[0001] Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur Behandlung von Oberflächen, insbesondere
aus Kunststoff, sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen umfassend eine
entsprechende Elektrode.
[0002] Um die Benetzung mit und Haftung von Druckfarben oder Klebstoffen auf Oberflächen,
insbesondere von Kunststofffolien, zu erhöhen, ist es bekannt, die Oberflächenenergie
mit Hilfe einer Plasmabehandlung zu erhöhen.
[0003] Beispielsweise ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2015 109 635 A1 eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Kunststofffolien bekannt, bei dem
mithilfe einer Koronaelektrode eine plasmaerzeugende Koronaentladung erzeugt wird,
der die zu behandelnde Folie ausgesetzt wird. Die Folie läuft dabei über eine geerdete
Metallwalze zu der parallel und in geringem Abstand eine lang gestreckte Koronaelektrode
angeordnet ist, sodass sich zwischen der über die Walze geführten Folie und der Koronaelektrode
ein Abstand von nur wenigen Millimetern ergibt. Zwischen Koronaelektrode und Metallwalze
ist ein Dielektrikum zur galvanischen Trennung und elektrischen Isolation angeordnet,
wobei das Dielektrikum der Elektrode oder der Metallwalze, bspw. in Form eines Überzugs,
ausgestaltet sein kann. Zur letztendlichen Erzeugung der Koronaentladung ist die Koronaelektrode
verbundene Wechselspannungsquelle erzeugt.
[0004] Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass bei Beschädigung des Dielektrikums
bspw. aufgrund von Verschleiß, mechanischer Verletzung oder einem Durchschlag mit
Lochbildung ein Kurzschluss auftreten kann und die Vorrichtung bis zur Behebung des
den Kurzschluss verursachenden Fehlers stillgesetzt werden muss. Dabei können erhebliche
Ausfallzeiten entstehen.
[0005] Auch das Dokument
DE 37 00 232 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Kunststofffolien mit Koronaentladung,
bei der jedoch das Dielektrikum nicht mehr im Bereich der Koronaentladung, sondern
in einem davon entfernten "kalten" Bereich angeordnet ist. Bei dieser Vorrichtung
sind einzelne, elektrisch voneinander getrennte Sprühelektroden auf einem gemeinsamen
Dielektrikum mit innen liegendem Leiterbspw. ein mit Aluminiumgranulat gefülltes Rohr
aus Quarz - aufgeschoben.
[0006] Es ist bekannt, dass bei entsprechenden Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung von
Kunststofffolien per Koronaentladung als Nebenprodukt Ozon entsteht, dessen Anteil
im Abgas deutlich über der arbeitsschutzrechtlichen zugelassenen maximalen Arbeitsplatz-Konzentration
(MAK-Wert) liegt und der darüber hinaus noch besonders korrosiv ist. In der Folge
sind geeignete Absaugvorrichtungen sowie ggf. Abgasreinigungsvorrichtungen bei der
Oberflächenbehandlung mit Koronaentladung vorzusehen.
[0007] Der zur Benetzung mit und Haftung von Druckfarben oder Klebstoffen vorteilhafte Effekt
der mit Koronabehandlung erhöhten Oberflächenenergien nimmt mit der Lagerung der Folie
ab. Wenn eine entsprechende Behandlung bei der Herstellung von Kunststofffolien durchgeführt
wird, muss die Behandlung je nach Lagerzeit vor der tatsächlichen Veredelung der Folie
wiederholt werden.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrode zur Behandlung von Oberflächen
sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen zu schaffen, bei der die aus
dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch zu einem geringeren
Umfang auftreten.
[0009] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Elektrode gemäß dem Hauptanspruch sowie einer
Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10.
[0010] Demnach betrifft die Erfindung eine Elektrode zur Behandlung von Oberflächen mit
einer Breitenausdehnung parallel zur zu behandelnden Oberfläche umfassend mehrere
Elektrodenspitzen und einen gemeinsamen Träger, wobei die Elektrodenspitzen in Richtung
der Breitenausdehnung senkrecht zur zu behandelnden Oberfläche ausgerichtet an dem
gemeinsamen Träger angeordnet sind, und wobei die Elektrodenspitzen voneinander elektrisch
isoliert sind und jeweils einen eigenen vorgeschalteten spannungsfesten Kondensator
zur Spannungsversorgung aufweisen.
[0011] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen
umfassend wenigstens eine über eine Wechselspannungsquelle mit Wechselspannung versorgte
erfindungsgemäße Elektrode und wenigstens einer Gegenelektrode als Masse, wobei Elektrode
und Gegenelektrode so voneinander beabstandet angeordnet sind, dass ein Gegenstand
mit der zu behandelnden Oberfläche zwischen diesen angeordnet werden kann.
[0012] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Behandlung von Oberflächen,
insbesondere von Kunststoff-, aber auch von Papier- und Aluminiumoberflächen, durch
Funkenentladung gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Koronabehandlung
vorteilhaft ist.
[0013] Im Gegensatz zur Koronaentladung weist das bei der Funkenentladung entstehende isotherme
Plasma neben hoch energetisierten Elektronen auch eine große Anzahl positiver, heißer
Ionen auf, deren Energie ausreichend ist, nicht nur Molekülketten auf der zur behandelnden
Oberfläche zu spalten, sondern auch dabei entstehende oder aus sonstigen Gründen vorhandenen
kurzkettigen Substanzen zu verdampfen, die ansonsten die Haftwirkung begrenzen würden.
Dabei bleiben vermehrt haftstarke, beständige chemische Bindungen an der behandelten
Oberfläche zurück. Die Haftwirkung bei mit Funkenentladung behandelten Oberflächen
ist gegenüber einer koronabehandelten Oberfläche derart deutlich verbessert, dass
selbst wässriger Leim auf einer kurz zuvor behandelten Oberfläche untrennbar haftet.
Auch ist die Abnahme der die Hafteigenschaften bestimmenden Oberflächenspannung bei
mit Funkenentladung behandelten Oberflächen deutlich geringer und kann bspw. bei einer
Kunststofffolie aus orientiertem Polypropylen, bei der die Abnahme der Oberflächenspannung
nach einer Koronabehandlung bei zwei Monaten Lagerzeit um ca. 4 mN/m liegt, bei einer
Behandlung mit Funkenentladung die Abnahme der Oberflächenspannung über zwei Monate
Lagerzeit auf nur ca. 1 mN/m reduziert werden.
[0014] Auch hat sich gezeigt, dass bei einer Oberflächenbehandlung mit Funkenentladung im
Vergleich zu einer Koronabehandlung deutlich weniger Ozon erzeugt wird. Die Ozonkonzentration
im Abgas kann dabei um den Faktor 10 bis 100 reduziert werden. Es steht zu vermuten,
dass dieser Bonuseffekt durch die vergleichsweise höhere Gastemperatur bei der Funkenentladung
einstellt.
[0015] Um eine entsprechende Funkenentladung zu erreichen und aufrechtzuerhalten, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, dass die Elektrode eine Vielzahl von Elektrodenspitzen aufweist, die jeweils
einen eigenen strombegrenzenden und damit bogenentladungsverhindernden Kondensator
vorgeschaltet haben. Der Begriff "vorgeschaltet" bedeutet in diesem Zusammenhang,
dass die Spannungsversorgung der Elektrodenspitzen zwingend über den jeweiligen Kondensator
einer Elektrodenspitze erfolgt.
[0016] Die Elektrodenspitzen sind über die Breite der Elektrode verteilt an einem Träger
angeordnet und voneinander elektrisch isoliert. Die Elektrodenspitzen sind dabei im
Wesentlichen senkrecht zur zu behandelnden Oberfläche angeordnet. Die zu behandelnde
Oberfläche ist zwar kein Teil der Elektrode, definiert aber deren Formgebung für die
vorgesehene Verwendung maßgeblich mit. So können bei einer ebenen zu behandelnden
Oberfläche die Elektrodenspitzen der Elektrode jeweils parallel zu einander angeordnet
sein. Ist die zu behandelnde Oberfläche gekrümmt, bspw. weil sie über eine Walze geführt
ist, sind die Elektrodenspitzen jeweils in radialer Richtung zu einer Achse angeordnet,
die - in dem genannten Ausführungsbeispiel - mit der Achse der Walze zusammenfällt.
[0017] Durch die gegenüber der zu behandelnden Oberfläche senkrechte Anordnung der kleinflächigen
Elektrodenspitzen entstehen an jeder Elektrodenspitze lokal Funkenentladungen. Aufgrund
der Strombegrenzung durch die Kondensatoren jeder einzelnen Elektrodenspitze, kann
auf ein in der Funkenstrecke angeordnetes Dielektrikum vollständig verzichtet werden.
Die Funkenstrecke ist also vorzugsweise dielektrikumsfrei.
[0018] Es ist bevorzugt, wenn die Elektrodenspitzen derart in Richtung senkrecht zur Breitenausdehnung
versetzt angeordnet sind, dass die Komponente des lichten Abstandes zweier versetzt
angeordneter benachbarter Elektrodenspitzen parallel zur Richtung der Breitenausdehnung
kleiner ist als der Betrag des lichten Abstands der beiden Elektrodenspitzen, wobei
die Abstandskomponente parallel zur Richtung der Breitenausdehnung vorzugsweise kleiner
gleich der Abstandskomponente senkrecht zur Richtung der Breitenausdehnung, weiter
vorzugsweise kleiner gleich dem Durchmesser der Elektrodenspitzen, besonders vorzugsweise
gleich null ist. Wird die zu behandelnde Oberfläche relativ zur Elektrode in Richtung
senkrecht zur Breitenausdehnung bewegt, wird durch die entsprechende Anordnung der
Elektrodenspitzen eine Oberflächenbehandlung über die gesamte Breite der Elektrode
sichergestellt.
[0019] Es ist bevorzugt, wenn die Elektrodenspitzen in wenigstens einer Reihe parallel zur
Richtung der Breitenausdehnung angeordnet sind, wobei die Elektrodenspitzen einer
Reihe vorzugsweise in konstanten Abständen angeordnet sind. Eine entsprechende Anordnung
dient der gleichmäßigen Oberflächenbehandlung über die gesamte Breite der Elektrode.
Es können 2 bis 32, vorzugsweise 2 bis 20, weiter vorzugsweise 4 bis 12 Reihen an
Elektrodenspitzen vorgesehen sein. In Kombination mit der zuvor beschriebenen versetzten
Anordnung kann durch geeignete Wahl von Abständen und Anzahl der Reihen sichergestellt
werden, dass eine relativ zur Elektrode bewegte Oberfläche über die gesamte Breite
der Elektrode vollständig und gleichmäßig oberflächenbehandelt wird.
[0020] Das zu behandelnde Material kann mehrfach unter der Elektrode durchgeführt werden,
um das gewünschte Ergebnis zu erreichen. So kann bspw. Kunststofffolie aus orientiertem
Polypropylen sechs- bis achtmal unter einer Elektrode, bei der die Oberfläche einmal
über die gesamte Breite der Elektrode vollständig und gleichmäßig oberflächenbehandelt
wird, durchgeführt werden, um optimale Ergebnisse zu erreichen. Es ist aber auch möglich,
mehrere Elektroden hintereinander anzuordnen oder eine Elektrode mit entsprechend
vielen Reihen an Elektrodenspitzen zu versehen, um bei einmaligem Durchführen eine
mehrfache Oberflächenbehandlung zu erreichen.
[0021] Die Elektrodenspitzen können als Stifte oder Röhren ausgebildet sein. Die Ausgestaltung
als Röhren bietet den Vorteil, dass die Elektrodenspitzen gasdurchströmbar sind, womit
sich zum einen eine Kühlung der Elektrodenspitzen und der zu behandelnden Oberfläche
sowie eine Beseitigung von unerwünschten, ortsfesten Funkenkanälen erreichen, zum
anderen bei Bedarf eine Schutzatmosphäre im Bereich der Funkenentladung schaffen lässt.
Sind die Elektrodenspitzen als Röhren ausgebildet, ist es bevorzugt, wenn die Elektrode
und/oder deren Träger zum Durchleiten von Gas zu den Röhren ausgebildet sind. Beispielsweise
kann der Träger als gasdichtes und mit den Röhren fluidverbundenes Profil ausgebildet
sein, sodass in den Träger eingebrachtes Gas durch die als Röhren ausgebildeten Elektrodenspitzen
strömt. Alternativ ist es möglich, dass die als Röhren ausgebildeten Elektrodenspitzen
zum Ansaugen von dem Elektrodenspitzen umgebenden Gas genutzt werden, wobei bspw.
auch ein zum Durchleiten von Gas ausgebildeter Träger bzw. ausgebildete Elektrode
zum Ansaugen genutzt werden kann. Bei dem die Elektrodenspitzen umgebenden Gas kann
es sich um Luft oder um das Gas einer Schutzatmosphäre handeln. Das beschriebene Ansaugen
kann den Vorteil bieten, dass das Entladungsbild an den einzelnen Elektrodenspitzen
konstanter ist und kurzkettige Spaltprodukte und bei der Funkenentladung gebildete
Gase unmittelbar entfernt werden können.
[0022] Vorzugsweise sind die Elektrodenspitzen einzeln oder in Gruppen in Richtung senkrecht
zur zu behandelnden Oberfläche höhenverstellbar an dem Träger befestigt, sodass sich
der Abstand des freien Endes der Elektrodenspitzen zur zu behandelnden Oberfläche
und/oder einer Gegenelektrode einstellen lässt.
[0023] Durch ausreichende Vergrößerung des genannten Abstandes lässt sich die Funkenentladung
an einer Elektrodenspitze oder einer Gruppe davon individuell abstellen, um so die
tatsächlich zur Oberflächenbehandlung wirksame Breite der Elektrode variabel einzustellen.
[0024] Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Elektrodenspitzen einzeln oder
in Gruppen durch wenigstens ein Schaltelement elektrisch schaltbar sind. Auch hierdurch
lassen sich einzelne oder Gruppen von Elektrodenspitzen gezielt deaktivieren. Dabei
ist zu beachten, dass auch bei Vorsehen eines Schaltelementes zum Schalten einer Gruppe
von Elektrodenspitzen, die Elektrodenspitzen weiterhin jeweils einen eigenen Kondensator
aufweist. Um dies zu erreichen können die Kondensatoren bspw. zwischen jeweilige Elektrodenspitze
und dem Schaltelement angeordnet sein.
[0025] Die Elektrode weist bevorzugt eine Breite von 100 bis 1000 mm auf. Es ist selbstverständlich
auch möglich, mehrere Elektroden nebeneinander anzuordnen, um so eine größere Gesamtbreite
zu erreichen. Die einzelnen Elektroden in einer solchen Anordnung können dann jeweils
als Ganzes in Richtung senkrecht zur zu behandelnden Oberfläche höhenverstellbar und/oder
über ein Schaltelement schaltbar sein, um die Elektrodenspitzen einer Elektrode gemeinsam
zu deaktivieren.
[0026] Der Abstand zweier benachbarter Elektrodenspitzen derselben Reihe und/oder zweier
benachbarter Reihen kann 7,5 bis 12,5 mm, vorzugsweise 10 mm betragen. Der Durchmesser
der Elektrodenspitzen liegt vorzugsweise bei 2 bis 3 mm, weiter vorzugsweise bei 2,5
mm. Dabei ist die Elektrodenspitze vorzugsweise für Leistungen von 2 bis 60 Watt,
weiter vorzugsweise 5 bis 30 Watt ausgelegt. Eine Elektrodenspitze soll also dazu
ausgebildet sein, eine entsprechende Leistung aushalten zu können.
[0027] Die Elektrodenspitzen können aus Edelstahl oder Nickel, und/oder der Träger aus hochspannungsfester,
lichtbogenbeständiger Keramik sein.
[0028] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen umfasst wenigstens
eine über eine Wechselspannungsquelle mit Wechselspannung versorgte, gemäß den vorstehenden
Erläuterungen ausgebildete Elektrode und wenigstens einer Gegenelektrode als Masse,
wobei Elektrode und Gegenelektrode so voneinander beabstandet angeordnet sind, dass
der Gegenstand mit der zu behandelnden Oberfläche zwischen diesen angeordnet werden
kann. Die Vorrichtung ist demnach dazu ausgebildet, die erfindungsgemäß vorgesehene
Funkenentladung zur Oberflächenbehandlung eines Gegenstandes, bspw. eine Folie, zu
erzeugen.
[0029] Die Gegenelektrode kann eine blanke - also nicht mit isolierendem Überzug versehene
- Metallwalze mit korrosionsfester Oberfläche sein. Erstreckt sich die zu behandelnde
Oberfläche nicht über den gesamten, von der Elektrode abgedeckten Bereich der Gegenelektrode,
kann es im Falle einer Metallwalze zu intensiven Entladungen zwischen den Elektrodenspitzen
und der Gegenelektrode in den Bereichen, in denen sich der zu behandelnde Gegenstand
nicht dazwischen befindet, kommen, was u. a. zu einer ungleichen Oberflächenbehandlung
des Gegenstandes führen kann. Um dies zu vermeiden, können die betroffenen Elektrodenspitzen,
wie oben beschrieben, durch Höhenverstellung und/oder Schalteinrichtungen abgeschaltet
werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Gegenelektrode als elektrisch
teilleitende, widerstandsbehaftete CFK-Walze auszugestalten. "Elektrisch teilleitend
und widerstandsbehaftet" bedeutet in diesem Zusammenhang eine um wenigstens 30% geringere
Leitfähigkeit der CFK-Walze im Vergleich zu einer blanken Metallwalze. Durch eine
Walze mit entsprechend geringerer Leitfähigkeit können die beschriebenen Effekte verringert
werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einer entsprechenden CFK-Walze die Oberflächenbehandlung
für Kunststofffolien bis zu einer Dicke von 200 µm über die gesamte Breite der Elektrode
praktisch konstant ist, selbst wenn zwischen einem Teil der funkenentladenden Elektroden
und der Walze keine Folie angeordnet ist.
[0030] Ist mehr als eine Elektrode vorgesehen, ist es bevorzugt, wenn für jede Elektrode
vorzugsweise eine separate Wechselspannungsquelle mit Frequenzüberwachung vorgesehen
ist. Indem jede Elektrode eine separate Wechselspannungsquelle aufweist, ist eine
Überwachung der einzelnen Elektroden möglich. Insbesondere kann die Frequenz überwacht
werden, wobei eine Abweichung von einer Sollfrequenz auf ein Problem oder einen Schaden
hinweist, woraufhin die betroffenen Elektrode abgeschaltet werden kann, um weitergehende
Beschädigungen an der Elektrode und/oder der Vorrichtung zu vermeiden.
[0031] Die wenigstens eine Wechselspannungsquelle ist vorzugsweise frequenzeinstellbar in
einem Bereich von 10 bis 100 kHz bei Spannungen zwischen 5 und 50 kV, weiter vorzugsweise
von 15 bis 30 kHz bei Spannungen zwischen 10 und 15 kV. Die erforderliche Leistung
ergibt sich aus der Anzahl der Elektrodenspitzen und deren jeweilige Leistung, für
die sie ausgelegt sind.
[0032] Insbesondere wenn die Elektrodenspitzen der Elektrode als Röhren ausgebildet sind,
weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Fördereinrichtung zum Blasen von Gas durch
die rohrförmigen Elektrodenspitzen der wenigstens einen Elektrode auf. Dabei ist die
Elektrode bzw. deren Träger vorzugsweise zur entsprechenden Gasdurchführung ausgebildet.
Die Fördereinrichtung kann eine Gasversorgung zum Bereitstellen und/oder Blasen von
Luft, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, oder Gemischen daraus, vorzugsweise
mit Beimischung von organischen Gasen oder Dämpfen, vorzugsweise Äthylen, Acetylen,
Ammoniak, Silane, Siloxane, ausgebildet sein. Durch geeignete Wahl des Gasgemisches
können die Oberflächeneigenschaften nach der Behandlung beeinflusst werden. Bei Kunststofffolien
aus orientiertem Polypropylen kann durch einen gegenüber Luft erhöhten Stickstoffanteil
eine extrem stabile Haftung durch die dann gebildeten Amino- und Amidogruppen erreicht
werden. Hingegen kann durch einen erhöhten Wasserstoffanteil die Oberflächenspannung
reduziert werden, um so bspw. Anti-Fogging-Eigenschaften zu erreichen. Auch lassen
sich durch geeignete Gasgemische bei der erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung bspw.
Silizium-Nanoschichten auf der Oberfläche aufbringen.
[0033] Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1:
- eine schematische Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit erfindungsgemäßer Elektrode;
- Figur 2:
- eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung aus Figur 1 gemäß Schnittlinie II-II;
und
- Figur 3:
- eine schematische Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit erfindungsgemäßer Elektrode.
[0034] In Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
10 mit einer erfindungsgemäßen Elektrode 1 vorgesehen. Die Schnittführung zu Figur
1 ergibt sich dabei aus Figur 2 (Schnittlinie I-I), deren Schnittführung wiederum
in Figur 1 angegeben ist (Schnittlinie II-II).
[0035] Die Vorrichtung 10 umfasst eine Elektrode 1, die über eine im Bereich von 15 bis
30 kHz frequenzeinstellbare Wechselspannungsquelle 11 mit einer Wechselspannung mit
einstellbarer Amplitudenspannungen zwischen 10 und 15 kV versorgt wird. Die Wechselspannungsquelle
11 verfügt über eine Frequenzüberwachung (nicht dargestellt), mit der evtl. Probleme
oder Fehlfunktionen der Vorrichtung 1 detektiert werden können.
[0036] Von der Elektrode 1 beabstandet ist eine geerdete Gegenelektrode 12 aus blankem Metall
angeordnet, sodass zwischen den beiden Elektroden 1, 12 eine Kunststofffolie 20, deren
Oberfläche 21 zu behandeln ist, in die durch Pfeil 90 angedeutete Richtung hindurchgeführt
werden kann.
[0037] Die Elektrode 1 umfasst einen Träger 3, an dem mehrere senkrecht zur Gegenelektrode
12 und damit senkrecht zur zu behandelnden Oberfläche 21 ausgerichtete, elektrisch
voneinander isolierte Elektrodenspitzen 2 aufweist. Da die Gegenelektrode 12 eben
ist, sind die Elektrodenspitzen 2 parallel zueinander angeordnet.
[0038] Die Elektrodenspitzen 2 sind dabei in mehreren, genauer vier Reihen 5 parallel zur
mit Doppelpfeil 91 angedeuteten Richtung der Breitenausdehnung der Elektrode 1 in
konstanten Abständen von 10 mm angeordnet. Der Abstand der Reihen 5 untereinander
entspricht dabei dem Abstand der Elektrodenspitzen 2 in den Reihen 5, also ebenfalls
10 mm.
[0039] Die Elektrodenspitzen 2 in zwei benachbarten Reihen 5 sind dabei derart versetzt
zueinander angeordnet, dass der lichte Abstand 92 zwischen zwei versetzt angeordneten
benachbarten Elektrodenspitzen 2 parallel zur Richtung 91 der Breitenausdehnung der
Elektrode gleich null und damit kleiner als der Betrag 93 des lichten Abstandes.
[0040] Die Elektrodenspitzen 2 sind jeweils über einen eigenen vorgeschalteten Kondensator
4 mit der Wechselspannungsquelle 11 verbunden. Die Kondensatoren 4 dienen dabei als
elektrodenspitzenindividuelle Strombegrenzer und sind in Hinblick auf die zu erwartenden
Spannungen entsprechend spannungsfest ausgeführt. Die Kondensatoren 4 dienen dazu,
sicherzustellen, dass zur Behandlung der Oberfläche 21 ausschließlich Funkenentladung,
nicht aber unerwünschte Koronaentladung entsteht.
[0041] Die Elektrodenspitze 2 sind höhenverstellbar ausgeführt. Durch die so mögliche Vergrößerung
des Abstandes zwischen Elektrodenspitzen 2 und Gegenelektrode 12 lässt sich eine Funkenentladung
bei einzelnen Elektrodenspitzen 2 bewusst verhindern. Insbesondere kann so jegliche
Funkenentladung in Breitenbereiche 94, in denen bspw. keine zu behandelnde Oberfläche
21 zwischen den Elektroden 1, 12 angeordnet ist, unterbunden werden, während im Breitenbereich
95, in dem tatsächlich Folie 20 zwischen den Elektroden 1, 12 angeordnet ist, durch
in entsprechend geringen Abstand zur Gegenelektrode 2 die gewünschte Funkenentladung
erreicht wird.
[0042] Die Elektrodenspitzen 2 sind jeweils als Röhren ausgebildet. Oberhalb des Trägers
4 ist ein mit den röhrenförmigen Elektrodenspitzen 2 fluidverbundener, ansonsten aber
grundsätzlich druckdichter Raum 6 vorgesehen. Wird der Raum 6 mit Gas beschickt, gelangt
das eingebrachte Gas durch die als Röhren ausgebildeten Elektrodenspitzen 2 und tritt
an deren freien Enden im Bereich der letztendlichen Funkenentladung aus. Durch das
Gas können zum Einen die Elektrodenspitzen 2 sowie die Oberfläche 21 gekühlt werden,
zum anderen kann durch geeignete Wahl des Gases die letztendliche Oberflächenbehandlung
beeinflusst werden. Die Vorrichtung 1 verfügt über eine als Gasversorgung ausgebildete
Fördereinrichtung 13 zur Zuführung von Gas in den Raum 6. Handelt es sich bei dem
zuzuführenden Gas um Luft, kann die Vorrichtung 13 ein Gebläse sein.
[0043] Die Elektrode 1 im ersten Ausführungsbeispiel weist eine Breite von 300 mm und eine
Länge in Richtung 90 von 100 mm auf. Um eine größere Gesamtbreite zu erreichen, können
mehrere Elektroden 1 nebeneinander angeordnet sein. Der Durchmesser der einzelnen
Elektrodenspitzen 2 beträgt 2,5 mm.
[0044] Die Elektrodenspitzen 2 sind aus Edelstahl gefertigt, der Träger ist aus hochspannungsfester,
lichtbogenbeständiger Keramik.
[0045] In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
10 dargestellt, die in weiten Teilen mit derjenigen aus Figuren 1 und 2 übereinstimmt.
Im Folgenden wird daher nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen
eingegangen.
[0046] Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist die Gegenelektrode 12 als elektrisch teilleitende,
widerstandsbehaftete CFK-Walze ausgeführt, über welche die zu behandelnde Folie 20
in Richtung 90 geführt wird. In der Folge sind die Elektrodenspitzen 2 nicht mehr
parallel zueinander, sondern vielmehr in radialer Richtung zur Achse der Gegenelektrode
12 angeordnet, sodass weiterhin sichergestellt ist, dass die Elektrodenspitzen 2 senkrecht
zur zu behandelnden Oberfläche 21 stehen.
[0047] Auch wenn die Elektrodenspitzen 2 wie im ersten Ausführungsbeispiel höhenverstellbar
sind, sind weiterhin Schaltelemente 7 vorgesehen, mit denen sich Gruppen von Elektrodenspitzen
2 schalten lassen. Über die Schaltelemente 7 lässt sich die Funkenentladung bei den
jeweiligen Gruppen wahlweise ein- und ausschalten. Die Schaltelemente 7 sind dabei
zwischen Wechselspannungsquelle 11 und den Kondensatoren 4 der einzelnen Elektrodenspitzen
2 angeordnet, sodass weiterhin eine unmittelbare Zuordnung eines Kondensators 4 zu
jeweils einer Elektrodenspitze 2 gewährleistet ist.
[0048] Des Weiteren ist ein zusätzliches Schaltelement 14 zwischen Elektrode 1 und Wechselspannungsquelle
11 vorgesehen, mit denen die Elektrodenspitzen 2 der Elektrode 1 bei Bedarf gemeinsam
deaktiviert werden können. Insbesondere wenn mehrere Elektroden 1 zur Erreichung einer
gewünschten Gesamtbreite nebeneinander angeordnet sind, lässt sich durch Deaktivieren
ganzer Elektroden 1 die tatsächlich zur Oberflächenbehandlung wirksame Breite grob
einstellen, wobei eine Feineinstellung durch Deaktivierung einzelner Elektrodenspitzen
2 bzw. Gruppen von Elektrodenspitzen 2 über die Schaltelemente 7 der noch aktiven
Elektroden 1 erhalten bleibt.
1. Elektrode (1) zur Behandlung von Oberflächen (21) mit einer Breitenausdehnung parallel
zur zu behandelnden Oberfläche (21),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode (1) mehrere Elektrodenspitzen (2) und einen gemeinsamen Träger (3) umfasst,
wobei die Elektrodenspitzen (2) in Richtung (91) der Breitenausdehnung senkrecht zur
zu behandelnden Oberfläche (21) ausgerichtet an dem gemeinsamen Träger (3) angeordnet
sind, und wobei die Elektrodenspitzen (2) voneinander elektrisch isoliert sind und
jeweils einen eigenen vorgeschalteten spannungsfesten Kondensator (4) zur Spannungsversorgung
aufweisen.
2. Elektrode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) derart in Richtung senkrecht zur Richtung (91) der Breitenausdehnung
versetzt angeordnet sind, dass die Komponente (92) des lichten Abstandes zweier versetzt
angeordneter benachbarter Elektrodenspitzen (2) parallel zur Richtung (91) der Breitenausdehnung
kleiner ist als der Betrag (93) des lichten Abstands der beiden Elektrodenspitzen(2),
wobei die Abstandskomponente (92) parallel zur Richtung (91) der Breitenausdehnung
vorzugsweise kleiner gleich der Abstandskomponente senkrecht zur Richtung (91) der
Breitenausdehnung, weiter vorzugsweise kleiner gleich dem Durchmesser der Elektrodenspitzen
(2), besonders vorzugsweise gleich null ist.
3. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) in wenigstens einer Reihe (5) parallel zur Richtung (91)
der Breitenausdehnung der Elektrode (1) angeordnet sind, wobei die Elektrodenspitzen
(2) einer Reihe (5) vorzugsweise in konstanten Abständen angeordnet sind.
4. Elektrode nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
2 bis 32, vorzugsweise 2 bis 20, weiter vorzugsweise 4 bis 12 Reihen (5) an Elektrodenspitzen
(2) vorgesehen sind.
5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) als Stifte oder Röhren ausgebildet sind, wobei im Falle
von Röhren die Elektrode (1) zum Durchleiten von Gas zu den Röhren ausgebildet ist.
6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) einzeln oder in Gruppen in Richtung senkrecht zur zu behandelnden
Oberfläche höhenverstellbar an dem Träger (3) befestigt sind.
7. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) einzeln oder in Gruppen durch wenigstens ein Schaltelement
(7) elektrisch schaltbar sind.
8. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode (1) eine Breite von 100 bis 1000 mm aufweist, der Abstand zweier benachbarter
Elektrodenspitzen (2) derselben Reihe (5) und/oder zweier benachbarter Reihen (5)
7,5 bis 12,5 mm, vorzugsweise 10 mm ist, und/oder der Durchmesser der Elektrodenspitzen
(2) 2 bis 3 mm, vorzugsweise 2,5 mm beträgt.
9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) aus Edelstahl oder Nickel sind, und/oder der Träger (3)
aus hochspannungsfester, lichtbogenbeständiger Keramik ist.
10. Vorrichtung (10) zur Behandlung von Oberflächen (21) umfassend wenigstens eine über
eine Wechselspannungsquelle (11) mit Wechselspannung versorgte Elektrode (1) und wenigstens
einer Gegenelektrode (12) als Masse, wobei Elektrode (1) und Gegenelektrode (12) so
voneinander beabstandet angeordnet sind, dass ein Gegenstand (20) mit der zu behandelnden
Oberfläche (21) zwischen diesen angeordnet werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenelektrode (12) eine blanke Metallwalze mit korrosionsfester Oberfläche oder
eine elektrisch teilleitende, widerstandsbehaftete CFK-Walze ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehr als eine Elektrode (1) vorgesehen ist, wobei für jede Elektrode vorzugsweise
eine separate Wechselspannungsquelle (11) mit Frequenzüberwachung vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Wechselspannungsquelle (11) frequenzeinstellbar in einem Bereich
von 10 bis 100 kHz bei Spannungen zwischen 5 und 50 kV, vorzugsweise von 15 bis 30
kHz bei Spannungen zwischen 10 und 15 kV ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitzen (2) als Röhren ausgebildet sind und eine Fördereinrichtung (13)
zum Blasen oder Saugen von Gas durch die rohrförmigen Elektrodenspitzen (2) der wenigstens
einen Elektrode (1) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fördereinrichtung (13) zum Bereitstellen und/oder Blasen von Luft, Sauerstoff,
Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, oder Gemischen daraus, vorzugsweise mit Beimischung
von organischen Gasen oder Dämpfen, vorzugsweise Äthylen, Acetylen, Ammoniak, Silane,
Siloxane, ausgebildet ist.