WO2020083448A1 - Elektrode für die erzeugung einer koronaentladung - Google Patents

Elektrode für die erzeugung einer koronaentladung Download PDF

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WO2020083448A1
WO2020083448A1 PCT/DE2019/200120 DE2019200120W WO2020083448A1 WO 2020083448 A1 WO2020083448 A1 WO 2020083448A1 DE 2019200120 W DE2019200120 W DE 2019200120W WO 2020083448 A1 WO2020083448 A1 WO 2020083448A1
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hold
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electrode
electrode according
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Alexander Rau
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Ahlbrandt System Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T19/00—Devices providing for corona discharge

Definitions

  • the invention relates to an electrode for generating a corona discharge comprising a current-conducting elongated core and an envelope made of a dielectric material with a longitudinal channel for the core, the longitudinal channel extending over its length from a bottom and one extending over the bottom Roof is limited and the bottom of the core rests on the bottom of the longitudinal channel.
  • Such electrodes are required for the activating treatment of foils, which are guided over a roller acting as a counter electrode.
  • the electrode is mounted at a short distance and parallel to the roller, so that there is a gap between it and the roller in which a plasma is formed when a sufficiently high voltage is applied to the electrode.
  • the film runs through the gap and is activated by the plasma.
  • the electrode In order to prevent breakdowns, the electrode has a covering made of a dielectric material, which is also used for fastening in a system for corona pretreatment. Since the current-carrying metallic core must run at a constant distance from the roller in order to generate a uniform plasma over the length of the electrode, the core must be fixed in position in the covering.
  • the dielectric material that envelops the core is generally a ceramic. Ceramics, however, are very fragile and also have a relatively low coefficient of thermal expansion, so that the ceramic must not tightly enclose the core because the core, which heats up and expands during operation, would otherwise burst the casing.
  • the invention is therefore based on the task of creating an electric rode, the core of which lies precisely in a casing and is also easy to assemble.
  • the invention provides that the core over its length a distance from the roof of the
  • Hold-down element runs between the top of the core and the roof of the longitudinal channel, each
  • Hold-down element in at least one itself
  • Hold-down elements each form a unitary component that extends over the length of the longitudinal channel
  • Sheathing, core and hold-down element can therefore be provided by the meter, depending on the desired length of the electrode
  • Sections are separated, which are then inserted into the longitudinal channel.
  • no more than 4 contact lines are required, and in particular no more than 3 contact lines, in the latter case one contact line on the core and two contact lines on the roof or vice versa two contact lines on the core and one on the roof.
  • the core is formed by a flat bar, the flat side of which rests on the bottom of the envelope.
  • the hold-down element is preferably formed from a round rod or a tube, which at one by one Expansion induced by heating undergoes a change in shape, as a result of which the pressure on the contact lines remains low and is not sufficient to blow up the sheath. This is particularly true for the tube.
  • a longitudinal groove can be formed either in the roof or in the core, so that the round rod or the tube abuts the edges of the groove and thus two contact lines are formed there.
  • the roof of the inner wrapping has two flanks enclosing an acute angle, with a contact line running in each flank. This means that the round bar or tube lies in two contact lines on the roof.
  • a longitudinal groove can be formed at the intersection of the two flanks, the edges of the groove forming the contact lines.
  • the core is made particularly wide, it can also be provided that several hold-down elements are arranged in parallel.
  • the electrode Since the electrode is required in a plant for the corona treatment of foils, one runs on its top Rail for fastening the electrode at a distance from a roller that forms the counter electrode.
  • both the core and the hold-down element consist of an electrically conductive material, the hold-down element can be connected to a
  • High voltage source must be set up so that the
  • High voltage source is connected to the core via the hold-down element and a corresponding one
  • Potential gradient is built up to the counter electrode.
  • Fig. 1 shows a cross section through an electrode in egg ner first cross-sectional shape
  • Fig. 2 shows a cross section through an electrode in egg ner second embodiment.
  • the electrode 1 consists of a metallic core 2 and an envelope 3 made of a dielectric material, in particular a ceramic.
  • the envelope 3 is formed as a profile with a constant cross-section. In it runs a longitudinal channel 4 for receiving egg nes core 2 in the form of a flat steel and a hold-down element in the form of a tube 5, preferably just if made of a metallic material, so that electrical contact can also be made with the core 2 via the tube 5.
  • the casing 3 On its upper side, has a rail with an undercut 7 having a mounting groove 6, in which a corresponding holding, not shown here, can be used, which has lateral webs which engage in the undercuts 7.
  • the electrodes are elongated and extend over several meters, depending on the size of the roller serving as the counterelectrode for corona pretreatment of foils.
  • the sheath 3 and the core 2 are therefore by the meter, which are shortened according to the desired length.
  • the core 2 is first inserted into the longitudinal channel 4 so that it rests on the bottom of the longitudinal channel 4.
  • the tube 5 is then pushed in, making contact with the core 2 along a contact line 9 and in two contact lines 10, 11
  • the core and the tube can also be inserted into the longitudinal channel 4 at the same time.
  • the longitudinal channel 4 of the casing 3 is in principle rectangular, with a longitudinal groove 8 also running in the roof, the edges of which form the two contact lines 10 and 11.
  • the roof in this case there are only two contact lines, namely on the one hand to the core 2 and on the other hand exactly opposite on the roof of the cladding 2.
  • two or more tubes can also be parallel to each other be arranged in the longitudinal channel 4.
  • the cross-sectional shape according to FIG. 2 is essentially triangular.
  • the roof is formed by two flanks 12, 13, which enclose an acute angle.
  • a longitudinal groove 13 can be provided in the convergence of the two flanks, the dimensions of which can be selected so that the contact lines 10, 11 in the
  • the sheath 2 is not blown up, since, in particular in the case of a tube design of the holding element, this deforms during expansion, so that the contact forces in the contact lines are not increased and a bursting of the ceramic sheathing 2 is avoided.

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Abstract

Eine Elektrode (1) zur Erzeugung einer Koronaentladung besteht aus einem elektrisch leitenden metallischen Kern (2), der in eine dielektrische keramische Umhüllung (3) eingesetzt ist. Um den Kern (2) in der Umhüllung (3) zu fixieren, ist in die Umhüllung ein Niederhalteelement in Form eines Rohres (5) eingeführt, das in drei Kontaktlinien (9, 10, 11) sich einerseits an der Oberseite des Kerns (2) und andererseits am Dach der Umhüllung (3) abstützt. Das Niederhalteelement kann sich bei Erwärmung verformen, so dass die Kräfte auf den Kontaktlinien (10, 11, 12) nicht erhöht werden und eine Aufsprengung des spröden Materials der Umhüllung (3) verhindert wird.

Description

Beschreibung
Elektrode für die Erzeugung einer Koronaentladung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für die Er zeugung einer Koronaentladung aufweisend einen stromlei tenden länglichen Kern und eine aus einem dielektrischen Material bestehende Umhüllung mit einem Längskanal für den Kern, wobei der Längskanal über seine Länge von einem Boden und einem sich über den Boden erstreckenden Dach begrenzt ist und wobei der Kern mit seiner Unterseite auf dem Boden des Längskanals aufliegt.
Derartige Elektroden werden benötigt für die aktivierende Behandlung von Folien, die dazu über eine als Gegenelekt rode wirkende Walze geführt werden. Die Elektrode wird dazu im geringen Abstand und parallel zu der Walze mon tiert, so dass zwischen ihr und der Walze ein Spalt vor liegt, in dem sich ein Plasma bildet, wenn eine genügend hohe Spannung an die Elektrode angelegt wird. Die Folie durchläuft den Spalt und wird dabei vom Plasma aktiviert.
Um Durchschläge zu verhindern, besitzt die Elektrode eine Umhüllung aus einem dielektrischen Material, die auch der Befestigung in eine Anlage zur Korona-Vorbehandlung dient. Da der stromleitende metallische Kern in einem möglichst gleichbleibenden Abstand zur Walze verlaufen muss, um über die Länge der Elektrode ein gleichmäßiges Plasma zu erzeugen, muss der Kern innerhalb der Umhüllung lagegenau fixiert sein.
Bei dem dielektrischen Material, das den Kern umhüllt, handelt es sich im Allgemeinen um eine Keramik. Keramiken sind allerdings sehr brüchig und weisen dazu noch einen relativ geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass die Keramik den Kern nicht eng umschließen darf, da der sich im Betrieb erwärmende und ausdehnende Kern die Umhüllung andernfalls sprengen würde.
In der DE 195 31 898 Al wurde daher schon vorgeschlagen, als Kern eine Spirale zu nutzen, deren Durchmesser dem inneren Querschnitt der Umhüllung entspricht, so dass die Windungen der Spirale an den inneren Wänden der Umhüllung anliegen. Dach und Boden der Umhüllung bilden dazu einen im Querschnitt kreisrunden Längskanal. Da eine Erwärmung der Schraubenfeder keine Vergrößerung ihres Durchmessers bewirken würde, sondern vielmehr eine nach innen gerich tete Verdickung des Federdrahtes, würde kein nach außen wirkenden Druck auf die Umhüllung ausgeübt.
Es ist allerdings zweifelhaft, ob diese Annahme zutrifft. Darüber hinaus ist es schwierig, die Feder über die Länge der Umhüllung in diese einzufädeln, da die Windungen sich an der Längskanalwand verhaken, so dass die Feder beim Einfädeln immer wieder gestaucht wird.
Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, eine Elekt rode zu schaffen, deren Kern lagegenau in einer Umhüllung liegt und darüber hinaus leicht zu montieren ist.
Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass der Kern über seine Länge einen Abstand zum Dach des
Längskanals einhält und dass wenigstens ein
Niederhalteelement zwischen der Oberseite des Kerns und dem Dach des Längskanals verläuft, wobei jedes
Niederhalteelement in wenigstens einer sich in
Längsrichtung der Elektrode erstreckenden Kontaktlinie am Dach und in wenigstens einer sich in Längsrichtung er streckenden Kontaktlinie an der Oberseite des Kerns an liegt . Da über die begrenzte Anzahl von Kontaktlinien hinaus keine weiteren Kontakte zum Dach und zum Kern vorliegen, bleibt bei einer Erwärmung des Kerns und des Niederhal- teelements ein genügender Spielraum zur seitlichen Aus dehnung des Niederhalteelements . Gleichzeitig wird aber vom Niederhalteelement eine ausreichend hohe Haltekraft aufgebaut, die den Kern gegen den Boden der Umhüllung drückt, so dass seine Lage in der Umhüllung konstant bleibt .
Grundsätzlich können mehrere Niederhalteelemente
hintereinander in dem Längskanal angeordnet werden, so dass der Kern punkt- oder abschnittsweise gegen den Boden gedrückt wird. Die Herstellung einer Elektrode
vereinfacht sich aber, wenn der Kern und das
Niederhalteelement jeweils ein einheitliches Bauteil bilden, das sich über die Länge des Längskanals
erstreckt. Umhüllung, Kern und Niederhalteelement können daher als Meterware bereitgestellt werden, von der entsprechend der gewünschten Länge der Elektrode
Abschnitte abgetrennt werden, die anschließend in den Längskanal eingeführt werden.
Vorzugsweise werden nicht mehr als 4 Kontaktlinien benö tigt, und insbesondere nicht mehr als 3 Kontaktlinien, wobei im letzteren Fall eine Kontaktlinie am Kern und zwei Kontaktlinien am Dach bzw. umgekehrt zwei Kontaktli nien am Kern und eine am Dach verlaufen.
Um ein quer zur Elektrode ausgedehntes Plasma zu erzeu gen, ist vorgesehen, dass der Kern von einem Flachstab gebildet ist, dessen flache Seite auf dem Boden der Um hüllung aufliegt.
Das Niederhalteelement wird vorzugsweise aus einem Rund stab oder einem Rohr gebildet, die bei einer durch eine Erwärmung induzierte Ausdehnung eine Formänderung erfah ren, wodurch der Druck auf die Kontaktlinien gering bleibt und nicht ausreichend ist, die Umhüllung zu spren gen. Dies trifft insbesondere für das Rohr zu.
In einer Ausführung ist der innere Querschnitt des
Längskanals in der Umhüllung rechteckig, so dass der Boden und das Dach der Umhüllung parallel verlaufen.
Damit ergibt sich in jeder Querschnittsebene ein Zwei punktkontakt, nämlich zum einen zum Kern und zum anderen zum Dach.
Um eine bessere Fixierung durch eine Dreipunktkontaktie rung zu erreichen, kann entweder im Dach oder in dem Kern eine Längsnut ausgebildet sein, so dass der Rundstab bzw. das Rohr an den Kanten der Nut anliegt und somit dort zwei Kontaktlinien gebildet sind.
Denkbar wäre aber auch, dass das Dach der inneren Umhül lung zwei einen spitzen Winkel einschließende Flanken aufweist, wobei in jeder Flanke jeweils eine Kontaktlinie verläuft. Damit liegt der Rundstab bzw. das Rohr in zwei Kontaktlinien am Dach an.
Aber auch hier kann im Schnittpunkt der beiden Flanken eine Längsnut ausgebildet sein, wobei die Kanten der Nut die Kontaktlinien bilden.
Wenn der Kern besonders breit ausgeführt wird, kann auch vorgesehen werden, dass mehrere Niederhalteelemente parallel angeordnet werden.
Da die Elektrode in einer Anlage zur Koronabehandlung von Folien benötigt wird, verläuft an ihrer Oberseite eine Schiene zur Befestigung der Elektrode im Abstand zu einer Walze, die die Gegenelektrode bildet.
Da sowohl der Kern als auch das Niederhalteelement aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, kann das Niederhalteelement zur Verbindung mit einer
Hochspannungsquelle eingerichtet sein, so dass die
Hochspannungsquelle über das Niederhalteelement mit den Kern in Verbindung steht und ein entsprechendes
Potentialgefälle zu der Gegenelektrode aufgebaut ist.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Elektrode in ei ner ersten Querschnittsform und
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Elektrode in ei ner zweiten Ausführungsform.
Zunächst wird auf beide Figuren Bezug genommen und auf die gemeinsamen Elemente der beiden darin dargestellten Ausführungsformen einer Elektrode 1 eingegangen.
Demnach besteht die Elektrode 1 aus einem metallischen Kern 2 und einer Umhüllung 3 aus einem dielektrischen Ma terial, insbesondere einer Keramik. Die Umhüllung 3 ist als Profil mit einem gleichbleibenden Querschnitt ausge bildet. In ihr verläuft ein Längskanal 4 zur Aufnahme ei nes Kerns 2 in Form eines Flachstahls und einem Nieder halteelement in Form eines Rohres 5, vorzugsweise eben falls aus einem metallischen Material, so dass über das Rohr 5 auch eine elektrische Kontaktierung des Kerns 2 erfolgen kann. An ihrer Oberseite besitzt die Umhüllung 3 eine Schiene mit einer eine Hinterschnitte 7 aufweisende Montagenut 6, in der eine entsprechende, hier nicht dargestellte Halte rung eingesetzt werden kann, die seitliche Stege auf weist, die in die Hinterschnitte 7 greifen.
Die Elektroden sind länglich und erstrecken sich durchaus über mehrere Meter, je nachdem, wie groß die als Gegen elektrode dienende Walze eine Anlage zur Korona-Vorbe handlung von Folien ist. Die Umhüllung 3 und der Kern 2 sind daher Meterware, die entsprechend der gewünschten Länge gekürzt werden.
Zur Montage einer Elektrode wird zunächst der Kern 2 in den Längskanal 4 eingeschoben, so dass er auf dem Boden des Längskanals 4 aufliegt. Sodann wird das Rohr 5 nachgeschoben, wobei es entlang einer Kontaktlinie 9 Kontakt mit dem Kern 2 und in zwei Kontaktlinien 10, 11
Kontakt mit dem Dach des Längskanals 4 hat. Alternativ können der Kern und das Rohr auch gleichzeitig in den Längskanal 4 eingeführt werden.
Im Folgenden wird detailliert die Querschnittsform nach Fig. 1 beschrieben. Der Längskanal 4 der Umhüllung 3 ist im Prinzip rechteckig, wobei zusätzlich im Dach eine Längsnut 8 verläuft, deren Kanten die beiden Kontaktli nien 10 und 11 bilden.
Denkbar wäre aber auch, das Dach flach auszuführen: In diesem Fall liegen nur zwei Kontaktlinien vor, nämlich zum einen zum Kern 2 und zum anderen genau gegenüberlie gend am Dach der Umhüllung 2. Gerade bei einer solchen Ausführung können auch zwei oder mehr Rohre parallel zueinander im Längskanal 4 angeordnet werden. Die Querschnittsform gemäß der Fig. 2 ist im Wesentlichen dreieckig. Das Dach wird von zwei Flanken 12, 13 gebil det, die einen spitzen Winkel einschließen. Auch hier liegen eine Kontaktlinie 9 zum Kern 2 und zwei Kontaktli nien jeweils 10 und 11 zu den Flanken 12, 13 vor. Außer dem kann im Zusammenlauf der beiden Flanken eine Längsnut 13 vorgesehen werden, wobei deren Abmessung gerade so ge wählt werden kann, dass die Kontaktlinien 10, 11 in den
Kanten der Längsnut 8 verlaufen.
Durch die Anlage des Rohres 5 in den Kontaktlinien 9, 10, 11 wird über die gesamte Länge des Kerns 2 ein Anpress druck auf den Boden der Umhüllung 3 ausgeübt, so dass der Kern 2 eine fixierte Position innerhalb der Umhüllung 3 einnimmt. Wird diese durch mehrere Halterungen passgenau im gleichen Abstand zur Walze ausgerichtet, ist der Spalt zwischen dem Kern 2 und der Walze gleichbleibend.
Bei einer wärmebedingten Ausdehnung wird die Umhüllung 2 nicht gesprengt, da insbesondere bei einer Rohrausführung des Halteelementes dieses sich bei einer Ausdehnung ver formt, so dass die Anpresskräfte in den Kontaktlinien nicht vergrößert werden und ein Aufsprengen der kerami schen Umhüllung 2 vermieden wird.
Bezugszeichenliste Elektrode
Kern
Umhüllung
Längskanal
Rohr Montagenut
Hinterschnitte
Längsnut
Kontaktlinie Kontaktlinie
Kontaktlinie
Flanke
Flanke

Claims

Patentansprüche
1. Elektrode für die Erzeugung einer Koronaentladung aufweisend einen stromleitenden länglichen Kern (2) und eine aus einem dielektrischen Material
bestehende Umhüllung (3) mit einem Längskanal (4) für den Kern (2), wobei der Längskanal (4) über seine Länge von einem Boden und einem sich über den Boden erstreckenden Dach begrenzt ist und wobei der Kern (2) mit seiner Unterseite auf dem Boden des Längskanals (4) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) über seine Länge einen Abstand zum Dach des Längskanals (4) einhält und dass wenigstens ein Niederhalteelement zwischen der Oberseite des Kerns (2) und dem Dach des Längskanals (4) verläuft, wobei jedes Niederhalteelement in wenigstens einer sich in Längsrichtung der Elektrode erstreckenden Kontaktlinie (10, 11) am Dach und in wenigstens einer sich in Längsrichtung erstreckenden
Kontaktlinie (9) an der Oberseite des Kerns (2) anliegt .
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) und das Niederhalteelement jeweils ein einheitliches Bauteil bilden, das sich über die Länge des Längskanals (4) erstreckt.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass nicht mehr als 4 Kontaktlinien und vorzugsweise nicht mehr als 3 Kontaktlinien (9, 10, 11) vorliegen.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalteelement aus einem Rundstab oder einem Rohr (5) gebildet ist.
5. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Querschnitt des Längskanals (4) rechteckig ist.
6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass entweder im Dach oder in dem Kern (2) eine Längsnut (8) ausgebildet ist, so dass der Rundstab oder das Rohr (5) an den Kanten der Nut (6) anliegt.
7. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach der inneren Umhüllung (3) zwei einen spitzen Winkel einschließende Flanken (12, 13) aufweist .
8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schnittpunkt der beiden Flanken (12, 13) eine Längsnut (8) ausgebildet ist.
9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Niederhalteelmente parallel angeordnet sind.
10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an ihrer Oberseite eine Schiene zur Befestigung der Elektrode in einer An lage zur Korona-Vorbehandlung verläuft.
11. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kern (2) als auch das Niederhalteelement aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, und dass das
Niederhalteelement zur Verbindung mit einer
Hochspannungsquelle eingerichtet ist.
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