EP1513625A2 - Method and device for treating the outer surface of a metal wire, particularly for carrying out a coating pretreatment - Google Patents

Method and device for treating the outer surface of a metal wire, particularly for carrying out a coating pretreatment

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EP1513625A2
EP1513625A2 EP03729921A EP03729921A EP1513625A2 EP 1513625 A2 EP1513625 A2 EP 1513625A2 EP 03729921 A EP03729921 A EP 03729921A EP 03729921 A EP03729921 A EP 03729921A EP 1513625 A2 EP1513625 A2 EP 1513625A2
Authority
EP
European Patent Office
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metal wire
electrode
gas space
dielectric
shield
Prior art date
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EP03729921A
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German (de)
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EP1513625B1 (en
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Wolfgang Viöl
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Fachhochschule Hildesheim Holzminden Gottingen
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Fachhochschule Hildesheim Holzminden Gottingen
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C43/00—Devices for cleaning metal products combined with or specially adapted for use with machines or apparatus provided for in this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes

Definitions

  • the invention relates to methods for treating the outer surface of a metal wire with and without sheathing and to an apparatus for performing such methods.
  • Metal wires of a defined diameter are produced by drawing. This process uses lubricants that are found on the surface of the finished metal wires. If a drawn metal wire is to be coated with other metals or plastics, for example, it must first be freed of the lubricant residues. In today's practice, this is done in alkaline baths. The renewal and disposal of these alkaline baths is cost-intensive. In addition, they represent a considerable expenditure on equipment.
  • EP 0 761 415 B1 discloses a method for increasing the wettability of workpieces with liquids by means of surface pretreatment by means of electrical discharge.
  • a concentrated beam of a reactive medium is generated by plasma discharge with the supply of a working gas, and the surface of the workpiece to be treated is covered with this beam.
  • the plasma discharge takes place in a plasma nozzle between a pin electrode projecting coaxially into the plasma nozzle from behind and a ring electrode delimiting a nozzle opening, an alternating high voltage in the range from 5 to 30 kV and with a frequency of the order of 20 kHz between the pin electrode and the ring electrode is applied and the focused beam of the reactive medium exits through the nozzle opening.
  • the workpieces treated with the known method can be metallic workpieces.
  • the known method and the device used for its implementation are not very suitable due to their geometry.
  • these lubricant residues must first be removed. This cannot be easily achieved by simply sweeping over the surface of the metal wire with the bundled jet of reactive medium generated in the known method.
  • EP 0 994 637 A2 discloses a method for the plasma treatment of rod-shaped or thread-like materials, in which the respective material runs coaxially through a plasma nozzle.
  • the plasma nozzle has a nozzle tube forming an outer electrode and an inner electrode arranged coaxially in the nozzle tube.
  • the rod-shaped or thread-like material is introduced into the interior of the plasma nozzle through a channel formed coaxially in the inner electrode.
  • the channel in the inner electrode is lined with a guide tube for the rod-shaped or thread-like material made of electrically insulating material.
  • This known method is also said to be suitable for the plasma treatment of wires.
  • wires made of conductive material i.e.
  • the plasma nozzle would be short-circuited by the coaxial rod-shaped or thread-like material between the inner electrode and the outer electrode, so that plasma discharge would no longer occur.
  • the voltage applied between the outer electrode and the inner electrode to produce the plasma discharge is a high-frequency alternating high voltage, in which a local insulation of the rod-shaped or thread-like material in the area of the inner electrode by the guide tube is not sufficient to pass through prevent an impending short circuit between the inner electrode and the outer electrode.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for treating the surface of a covered or uncovered metal wire, which are able to prepare the outer surface of the metal wire or its sheath in one step for a coating and still with comparatively little effort can be implemented.
  • This object is achieved both in a method for treating the surface of a metal wire without sheathing and in a method for treating the surface of a metal wire with sheathing in that an alternating high voltage is applied to an electrode which is provided with a dielectric shield to the metal wire is applied in order to cause a dielectric barrier discharge in a gas space above the surface of the metal wire or its sheathing.
  • the advantage of the method according to the invention is that a dielectrically impeded discharge, i.e. a gas discharge can be maintained at atmospheric pressure with little technical effort.
  • the dielectric barrier discharge ensures a chemically sufficiently active environment of the metal wire in the gas space that its surface is effectively cleaned of any lubricant residues in a very short time.
  • there is a surface activation which has the consequence that when the wire is subsequently coated, the applied layer adheres better to the surface of the metal wire or its sheathing.
  • the metal wire or its sheath is heated by the discharge across its surface.
  • a wire for a plastic coating usually not only has to be cleaned of lubricant residues and surface activated, but also has to be heated to a defined temperature in the order of 250 ° C. All of this is achieved in one step with the new process.
  • a dielectric discharge is also advantageous compared to an unhindered discharge, as is used in the methods and devices according to the prior art described above, in that the maximum flowing currents are limited and relatively simple AC voltage generators can be used accordingly.
  • the dielectric discharge can take place at normal pressure.
  • a certain overpressure or underpressure can also be set in the gas space without further ado.
  • An excess pressure of approximately up to 2000 hPa is preferred.
  • a kind of sealing air system can be implemented to prevent volatile foreign substances from entering the gas space.
  • an overpressure in the gas space can ensure that reaction products of the lubricant residues are blown out of the gas space.
  • blowing out of reaction products of the lubricant residues can also be ensured in that air flows through the gas space.
  • ambient air should flow through in the opposite direction in order to keep the resulting reaction products as far as possible from the finished metal wire.
  • the AC high voltage to cause the dielectric barrier discharge should be greater than 1 kV and will typically be a few kV. Their frequency is typically in the range from 20 kHz to 3 MHz.
  • the heating due to the discharge in the gas space is often advantageous, as explained above.
  • the side of the electrode and its dielectric shielding it is sensible to dissipate heat energy in order to avoid overheating. This is preferably done by cooling the dielectric shield of the electrode.
  • the gas space has the shape of an elongated cylinder, the metal wire being arranged on the cylinder axis.
  • the electrode and its dielectric shield enclose this gas space in the shape of a cylinder jacket.
  • the metal wire is continuously conveyed through the gas space.
  • the dielectric discharge can be intensified, but it is also possible to extend the gas space or to arrange several gas spaces in succession around the metal wire. These parameters also have an influence on the temperature to which the metal wire is heated by the dielectric barrier discharge. By adjusting the parameters, it is possible to heat the metal wire in the gas space to a defined temperature above 200 ° C.
  • the metal wire also serves as a counter electrode to the electrode the dielectric shield, so that the discharge occurs between the shield and the surface of the metal wire or its sheathing.
  • the metal wire can be grounded for this purpose.
  • the AC voltage is generated between two electrodes spaced in the longitudinal direction of the metal wire, each with its own dielectric shielding.
  • the metal wire connects the areas of the two electrodes to each other, and due to its conductivity, it serves as a counter electrode to both dielectric shielded electrodes. It can be understood as an intermediate electrode in the middle between the two dielectrically shielded electrodes, on the two sides of which gas spaces are formed in which dielectrically impeded discharges take place.
  • the object according to the invention is achieved in that an electrode, a dielectric shield for the electrode adjoining a gas space, the gas space being arranged over the outer surface of the metal wire to be treated, and an alternating voltage generator which applies an alternating high voltage to the electrode.
  • the gas space preferably surrounds the metal wire on all sides.
  • a compressed air source In order to discharge reaction products from the gas space, a compressed air source can be provided which causes an air flow through the gas space. This air flow preferably has the opposite direction of movement of the metal wire through the treatment room.
  • the AC voltage generator is designed for an AC voltage greater than 1 kV and a frequency of 20 kHz to 3 MHz.
  • a cooling device is preferably provided for the dielectric shielding of the electrode.
  • the shield can be in two parts, with a free space between the two parts of the shield being connected to a circulating device for a cooling liquid.
  • This circulating device conveys a cooling liquid through the space between the two parts of the shield.
  • the coolant can be water. To reduce the electrical conductivity of the water, it should be distilled water.
  • the dielectric shielding of the electrode can comprise at least one tube.
  • a two-part shield can be formed from two tubes arranged one inside the other at a distance, the distance between the two spaces defining the free space for the cooling liquid.
  • the electrode can also be arranged directly on the inner tube and thus in the cooling liquid, so that only the inner tube forms the dielectric shielding of the electrode.
  • the outer tube then not only defines the space for the coolant, but also forms an outer insulation for the electrode.
  • a guide device is preferably provided for the metal wire, which guides it on the tube axis. If the metal wire is already aligned in a different way, for example by adjacent devices, no additional guide device is necessary.
  • the gas space is visible through the electrode and its dielectric shielding.
  • the transparency of the shielding can be achieved by building it up from glass, for example quartz glass. Water as the coolant is also sufficiently transparent.
  • the transparency of the electrode can be realized in that the electrode is wound onto its shield in the form of a wire or a tape with turns spaced apart from one another.
  • the dielectric shield can of course also be formed from a material other than glass.
  • ceramic materials such as aluminum oxide, come into question, which are characterized not only by their dielectric properties but also by high heat resistance.
  • two electrodes with dielectric shields are provided, which are spaced apart in the longitudinal direction of the metal wire, the AC voltage generator generating the AC high voltage between the two electrodes.
  • the metal wire forms the counter electrode to both electrodes and it does not necessarily have to be grounded. In particular, problems with unreliable grounding of the metal wire partially insulated on its surface by the lubricant residues can occur be avoided.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the new device in a perspective view
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the device in a side view
  • Fig. 4 is an enlarged cross section through the device of FIG. 3 and
  • Fig. 5 shows a third embodiment of the new device in a side view.
  • FIG. 6 shows the embodiment of the device according to FIG. 5 in a side view during the treatment of a metal wire provided with a non-conductive sheathing.
  • the device 10 shown in FIG. 1 is used to treat the surface of a metal wire 3.
  • the metal wire 3 is passed through a glass tube 11, specifically in the area of its tube axis.
  • a gas space 5, which contains air, remains between the surface of the metal wire 3 and the inner surface of the glass tube 11. Reaction or noble gases can be added to the air, but this is not mandatory.
  • An electrode 4 made of solid copper is arranged on the glass tube 11, there being no gaps between the electrode 4 and the glass tube 11. Any gaps originally present are filled with a dielectric paste.
  • the electrode 4 is provided with an opening 12 so that the gas space 5 can also be seen through the glass tube 11 in the region of the electrode 12.
  • the electrode 4 is connected via a high-voltage supply 1 to an AC voltage generator 6 which is grounded in order to generate an AC high voltage with respect to the earth.
  • This alternating high voltage in the range of a few kV and with a frequency of typically a few 100 kHz is applied to the electrode 4 via the high-voltage feed line 1. Since the wire 3 is also grounded here, an alternating electric field acts between it and the electrode 4. This alternating field causes a discharge in the gas space 5.
  • This discharge is dielectrically impeded because the glass tube 11 serves as a dielectric shield 2 for the electrode 4.
  • Through the dielectric Impairment of the discharge in the gas space 5 is prevented that locally larger currents flow through the gas space 5, that is to say that an arc discharge and thus a short circuit of the electrode 4 to earth occur.
  • the discharge is stabilized over the volume of the gas space 5 and the AC voltage generator 6 is subject to less stringent requirements than in the event of arc discharges.
  • the discharge in the gas space 5 provides a reactive environment around the metal wire 3 in order to remove lubricant residues and the like adhering to the surface of the metal wire 3, ie essentially to oxidize to CO 2 and water.
  • the surface of the metal wire is activated, and the metal wire is heated, so that it is completely pretreated for a plastic coating that requires a cleaned and heated wire with an activated surface.
  • FIG. 2 shows a side view of the device 10 shown in perspective in FIG. 1, wherein a compressed air source 13 is additionally indicated, with which compressed air 14 can be blown into the gas space 5 in order to cause an air flow 15 through the gas space 5.
  • the air flow 15 preferably takes place in the opposite direction to a movement of the metal wire 3 through the gas space 5 in the direction of an arrow 16.
  • the air flow 15 also blows out any oxidation residues from the oxidation of surface contamination of the metal wire 5 or also inert particles removed there from the glass tube 11 which could otherwise impair a controlled discharge in the gas space 5.
  • the glass tube 11 When testing the device according to FIGS. 1 and 2, the glass tube 11 has an inner diameter of 6 mm. Its length was 400 mm. It protruded from the electrode by more than 50 mm on both sides. Using an AC voltage generator 6 based on semiconductors, which had an efficiency of 90% at a medium-frequency high voltage, the dielectrically impeded discharge could easily be ignited and maintained with diameters of the metal wire of 0.6 to 1.3 mm. The desired cleaning of the surface of the metal wire was achieved in a very short time, i.e. specifically achieved even at feed speeds of the metal wire 3 of well over 1 m / s and up to 5 m / s. The heating also took place quickly, which naturally decreased with increasing thickness of the metal wire. A subsequent plastic coating of the metal wire pretreated in this way gave excellent adhesion values of the layered plastic.
  • FIG. 3 shows an embodiment modified thereby as compared to FIGS. 1 and 2, a further glass tube 17 is arranged in the glass tube 11, namely coaxially to the glass tube 11 and the metal wire 3.
  • a cylindrical jacket-shaped free space 18 remains between the glass tubes 11 and 17.
  • a circulating device 19 circulates a cooling liquid 20 through the free space 18 to cool the dielectric shield 2 of the electrode 4. While heating of the metal wire 3 is desired and can also be set to a certain extent, that is to say limited, in the case of a metal wire 3 conveyed through the device 10, heating of the dielectric shield 2, which here practically consists of the glass tubes 11 and 17 and the cooling liquid 20 in the free space 18 is undesirable to a certain extent.
  • Suitable cooling liquids are, in particular, those that have no significant electrical conductivity, such as distilled water.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the device 10 with two electrodes 4 and in each case one dielectric shield 2 for each electrode 4, each made of a glass tube 11.
  • Each of the units consisting of the electrode 12 and the dielectric shield 2 can be designed according to one of FIGS. 1 to 4 , That all variants described in these figures can also be implemented here.
  • the device 10 according to FIG. 5 is not limited to a series connection of two devices 10, as described in the previous figures. Rather, the alternating voltage generator 6 according to FIG. 5 is not grounded, but rather applies the alternating high voltage between the two electrodes 4. In this way, there is no need to ground the metal wire 3.
  • the metal wire 3 acts like an intermediate electrode between the two electrodes 4 and is therefore, despite the lack of grounding, a fully-fledged counter-electrode for the respective discharge in the respective gas space 5.
  • the AC conductivity is completely sufficient for all conceivable metal wires to keep the distance between the two electrodes 4 in the longitudinal direction to bridge the metal wire 3.
  • the metal wire 3 can of course also be grounded in order to reliably rule out the build-up of charges thereon. This does not conflict with the function of the device 10 according to FIG. 5. With it, however, all problems with imperfect grounding, for example due to the insulating effect of impurities on the surface of the metal wire 3, are avoided.
  • FIG. 6 shows the device according to FIG. 5 during the treatment of a metal wire 3 provided with a sheath 9.
  • This can serve to print the outer surface of the metal wire 3, which is actually the surface of the sheath 9 prepare for example with a color jet printer, not shown here, so that the color on the outer Surface adheres better and more permanently.
  • the method of operation of the device 10 in the treatment of the covered metal wire 3 according to FIG. 6 is in principle the same as in the treatment of the uncovered metal wire 3 according to FIG. 5. The only difference can be seen in the fact that a non-electrically conductive cover 9 the metal wire 3, ie an insulating layer, acts as an additional dielectric shield 11 of the electrodes 4 with respect to the metal wire 3.
  • the gas atmosphere in the gas space 5, in which the dielectric barrier discharge is caused can be simple ambient air. Pure oxygen or other reaction gases can be added to increase the cleaning effect. In order to improve the activation of the surface of the metal wire 3 for its later coating, noble gases can also be added.

Abstract

An apparatus for treating the outer surface of a metal wire being moved through the apparatus along a direction of longitudinal extension of the metal wire has two electrodes arranged at a distance in the direction of longitudinal extension of the metal wire, a gas room being arranged between the outer surface of the metal wire to be treated and said electrodes, a dielectric shielding for said electrodes shielding said electrodes towards the metal wire, and an alternating voltage generator generating an alternating high voltage between said two electrodes to provide a dielectric barrier discharge in said gas room above the outer surface of the metal wire. The metal wire serves as an intermediate electrode between said two electrodes.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung der äußeren Oberfläche eines Metalldrahts, insbesondere als Beschichtungsvorbehandlung Method and device for treating the outer surface of a metal wire, in particular as a coating pretreatment
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Behandlung der äußeren Oberfläche eines Metalldrahts mit und ohne Ummantelung sowie auf einen Vorrichtung zur Durchführung solcher Verfahren.The invention relates to methods for treating the outer surface of a metal wire with and without sheathing and to an apparatus for performing such methods.
Metalldrähte definierten Durchmessers werden durch Ziehen hergestellt. Bei diesem Prozess werden Schmiermittel verwendet, die sich auf der Oberfläche der fertigen Metalldrähte wiederfinden. Soll ein gezogener Metalldraht beispielsweise mit anderen Metallen oder Kunststoffen beschichtet werden, muss er vorher von den Schmiermittelrückständen befreit werden. Dies wird in der heutigen Praxis in alkalischen Bädern durchgeführt. Die Erneuerung und Entsorgung dieser alkalischen Bäder ist kostenintensiv. Zudem stellen sie einen erheblichen apparativen Aufwand dar.Metal wires of a defined diameter are produced by drawing. This process uses lubricants that are found on the surface of the finished metal wires. If a drawn metal wire is to be coated with other metals or plastics, for example, it must first be freed of the lubricant residues. In today's practice, this is done in alkaline baths. The renewal and disposal of these alkaline baths is cost-intensive. In addition, they represent a considerable expenditure on equipment.
Aus der EP 0 761 415 B1 ist ein Verfahren zur Erhöhung der Benetzbarkeit von Werkstücken mit Flüssigkeiten durch .eine Oberflächenvorbehandlung mittels elektrischer Entladung bekannt. Bei diesem Verfahren wird durch Plasmaentladung unter Zufuhr eines Arbeitsgases ein gebündelter Strahl eines reaktiven Mediums erzeugt, und die zu behandelnde Oberfläche des Werkstücks wird mit diesem Strahl überstrichen. Die Plasmaentladung findet in einer Plasmadüse zwischen einer von hinten koaxial in die Plasmadüse hineinragenden Stiftelektrode und einer eine Düsenöffnung begrenzenden Ringelektrode statt, wobei zwischen der Stiftelektrode und der Ringelektrode eine Wechselhochspannung im Bereich von 5 bis 30 kV und mit einer Frequenz in der Größenordnung von 20 kHz anliegt und wobei der gebündelte Strahl des reaktiven Mediums durch die Düsenöffnung austritt. Bei den mit dem bekannten Verfahren behandelten Werkstücken kann es sich um metallische Werkstücke handeln. Zur Behandlung von Metalldrähten sind das bekannte Verfahren und die zu seiner Durchführung verwandte Vorrichtung aufgrund ihrer Geometrie wenig geeignet. Um die Benetzbarkeit der Oberfläche eines Metalldrahts zu erhöhen, der Schmiermittelrückstände an seiner Oberfläche aufweist, müssen zunächst diese Schmiermittelrückstände entfernt werden. Dies ist mit einem einfachen Überstreichen der Oberfläche des Metalldrahts mit dem bei dem bekannten Verfahren erzeugten gebündelten Strahl aus reaktivem Medium nicht ohne weiteres realisierbar.EP 0 761 415 B1 discloses a method for increasing the wettability of workpieces with liquids by means of surface pretreatment by means of electrical discharge. In this method, a concentrated beam of a reactive medium is generated by plasma discharge with the supply of a working gas, and the surface of the workpiece to be treated is covered with this beam. The plasma discharge takes place in a plasma nozzle between a pin electrode projecting coaxially into the plasma nozzle from behind and a ring electrode delimiting a nozzle opening, an alternating high voltage in the range from 5 to 30 kV and with a frequency of the order of 20 kHz between the pin electrode and the ring electrode is applied and the focused beam of the reactive medium exits through the nozzle opening. The workpieces treated with the known method can be metallic workpieces. For the treatment of metal wires, the known method and the device used for its implementation are not very suitable due to their geometry. In order to increase the wettability of the surface of a metal wire that has lubricant residues on its surface, these lubricant residues must first be removed. This cannot be easily achieved by simply sweeping over the surface of the metal wire with the bundled jet of reactive medium generated in the known method.
Aus der EP 0 994 637 A2 ist ein Verfahren zur Plasmabehandlung von stab- oder fadenförmigen Materialien bekannt, bei dem das jeweilige Material koaxial durch eine Plasmadüse hindurchläuft. Die Plasmadüse weist ein eine Außenelektrode bildendes Düsenrohr und eine koaxial in dem Düsenrohr angeordnete Innenelektrode auf. Durch einen koaxial in der Innenelektrode ausgebildeten Kanal wird das stab- oder fadenförmige Material in den Innenraum der Plasmadüse eingebracht. Dabei ist der Kanal in der Innenelektrode mit einem Führungsrohr für das stab- oder fadenförmige Material aus elektrisch isolierendem Material ausgekleidet. Dieses bekannte Verfahren soll auch zur Plasmabehandlung von Drähten geeignet sein. Bei Drähten aus leitfähigem Material, d.h. insbesondere bei Metalldrähten, würde aber die Plasmadüse durch das koaxial hindurchlaufende stab- oder fadenförmige Material zwischen der Innenelektrode und der Außenelektrode kurzgeschlossen, so dass keine Plasmaentladung mehr aufträte. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die zwischen der Außenelektrode und der Innenelektrode angelegte Spannung zum Hervorrufen der Plasmaentladung eine hochfrequente Wechselhochspannung ist, bei der eine lokale Isolierung des stab- bzw. fadenförmigen Materials im Bereich der Innenelektrode durch das Führungsrohr nicht ausreichend ist, um einen durch einen Metalldraht drohenden Kurzschluss zwischen der Innenelektrode und der Außenelektrode zu verhindern.EP 0 994 637 A2 discloses a method for the plasma treatment of rod-shaped or thread-like materials, in which the respective material runs coaxially through a plasma nozzle. The plasma nozzle has a nozzle tube forming an outer electrode and an inner electrode arranged coaxially in the nozzle tube. The rod-shaped or thread-like material is introduced into the interior of the plasma nozzle through a channel formed coaxially in the inner electrode. The channel in the inner electrode is lined with a guide tube for the rod-shaped or thread-like material made of electrically insulating material. This known method is also said to be suitable for the plasma treatment of wires. For wires made of conductive material, i.e. especially in the case of metal wires, however, the plasma nozzle would be short-circuited by the coaxial rod-shaped or thread-like material between the inner electrode and the outer electrode, so that plasma discharge would no longer occur. It should be taken into account that the voltage applied between the outer electrode and the inner electrode to produce the plasma discharge is a high-frequency alternating high voltage, in which a local insulation of the rod-shaped or thread-like material in the area of the inner electrode by the guide tube is not sufficient to pass through prevent an impending short circuit between the inner electrode and the outer electrode.
Auch bei einem Metalldraht, der bereits mit einer leitenden oder nicht leitenden Ummantelung, also beispielsweise einer Isolierschicht versehen ist, stellt sich heraus, dass auf eine Vorbehandlung der Ummantelung vor einer weiteren Beschichtung oder auch einem Bedrucken der Ummantelung z.B. mit Typen- oder Herstellerangaben mittels eines Farbstrahldruckers nicht verzichtet werden kann.Even in the case of a metal wire that is already provided with a conductive or non-conductive sheath, for example an insulating layer, it turns out that pretreatment of the sheath before further coating or also printing on the sheath e.g. with type or manufacturer information using a color jet printer cannot be dispensed with.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung der Oberfläche eines ummantelten oder nicht ummantelten Metalldrahts aufzuzeigen, die in der Lage sind, die äußere Oberfläche des Metalldrahts bzw. seiner Ummantelung in einem Schritt für eine Beschichtung vorzubereiten und die dennoch mit vergleichsweise geringem Aufwand umsetzbar sind. Diese Aufgabe wird sowohl bei einem Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Metalldrahts ohne Ummantelung als auch bei einem Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Metalldrahts mit Ummantelung dadurch gelöst, dass an eine Elektrode, die zu dem Metalldraht hin mit einer dielektrischen Abschirmung versehen ist, eine Wechselhochspannung angelegt wird, um in einem Gasraum über der Oberfläche des Metalldrahts bzw. seiner Ummantelung eine dielektrisch behinderte Entladung hervorzurufen.The invention has for its object to provide a method and an apparatus for treating the surface of a covered or uncovered metal wire, which are able to prepare the outer surface of the metal wire or its sheath in one step for a coating and still with comparatively little effort can be implemented. This object is achieved both in a method for treating the surface of a metal wire without sheathing and in a method for treating the surface of a metal wire with sheathing in that an alternating high voltage is applied to an electrode which is provided with a dielectric shield to the metal wire is applied in order to cause a dielectric barrier discharge in a gas space above the surface of the metal wire or its sheathing.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass eine dielektrisch behinderte Entladung, d.h. eine Gasentladung, bei Atmosphärendruck mit geringem technischem Aufwand aufrecht erhalten werden kann. Die dielektrisch behinderte Entladung sorgt für eine chemisch hinreichend aktive Umgebung des Metalldrahts in dem Gasraum, dass seine Oberfläche effektiv von jeglichen Schmiermittelrückständen innerhalb sehr kurzer Zeit gereinigt wird. Zusätzlich erfolgt eine Oberflächenaktivierung, die zur Folge hat, dass bei einer nachfolgenden Beschichtung des Drahts die aufgebrachte Schicht besser an der Oberfläche des Metalldrahts bzw. seiner Ummantelung anhaftet. Zusätzlich wird der Metalldraht bzw. seine Ummantelung durch die Entladung über seine Oberfläche aufgeheizt. Dies ist nicht von Nachteil; vielmehr muss beispielsweise ein Draht für eine Kunststoffbeschichtung üblicherweise nicht nur von Schmiermittelrückständen gereinigt und oberflächenaktiviert, sondern auch auf eine definierte Temperatur in der Größenordnung von 250 °C aufgeheizt werden. All dies wird mit dem neuen Verfahren in einem einzigen Schritt erreicht. Eine dielektrische Entladung ist gegenüber einer unbehinderten Entladung, wie sie bei den Verfahren und Vorrichtungen nach dem oben beschriebenen Stand der Technik zur Anwendung kommt, auch insoweit von Vorteil, als dass die maximal fließenden Ströme begrenzt sind und entsprechend relativ einfache Wechselspannungsgeneratoren zur Anwendung kommen können.The advantage of the method according to the invention is that a dielectrically impeded discharge, i.e. a gas discharge can be maintained at atmospheric pressure with little technical effort. The dielectric barrier discharge ensures a chemically sufficiently active environment of the metal wire in the gas space that its surface is effectively cleaned of any lubricant residues in a very short time. In addition, there is a surface activation, which has the consequence that when the wire is subsequently coated, the applied layer adheres better to the surface of the metal wire or its sheathing. In addition, the metal wire or its sheath is heated by the discharge across its surface. This is not a disadvantage; rather, for example, a wire for a plastic coating usually not only has to be cleaned of lubricant residues and surface activated, but also has to be heated to a defined temperature in the order of 250 ° C. All of this is achieved in one step with the new process. A dielectric discharge is also advantageous compared to an unhindered discharge, as is used in the methods and devices according to the prior art described above, in that the maximum flowing currents are limited and relatively simple AC voltage generators can be used accordingly.
Bei der Behandlung der Oberfläche eines Metalldrahts mit nicht elektrisch leitender Ummantelung kann allein die Isolierschicht um den Draht die dielektrische Abschirmung der Elektrode gegenüber dem leitenden Metalldraht bereitstellen. Es ist aber bevorzugt, wenn auch in diesem Fall eine dann zusätzliche dielektrische Abschirmung direkt vor der Elektrode und damit auf der anderen Seite des Gasraums über der äußeren Oberfläche der Ummantelung des Metalldrahts vorgesehen ist.When treating the surface of a metal wire with a non-electrically conductive sheath, only the insulating layer around the wire can provide the dielectric shielding of the electrode from the conductive metal wire. However, it is preferred if an additional dielectric shielding is then provided directly in front of the electrode and thus on the other side of the gas space above the outer surface of the sheath of the metal wire.
Wie bereits angesprochen wurde, kann die dielektrische Entladung bei Normaldruck erfolgen. Es kann aber ohne weiteres auch ein gewisser Über- oder Unterdruck in dem Gasraum eingestellt werden. Bevorzugt ist ein Überdruck von etwa bis zu 2000 hPa. Mit Hilfe dieses Überdrucks kann eine Art Sperrluftsystem realisiert werden, um das Eintragen von flüchtigen Fremdstoffen in den Gasraum zu verhindern. Insbesondere kann durch einen Überdruck in dem Gasraum aber dafür gesorgt werden, dass Reaktionsprodukte der Schmiermittelrückstände aus dem Gasraum ausgeblasen werden.As already mentioned, the dielectric discharge can take place at normal pressure. However, a certain overpressure or underpressure can also be set in the gas space without further ado. An excess pressure of approximately up to 2000 hPa is preferred With the help of this overpressure, a kind of sealing air system can be implemented to prevent volatile foreign substances from entering the gas space. In particular, however, an overpressure in the gas space can ensure that reaction products of the lubricant residues are blown out of the gas space.
Ein solches Ausblasen von Reaktionsprodukten der Schmiermittelrückstände kann auch dadurch sichergestellt werden, dass der Gasraum mit Luft durchströmt wird. Bei einem in einer Richtung durch den Gasraum geförderten Metalldraht sollte die Durchströmung mit Umgebungsluft in der entgegengesetzten Richtung erfolgen, um die anfallenden Reaktionsprodukte von dem fertig behandelten Metalldraht möglichst fernzuhalten.Such blowing out of reaction products of the lubricant residues can also be ensured in that air flows through the gas space. In the case of a metal wire which is conveyed through the gas space in one direction, ambient air should flow through in the opposite direction in order to keep the resulting reaction products as far as possible from the finished metal wire.
Die Wechselhochspannung zum Hervorrufen der dielektrisch behinderten Entladung sollte größer als 1 kV sein und wird typischerweise einige kV betragen. Ihre Frequenz liegt typischerweise im Bereich von 20 kHz bis 3 MHz.The AC high voltage to cause the dielectric barrier discharge should be greater than 1 kV and will typically be a few kV. Their frequency is typically in the range from 20 kHz to 3 MHz.
Auf Seiten des Drahts ist die Erwärmung durch die Entladung in dem Gasraum häufig vorteilhaft, wie oben erläutert wurde. Auf der Seite der Elektrode und ihrer dielektrischen Abschirmung ist es aber sinnvoll, anfallende Wärmeenergie abzuführen, um eine Überhitzung zu vermeiden. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die dielektrische Abschirmung der Elektrode gekühlt wird.On the wire side, the heating due to the discharge in the gas space is often advantageous, as explained above. On the side of the electrode and its dielectric shielding, however, it is sensible to dissipate heat energy in order to avoid overheating. This is preferably done by cooling the dielectric shield of the electrode.
In einer konkreten Ausführungsform des neuen Verfahrens weist der Gasraum die Form eines langgestreckten Zylinders auf, wobei der Metalldraht auf der Zylinderachse angeordnet ist. Die Elektrode und ihre dielektrische Abschirmung umschließen diesen Gasraum zylindermantelförmig. Der Metalldraht wird kontinuierlich durch den Gasraum hindurchgefördert.In a specific embodiment of the new method, the gas space has the shape of an elongated cylinder, the metal wire being arranged on the cylinder axis. The electrode and its dielectric shield enclose this gas space in the shape of a cylinder jacket. The metal wire is continuously conveyed through the gas space.
Um eine ausreichende Entfernung von Schmiermittelrückständen von der Oberfläche des Metalldrahts sicherzustellen, kann die dielektrische Entladung intensiviert werden, es ist aber auch möglich, den Gasraum zu verlängern oder mehrere Gasräume hintereinander um den Metalldraht herum anzuordnen. Diese Parameter haben jeweils auch Einfluss auf die Temperatur, auf die der Metalldraht durch die dielektrisch behinderte Entladung aufgeheizt wird. Durch Abstimmung der Parameter ist es möglich, den Metalldraht in dem Gasraum auf eine definierte Temperatur oberhalb 200 °C aufzuheizen.In order to ensure a sufficient removal of lubricant residues from the surface of the metal wire, the dielectric discharge can be intensified, but it is also possible to extend the gas space or to arrange several gas spaces in succession around the metal wire. These parameters also have an influence on the temperature to which the metal wire is heated by the dielectric barrier discharge. By adjusting the parameters, it is possible to heat the metal wire in the gas space to a defined temperature above 200 ° C.
Bei dem neuen Verfahren dient der Metalldraht als Gegenelektrode zu der Elektrode mit der dielektrischen Abschirmung, so dass die Entladung zwischen der Abschirmung und der Oberfläche des Metalldrahts bzw. seiner Ummantelung erfolgt. Zu diesem Zweck kann der Metalldraht geerdet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des neuen Verfahrens wird die Wechselspannung aber zwischen zwei in der Längserstreckungsrichtung des Metalldrahts beabstandeten Elektroden mit jeweils eigenen dielektrischen Abschirmungen erzeugt. Der Metalldraht verbindet die Bereiche der beiden Elektroden miteinander, und aufgrund seiner Leitfähigkeit dient er als Gegenelektrode zu beiden dielektrisch abgeschirmten Elektroden. Er kann dabei als Zwischenelektrode in der Mitte zwischen den beiden dielektrisch abgeschirmten Elektroden verstanden werden, auf deren beiden Seiten Gasräume ausgebildet sind, in denen dielektrisch behinderte Entladungen erfolgen.In the new process, the metal wire also serves as a counter electrode to the electrode the dielectric shield, so that the discharge occurs between the shield and the surface of the metal wire or its sheathing. The metal wire can be grounded for this purpose. In a particularly preferred embodiment of the new method, however, the AC voltage is generated between two electrodes spaced in the longitudinal direction of the metal wire, each with its own dielectric shielding. The metal wire connects the areas of the two electrodes to each other, and due to its conductivity, it serves as a counter electrode to both dielectric shielded electrodes. It can be understood as an intermediate electrode in the middle between the two dielectrically shielded electrodes, on the two sides of which gas spaces are formed in which dielectrically impeded discharges take place.
Bei einer Vorrichtung für die Behandlung der Oberfläche eines Metalldrahts nach dem neuen Verfahren wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Elektrode, eine an einem Gasraum angrenzende dielektrische Abschirmung für die Elektrode, wobei der Gasraum über der äußeren Oberfläche des zu behandelnden Metalldrahts angeordnet ist, und ein Wechselspannungsgenerator, der die Elektrode mit einer Wechselhochspannung beaufschlagt, vorgesehen sind.In a device for treating the surface of a metal wire according to the new method, the object according to the invention is achieved in that an electrode, a dielectric shield for the electrode adjoining a gas space, the gas space being arranged over the outer surface of the metal wire to be treated, and an alternating voltage generator which applies an alternating high voltage to the electrode.
Vorzugsweise umgibt der Gasraum den Metalldraht allseitig.The gas space preferably surrounds the metal wire on all sides.
Um Reaktionsprodukte aus dem Gasraum abzuführen, kann eine Druckluftquelle vorgesehen sein, die eine Luftströmung durch den Gasraum hervorruft. Diese Luftströmung weist vorzugsweise die entgegengesetzte Richtung einer Bewegung des Metalldrahts durch den Behandlungsraum auf.In order to discharge reaction products from the gas space, a compressed air source can be provided which causes an air flow through the gas space. This air flow preferably has the opposite direction of movement of the metal wire through the treatment room.
Der Wechselspannungsgenerator ist für eine Wechselspannung größer als 1 kV und eine Frequenz von 20 kHz bis 3 MHz ausgelegt.The AC voltage generator is designed for an AC voltage greater than 1 kV and a frequency of 20 kHz to 3 MHz.
Für die dielektrische Abschirmung der Elektrode ist vorzugsweise eine Kühleinrichtung vorgesehen. Um diese Kühleinrichtung zu realisieren, kann die Abschirmung zweiteilig sein, wobei ein Freiraum zwischen den beiden Teilen der Abschirmung an einer Umwälzeinrichtung für eine Kühlflüssigkeit angeschlossen ist. Diese Umwälzeinrichtung fördert eine Kühlflüssigkeit durch den Freiraum zwischen den beiden Teilen der Abschirmung. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich um Wasser handeln. Zur Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers, sollte es sich um destilliertes Wasser handeln. Die dielektrische Abschirmung der Elektrode kann mindestens ein Rohr umfassen. Eine zweiteilige Abschirmung kann dabei aus zwei mit Abstand ineinander angeordneten Rohren ausgebildet sein, wobei der Abstand zwischen den beiden Räumen den Freiraum für die Kühlflüssigkeit definiert. Bei einer Anordnung von zwei Rohren ineinander, zwischen denen ein Freiraum für die Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, kann die Elektrode aber auch direkt auf dem inneren Rohr und damit in der Kühlflüssigkeit angeordnet sein, so dass nur das innere Rohr die dielektrische Abschirmung der Elektrode ausbildet. Das äußere Rohr definiert dann aber nicht nur den Freiraum für die Kühlflüssigkeit, sondern bildet auch eine äußere Isolierung für die Elektrode.A cooling device is preferably provided for the dielectric shielding of the electrode. In order to implement this cooling device, the shield can be in two parts, with a free space between the two parts of the shield being connected to a circulating device for a cooling liquid. This circulating device conveys a cooling liquid through the space between the two parts of the shield. The coolant can be water. To reduce the electrical conductivity of the water, it should be distilled water. The dielectric shielding of the electrode can comprise at least one tube. A two-part shield can be formed from two tubes arranged one inside the other at a distance, the distance between the two spaces defining the free space for the cooling liquid. In the case of an arrangement of two tubes in one another, between which a space for the cooling liquid is formed, the electrode can also be arranged directly on the inner tube and thus in the cooling liquid, so that only the inner tube forms the dielectric shielding of the electrode. The outer tube then not only defines the space for the coolant, but also forms an outer insulation for the electrode.
Für den Metalldraht ist vorzugsweise eine Führungseinrichtung vorgesehen, die ihn auf der Rohrachse führt. Wenn der Metalldraht bereits anderweitig definiert ausgerichtet ist, beispielsweise durch angrenzende Vorrichtungen, ist aber keine zusätzliche Führungseinrichtung nötig.A guide device is preferably provided for the metal wire, which guides it on the tube axis. If the metal wire is already aligned in a different way, for example by adjacent devices, no additional guide device is necessary.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der neuen Vorrichtung ist der Gasraum durch die Elektrode und deren dielektrische Abschirmung hindurch einsichtig. Auf diese Weise kann optisch kontrolliert werden, ob die gewünschte dielektrische Entladung in dem Gasraum tatsächlich erfolgt. Die Durchsichtigkeit der Abschirmung kann dadurch kann dadurch realisiert werden, dass sie aus Glas, beispielsweise Quarzglas aufgebaut wird. Auch Wasser als Kühlflüssigkeit ist hinreichend durchsichtig. Die Durchsichtigkeit der Elektrode kann dadurch realisiert werden, dass die Elektrode in Form eines Drahts oder eines Bands mit untereinander beabstandeten Windungen auf ihre Abschirmung aufgewickelt wird.In a particularly preferred embodiment of the new device, the gas space is visible through the electrode and its dielectric shielding. In this way it can be optically checked whether the desired dielectric discharge actually takes place in the gas space. The transparency of the shielding can be achieved by building it up from glass, for example quartz glass. Water as the coolant is also sufficiently transparent. The transparency of the electrode can be realized in that the electrode is wound onto its shield in the form of a wire or a tape with turns spaced apart from one another.
Wenn der Gasraum bei der neuen Vorrichtung nicht einsichtig sein muss, kann die dielektrische Abschirmung natürlich auch aus einem anderen Material als Glas ausgebildet werden. In Frage kommen dabei insbesondere keramische Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxid, die sich neben ihren dielektrischen Eigenschaften auch durch eine hohe Wärmebeständigkeit auszeichnen.If the gas space in the new device does not have to be transparent, the dielectric shield can of course also be formed from a material other than glass. In particular, ceramic materials, such as aluminum oxide, come into question, which are characterized not only by their dielectric properties but also by high heat resistance.
In einer besonders bevorzugten Form der neuen Vorrichtung sind zwei in der Längserstreckungsrichtung des Metalldrahts beabstandete Elektroden mit dielektrischen Abschirmungen vorgesehen, wobei der Wechseispannungsgenerator die Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden erzeugt. Der Metalldraht bildet dabei die Gegenelektrode zu beiden Elektroden und er muss nicht zwingend geerdet sein. So können insbesondere Probleme mit einer unzuverlässigen Erdung des an seiner Oberfläche durch die Schmiermittelrückstände teilweise isolierten Metalldraht vermieden werden.In a particularly preferred form of the new device, two electrodes with dielectric shields are provided, which are spaced apart in the longitudinal direction of the metal wire, the AC voltage generator generating the AC high voltage between the two electrodes. The metal wire forms the counter electrode to both electrodes and it does not necessarily have to be grounded. In particular, problems with unreliable grounding of the metal wire partially insulated on its surface by the lubricant residues can occur be avoided.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben, dabei zeigtThe invention is explained and described in more detail below with the aid of exemplary embodiments, and shows
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der neuen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,1 shows a first embodiment of the new device in a perspective view,
Fig. 2 Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer zusätzlichen Druckluftquelle in einer Seitenansicht,2 device according to FIG. 1 with an additional compressed air source in a side view,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung in einer Seitenansicht,3 shows a second embodiment of the device in a side view,
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 undFig. 4 is an enlarged cross section through the device of FIG. 3 and
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der neuen Vorrichtung in einer Seitenansicht.Fig. 5 shows a third embodiment of the new device in a side view.
Fig. 6 die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 5 in einer Seitenansicht bei der Behandlung eines mit einer nicht leitenden Ummantelung versehenen Metalldrahts.6 shows the embodiment of the device according to FIG. 5 in a side view during the treatment of a metal wire provided with a non-conductive sheathing.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 dient zur Behandlung der Oberfläche eines Metalldrahts 3. Der Metalldraht 3 wird durch ein Glasrohr 11 hindurchgeführt und zwar im Bereich dessen Rohrachse. Zwischen der Oberfläche des Metalldrahts 3 und der Innenoberfläche des Glasrohrs 11 verbleibt ein Gasraum 5, der Luft enthält. Der Luft können Reaktions- oder Edelgase zugesetzt sein, was jedoch nicht zwingend ist. Auf dem Glasrohr 11 ist eine Elektrode 4 aus massivem Kupfer angeordnet, wobei keine Spalte zwischen der Elektrode 4 und dem Glasrohr 11 vorliegen. Etwaige ursprünglich vorhandene Spalte sind mit einer dielektrischen Paste ausgefüllt. Die Elektrode 4 ist mit einer Durchbrechung 12 versehen, um auch im Bereich der Elektrode 12 den Gasraum 5 durch das Glasrohr 11 hindurch einsehen zu können. Die Elektrode 4 ist über eine Hochspannungszuführung 1 mit einem Wechseispannungsgenerator 6 verbunden, der geerdet ist, um gegenüber der Erde eine Wechselhochspannung zu erzeugen. Diese Wechselhochspannung im Bereich einiger kV und mit einer Frequenz von typischerweise einigen 100 kHz wird über die Hochspannungszuleitung 1 an die Elektrode 4 angelegt. Da der Draht 3 hier ebenfalls geerdet ist, wirkt zwischen ihm und der Elektrode 4 ein elektrisches Wechselfeld. Dieses Wechselfeld ruft eine Entladung in dem Gasraum 5 hervor. Diese Entladung ist dielektrisch behindert, weil das Glasrohr 11 als dielektrische Abschirmung 2 der Elektrode 4 dient. Durch die dielektrische Behinderung der Entladung in dem Gasraum 5 wird verhindert, dass lokal größere Ströme durch den Gasraum 5 fließen, d.h. dass es zu einer Bogenentladung und damit zu einem Kurzschluss der Elektrode 4 zur Erde kommt. Hierdurch wird die Entladung über das Volumen des Gasraums 5 stabilisiert und der Wechseispannungsgenerator 6 unterliegt geringeren Anforderungen als bei auftretenden Bogenentladungen. Dennoch sorgt die Entladung in dem Gasraum 5 für eine reaktive Umgebung um den Metalldraht 3, um an der Oberfläche des Metalldrahts 3 anhaftende Schmiermittelrückstände und dergleichen zu entfernen, d.h. im Wesentlichen zu CO2 und Wasser zu oxidieren. Darüber hinaus wird die Oberfläche des Metalldrahts aktiviert, und der Metalldraht erfährt eine Aufheizung, so dass er insgesamt für eine Kunststoffbeschichtung fertig vorbehandelt ist, die einen gereinigten und angewärmten Draht mit aktivierter Oberfläche verlangt.The device 10 shown in FIG. 1 is used to treat the surface of a metal wire 3. The metal wire 3 is passed through a glass tube 11, specifically in the area of its tube axis. A gas space 5, which contains air, remains between the surface of the metal wire 3 and the inner surface of the glass tube 11. Reaction or noble gases can be added to the air, but this is not mandatory. An electrode 4 made of solid copper is arranged on the glass tube 11, there being no gaps between the electrode 4 and the glass tube 11. Any gaps originally present are filled with a dielectric paste. The electrode 4 is provided with an opening 12 so that the gas space 5 can also be seen through the glass tube 11 in the region of the electrode 12. The electrode 4 is connected via a high-voltage supply 1 to an AC voltage generator 6 which is grounded in order to generate an AC high voltage with respect to the earth. This alternating high voltage in the range of a few kV and with a frequency of typically a few 100 kHz is applied to the electrode 4 via the high-voltage feed line 1. Since the wire 3 is also grounded here, an alternating electric field acts between it and the electrode 4. This alternating field causes a discharge in the gas space 5. This discharge is dielectrically impeded because the glass tube 11 serves as a dielectric shield 2 for the electrode 4. Through the dielectric Impairment of the discharge in the gas space 5 is prevented that locally larger currents flow through the gas space 5, that is to say that an arc discharge and thus a short circuit of the electrode 4 to earth occur. As a result, the discharge is stabilized over the volume of the gas space 5 and the AC voltage generator 6 is subject to less stringent requirements than in the event of arc discharges. Nevertheless, the discharge in the gas space 5 provides a reactive environment around the metal wire 3 in order to remove lubricant residues and the like adhering to the surface of the metal wire 3, ie essentially to oxidize to CO 2 and water. In addition, the surface of the metal wire is activated, and the metal wire is heated, so that it is completely pretreated for a plastic coating that requires a cleaned and heated wire with an activated surface.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 1 perspektivisch wiedergegebenen Vorrichtung 10, wobei zusätzlich eine Druckluftquelle 13 angedeutet ist, mit der Druckluft 14 in den Gasraum 5 einblasbar ist, um durch den Gasraum 5 hindurch eine Luftströmung 15 hervorzurufen. Die Luftströmung 15 erfolgt vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zu einer Bewegung des Metalldrahts 3 durch den Gasraum 5 in Richtung eines Pfeils 16. Mit der Luftströmung 15 werden auch etwaige Oxidationsrückstände von der Oxidation von Oberflächenverunreinigung des Metalldrahts 5 oder auch dort abgetragene Inertpartikel aus dem Glasrohr 11 ausgeblasen, die sonst eine kontrollierte Entladung in dem Gasraum 5 beeinträchtigen könnten.FIG. 2 shows a side view of the device 10 shown in perspective in FIG. 1, wherein a compressed air source 13 is additionally indicated, with which compressed air 14 can be blown into the gas space 5 in order to cause an air flow 15 through the gas space 5. The air flow 15 preferably takes place in the opposite direction to a movement of the metal wire 3 through the gas space 5 in the direction of an arrow 16. The air flow 15 also blows out any oxidation residues from the oxidation of surface contamination of the metal wire 5 or also inert particles removed there from the glass tube 11 which could otherwise impair a controlled discharge in the gas space 5.
Bei Erprobung der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 weist das Glasrohr 11 einen Innendurchmesser von 6 mm auf. Seine Länge betrug 400 mm. Dabei stand es auf beiden Seiten um mehr als 50 mm über die Elektrode über. Unter Verwendung eines Wechselspannungsgenerators 6 auf Halbleiterbasis, der bei einer mittelfrequenten Hochspannung einen Wirkungsgrad von 90 % aufwies, konnte die dielektrisch behinderte Entladung bei Durchmessern des Metalldrahts von 0,6 bis 1 ,3 mm problemlos gezündet und aufrecht erhalten werden. Dabei wurde die erwünschte Reinigung der Oberfläche des Metalldrahts binnen sehr kurzer Zeit, d.h. konkret auch bei Vorschubgeschwindigkeiten des Metalldrahts 3 von deutlich über 1 m/s und auch bis zu 5 m/s erzielt. Auch die Aufheizung erfolgte schnell, wobei diese mit zunehmender Stärke des Metalldrahts naturgemäß abnahm. Eine anschließende Kunststoffbeschichtung des so vorbehandelten Metalldrahts ergab hervorragende Anhaftungs- werte des aufgeschichteten Kunststoffs.When testing the device according to FIGS. 1 and 2, the glass tube 11 has an inner diameter of 6 mm. Its length was 400 mm. It protruded from the electrode by more than 50 mm on both sides. Using an AC voltage generator 6 based on semiconductors, which had an efficiency of 90% at a medium-frequency high voltage, the dielectrically impeded discharge could easily be ignited and maintained with diameters of the metal wire of 0.6 to 1.3 mm. The desired cleaning of the surface of the metal wire was achieved in a very short time, i.e. specifically achieved even at feed speeds of the metal wire 3 of well over 1 m / s and up to 5 m / s. The heating also took place quickly, which naturally decreased with increasing thickness of the metal wire. A subsequent plastic coating of the metal wire pretreated in this way gave excellent adhesion values of the layered plastic.
Fig. 3 zeigt eine gegenüber den Fig. 1 und 2 dadurch abgewandelte Ausführungsform, das in dem Glasrohr 11 noch ein weiteres Glasrohr 17 angeordnet ist und zwar koaxial zu dem Glasrohr 11 und dem Metalldraht 3. Zwischen den Glasrohren 11 und 17 verbleibt ein zylindermantelförmiger Freiraum 18. Durch den Freiraum 18 wälzt eine Umwälzeinrichtung 19 eine Kühlflüssigkeit 20 um, um die dielektrische Abschirmung 2 der Elektrode 4 zu kühlen. Während eine Aufheizung des Metalldrahts 3 erwünscht ist und sich bei einem durch die Vorrichtung 10 hindurchgeförderten Metalldraht 3 auch auf ein gewisses Maß einstellen, d.h. beschränken lässt, ist eine Aufheizung der dielektrischen Abschirmung 2, die hier praktisch aus den Glasrohren 11 und 17 sowie der Kühlflüssigkeit 20 in dem Freiraum 18 besteht, über ein gewisses Maß hinaus unerwünscht. Als Kühlflüssigkeit kommen insbesondere solche in Frage, die keine nennenswerte elektrische Leitfähigkeit haben, wie beispielsweise destilliertes Wasser.3 shows an embodiment modified thereby as compared to FIGS. 1 and 2, a further glass tube 17 is arranged in the glass tube 11, namely coaxially to the glass tube 11 and the metal wire 3. A cylindrical jacket-shaped free space 18 remains between the glass tubes 11 and 17. A circulating device 19 circulates a cooling liquid 20 through the free space 18 to cool the dielectric shield 2 of the electrode 4. While heating of the metal wire 3 is desired and can also be set to a certain extent, that is to say limited, in the case of a metal wire 3 conveyed through the device 10, heating of the dielectric shield 2, which here practically consists of the glass tubes 11 and 17 and the cooling liquid 20 in the free space 18 is undesirable to a certain extent. Suitable cooling liquids are, in particular, those that have no significant electrical conductivity, such as distilled water.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 10 mit zwei Elektroden 4 und jeweils einer dielektrischen Abschirmung 2 für jede Elektrode 4 aus jeweils einem Glasrohr 11. Jede der Einheiten aus Elektrode 12 und dielektrischer Abschirmung 2 kann gemäß einer die Fig. 1 bis 4 ausgebildet sein. D.h. alle in diesen Fig. beschriebenen Varianten können auch hier verwirklicht werden. Die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 5 beschränkt sich aber nicht auf einer Reihenschaltung von zwei Vorrichtungen 10, wie sie in den vorangegangenen Fig. beschrieben sind. Vielmehr ist der Wechseispannungsgenerator 6 gemäß Fig. 5 nicht geerdet, sondern er bringt die Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden 4 auf. Auf diese Weise kann auf eine Erdung des Metalldrahts 3 verzichtet werden. Der Metalldraht 3 wirkt wie eine Zwischenelektrode zwischen den beiden Elektroden 4 und ist damit trotz fehlender Erdung eine vollwertige Gegenelektrode für die jeweilige Entladung in dem jeweiligen Gasraum 5. Dabei ist allen denkbaren Metalldrähten die Wechselstromleitfähigkeit vollkommen ausreichend, um den Abstand der beiden Elektroden 4 in Längsrichtung des Metalldrahts 3 zu überbrücken. Auch bei der Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 5 kann der Metalldraht 3 natürlich geerdet werden, um den Aufbau von Ladungen darauf sicher auszuschließen. Dies steht der Funktion der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 5 nicht entgegen. Bei ihr werden aber alle Probleme mit einer unvollkommenen Erdung beispielsweise aufgrund der Isolierungswirkung von Verunreinigungen auf der Oberfläche des Metalldrahts 3 vermieden.FIG. 5 shows an embodiment of the device 10 with two electrodes 4 and in each case one dielectric shield 2 for each electrode 4, each made of a glass tube 11. Each of the units consisting of the electrode 12 and the dielectric shield 2 can be designed according to one of FIGS. 1 to 4 , That all variants described in these figures can also be implemented here. The device 10 according to FIG. 5 is not limited to a series connection of two devices 10, as described in the previous figures. Rather, the alternating voltage generator 6 according to FIG. 5 is not grounded, but rather applies the alternating high voltage between the two electrodes 4. In this way, there is no need to ground the metal wire 3. The metal wire 3 acts like an intermediate electrode between the two electrodes 4 and is therefore, despite the lack of grounding, a fully-fledged counter-electrode for the respective discharge in the respective gas space 5. The AC conductivity is completely sufficient for all conceivable metal wires to keep the distance between the two electrodes 4 in the longitudinal direction to bridge the metal wire 3. In the embodiment of the device 10 according to FIG. 5, the metal wire 3 can of course also be grounded in order to reliably rule out the build-up of charges thereon. This does not conflict with the function of the device 10 according to FIG. 5. With it, however, all problems with imperfect grounding, for example due to the insulating effect of impurities on the surface of the metal wire 3, are avoided.
Fig. 6 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 5 bei der Behandlung eines mit einer Ummantelung 9 versehenen Metalldrahts 3. Dies kann dazu dienen, die äußere Oberfläche des Metalldrahts 3, bei der es sich tatsächlich um die Oberfläche der Ummantelung 9 handelt, für ein Bedrucken beispielsweise mit einem hier nicht dargestellten Farbstrahldrucker vorzubereiten, damit die Farbe an der äußeren Oberfläche besser und dauerhafter anhaftet. Die Funktionsweise der Vorrichtung 10 bei der Behandlung des ummantelten Metalldrahts 3 gemäß Fig. 6 ist im Prinzip dieselbe wie bei der Behandlung des nicht ummantelten Metalldrahts 3 gemäß Fig. 5. Der einzige Unterschied ist darin zu sehen, dass eine nicht elektrisch leitende Ummantelung 9 auf dem Metalldraht 3, d.h. eine Isolierschicht, als zusätzliche dielektrische Abschirmung 11 der Elektroden 4 gegenüber dem Metalldraht 3 wirkt.FIG. 6 shows the device according to FIG. 5 during the treatment of a metal wire 3 provided with a sheath 9. This can serve to print the outer surface of the metal wire 3, which is actually the surface of the sheath 9 prepare for example with a color jet printer, not shown here, so that the color on the outer Surface adheres better and more permanently. The method of operation of the device 10 in the treatment of the covered metal wire 3 according to FIG. 6 is in principle the same as in the treatment of the uncovered metal wire 3 according to FIG. 5. The only difference can be seen in the fact that a non-electrically conductive cover 9 the metal wire 3, ie an insulating layer, acts as an additional dielectric shield 11 of the electrodes 4 with respect to the metal wire 3.
Alle bis hierher gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 sorgen in vorteilhafter Weise für eine allseitige Behandlung der äußeren Oberfläche des Metalldrahts 3 bzw. seiner Ummantelung 9.All of the embodiments of the device 10 shown so far advantageously ensure that the outer surface of the metal wire 3 or its sheath 9 is treated on all sides.
Die Gasatmosphäre in dem Gasraum 5, in dem die dielektrisch behinderte Entladung hervorgerufen wird, kann einfache Umgebungsluft sein. Um die Reinigungswirkung zu erhöhen, können reiner Sauerstoff oder andere Reaktionsgase zugesetzt werden. Um die Aktivierung der Oberfläche des Metalldrahts 3 für seine spätere Beschichtung zu verbessern, können auch Edelgase zugesetzt werden. The gas atmosphere in the gas space 5, in which the dielectric barrier discharge is caused, can be simple ambient air. Pure oxygen or other reaction gases can be added to increase the cleaning effect. In order to improve the activation of the surface of the metal wire 3 for its later coating, noble gases can also be added.
BEZUGSZEICHENL1STFBEZUGSZEICHENL1STF
1 - Hochspannungszuführung1 - High voltage supply
2 - dielektrische Abschirmung2 - dielectric shielding
3 - Metalldraht3 - metal wire
4 - Elektrode4 - electrode
5 - Gasraum5 - gas space
6 - Wechseispannungsgenerator6 - AC voltage generator
9 - Ummantelung9 - sheathing
10 - Vorrichtung10 - device
11 - Glasrohr11 - glass tube
12 - Durchbrechung12 - breakthrough
13 - Druckluftquelle13 - compressed air source
14 - Druckluft14 - compressed air
15 - Luftströmung15 - Air flow
16 - Pfeil16 - arrow
17 - Glasrohr17 - glass tube
18 - Freiraum18 - Free space
19 - Umwälzeinrichtung19 - Circulation device
20 - Kühlflüssigkeit 20 - coolant

Claims

P Δ T F NI T A N S P R .. C H E . P Δ TF NI TANSPR .. CHE.
1. Verfahren zur Behandlung der äußeren Oberfläche eines Metalldrahts (3), wobei an eine Elektrode (4), die zu dem Metalldraht (3) hin mit einer dielektrischen Abschirmung (2) versehen ist, eine Wechselhochspannung angelegt wird, um in einem Gasraum (5) über der äußeren Oberfläche eine dielektrisch behinderte Entladung hervorzurufen.1. A method for treating the outer surface of a metal wire (3), wherein an alternating high voltage is applied to an electrode (4) which is provided with a dielectric shield (2) towards the metal wire (3) in order to be in a gas space ( 5) induce a dielectric barrier discharge over the outer surface.
2. Verfahren zur Behandlung der äußeren Oberfläche eines mit einer Ummantelung (9) versehenen Metalldrahts (3), wobei an eine Elektrode (4), die zu dem Metalldraht (3) hin mit einer dielektrischen Abschirmung (2) versehen ist, eine Wechselhochspannung angelegt wird, um in einem Gasraum (5) über der äußeren Oberfläche eine dielektrisch behinderte Entladung hervorzurufen.2. A method of treating the outer surface of a metal wire (3) provided with a sheath (9), an AC high voltage being applied to an electrode (4) which is provided with a dielectric shield (2) towards the metal wire (3) to cause a dielectric barrier discharge in a gas space (5) above the outer surface.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung nicht elektrisch leitend ist und dass eine zusätzliche dielektrische Abschirmung (2) vor der Elektrode vorgesehen ist..3. The method according to claim 2, characterized in that the casing is not electrically conductive and that an additional dielectric shield (2) is provided in front of the electrode.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasraum (5) ein Überdruck von bis zu 2000 hPa eingestellt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an excess pressure of up to 2000 hPa is set in the gas space (5).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (5) mit Luft durchströmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the gas space (5) is flowed through with air.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselhochspannung größer als 1 kV ist und eine Frequenz von 20 kHz bis 3 MHz aufweist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the alternating high voltage is greater than 1 kV and has a frequency of 20 kHz to 3 MHz.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Abschirmung (2) der Elektrode (4) gekühlt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the dielectric shield (2) of the electrode (4) is cooled.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (5) die Form eines langgestreckten Zylinders hat, wobei der Metalldraht (3) auf der Zylinderachse angeordnet ist.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the gas space (5) has the shape of an elongated cylinder, the metal wire (3) being arranged on the cylinder axis.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) und ihre dielektrische Abschirmung (2) den Gasraum (5) zylindermantelförmig umschließen.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the electrode (4) and its dielectric shield (2) enclose the gas space (5) in the shape of a cylinder jacket.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht (3) kontinuierlich durch den Gasraum (5) hindurchgefördert wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the metal wire (3) is continuously conveyed through the gas space (5).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht (3) in dem Gasraum (5) auf eine definierte Temperatur oberhalb 200 °C aufgeheizt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the metal wire (3) in the gas space (5) is heated to a defined temperature above 200 ° C.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung zwischen zwei in der Längserstreckungsrichtung des Metalldrahts (3) beabstandeten Elektroden (4) mit getrennten dielektrischen Abschirmungen (2) angelegt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the alternating voltage is applied between two electrodes (4) spaced apart in the longitudinal direction of the metal wire (3) with separate dielectric shields (2).
13. Vorrichtung für die Behandlung der Oberfläche eines Metalldrahts nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Elektrode (4), mit einer an einen Gasraum (5) angrenzenden dielektrischen Abschirmung (2) für die Elektrode (4), wobei der Gasraum (5) über der äußeren Oberfläche des zu behandelnden Metalldrahts (3) angeordnet ist, und mit einem Wechseispannungsgenerator (6), der die Elektrode (4) mit einer Wechselhochspannung beaufschlagt.13. Device for treating the surface of a metal wire according to one of claims 1 to 12, with an electrode (4), with a dielectric shield (2) adjoining a gas space (5) for the electrode (4), the gas space ( 5) is arranged above the outer surface of the metal wire (3) to be treated, and with an alternating voltage generator (6) which applies an alternating high voltage to the electrode (4).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckluftquelle ( 3) vorgesehen ist, die eine Luftströmung (15) durch den Gasraum (5) hervorruft.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that a compressed air source (3) is provided which causes an air flow (15) through the gas space (5).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung (15) die entgegengesetzte Richtung einer Bewegung des Metalldrahts (3) durch den Behandlungsraum (5) aufweist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the air flow (15) has the opposite direction of movement of the metal wire (3) through the treatment room (5).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechseispannungsgenerator (6) für eine Wechselspannung größer als 1 kV und eine Frequenz von 20 kHz bis 3 MHz ausgelegt ist.16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the AC voltage generator (6) is designed for an AC voltage greater than 1 kV and a frequency of 20 kHz to 3 MHz.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung für die dielektrische Abschirmung (2) der Elektrode (4) vorgesehen ist. 17. The method according to any one of claims 13 to 16, characterized in that a cooling device for the dielectric shield (2) of the electrode (4) is provided.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (2) zweiteilig ist, wobei ein Freiraum (18) zwischen den beiden Teilen der Abschirmung an eine Umwälzeinrichtung (19) für eine Kühlflüssigkeit (20) angeschlossen ist.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the shield (2) is in two parts, wherein a free space (18) between the two parts of the shield to a circulation device (19) for a cooling liquid (20) is connected.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Abschirmung (2) der Elektrode (4) ein Rohr (11, 17) umfasst und dass Führungseinrichtungen den Metalldraht (3) auf der Rohrachse führen.19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that the dielectric shield (2) of the electrode (4) comprises a tube (11, 17) and that guide devices guide the metal wire (3) on the tube axis.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (5) durch die Elektrode (4) und deren dielektrische Abschirmung (2) hindurch einsichtig ist.20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that the gas space (5) through the electrode (4) and its dielectric shield (2) is visible.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) in Form eines Drahts oder eines Bands Folie auf ihre Abschirmung (2) aufgewickelt ist.21. Device according to one of claims 13 to 20, characterized in that the electrode (4) is wound onto its shield (2) in the form of a wire or a band of film.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in der Längserstreckungsrichtung des Metalldrahts (3) beabstandete Elektroden (4) mit separaten dielektrischen Abschirmungen (2) vorgesehen sind und dass der Wechseispannungsgenerator (6) die Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden (4) erzeugt. 22. Device according to one of claims 13 to 21, characterized in that two electrodes (4) with separate dielectric shields (2) are provided in the longitudinal direction of the metal wire (3) and that the alternating voltage generator (6) is the alternating high voltage between the two Electrodes (4) generated.
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