EP1868269A1

EP1868269A1 - Elektrodenanordnung

Info

Publication number: EP1868269A1
Application number: EP06012197A
Authority: EP
Inventors: Eckhard Prinz; Peter Palm; Frank FÖRSTER
Original assignee: Softal Elektronik GmbH; Softal Electronic Erik Blumenfeld GmbH and Co KG
Current assignee: Softal Elektronik GmbH; Softal Electronic Erik Blumenfeld GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2026-06-13
Also published as: US7859180B2; EP1868269B1; US20090200911A1; DE502006001508D1; DK1868269T3; ATE407468T1; WO2007144075A1

Abstract

Offenbart wird eine Elektrodenanordnung (1) als Hochspannungselektrode für die kontinuierliche Plasmabehandlung oder Plasmabeschichtung von Bahnmaterial mit einer Mehrzahl von quer zu einer Transportrichtung des Bahnmaterials angeordneten, im wesentlichen parallel zueinander stehenden Messerelektroden (3), die sich dadurch auszeichnet, dass die die Abstände (a-e) benachbarter Messerelektroden (3) unterschiedlich sind. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass sich mit einer solchen Elektrodenanordnung ein gleichmäßigeres Beschichtungs- bzw. Behandlungsergebnis erzielen lässt als mit vergleichbaren Anordnungen, in denen die Messerelektroden äquidistant angeordnet sind. Bevorzugt sind die Abstände (a) benachbarter Messerelektroden (3) am Rand der Elektrodenanordnung (1) größer als die Abstände (e) benachbarter Messerelektroden (3) in deren Zentrum.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung als Hochspannungselektrode für die kontinuierliche Plasmabehandlung oder Plasmabeschichtung von Bahnmaterial mit einer Mehrzahl von quer zu einer Transportrichtung des Bahnmaterials angeordneten, im wesentlichen parallel zueinander stehenden Messerelektroden.
Derartige Elektrodenanordnungen sind bekannt und werden vielfältig in der Plasmabehandlung oder Plasmabeschichtung von in der Regel elektrisch nicht leitendem Bahnmaterial, z.B. Kunststofffolie oder dgl., eingesetzt. Diese Elektroden werden typischerweise als Hochspannungselektroden verwendet mit einer den freien Enden der Messerelektroden gegenüberliegenden, als Gegenelektrode ausgebildeten Transportwalze.
Durch die Spannungsdifferenz wird die Plasmaentladung zwischen Messerelektroden im Gasspalt zur Gegenelektrode gezündet, und das Material plasmabehandelt bzw. -beschichtet.
Eine Plasmabehandlung erfolgt dabei typischerweise ohne den Einsatz von Precursoren, wobei hier aufgrund des gezündeten Plasmas lediglich eine Veränderung der Oberflächenzustände des behandelten Materials erfolgt, um beispielsweise die Adhäsion eines später aufgebrachten Beschichtungsmaterials oder dgl. zu verbessern. In gleicher Art und Weise kann auch eine Plasmabeschichtung mit solchen Elektroden durchgeführt werden, wobei hier Precursoren in den zwischen den Elektroden und dem Bahnmaterial gebildeten Spalt bzw. Raum eingebracht werden, die die Ausgangsstoffe für die Beschichtung liefern.
Bei den sogenannten Messerelektroden handelt es sich um langgestreckte, klingenähnliche Elektroden, die in der Regel mit einer ihrer Längskanten in einer Hochspannungsanordnung festgelegt sind und mit ihrer anderen Längskante die eigentliche Entladungsfläche bilden.
Bei den bisher bekannten vergleichbaren Elektrodenanordnungen werden die Messerelektroden in gleichem Abstand zwischen benachbarten Elektroden, also äquidistant, angeordnet.
In von der Anmelderin durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass mit solchen Elektrodenanordnungen erzielte Plasmabehandlungs- bzw. Plasmabeschichtungsergebnisse hinsichtlich der Homogenität noch verbesserungswürdig sind. Insbesondere stellen Gleitentladungen entlang der Materialoberfläche vielfach eine starke, inhomogene, thermische Belastung des Materials dar, die den Einsatz eines Elektrodensystems oft gegrenzt. Entsprechend stellte sich den Erfindern die Aufgabe, die bekannten Elektrodenanordnungen zu verbessern, um ein verbessertes Behandlungs- bzw. Beschichtungsergebnis auf dem plasmabehandelten bzw. plasmabeschichteten Bahnmaterial zu erzielen.
Am Ende einer langen und ausgedehnten Versuchsreihe hat sich überraschend herausgestellt, dass sich eine solchermaßen angestrebte Verbesserung dann erzielen lässt, wenn wie im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegeben die Abstände benachbarter Messerelektroden anders als im bekannten Stand der Technik unterschiedlich sind. Die physikalische Ursache für die beobachtete Verbesserung ist bisher nicht vollständig geklärt und noch Gegenstand weitergehender Untersuchungen. Entscheidend für die Verbesserung scheint jedoch zu sein, dass die neue Anordnung der Messerelektroden die Vorteile eines großen Messerabstandes hinsichtlich der Problematik der Gleitentladungen mit den Vorteilen eines geringeren Messerabstandes hinsichtlich der spezifischen elektrischen Belastbarkeit kombiniert.
Bevorzugt sind die Abstände benachbarter Messerelektroden am Rand der Elektrodenanordnung größer als in deren Zentrum. Mit Rand der Elektrodenanordnung sind dabei diejenigen Bereiche gemeint, die in einer Transportrichtung der Bahnmaterials gesehen am vorderen bzw. hinteren Ende der Elektrodenanordnung liegen (vgl. Anspruch 2).
Als geeignete Abstände zwischen den benachbarten Messerelektroden haben sich am Rand der Elektrodenanordnung Abstände zwischen 8 und 12 mm, im Zentrum der Elektrodenanordnung zwischen 2 und 6 mm erwiesen (Anspruch 3).
Eine weitere Verbesserung des Entladungsbildes der Elektrodenanordnung bzw. der mit dieser zu erzielenden Plasmabehandlungs- bzw. Plasmabeschichtungsergebnisse ließ sich erzielen, wenn die freistehenden Kanten der Messerelektroden entsprechend der in Anspruch 4 genannten vorteilhaften Weiterbildung mit im Querschnitt im wesentlichen kreis- bzw. teilkreisförmigen Entladungsleisten versehen waren. Diese Ausbildung der Entladungsleisten bei Messerelektroden, so hat sich herausgestellt, ergibt nicht nur bei der erfindungsgemäß mit Messerelektroden mit divergierenden Abständen versehenen Elektrodenanordnung, sondern auch bei solchen Elektrodenanordnungen mit Messerelektroden in äquidistanter Anordnung ein verbessertes Ergebnis. Die Ausbildung der Entladungskanten stellt insoweit und für sich genommen eine eigenständige Erfindung dar. Dabei müssen die Krümmungsradien der Entladungskanten nicht durchgehend gleich sein, sondern können im Gegenteil mit Vorteil innerhalb der Elektrodenanordnung differieren (vgl. Anspruch 5). So werden starke Gleitentladungen am Rand und somit am vorderen bzw. hinteren Ende der Elektrodenanordnung 1 minimiert.
Um einen gleich bleibenden Abstand zwischen den Entladungskanten der Messerelektroden und der Oberfläche der Plasma zu behandelnden bzw. Plasma zu beschichtenden Materialbahn beizubehalten, sind die Messerelektroden vorzugsweise entsprechend den Vorgaben des Anspruchs 6 angeordnet.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich noch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Plasmabehandlung oder Plasmabeschichtung von Bahnmaterial mit den Merkmalen des Anspruches 7. Hier ist wesentlich, dass die Vorrichtung eine wie oben beschriebene Elektrodenanordnung enthält.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung der kontinuierlichen Plasmabehandlung bzw. -beschichtung von Bahnmaterial; und
Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung.

In Fig. 1 ist eine mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 1 versehene Plasmabehandlungs- bzw. -beschichtungsvorrichtung 10 in Ausschnitten und schematisch gezeigt. In dieser Vorrichtung ist in einem im wesentlichen geschlossenen Raum die Elektrodenanordnung 1 über eine mit Isolatoren 11 gegenüber der restlichen Vorrichtung 10 getrennte Hochspannungsversorgung angeschlossen. Gegenüber einer Behandlungsstrecke 12 liegt, hier nicht näher dargestellt, eine als Gegenelektrode ausgebildete Transportwalze, mit der das zu behandelnde bzw. zu beschichtende Bahnmaterial durch den Zwischenraum zwischen dieser Transportwalze und der Elektrodenanordnung 1 geführt wird. Das Plasma - in Fig. 1 nicht dargestellt - wird zwischen Plasmabehandlungs- bzw. Plasmabeschichtungsvorrichtung 10 und Transportwalze gezündet.
In Fig. 2 ist die Elektrodenanordnung 1 noch einmal vergrößert dargestellt. Sie enthält einen Elektrodenhalter 2 und eine Mehrzahl, in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt 14, Messerelektroden 3. Diese Messerelektroden sind im Querschnitt knochenartig aufgebaut mit an beiden Längskanten angeformten, im Querschnitt im wesentlichen kreis- bzw. teilkreisförmigen Verdickungen. Die erste dieser Verdickungen 4, die an der in dem Elektrodenhalter 2 angeordneten Kante der Messerelektrode 3 ausgebildet ist, dient dem Halt der Messerelektrode 3 in dem Elektrodenhalter 2. Die zweite, an der freistehenden Kante der Messerelektrode ausgebildete Verdickung bildet eine Entladungsleiste 5. Diese Entladungsleiste 5 ist im Querschnitt dicker bzw. stärker ausgebildet als die sich daran anschließende Klinge 6 der Messerelektrode 3.
Der Durchmesser der Entladungsleiste 5 muss in der Elektrodenanordnung nicht gleich sein, wodurch starke Gleitentladungen am Rand und somit am vorderen bzw. hinteren Ende der Elektrodenanordnung 1 minimiert werden.
Die einzelnen, benachbarten Messerelektroden 3 sind mit variablen Abständen zueinander angeordnet, wobei die Abstände zwischen benachbarten Messerelektroden 3 an den äußeren Rändern der Elektrodenanordnung 1 größer sind als die Abstände benachbarter Messerelektroden 3 im Zentrum der Anordnung 1.
In diesem Beispiel sind insgesamt fünf verschiedene Abstände vorgesehen und in der Figur mit den Ziffern a bis e bezeichnet, wobei die Abstände von a bis e jeweils kleiner werden. In einem Ausführungsbeispiel können die Abstände a bis e z.B. wie folgt gebildet sein:

a = 10 mm
b = 9 mm
c = 8 mm
d = 7 mm
e = 6 mm

Der erfindungsgemäße Aufbau der Elektrodenanordnung 1 mit sich im wesentlichen parallel zueinander erstreckenden, in Transportrichtung des zu behandelnden bzw. zu beschichtenden Bahnmaterials hintereinander angeordneten Messerelektroden 3 in unterschiedlichem Abstand schafft eine verbesserte Homogenität und Qualität der mit dieser durchgeführten Plasmabehandlung bzw. Plasmabeschichtung des unter dieser Elektrodenanordnung 1 auf der als Gegenelektrode ausgebildeten Transportwalze hindurch geführten Bahnmaterials. Dies konnte experimentell bestätigt werden. Auch die Ausbildung der Entladungsleisten 5 mit der Kreis- bzw. Teilkreisform im Querschnitt ergab eine gegenüber bekannter Entladungskantenformen verbesserte Qualität der Plasmabeschichtung bzw. -behandlung.
Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Form der Elektrodenanordnung 1 und die dort angegebenen Abstände a bis e sind nicht beschränkend, es können stattdessen diverse unterschiedliche Formen und Abstandsverteilungen eingehalten werden. Die erfindungswesentlichen Merkmale sind in den Ansprüchen wiedergegeben, welche den Umfang der Erfindung bzw. des Schutzes definieren sollen.

Bezgugszeichenliste

1: Elektrodenanordnung
2: Elektrodenhalter
3: Messerelektrode
4: Verdickung
5: Entladungsleiste
6: Klinge

10: Plasmabehandlungs- bzw. beschichtungsvorrichtung
11: Isolator
12: Behandlungsstrecke

a: Abstand
b: Abstand
c: Abstand
d: Abstand
e: Abstand

Claims

Elektrodenanordnung als Hochspannungselektrode für die kontinuierliche Plasmabehandlung oder Plasmabeschichtung von Bahnmaterial mit einer Mehrzahl von quer zu einer Transportrichtung des Bahnmaterials angeordneten, im wesentlichen parallel zueinander stehenden Messerelektroden (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (a-e) benachbarter Messerelektroden (3) unterschiedlich sind.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (a) benachbarter Messerelektroden (3) am Rand der Elektrodenanordnung (1) größer sind als die Abstände (e) benachbarter Messerelektroden (3) in deren Zentrum.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die größten Abstände (a) zwischen benachbarten Messerelektroden (3) am Rand der Elektrodenanordnung (1) zwischen 8 und 12 mm und die kleinsten Abstände (e) zwischen benachbarten Messelektroden (3) im Zentrum der Elektrodenanordnung (1) zwischen 2 und 6 mm betragen.
Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frei stehenden Kanten der Messerelektroden (3) eine im Querschnitt im wesentlichen kreis- bzw. teilkreisförmige, gegenüber der sich an diese anschließenden Klinge (6) vorzugsweise verdickt ausgebildete, Entladungsleiste (5) aufweisen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreis- bzw. teilkreisförmigen Kanten der Messerelektroden innerhalb einer Elektrodenanordnung unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.
Elektrodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie entlang der frei stehenden Kanten der Messerelektroden (3) in der Transportrichtung gekrümmt verläuft entsprechend der Außenkontur einer zur Anordnung an der Elektrodenanordnung (1) vorgesehenen, eine Gegenelektrode bildenden Transportwalze.
Vorrichtung zur kontinuierlichen Plasmabehandlung oder Plasmabeschichtung von Bahnmaterial mit einer Elektrodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und mit einer dieser gegenüberliegenden, eine Gegenelektrode bildenden Transportwalze.