[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feinstperforieren folienartiger Materialbahnen
mittels Hochspannungsimpulsen, bestehend-aus einer eine Vielzahl von Nadeln umfassenden
ersten Elektrode und einer von dieser gleichmäßig beabstandeten zweiten Elektrode
als Gegen elektrode, zwischen denen die Materialbahn hindurchläuft, und einer Schalaugsanordnung
mit Übertrager, dessen Primärkreis zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses kurzer
Dauer an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen wird und in dessen Sekundärkreis
die, eine Funkenstrecke bildende erste und zweite Elektrode liegen.
Stand der Technik
[0002] Eine Anordnung der vorbeschriebenen Art ist durch die DE-PS 11 10 509 bekannt, Bei
dieser insbesondere zur Erzeugung von Trennperforationen vorgesehenen Ausführung steht
der aus einer Nadelreihe bestehenden ersten Elektrode eine sog. Linienelektrode gegenüber.
Auf dieser liegt die zu perforierende Materialbahn auf. Alle Nadeln liegen parallel
im Sekundärkreis eines Übertragers und werden gleichzeitig durch einen Hochspannungsimpuls
kurzer Dauer erregt.
[0003] Im Primärkreis des Übertragers liegt in Reihe mit einem Thyratron ein Kondensator,
der über einen Vorwiderstand aufladbar ist. Durch eine Ansteuerung des Thyratrons
wird der Primärkreis geschlossen. Dabei entlädt sich der Kondensator über die Primärwicklung
und erzeugt sekundärseitig einen dem Übersetzungsverhältnis des Übertragers entsprechend
hohen Spannungsimpuls. In der Zuleitung zu den Nadeln liegt ein Entladebegrenzungswiderstand.
[0004] Für eine exakte Feinstperforierung ist diese Anordnung-nicht geeignet, da hier eine
völlig unkontrollierbare Verteilung des Spannungspotentials in Abhängigkeit von partiellen
Dielektrizitätsverhalten des zu perforierenden Materials an der Durchschlagstelle
auftritt. Die Folge sind unterschiedlich große Perforationslöcher. Bei dichter Nadelreihe
finden dabei oftmals mehrere benachbarte Entladungen durch ein und dieselbe Durchschlagstelle
statt. Dieses führt zu einer Vergrößerung dieser einen Durchschlagstelle, während
die benachbarten Stellen unperforiert bleiben. Die Perforierung ist daher sowohl im
Abstand als auch in der Größe der Durchschlagstellen ungleichmäßig. Außerdem ist der
mögliche Arbeitstakt dieser Schaltungsanordnung relativ langsam.
[0005] Einer Feinstperforierung werden insbesondere solche folienartigen Materialien unterzogen,
die durch ihre Materialstruktur so dicht sind, daß sie von Haus aus keine oder eine
geringe Atmungsaktivität haben. Dieses ist vor allem bei Kunststofffolien, Kunstleder,
beschichteten Textilien oder dergl. der Fall. Für verschiedenste Verwendungszwecke,
z. B. im Bekleidungssektor, wird von derartigen Materialien ein bestimmtes Maß an
Wasserdampfdurchlässigkeit verlangt, wobei gleichzeitig ein hohes Maß an Wasserdichtheit
gefordert wird. Die Wasserdampfdurchlässigkeit ist im wesentlichen von der Anzahl
der Perforationen pro Flächeneinheit und ihrer absoluten Größe abhängig. Die Wasserdichtheit
wird dagegen durch die Größe der 2 drei größten Löcher pro 100 cm Materialfläche bestimmt.
Um den sehr hohen Normenvorschriften in dieser Beziehung zu entsprechen, muß eine
gleichmäßige und dichte Perforierung bei kleinstem Perforationslochdurchmesser erreicht
werden. Diesen Forderungen wird keine der bisher bekannten Feinstperforationsanordnungen
gerecht, wie sie z. B. durch die DE-PS 20 14 000 und die DE-OS P 21 45 048 bekannt
sind. Schon allein eine flächenhaft ausgebildete Gegenelektrode und ein Anliegen der
zu perforierenden Materialbahn an einer der Elektroden hat zur Folge, daß das sich
vor dem Durchschlag aufbauende elektrische Feld zu großflächig ausbildet. Die zum
Durchschlag benötigte Spannung wird daher höher und das Loch an der Durchschlagstelle
entsprechend groß.
Aufgabe und Lösung
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Anordnung zum Feinstperforieren
von folienartigen Materialien zu schaffen, die bei geringerem Energieaufwand eine
gleichmäßige und dichte Perforierung bei kleinsten Lochdurchmesser gewährleistet.
[0007] Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche
zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes auf.
Vorteile
[0008] Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch
eine verkürzte Brenndauer der Entladüngsfunken kleinere Perforationslöcher entstehen.
Die dadurch gegenüber be kannten Anordnungen geringe Ozongas-Entwicklung bewirkt,
daß keine bisher übliche Geruchsbelästigung auftritt, so daß auf Absauganlagen verzichtet
werden kann. Durch die individuelle Beaufschlagung der einzelnen Nadelpaare mit einer
auf das tatsächlich notwendige Maß reduzierten Ladung ist auch die Geräuschentwicklung
beim Entladungsvorgang auf ein insgesamt erträgliches Maß reduziert. Es wird eine
hohe Wasserdampfdurchlässigkeit erzielt, ohne die vorgeschriebene Wasserdurchlässigkeitsgrenze
zu überschreiten. Die Möglichkeit der berühruhgsfreien senkrechten Materialbahnführung
vermeidet bei Folien mit empfindlicher Oberfläche Schäden, die beim Gleiten über eine
feststehende Elektrode auftreten können.
Beschreibung der Erfindung
[0009] Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen
nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 den mechanischen Teil der Anordnung gemäß der Erfindung in schematischer Perspektivdarstellung.
Fig. 2 die Teildarstellung eines bei der Anordnung gemäß Fig. 1 als erste Elektrode
verwendeten Nadelfeldes mit zugehöriger Anschlußplatte, teilweise geschnitten dargestellt.
Fig. 3 die vergrößerte Darstellung der Einzelheit A der Fig. 2.
Fig. 4 die Draufsicht auf ein Nadelfeld gemäß der Erfindung.
Fig.. 5 eine Erregerschaltung für ein Nadelpaar, wie sie zum Betrieb der Anordnung
gemäß Fig. 1 bis 4 verwendet wird.
Fig. 6 das Blockschaltbild einer Steuerschaltung zur Anordnung gemäß Fig. 1 bis 5.
[0010] Mit der in den Zeichnungen Fig. 1 bis 4 dargestellten Anordnung wird in Verbindung
mit den Schaltungsmaßnahmen gemäß Fig. 5 und 6 erreicht, daß die die Funkenentladung
auslösende Elektronenkonzentration an der einen Elektrode auf eine zur Bildung der
Ladungswolke notwendige Anzahl freier Elektronen beschränkt wird und daß durch die
Erzielung eines englinigen elektrischen Feldverlaufs eine Konzentration der die Funkenentladung
auslösenden Elektronenlawine bewirkt wird.
[0011] Die Begrenzung der zur Bildung der Ladungswolke notwendigen Elektronen erfolgt in
einfacher Weise durch die unmittelbare räumliche Zuordnung eines hochohmigen Widerstandes
in Reihe mit der Nadel, an der sich die Ladungsträgerkonzentration ausbildet. Die
Konzentration des elektrischen Feldlinienverlaufs wird dadurch erreicht, daß sich
nadelförmige Elektroden gegenüberstehen und daß zwischen diesen Elektroden und der
zu perforierenden Materialbahn beiderseits ein Mindest-Luftspalt besteht. Diese Maßnahme
basiert auf folgender physikalischen Erkenntnis: Füllt ein Dielektrikum, das eine
gegenüber Luft wesentlich höhere Dielektrizitätskonstante hat, den Raum zwischen zwei
Spitzen. einer Entladungsstrecke vollständig aus, so ist die zur Funkenentladung notwendige
Spannung bei sonst gleichen Parametern größer als bei einem beidseitigen Luftspalt
zwischen den Spitzen und dem Dielektrikum. Der Einfluß des dabei größeren Abstandes
der beiden Spitzen ist wegen der gegenüber Luft wesentlich höheren Dielektrizitätskonstanten
des Dielektrikums vernachlässigbar klein. Demgegenüber ist aber die Feldliniendichte
des mit gleich hoher Spannung erzeugten elektrischen Feldes an der Oberfläche des
Dielektrikums größer.
[0012] In den Zeichnungen Fig. 1 bis 4 sind die vorbeschriebenen Maßnahmen in eine konstruktive
Lösung umgesetzt. Die schematische und unmaßstäbliche Perspektivdarstellung der Fig.
1 zeigt den mechanischen Teil der Anordnung. Die dargestellte Ausführung ist auf eine
vertikale Führung der zu perforierenden Materialbahn 1 ausgelegt. Durch je ein oberhalb
und unterhalb einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnetes Transportwalzenpaar
2 wird die Materialbahn 1 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit weitgehend berührungsfrei
zwische den beiden Elektrod.en hindurchgeführt. Durch die vertikale Anordnung wird
ein Aufliegen auf einer der Elektroden vermieden, so daß darauf beruhende Oberflächenverletzungen
empfindlicher Materialbahnbeschich tungen vermieden werden. Die beiden Elektroden
bestehen aus über die Materialbahnbreite reichende, mehrreihige Nadelfelder 3 und
4. Fig. zeigt das Nadelfeld 3 in Rückansicht. Das Nadelfeld 4 ist in gleiche Weise
ausgebildet, lediglich daß dort die Nadeln 9 spiegelbildlich zu denen des Feldes 3
angeordnet und auf die Nadeln 9 des Feldes 3 ausgerichtet sind. Die Nadelfelder 3
und 4 stehen mit ihren Frontseiten einander ortsfest und im Abstand von etwas mehr
als der Materialbahndicke gegenüber. Jedes Nadelfeld 3 bzw. 4 ist mit einer steckbaren
Anschlußeinheit 10 bzw, 11 versehen. Durch diese sind die in den Nadelfeldern 3 und
4 einander gegenüberstehenden Nadeln 9 paarweise über Steuerleitungen 17 und 18 mit
separaten Erregerschaltungen gemäß Fig. 5 verbunden.
[0013] Die Nadelfelder 3 und 4 bestehen in der Basis aus einer Isolierstoffplatte 5, die
im Abstand eines vorgegebenen Rasters (Fig. 4) von der Rückseite mit Bohrungen 7 versehen
sind, wie Fig. 2 zeigt. Der Durchmesser der Bohrungen 7 ist so bemessen, daß ein Festsitz
der später eingeführten Nadeln 9 gewährleistet ist, Wie Fig. 3 in der Vergrößerung
der Einzelheit A von Fig. 2 deutlich zeigt, geht die jeweilige Bohrung 7 in eine Bohrung
8 mit kleinerem Durchmesser über. Der dadurch entstehende Absatz dient als Anschlag
7a für die Nadel 9. Dieser ist so angeordnet, daß die Spitze 9a der bis zur Anschlaglage
eingeführten Nadel 9 etwa um die Hälfte des Nadeldurchmessers (Abstand s) von der
Frontseite 5a der Isolirstpffplatte 5 zurücksteht.
[0014] Wie Fig. 2 erkennen läßt, ragen die auf Anschlag eingeführten Nadeln 9 mit ihrem
stumpfen Ende 9b aus der rückwärtigen Fläche der Isolierstoffplatte 5 heraus. Mit
diesen Nadelenden korrespondieren Steckbuchsen 16, in den Anschlußeinheiten 10 und
11. Diese Einheiten 10 und 11 dienen, wie bereits erwähnt, zum paarweisen Anschluß
der Nadeln 9 an Erregerschaltungen gemäß Fig. 5. Die zeichnerisch nicht dargestellte
Anschlußeinheit 11 ist lediglich mit Steckbuchsen 16 versehen, die mit je einer Steuerleitung
18 elektdsch verbunden sind. Die Anschlußeinheit 10 besteht dagegen aus einem etwas
tieferen Gehäuse 12, in dem in Ausrichtung auf die Nadelenden 9b runde Wider- st
ände 14 in der Bodenfläche 12 a und in einer Zwischenwand
12b gehaltert sind. Diese, beispielsweise einen hohlen Keramikkörper
15 als Schichtträger aufweisende Ausführung eines Widerstandes ist mit metallischen
Anschlußkappen 14a versehen. Während die oberen Kappen mit je einer Steuerleitung
17 in Verbindung stehen, sind die unteren Kappen mit einer Steckbuchse 16 versehen,
die in.den Hohlraum 15a des Keramikkörpers 15 ragt. Dadurch ist eine optimal kurze
und einfach lösbare Verbindung zwischen einer Nadel 9 und dem zugehörigen Widerstand
14 gegeben.
[0015] Fig. 4 zeigt die Rückansicht des Nadelfeldes 3 mit einer sich an der Vorderseite
in Pfeilrichtung vorbeibewegenden Materialbahn 1, Wie die Zeichnung erkennen läßt,
sind die Nadeln 9 in vier Reihen I bis IV in gleichem Abstand zueinander angeordnet.
Den gleichen Abstand haben auch die Reihen I bis IV untereinander. Diese Abstände
sind entsprechend der Reihenanzahl viermal so groß wie der gewünschte Perforationslochabstand
r. Außerdem sind die Reihen I bis IV untereinander um jeweils einen Perforationslochabstand
r seitlich versetzt. Diese zueinander versetzte, mehrreihige Anordnung der Nadeln
9 erlaubt eine gruppenweise Folgeansteuerung der auf den Schräglinien liegenden Nadeln
9 aller Reihen. Bei einem gleichzeitigen kontinuierlichen Vorschub der Materialbahn
1 wird nach und nach die Perforation im vorgesehenen Raster mit einer gewissen Tiefenstaffelung
zusammengesetzt. Wie nachfolgend noch näher beschrieben ist, ergibt sich bei einer
Taktzeit von 15 ms und einer Materialbahnvorschubgeschwindigkeit von 10 m/min. ein
Perforationsraster mit einem Perforationslochabstand r/in beiden Richtungen. Durch
Ver ändern der Vorschub-geschwindigkeit der Materialbahn 1 ist der Reihe abstand variierbar.
[0016] Wie bereits erwähnt ist für jedes der einander in den. Nadelfeldern 3 und 4 gegenüberstehenden
Nadelpaare 9 eine Erregerschaltung gemäß Fig. 5 vorgesehen. Diese besteht aus einem
Zündtrafo Tr, der primärseitig über einen Schalttransistor T an einer Gleichspannungsquelle
liegt. Die Nadeln 9 und der Widerstand 14 sind über die Steuerleitungen 17 bzw. 18
an die hochübersetzte Sekundärwicklung des Zündtrafos Tr angeschlossen. Mit einer
Ansteuerung des Transistors -T öffnet dieser. Im Primärkreis des Trafos Tr fließt
ein Strom, der aufgrund der Wicklungsinduktivität erst nach einer gewissen Zeit seinen
Endwert erreicht. Die dabei sekundärseitig induzierte Spannung reicht nicht zur Zündung
aus. Mit dem Ende der impulsförmigen Ansteuerung wird der fließende Strom plötzlich
unterbrochen. Die Folge ist eine sehr hohe Selbstinduktionsspannung, die sekundärseitig
die erforderliche hohe Zündspannung hervorruft, die die Funkenentladung zwischen den
beiden Nadeln 9 verursacht, die bei einem zwischen den Nadeh 9 befindlichen folienartigen
Material im Durchschlag ein mikroskopisch kleines Perforationslocherzeugt.
[0017] Um die in Verbindung mit Fig. 4 beschriebene Folgeansteuerung zu ermöglichen, ist
eine Steuerschaltung vorgesehen, die in schematischer Blockdarstellung in Fig. 6 aufgezeigt
ist. Die Schaltung ist auf vierreihige Nadelfelder 3/4 zu je einhundertfünfzig Nadeln
pro Reihe I bis IV ausgelegt. Die Reihen I his IV sind in fünfzehn Gruppen G1 bis
G15 zu je 4 x 10 Nadeln 9 unterteilt. Die Erregerschaltungen (Fig. 5) der in der Zählfolge
gleichen Nadelpaare 9 aller Reihen I bis IV sind zu Steuereinheiten E1 bis E10 zusammengefaßt.
Diese sind an einen Ringzähler RZ angeschlossen, der seinerseits durch einen Taktgenerator
TG fortgeschaltet wird. In dem vorerwähnten Zeittakt von 1,5 ms werden die in den
einzelnen Steuereinheiten E1 bis E10 zusammengefaßten Erregerschaltungen einheitenweise
nacheinander über den Ringzähler RZ angesteuert und damit die zugehörigen Funkenstrecken
in der vorbeschriebenen Weise aktiviert.
[0018] 3 Blatt Zeichnungen
1. Anordnung zum Feinstperforieren folienartiger Materialbahnen mittels Hochspannungsimpulsen,
bei der die zu perforierende Materialbahn zwischen zwei gleichmäßig beabstandeten,
flächenhaften Elektrodenfeldern hindurchläuft, die eine Vielzahl von reihenweise angeordneten
Nadeln umfassen, die in Isolierstoffplatten gehaltert und spiegelbildlich paarweise
auf-einander ausgerichtet sind, wobei jedem Nadelpaar eine Schaltungsanordnung mit
übertrager zugeorhet ist, der primärseitig über einen Transistorschalter mit einer
Niedervolt-Gleichstromquelle in Verbindung steht und in dessen Sekundärkreis das eine
Funkenstrecke bildende Nadelpaar liegt, dadurch gekannzeichnet, daß die Spitzen (9a)
der Nadeln (9) beider Elektrodenfelder stets einen Mindestabstand von der zwischen
ihnen hindurchlaufenden Materialbahn (1) haben und daß die Nadeln(9) des ersten Elektrodenfeldes
mit ihrem stumpfen Ende (9b) unmittelbar in leitender Verbindung mit je einem hochohmigen
Widerstand (14) stehen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß die Bohrungen (7) in den
Isolierstoffplatten (5) der Elektrodenfelder zur Aufnahme der Nadeln (9) im Bereich
der Nadelspitzen (ga) stufenartig verringert sind (Bohrungen 8) und daß diese Verjüngungen
einen Anschlag (7a) für die jeweilige Nadel (9) bilden, die so angeordnet sind, daß
die Nadelspitzen (9a) um etwa die Hälfte des Nadeldurchmessers (Abstand s) von der
Planfläche (5a) der Isolierstoffplatte (5) zurückstehen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (14) alle
gleiche technische Werte haben.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jedem Nadelpaar zugeordnete
Übertrager ein Zündtrafo (Tr) mit hohem Übersetzungsverhältnis ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Transistorschalter
(T) über einen durch einen Taktgenerator (TG) gesteuerten elektronischen Verteiler(RZ)
erfolgt.
6. Anordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der
einzelnen Nadelpaare (9) gruppenweise erfolgt, wobei jede Gruppe (G1 bis G15) einen
gleich großen Abschnitt aller Reihen (I bis IV) umfaßt und daß jeweils die innerhalb
der Gruppen (G1 bis G15) in der Zählfolge gleichen Nadelpaare (9) aller Reihen (I
bis IV) gleichzeitig mit einem Impuls beaufschlagt werden.
7. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Nadeln mit ihrem stumpfen Ende aus der rückwärtigen
Fläche der Isolierstoffplatten herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß mit entsprechend
angeordneten Buchsen (16) bestückte Anschlußplatten (10 und 11) vorgesehen sind, die
auf die aus den Isolierplatten herausragenden Nadelenden (9b) aufsteckbar sind..
8. Anordnung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (16) der
Anschlußplatte (10) für das Nadelfeld (3) der ersten Elektrode mit elektrischen Widerständen
(14) kombiniert sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8 bei Verwendung von Schichtwiderständen mit Keramikkörper,
die an den Enden mit metallischen Anschlußkappen versehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Anschlußkappen (14a) als Steckbuchse (16) ausgebildet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelfelder (3 und
4) und eine Transporteinrichtung (Walzenpaar 2) einander in vertikaler Richtung zugeordnet
sind.