfläche oder zumindest der zu reinigende Teil der Oberfläche der Walze oder des Bandes auf der gesamten Breite von dem Plasmastrahl überstrichen wird.A device for performing the method according to the invention has at least one plasma nozzle, one on the surface of the roller or of the strip directed beam of an atmospheric plasma and which, in the case of a roller, is movable in the axial direction over the surface of the roller and in the case of a belt is movable transversely to the direction of transport of the belt, so that the surface to be cleaned or at least the part of the surface to be cleaned Surface of the roller or belt across the entire width of the plasma jet is swept over.
Bei einer verhältnismäßig schnell rotierenden Walze kann die Plasmadüse mit niedriger Geschwindigkeit oder intervallweise in Axialrichtung der Walze bewegt werden, so daß bei jedem Walzenumlauf eine ringförmige oder schraubenförmige Spur auf der Walzenoberfläche gereinigt wird.With a relatively fast rotating roller, the plasma nozzle can also be used slow speed or intermittently in the axial direction of the roller be so that with each roller revolution an annular or helical Track on the roller surface is cleaned.
Bei einer relativ langsam umlaufenden oder nur intervallweise angetriebenen Walze und bei einem Band kann die Plasmadüse mit relativ hoher Geschwindigkeit hin und hergehend bewegt werden, so daß die Oberfläche der Walze oder des Bandes in Breitenrichtung von dem Plasmastrahl überstrichen wird.With a relatively slow rotating or only driven at intervals Roll and at a belt, the plasma nozzle can run at a relatively high speed be moved back and forth so that the surface of the roller or the width of the strip is swept by the plasma jet.
In beiden Fällen ist es möglich, durch Verwendung mehrerer gemeinsam bewegter Plasmadüsen den Weg, den die einzelnen Düsen zurücklegen müssen, auf einen Bruchteil der gesamten Arbeitsbreite zu verringern.In both cases it is possible to use several moving together Plasma nozzles the path that the individual nozzles have to cover in one Reduce fraction of the total working width.
Die Plasmadüse kann auch so gestaltet sein, daß sie einen konisch oder fächerförmig aufgeweiteten Plasmastrahl erzeugt, der einen größeren Bereich der zu reinigenden Oberfläche überstreicht. Beispiele für geeignete Plasmadüsen werden in DE 299 21 694 U1 und DE 299 19 142 U1 beschrieben.The plasma nozzle can also be designed so that it is conical or fan-shaped widened plasma jet which generates a larger area of the cleaning surface. Examples of suitable plasma nozzles will be described in DE 299 21 694 U1 and DE 299 19 142 U1.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The following is an embodiment of the invention with reference to the drawing explained in more detail.
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Querschnitt einer zu reinigenden Walze und einen axialen Schnitt durch eine Plasmadüse zur Reinigung der Oberfläche dieser Walze.The only drawing figure shows a cross section of a roller to be cleaned and an axial section through a plasma nozzle for cleaning the surface this roller.
In der Zeichnung ist eine Walze 10 dargestellt, die zusammen mit einer weiteren
Walze 12 einen Spalt bildet, durch den beispielsweise eine Papierbahn transportiert
wird. Wachs und andere niedermolekulare Verbindungen, die aus dem Papier
austreten, können sich daher auf der Oberfläche der Walze 10 ansammeln
und müssen von Zeit zu Zeit oder fortlaufend entfernt werden. Zu diesem Zweck
ist am Umfang der Walze 10 eine Plasmadüse 14 angeordnet, mit der ein Strahl
16 eines atmosphärischen Plasmas auf die Oberfläche der Walze 10 gerichtet
wird.In the drawing, a
Die Plasmadüse 14 weist eine rohrförmige, zur Mündung 18 hin verjüngte und
elektrisch geerdete Außenelektrode 20 auf, an die sich am rückwärtigen Ende
ein rohrförmiges Gehäuse 22 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise
aus Keramik anschließt. Ein Deckel 24 des Gehäuses 22 bildet einen Einlaß
26, über den mit Hilfe eines Schlauches ein Arbeitsgas, beispielsweise Luft, in
die Plasmadüse eingeleitet werden kann. Im Inneren des Gehäuses 22 ist eine
Dralleinrichtung 28 angeordnet, die die Form einer den Querschnitt des Gehäuses
ausfüllenden Scheibe mit einem Kranz schräg in Umfangsrichtung angestellten
Kanälen 30 hat und in der Mitte eine koaxial in die Außenelektrode 20 ragende
Stiftelektrode 32 trägt.The
Im Betrieb wird die Plasmadüse 14 von dem Arbeitsgas durchströmt, das durch
die Dralleinrichtung 28 verdrallt wird und somit wirbelförmig durch die verhältnismäßig
lange Außenelektrode 20 zur Mündung 18 strömt und dabei auf der
Mittelachse der Außenelektrode 20 einen Wirbelkern bildet. An die Stiftelektrode
32 wird mit Hilfe eines Hochfrequenz-Hochspannungsgenerators 34 eine Spannung
in der Größenordnung von 5 bis 30 kV angelegt, deren Frequenz beispielsweise
10 bis 20 kHz beträgt. In operation, the
Die aus Keramikmaterial bestehende Wand des Gehäuses 22 bildet ein Dielektrikum,
so daß es durch die an die Stiftelektrode 32 und die aus leitendem Material
bestehende Dralleinrichtung 28 angelegte Spannung zunächst zu einer
Koronaentladung kommt, durch die dann eine Bogenentladung zwischen der
Stiftelektrode 32 und der Außenelektrode 20 gezündet wird. Der Lichtbogen 36
dieser Bogenentladung wird durch die verdrallte Strömung des Arbeitsgases mitgerissen
und so daran gehindert, unmittelbar auf die Wand der Außenelektrode
20 überzuschlagen. Statt dessen wird der Lichtbogen im Wirbelkern der drallförmigen
Strömung kanalisiert, so daß er sich erst in der Mündung 18 zur Außenelektrode
verzweigt. Da der Abstand zwischen der Spitze der Stiftelektrode 32 und
der Mündung 18 der Plasmadüse deutlich größer ist als der Durchmesser der
Mündung 18, wird eine verhältnismäßig lange Entladungsstrecke gebildet, in
der das mit hoher Geschwindigkeit im Wirbelkern rotierende Arbeitsgas in innige
Berührung mit dem Lichtbogen kommt. Auf diese Weise wird außerhalb des
thermischen Plasmas des Lichtbogens ein Sekundärplasma erzeugt, das stark
mit Ionen, angeregten Atomen und Molekülen und hochreaktiven Radikalen angereichert
ist. Dieses Sekundärplasma wird durch die Mündung 18 ausgeblasen
und bildet den Plasmastrahl 16, der sich aufgrund der Verdrallung gut an die
Oberfläche der Walze 10 anschmiegt. Die auf der Walzenoberfläche haftenden
Verunreinigungen werden durch die chemisch aktiven Komponenten des Plasmas
chemisch zersetzt und in leichtflüchtige Substanzen umgewandelt, die trotz
der relativ niedrigen Temperatur des Plasmastrahls 16 von der Oberfläche der
Walze 10 abdampfen. Auf diese Weise können organische Verunreinigungen
wirksam von der Oberfläche der Walze 10 entfernt werden.The wall of the
Die Plasmadüse 14 ist mit einem Arm 38 höhenverstellbar an einem Schlitten
40 gehalten, so daß sich der Abstand der Plasmadüse 14 zur Oberfläche der
Walze 10 nach Bedarf einstellen läßt. Der Schlitten 40 ist auf zwei Führungsstangen
42 geführt und mit Hilfe eines nicht gezeigten Antriebs hin und hergehend
in Axialrichtung der Walze 10 bewegbar.The height of the
Wenn die Walze 10 mit mäßiger Geschwindigkeit rotiert oder nur intervallweise
gedreht wird, so wird die Plasmadüse 14 mit relativ hoher Geschwindigkeit hin
und hergehend in Axialrichtung der Walze bewegt, so daß der Plasmastrahl 16
die Walzenoberfläche in Axialrichtung überstreicht. Während eines vollen Zyklus
der hin und hergehenden Bewegung der Plasmadüse 14 dreht sich die Walze 10
um einen Winkel, der kleiner ist als der von dem Plasmastrahl 16 überstrichene
Umfangswinkel, so daß die Oberfläche der Walze 10 lückenlos gereinigt wird.When the
Wenn sich die Walze 10 schneller dreht, wird die Plasmadüse 14 stetig oder
schrittweise bewegt, und die mittlere Geschwindigkeit wird so gewählt, daß der
während einer Walzenumdrehung zurückgelegte Weg kleiner ist als die Breite
des Plasmastrahls 16.As the
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