WO2008061602A1 - Method and device for producing a plasma, and applications of the plasma - Google Patents

Method and device for producing a plasma, and applications of the plasma Download PDF

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WO2008061602A1
WO2008061602A1 PCT/EP2007/009268 EP2007009268W WO2008061602A1 WO 2008061602 A1 WO2008061602 A1 WO 2008061602A1 EP 2007009268 W EP2007009268 W EP 2007009268W WO 2008061602 A1 WO2008061602 A1 WO 2008061602A1
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WO
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plasma
shield
workpiece
gas
treatment
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/009268
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Buske
Original Assignee
Plasmatreat Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for generating a plasma as well as various applications of this plasma.
  • the prior art discloses methods and apparatus for generating a low pressure plasma for cleaning, pretreatment, and also plasma coating. These are essentially based on the fact that in a low-pressure chamber, a negative pressure is generated.
  • a working gas is deliberately introduced, in which a gas discharge is ignited between two electrodes.
  • the working gas contained in the low pressure chamber which may also be generally a gas mixture, is then excited by the discharge to a plasma.
  • the generated plasma is distributed due to thermal effects within the low pressure chamber.
  • the plasma excitation can also be effected by a microwave field.
  • a so-called atmospheric plasma jet so a plasma jet, which is passed directly into the ambient atmosphere at atmospheric pressure, generated and is directed to a workpiece to be treated.
  • the atmospheric plasma jet is therefore always aimed at only a limited part of the surface of a workpiece, so that for larger surfaces of the plasma jet must be moved relative to the workpiece.
  • a plasma jet is generated by applying a high-frequency high voltage in a nozzle tube between a pin electrode and an electrode in the region of the nozzle opening by means of a non-thermal discharge from the working gas, which emerges from the nozzle opening.
  • This non-thermal plasma jet has no electric sparks at a suitably set flow rate, so that only the high-energy but low-tempered plasma jet leaves the nozzle opening.
  • the characterization of the plasma jet is also referred to as a high electron temperature and a low ion temperature.
  • the plasma jet is generated by means of a corona discharge by an ionization of a working gas, for example. Air.
  • the device consists of a ceramic tube which is surrounded on the outer wall with an outer electrode. With a few millimeters from the inner wall of the ceramic tube, an inner electrode is arranged as a rod. Through the gap between the inner wall of the Keramikrohre ⁇ and the inner electrode, an ionizable gas such as air or oxygen is passed. A high-frequency high-voltage field is applied to the two electrodes, as used in corona pretreatment of films. Through the alternating field, the gas is ionized and exits at the end of the pipe.
  • a disadvantage of the atmospheric plasma jet explained above is the interaction with the surrounding gas, usually air. Because the unexcited gas particles lead to an effective de-excitation of the excited plasma gas, also called quenching. This affects the range and extent of the plasma jet. Thus, the intensity of the atmospheric plasma jet is already reduced after a relatively short range.
  • the present invention is therefore based on the technical problem of improving the effectiveness of the known methods and devices for generating a plasma in a given volume and for the application of such a plasma.
  • the method consists of the two method steps that a plasma jet is introduced into an at least partially surrounded by a shielding treatment room and that the plasma is at least partially distributed in the treatment room, wherein the pressure in the treatment chamber corresponds at least to the ambient pressure.
  • a shield according to the invention ensures that the excited plasma, that is to say the particles of the plasma gas, can interact little or not at all with the ambient atmosphere, in particular the ambient air. Therefore, the quenching described above is reduced and the excitation within the plasma is retained longer. This results in a greater intensity of the plasma within the shield compared to a plasma jet which is introduced into the free ambient atmosphere.
  • the treatment room is preferably completely filled with the plasma gas, but it is sufficient in the context of the present invention that the treatment room is also only partially filled.
  • the plasma source can produce the plasma jet in different ways, as described above with reference to the prior art. Particularly preferred is the generation of the plasma jet by means of a high-frequency high voltage, as has already been described above.
  • the plasma jet is generated by exciting a working gas by means of a high-frequency high voltage, preferably by the high-frequency high voltage, an arc discharge is generated.
  • a gas or gas mixture is used as the working gas, wherein at least one component of the working gas has a long half-life of the excited state.
  • excited state is meant all ionized and excited electronic states of the atoms and molecules.
  • half-life is meant the period of time during which half of the atoms and molecules are either recombined or again in a lower electronic state.
  • long half-life in the context of this specification is meant a half-life which, under given flow conditions in the plasma source and in the shield, allows the excited gas constituents to flow over a distance greater than the simple value of the largest dimension of the shield before they get distracted.
  • the working gas comprises air, nitrogen, forming gas (mixture of nitrogen and hydrogen) or a noble gas, in particular argon or helium.
  • a noble gas in particular argon or helium.
  • a preferred application of the overprint plasma is in the treatment of workpiece surfaces. Therefore, in a preferred application of the overpressure plasma, a workpiece is placed in the shield. For a full-surface cleaning, pretreatment and / or plasma coating is possible.
  • the surface is cleaned of and / or that surface layers are removed and / or that the surface is activated.
  • the cleaning of the surface of contaminants is based, for example, on the fact that with the aid of an aggressive working gas, for example having oxygen, argon, nitrogen, pentane or mixtures thereof, a plasma with high energy is produced which leads to burning or transformation the pollution leads.
  • an aggressive working gas for example having oxygen, argon, nitrogen, pentane or mixtures thereof
  • organic soils such as fats and oils can be removed from the surface of the workpiece and removed.
  • this method is preferred in metallic workpieces or workpieces made of ceramic materials. The method can also be applied to plastics.
  • the de-coating of the surface is based on the fact that the energy of the plasma is coupled into the surface layer and thus leads to melting and evaporation of the layer material.
  • the thus separated and at least partially transferred into the gas phase layer material can then be removed via the gas flow through the outlet openings.
  • Activation of the surface serves to provide the surface with better wettability to liquids after pretreatment.
  • the surface of the workpiece itself remains essentially unchanged. In any case, the aim is to avoid physical or chemical surface changes.
  • the workpiece is subjected to a plasma gas in which a precursor material has already been added during the generation of the plasma jet or later.
  • the precursor material reacts in the plasma propagating in the shield and the workpiece is at least partially coated with the reaction products formed in the plasma from the precursor material.
  • the intense plasma jet can also be used advantageously for plasma coating.
  • the precursor material which may be gaseous, liquid or solid, may be supplied either directly in the shield or inside the plasma source. Within the plasma source, the precursor material can either be supplied to the working gas or in the region of the nozzle opening to the plasma jet.
  • the method and the device known from EP 1230414 are preferably used.
  • the precursor material is supplied to the plasma jet in the region of the nozzle opening after the plasma gas has left the region of the discharge within the nozzle tube.
  • the precursor material then reacts in the plasma jet emerging from the nozzle opening and the resulting reaction products are deposited from the gas phase on impact with the surface of the workpiece.
  • the shield has at least one opening and the plasma and the depleted working gas is discharged via at least one outlet opening arranged in the shield.
  • the shield can be selected in the form of an open funnel, from which the plasma jet introduced at the funnel constriction through the larger outlet opening can flow out.
  • the workpiece that is to be treated by the plasma can then be arranged, for example, in the flow direction before, in or behind the outlet opening.
  • the outlet opening of the shield is smaller than the outlet opening of the plasma source, then the pressure increase within the shield will increase. Because during the introduction of the plasma jet, which always has a higher gas pressure than inside the shield, an overpressure builds up in the shield, which depends on the working gas flow into the shield and on the gas flow through the at least one outlet opening. Thus, there is a balance between the recessed plasma gas together with the remaining part of the non-excited working gas and the gas released. As a result, a plasma with high intensity spreads within the shield. In other words, the plasma is at least partially trapped within the shield.
  • the advantage of the invention is that a working gas is excited under pressures equal to or greater than ambient pressure to a plasma and thus forms an intense plasma jet.
  • the flow conditions through the plasma source and through the outlet openings then determine the overpressure within the shield.
  • the respective pressure ratios and geometries within the shield and the pressure of the working gas used in the plasma source thus essentially influence the distribution of the plasma within the shield.
  • Another advantage of the invention is that due to the overpressure in the shield, the plasma has a longer residence time than is the case with plasma generation under atmospheric pressure in a free environment. The plasma can thus be used for a longer period of time than has been the case in the previously known application of the plasma sources. Compared to the above-mentioned low-pressure plasma application, not only the residence time is longer because the pumping is absent, but also the density and thus the intensity of the plasma are much higher.
  • the shield is formed in two parts, wherein a first part of the shield for receiving at least one workpiece is formed and wherein the first part is moved relative to the second part.
  • the workpiece can be moved within the plasma to improve the uniformity of the plasma treatment.
  • a rotational movement is preferred. It is also possible to move the receiving holders for fixing the workpiece itself relative to the first part of the shield.
  • several smaller workpieces can be contained in a drum, which is rotated in the plasma, so that the workpieces are supplied from all sides with the plasma.
  • a plasma treatment of single or multiple workpieces is possible only in clock mode.
  • the relative movement can be used to move the first part for attaching and removing the at least one workpiece, and then bringing the two parts of the shield into contact with each other.
  • individual cycles of treatment with positive pressure plasma can be performed.
  • a continuous film treatment is also possible if pressure locks are provided at an inlet and an outlet. In contrast to low-pressure plasma applications, the pressure locks are not exposed to a high pressure difference. The treatment of films is therefore also technically simple and thus cost-effective to implement.
  • the use of the plasma in the treatment of workpieces has been described.
  • the plasma can also be used in the treatment of the inner surface of a container, vessel or bottle.
  • the workpiece to be treated is the shield itself. All of the previously described treatments of workpieces can thus also be used in the treatment of the inner surface.
  • the method can be used advantageously.
  • the shield is closed and the recessed plasma treats the inner surface of the shield.
  • the overpressure increases rapidly until it matches the internal pressure of the plasma source and the flow from the plasma source ceases.
  • the pulse is pulsed, the shield filled with plasma, so that short cycle times are achieved.
  • the closed shield can on the one hand be in two parts, wherein the two shielding parts abut each other in the closed state.
  • the shield may be formed as a container, vessel or bottle, to which the plasma source is mounted close fitting.
  • the shield is supplied with a gas to be treated.
  • gas is generally understood to mean any gas or gas mixture.
  • the gas to be treated can be introduced as working gas for generating the plasma jet within the excitation range of the plasma source.
  • the gas can also be supplied to the plasma jet in the region of the outlet opening of the plasma source.
  • the gas may also be introduced separately from the plasma source of the shield, which then mixes with the plasma within the shield.
  • the excitation energy of the plasma is used to cause a reaction of the gas.
  • the reaction products and any remaining residues of the starting gas are then sucked out of the shield and optionally further processed.
  • the advantage of this method is the possibility of being able to regulate the duration of residence and thus the duration of the treatment of the gas within the shield by means of the operating parameters.
  • the method described above can be used in particular for an exhaust gas purification.
  • even larger amounts of exhaust gas can be continuously exposed to the chemical reactions in the shield.
  • the method described above can be developed in an advantageous manner by introducing microwave radiation into at least part of the treatment space through which the plasma flows. Due to its excitation energy, this microwave radiation effects at least partial maintenance of the excited state of the plasma gas within the treatment space. Due to the extended excitation time and the gas flow of the plasma gas, a more uniform, more homogeneous distribution of the excited plasma gas within the treatment space is achieved. The treatment of a workpiece within the treatment room is thereby further improved.
  • the technical problem indicated above is also solved by a device for generating a plasma with a plasma source for generating a plasma jet, with a shield and with an inlet opening arranged in the shield and receiving the outlet of the plasma source.
  • a device for generating a plasma with a plasma source for generating a plasma jet, with a shield and with an inlet opening arranged in the shield and receiving the outlet of the plasma source.
  • Plasma nozzles known from the prior art are predominantly used with the aid of usually automated handling.
  • automatic handling is not possible in every application, be it for technical or economic reasons. Therefore, there is a need for reliable manual handling of the described plasma nozzle.
  • the shield serves as a spacer.
  • the spacer allows the plasma nozzle to be passed over a surface by hand so that a certain minimum distance is maintained.
  • the shield may touch and slide over the surface, or the user may hold the bottom edge of the shield close to the surface without touching it.
  • the shield may be formed in the manner described above, so in particular also serve to generate a Kochnikplasmas. This is not required for this application.
  • the shield itself may include a series of apertures which reduce the shielding effect, if safe manual handling is preferred.
  • shielding is to be understood to the extent that the shielding effect can only be low.
  • the shield may consist of a few struts, which emanate from the plasma nozzle and point in the direction of the surface to be pretreated.
  • spacers would be synonymous. In the sense of a uniform description of the invention, however, the term shielding is selected in the present application.
  • the shield / the spacer on at least one motion sensor which monitors the movement of the nozzle assembly relative to the workpiece surface.
  • the plasma nozzle can be controlled so that the performance of the operation of the plasma nozzle is reduced or switched off.
  • a reduction in performance can be achieved by reducing the flow of the working gas and / or by reducing the electrical power introduced by means of the high-frequency high voltage.
  • the voltage values and / or the pulse lengths of the time-varying voltage (duty cycle) can be reduced.
  • the motion sensors may be in the form of optical and / or mechanical elements, similar to a computer mouse, which measure the relative movement of the shield relative to the surface to be treated.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a plasma nozzle, which can be used in the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a device according to the invention for generating a positive pressure plasma and for treating a workpiece
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating the inner surface of a container
  • 6 shows a fourth exemplary embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating the inner surface of a container
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece
  • Fig. 7 shows a fifth embodiment of a device according to the invention, wherein the shield serves as a spacer
  • a plasma source or plasma nozzle 10 shown in FIG. 1 has a metal nozzle tube 12, which tapers conically to an outlet opening 14. At the end opposite the outlet opening 14, the nozzle tube 12 has a swirling device 16 with an inlet 18 for a working gas, for example for compressed air or nitrogen gas.
  • a working gas for example for compressed air or nitrogen gas.
  • nozzle In Fig. 1, the nozzle is shown with a centered outlet opening. In addition, it is also possible to make the nozzle outlet at an angle and rotatably arranged relative to the housing 12. Thereby, a rotational movement of the outlet 14 is achieved, whereby the plasma is further swirled.
  • a rotary nozzle is known from EP 1 067 829 A2.
  • An intermediate wall 20 of the twisting device 16 has a ring of obliquely in the circumferential direction employed holes 22 through which the working gas is twisted.
  • the downstream, conically tapered part of the nozzle tube is therefore traversed by the working gas in the form of a vortex 24, whose core extends on the longitudinal axis of the nozzle tube.
  • an electrode 26 is arranged centrally, which protrudes coaxially into the tapered portion of the nozzle tube.
  • the electrode 26 is electrically connected to the intermediate wall 20 and the remaining parts of the twisting device 16.
  • the swirl device 16 is electrically insulated from the nozzle tube 12 by a ceramic tube 28. Via the swirl device 16, a high-frequency high voltage, in particular AC voltage or a high-frequency pulsed DC voltage, which is generated by a high-frequency transformer 30, is applied to the electrode 26.
  • the primary voltage is variably adjustable and is for example 300 to 500 V.
  • the secondary voltage can be 1 to 5 kV or more, measured peak-to-peak.
  • the frequency is for example in the order of 1 to 100 kHz and is preferably also adjustable. The frequency can also be set outside the specified values as long as an arc discharge occurs.
  • the swirl device 16 is connected to the high frequency generator 30 via a flexible high voltage cable 32.
  • the inlet 18 is connected via a hose, not shown, to a variable flow rate pressurized working gas source, which is preferably combined with the high frequency generator 30 to form a supply unit.
  • the nozzle tube 12 is grounded.
  • the applied voltage generates a high frequency discharge in the form of an arc 34 between the electrode 26 and the nozzle tube 12.
  • arc is used as a phenomenological description of the discharge, since the discharge occurs in the form of an arc, but the term arc is understood in DC discharges with substantially constant voltage values. Due to the swirling flow of the working gas, however, this arc is channeled in the vortex core on the axis of the nozzle tube 12, so that it branches only in the region of the outlet opening 14 to the wall of the nozzle tube 12.
  • the working gas which rotates in the region of the vortex core and thus in the immediate vicinity of the arc 34 with high flow velocity, comes into intimate contact with the arc and is thereby partially transferred to the plasma state, so that a beam 36 of an atmospheric plasma, such as in the Shape of a candle flame, emerges from the Au ⁇ lassö réelle 14 of the plasma nozzle 10.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a device for generating a plasma, in particular for the treatment of a workpiece.
  • the device has a plasma source 10 previously described with reference to FIG. 1 for generating a plasma jet 36 and a shield 40.
  • the shield 40 is provided with an inlet opening 42 receiving the plasma source 10 and with an outlet opening 43 arranged in the shield 40.
  • the shield 40 in Fig. 2 is a downwardly open funnel.
  • the plasma jet 36 is thus introduced into the shield 40, the plasma is distributed in the shield 40.
  • the distributing plasma is shown within the shield 40 as an irregular dashed line, see FIG. 2.
  • the pressure within the treatment space formed by the shield 40 is at least equal to the ambient pressure. If, in addition, as shown in FIG. 2, a workpiece 48 is arranged in the outlet opening 43, a backflow occurs it can be assumed that the pressure within the shield increases in comparison to the ambient pressure.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of a device for generating a plasma, in particular for the treatment of a workpiece, wherein the same reference numerals denote the same elements as in Fig. 2.
  • the shield 40 is provided with an inlet opening 42 receiving the plasma source 10 and with an outlet opening 44 arranged in the shield 40, which is smaller than the outlet opening shown in FIG. 2.
  • the plasma jet 36 is introduced into the shield 40, the plasma spreads in the shield 40, creating an overpressure.
  • the distributing plasma is shown inside the shield 40 as irregular dotted lines, see FIG. 3.
  • the pressure is then released.
  • the magnitude of the overpressure is determined by the flow rate of the working gas through the plasma source and through the flow cross section of the outlet opening 44. It is also possible to provide the outlet opening 44 with a particular controllable pressure relief valve to adjust the overpressure within the shield 40 can.
  • the shield 40 is formed in one piece. However, it is for the treatment of a workpiece advantageous if the shield 40 is formed in two parts. In this case, then serves a first shielding portion 46 of the shield 40 for receiving at least one workpiece 48, including an attachment, not shown, provided for the workpiece 48 is. Instead of a workpiece but also several workpieces can be connected to the first shielding member 46 to allow the simultaneous treatment of a plurality of workpieces.
  • the two-part embodiment of the shield 40 has the advantage that the first shielding part 46 is designed to be movable relative to a second shielding part 50.
  • the first shielding part 46 can be moved by means of adjusting means, for example, to cyclically equip the first shielding part 46 with different workpieces 48 and to treat the workpieces 48 with a positive pressure plasma in clocking mode.
  • means may also be provided for rotating the first shield member so as to move the workpiece 48 within the overprint plasma to further enhance the uniformity of the treatment.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a device according to the invention for producing a plasma and for treating a workpiece 48, in which the same reference numerals denote the same elements as in FIGS. 2 and 3.
  • the first shielding part 46 can be adjusted with adjusting means in the direction perpendicular to FIG. 4.
  • the adjustment marked with the double arrow A is not only the Cyclic arrangement of workpieces 48 in the shield 40, but the adjustment of the first shielding member 46 allows a variable adjustment of the gap 52 and thus the magnitude of the overpressure in the shield 40.
  • the outflow of the plasma gas and the exhausted working gas is shown in Fig. 4 respectively represented by an arrow which passes through the gap 52.
  • Fig. 5 shows a fourth embodiment of a device according to the invention for generating a plasma and for treating the inner surface of a container, in which like reference numerals denote like elements as in Figs. 2, 3 and 4.
  • a bottle represents the shield 40, with an outlet opening 54 provided on the false neck 56 formed by the gap between the plasma nozzle 10 and the inner wall of the bottle neck 56.
  • the plasma gas or depleted working gas emerging as a result of the resulting overpressure then escapes through this outlet opening 54.
  • the inner wall of the bottle 40 represents the surface to be pretreated.
  • an effective cleaning of the bottle and possibly even the application of a protective inner layer by plasma polymerization is possible.
  • Fig. 6 shows an extension of the device, as has been explained with reference to FIG. Therefore, like reference numerals designate like features as already described with reference to FIG.
  • the device has an antenna 60 as means for introducing microwave radiation, which is arranged inside of the shield 40.
  • the microwave radiation emitted by the microwave antenna 60 passes into at least part of the treatment space through which the plasma flows, as a result of which the plasma gas propagating there is further excited.
  • the excited state is maintained for a longer period of time and the plasma gas can spread more uniformly and homogeneously within the treatment space.
  • a better or a faster treatment of the workpiece to be treated 48 is the result.
  • the device has been described primarily in terms of generating a positive pressure plasma, with the shielding being of particular importance.
  • the shield can also serve as a spacer.
  • Fig. 7 shows an embodiment of a device according to the invention, wherein the shield 40 serves as a spacer. Incidentally, the illustration corresponds substantially to the Fig. 2, wherein like reference numerals designate like elements.
  • the shield or the spacer 40 defines a predetermined distance between the inlet opening 42, which represents the origin of the plasma jet, and the surface of the flat workpiece 70. Thus, it is reliably avoided that the plasma jet 36 is kept too close to the surface.
  • a motion sensor 72 is disposed on the shield which controls the relative movement between the shield 40 and the surface of the workpiece 70 determined.
  • the intensity of the plasma jet 36 can be adjusted. This serves to prevent excessive exposure of the plasma jet to the surface.
  • control means for controlling the power of the plasma jet are provided depending on the measured relative speed.
  • the at least one motion sensor 72 is in the form of an optical and / or mechanical element, as is known, for example, from a computer mouse.

Abstract

The invention relates to a method for producing a plasma, particularly for the treatment of a workpiece, wherein a plasma jet is introduced in a treatment chamber that is at least partially surrounded by a shield, and wherein the plasma is at least partially distributed within the treatment chamber, wherein the pressure in the treatment chamber corresponds at least to the ambient pressure. By means of this method, intensive excess-pressure plasma can be produce for surface pre-treatment. The invention also relates to a device for producing a plasma, particularly for the treatment of a workpiece, comprising a plasma source (10) for producing a plasma jet (36), a shield (40), and an inlet orifice (42) disposed in the shield (40) and accommodating the outlet (14) of the plasma source (10). The shield may also serve as a spacer for a manual operation.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas und Method and apparatus for generating a plasma and
Anwendungen des PlasmasApplications of the plasma
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas sowie verschiedene Anwendungen dieses Plasmas .The invention relates to a method and a device for generating a plasma as well as various applications of this plasma.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen eines Niederdruckplasmas für die Reinigung, Vorbehandlung und auch der Plasmabeschichtung bekannt. Diese beruhen im wesentlichen darauf, dass in einer Niederdruckkammer ein Unterdruck erzeugt wird. In die Niederdruckkammer wird gezielt ein Arbeitsgas eingelassen, in dem zwischen zwei Elektroden eine Gasentladung gezündet wird. Das in der Niederdruckkammer enthaltene Arbeitsgas, das auch allgemein ein Gasgemisch sein kann, wird dann durch die Entladung zu einem Plasma angeregt . Das erzeugte Plasma verteilt sich aufgrund thermischer Effekte innerhalb der Niederdruckkammer. Alternativ zur Gasentladung kann die Plasmaanregung auch durch ein Mikrowellenfeld erfolgen.The prior art discloses methods and apparatus for generating a low pressure plasma for cleaning, pretreatment, and also plasma coating. These are essentially based on the fact that in a low-pressure chamber, a negative pressure is generated. In the low pressure chamber, a working gas is deliberately introduced, in which a gas discharge is ignited between two electrodes. The working gas contained in the low pressure chamber, which may also be generally a gas mixture, is then excited by the discharge to a plasma. The generated plasma is distributed due to thermal effects within the low pressure chamber. Alternatively to the gas discharge, the plasma excitation can also be effected by a microwave field.
Derartige Niederdruckplasmen haben den Nachteil, dass deren Intensität aufgrund der geringen Dichte des Arbeitsgaεes begrenzt ist. Denn für das Erzeugen des Niederdruckplasmas wird ein Unterdruck benötigt, um überhaupt eine Plasmaentladung zünden und aufrecht halten zu können. Je höher aber der Druck in der Niederdruckkammer eingestellt ist, desto niedriger wird die Intensität des Plasmas. Aus diesen Gründen weisen die bekannten Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Niederdruckplasmas bspw. für die Behandlung eines Werkstückes große Bearbeitungsdauern auf, die einen begrenzenden Faktor für die Effektivität der gesamten Bearbeitung der Werkstücke darstellen.Such low pressure plasmas have the disadvantage that their intensity is limited due to the low density of the Arbeitsgaεes. Because for the generation of low-pressure plasma, a negative pressure is needed to ignite a plasma discharge at all and can keep upright. However, the higher the pressure in the low pressure chamber, the lower the intensity of the plasma. For these reasons, the known methods for machining workpieces by means of a low-pressure plasma, for example, for the treatment of a workpiece on large processing times, which represent a limiting factor for the effectiveness of the entire processing of the workpieces.
Darüber hinaus sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen ein sogenannter atmosphärischer Plasmastrahl, also ein Plasmastrahl, der direkt in die Umgebungsatmosphäre bei Normaldruck geleitet wird, erzeugt und direkt auf ein zu behandelndes Werkstück gerichtet wird. Der atmosphärische Plasmastrahl ist daher immer nur auf einen begrenzten Teil der Oberfläche eines Werkstückes gerichtet, so dass bei größeren Oberflächen der Plasmastrahl relativ zum Werkstück verfahren werden muss .In addition, devices and methods are known in which a so-called atmospheric plasma jet, so a plasma jet, which is passed directly into the ambient atmosphere at atmospheric pressure, generated and is directed to a workpiece to be treated. The atmospheric plasma jet is therefore always aimed at only a limited part of the surface of a workpiece, so that for larger surfaces of the plasma jet must be moved relative to the workpiece.
Beispielsweise wird zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls eine Plasmadüsenanordnung eingesetzt, die aus dem Stand der Technik der EP 0 761 415 Al oder der EP 1 335 641 Al bekannt ist. Bei dieser Plasmaquelle wird mittels einer unter Anlegen einer hochfrequenten Hochspannung in einem Düsenrohr zwischen einer Stiftelektrode und einer Elektrode im Bereich der Düsenöffnung mittels einer nicht-thermischen Entladung aus dem Arbeitsgas ein Plasmastrahl erzeugt, der aus der Düsenöffnung austritt. Dieser nicht-thermische Plasmastrahl weist bei einer geeignet eingestellten Strömungsrate keine elektrischen Funken auf, so dass nur der energiereiche, aber niedrig temperierte Plasmastrahl die Düsenöffnung verlässt . Zur Charakterisierung des Plasmastrahls wird auch von einer hohen Elektronentemperatur und einer niedrigen Ionentemperatur gesprochen. Beim Stand der Technik der DE 37 33 492 erfolgt das Erzeugen des Plasmastrahls mittels einer Koronaentladung durch eine Ionisation eines Arbeitsgases, bspw. Luft. Die Vorrichtung besteht aus einem Keramikrohr, das an der äußeren Wandung mit einer äußeren Elektrode umgeben ist. Mit wenigen Millimetern Abstand zur Innenwandung des Keramikrohres ist eine innere Elektrode als Stab angeordnet. Durch den Spalt zwischen der Innenwandung des Keramikrohreε und der inneren Elektrode wird ein ionisierbares Gas wie Luft oder Sauerstoff geleitet. An die beiden Elektroden wird ein hochfrequentes Hochspannungsfeld angelegt, wie es bei einer Koronavorbehandlung von Folien eingesetzt wird. Durch das Wechselfeld wird das durchgeführte Gas ionisiert und tritt am Rohrende aus.For example, to generate an atmospheric plasma jet, use is made of a plasma nozzle arrangement which is known from the prior art of EP 0 761 415 A1 or EP 1 335 641 A1. In this plasma source, a plasma jet is generated by applying a high-frequency high voltage in a nozzle tube between a pin electrode and an electrode in the region of the nozzle opening by means of a non-thermal discharge from the working gas, which emerges from the nozzle opening. This non-thermal plasma jet has no electric sparks at a suitably set flow rate, so that only the high-energy but low-tempered plasma jet leaves the nozzle opening. The characterization of the plasma jet is also referred to as a high electron temperature and a low ion temperature. In the prior art of DE 37 33 492, the plasma jet is generated by means of a corona discharge by an ionization of a working gas, for example. Air. The device consists of a ceramic tube which is surrounded on the outer wall with an outer electrode. With a few millimeters from the inner wall of the ceramic tube, an inner electrode is arranged as a rod. Through the gap between the inner wall of the Keramikrohreε and the inner electrode, an ionizable gas such as air or oxygen is passed. A high-frequency high-voltage field is applied to the two electrodes, as used in corona pretreatment of films. Through the alternating field, the gas is ionized and exits at the end of the pipe.
Letztlich kommt es aber auf die Art der Anregung des Arbeitsgases zur Plasmaerzeugung nicht an.Ultimately, however, the type of excitation of the working gas for plasma generation is not important.
Ein Nachteil bei dem zuvor erläuterten atmosphärischen Plasmastrahl ist die Wechselswirkung mit dem umgebenden Gas, in der Regel Luft. Denn die nicht angeregten Gasteilchen führen zu einem effektiven Abregen des angeregten Plasmagases, auch Quenching genannt. Dadurch ist die Reichweite und Ausdehnung des Plasmastrahls beeinträchtigt. Somit ist die Intensität des atmosphärischen Plasmastrahls bereits nach einer relativ kurzen Reichweite vermindert.A disadvantage of the atmospheric plasma jet explained above is the interaction with the surrounding gas, usually air. Because the unexcited gas particles lead to an effective de-excitation of the excited plasma gas, also called quenching. This affects the range and extent of the plasma jet. Thus, the intensity of the atmospheric plasma jet is already reduced after a relatively short range.
Schließlich ist aus der WO 2005/099320 A bekannt, einen atmosphärischen Plasmastrahl in eine Niederdruckkammer einzulassen, wobei sich im Unterdruckbereich das Plasma ausbreitet und innerhalb der Unterdruckkammer verteilt. Nachteilig ist dabei der große technische Aufwand, sowohl eine atmosphärische Plasmadüse und gleichzeitig eine Vakuumpumpe zum Erzeugen des Unterdruckes in der Niederdruckkaitimer zu erzeugen.Finally, it is known from WO 2005/099320 A to introduce an atmospheric plasma jet into a low-pressure chamber, wherein the plasma spreads in the low-pressure region and is distributed within the vacuum chamber. The disadvantage here is the great technical effort, both an atmospheric plasma nozzle and at the same time a vacuum pump to generate the negative pressure in the Niederdruckkaitimer.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, die Effektivität der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen eines Plasmas in einem vorgegebenen Volumen und zur Anwendung eines solchen Plasmas zu verbessern.The present invention is therefore based on the technical problem of improving the effectiveness of the known methods and devices for generating a plasma in a given volume and for the application of such a plasma.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird gemäß einer ersten Lehre der Erfindung durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Plasmas mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.The above-indicated technical problem is solved according to a first teaching of the invention by a method for producing a plasma having the features of claim 1.
Das Verfahren besteht aus den beiden Verfahrensschritten, dass ein Plasmastrahl in einen zumindest teilweise von einer Abschirmung umgebenen Behandlungsraum eingeleitet wird und dass das Plasma im Behandlungsraum zumindest teilweise verteilt wird, wobei der Druck im Behandlungsraum zumindest dem Umgebungsdruck entspricht.The method consists of the two method steps that a plasma jet is introduced into an at least partially surrounded by a shielding treatment room and that the plasma is at least partially distributed in the treatment room, wherein the pressure in the treatment chamber corresponds at least to the ambient pressure.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Abschirmung wird erreicht, dass das angeregte Plasma, also die Teilchen des Plasmagases wenig oder gar nicht mit der Umgebungsatmosphäre, insbesondere der Umgebungsluft wechselwirken können. Daher wird das oben beschriebene Quenching reduziert und die Anregung innerhalb des Plasmas bleibt länger erhalten. Daraus ergibt sich dann eine größere Intensität des Plasmas innerhalb der Abschirmung im Vergleich zu einem Plasmastrahl, der in die freie Umgebungsatmosphäre eingeleitet wird.The provision of a shield according to the invention ensures that the excited plasma, that is to say the particles of the plasma gas, can interact little or not at all with the ambient atmosphere, in particular the ambient air. Therefore, the quenching described above is reduced and the excitation within the plasma is retained longer. This results in a greater intensity of the plasma within the shield compared to a plasma jet which is introduced into the free ambient atmosphere.
Der Behandlungsraum wird bevorzugt vollständig mit dem Plasmagas ausgefüllt, jedoch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausreichend, dass der Behandlungsraum auch nur teilweise ausgefüllt ist. Die Plasmaquelle kann in unterschiedlicher Weise den Plasmastrahl erzeugen, wie oben anhand des Standes der Technik beschrieben worden ist. Besonders bevorzugt ist das Erzeugen des Plasmastrahls mittels einer hochfrequenten Hochspannung, wie sie oben bereits beschrieben worden ist. Dabei wird der Plasmastrahl durch Anregung eines Arbeitsgases mittels einer hochfrequenten Hochspannung erzeugt, wobei bevorzugt durch die hochfrequente Hochspannung eine Bogenentladung erzeugt wird.The treatment room is preferably completely filled with the plasma gas, but it is sufficient in the context of the present invention that the treatment room is also only partially filled. The plasma source can produce the plasma jet in different ways, as described above with reference to the prior art. Particularly preferred is the generation of the plasma jet by means of a high-frequency high voltage, as has already been described above. In this case, the plasma jet is generated by exciting a working gas by means of a high-frequency high voltage, preferably by the high-frequency high voltage, an arc discharge is generated.
Darüber hinaus ist erkannt worden, dass es vorteilhaft ist, wenn als Arbeitsgas ein Gas oder Gasgemisch verwendet wird, wobei mindestens ein Bestandteil des Arbeitsgases eine lange Halbwertszeit des angeregten Zustands aufweist. Unter "angeregtem Zustand" werden alle ionisierten und angeregten Elektronenzustände der Atome und Moleküle verstanden. Unter "Halbwertszeit" wird der Zeitraum verstanden, innerhalb dem die Hälfte der Atome und Moleküle entweder rekombiniert oder sich wieder in einem niedrigeren Elektronenzustand befinden. Unter "langer Halbwertszeit" im Rahmen dieser Beschreibung wird eine Halbwertszeit verstanden, die es unter gegebenen Strömungsbedingungen in der Plasmaquelle und in der Abschirmung ermöglicht, dass die angeregten Gasbestandteile über eine Entfernung strömen können, die größer als der einfache Wert der größten Abmessung der Abschirmung ist, bevor diese abgeregt werden. Der Hintergrund dieser Definitionen ist, dass der vorzugsweise der gesamte Innenraum der Abschirmung gleichmäßig mit dem angeregten Plasmagas ausgefüllt ist. Wäre die Halbwertszeit zu gering, dann könnte sich das angeregte Plasmagas nicht gleichmäßig innerhalb der Abschirmung ausbreiten, da es vorher zu einem großen Anteil abgeregt würde. Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, das der Begriff "lange Halbwertszeit" ein relativer Begriff ist und jeweils insbesondere von der Größe der Abschirmung abhängt. Dieser Begriff ist vor allem der Anschaulichkeit halber gewählt worden.In addition, it has been recognized that it is advantageous if a gas or gas mixture is used as the working gas, wherein at least one component of the working gas has a long half-life of the excited state. By "excited state" is meant all ionized and excited electronic states of the atoms and molecules. By "half-life" is meant the period of time during which half of the atoms and molecules are either recombined or again in a lower electronic state. By "long half-life" in the context of this specification is meant a half-life which, under given flow conditions in the plasma source and in the shield, allows the excited gas constituents to flow over a distance greater than the simple value of the largest dimension of the shield before they get distracted. The background of these definitions is that preferably the entire interior of the shield is uniformly filled with the excited plasma gas. If the half-life were too low, then the excited plasma gas could not spread evenly within the shield as it would be previously de-energized to a large extent. From the foregoing description it follows that the term "long half-life" is a relative term and in each case depends in particular on the size of the shield. This term has been chosen primarily for the sake of clarity.
In bevorzugter Weise weist das Arbeitsgas Luft, Stickstoff, Formiergas (Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff ) oder ein Edelgas, insbesondere Argon oder Helium, auf. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, einen hohen Anteil an Stickstoff im Arbeitsgas zu wählen, da Stickstoff eine lange Halbwertszeit besitzt. Da Luft einen Anteil von ca. 80 % Stickstoff aufweist, ist dieses Arbeitsgas daher bevorzugt. Aber auch reiner Stickstoff ist preiswert zu beschaffen, so dass die Betriebskosten des Verfahrens niedrig gehalten werden können .In a preferred manner, the working gas comprises air, nitrogen, forming gas (mixture of nitrogen and hydrogen) or a noble gas, in particular argon or helium. In particular, it has been found to be advantageous to choose a high proportion of nitrogen in the working gas, since nitrogen has a long half-life. Since air has a proportion of about 80% nitrogen, this working gas is therefore preferred. But even pure nitrogen is inexpensive to procure, so that the operating costs of the process can be kept low.
Eine bevorzugte Anwendung des Überdruckplasmas besteht in der Behandlung von Werkstückoberflächen. Daher wird bei einer bevorzugten Anwendung des Überdruckplasmas ein Werkstück in der Abschirmung angeordnet. Damit ist eine vollflächige Reinigung, Vorbehandlung und/oder Plasmabeschichtung möglich.A preferred application of the overprint plasma is in the treatment of workpiece surfaces. Therefore, in a preferred application of the overpressure plasma, a workpiece is placed in the shield. For a full-surface cleaning, pretreatment and / or plasma coating is possible.
Unter einer Vorbehandlung wird dabei verstanden, dass die Oberfläche von gereinigt wird und/oder dass Oberflächenschichten abgetragen werden und/oder dass die Oberfläche aktiviert wird.Under a pretreatment is understood that the surface is cleaned of and / or that surface layers are removed and / or that the surface is activated.
Die Reinigung der Oberfläche von Verschmutzungen beruht beispielsweise darauf, dass mit Hilfe eines aggressiven Arbeitsgases, beispielsweise Sauerstoff, Argon, Stickstoff, Pentan oder Gemische daraus aufweisend, ein Plasma mit hoher Energie erzeugt wird, das zu einem Verbrennen oder Umwandeln der Verschmutzungen führt. Damit können insbesondere organische Verschmutzungen wie Fette und Öle von der Oberfläche des Werkstückes abgelöst und entfernt werden. Anwendung findet dieses Verfahren bevorzugt bei metallischen Werkstücken oder Werkstücken aus keramischen Werkstoffen. Das Verfahren kann auch bei Kunststoffen angewendet werden.The cleaning of the surface of contaminants is based, for example, on the fact that with the aid of an aggressive working gas, for example having oxygen, argon, nitrogen, pentane or mixtures thereof, a plasma with high energy is produced which leads to burning or transformation the pollution leads. In particular organic soils such as fats and oils can be removed from the surface of the workpiece and removed. Application, this method is preferred in metallic workpieces or workpieces made of ceramic materials. The method can also be applied to plastics.
Das Entschichten der Oberfläche beruht darauf, dass die Energie des Plasmas in die Oberflächenschicht eingekoppelt wird und somit zu einem Schmelzen und Verdampfen des Schichtmaterials führt. Das so losgelöste und zumindest teilweise in die Gasphase übergegangene Schichtmaterial kann dann über die Gasströmung durch die Auslassöffnungen entfernt werden.The de-coating of the surface is based on the fact that the energy of the plasma is coupled into the surface layer and thus leads to melting and evaporation of the layer material. The thus separated and at least partially transferred into the gas phase layer material can then be removed via the gas flow through the outlet openings.
Die Aktivierung der Oberfläche dient dazu, dass die Oberfläche nach der Vorbehandlung eine bessere Benetzbarkeit für Flüssigkeiten aufzuweist. Die Oberfläche des Werkstückes an sich bleibt dabei im wesentlichen unverändert . Jedenfalls ist angestrebt, physikalische oder chemische Oberflächenveränderungen zu vermeiden.Activation of the surface serves to provide the surface with better wettability to liquids after pretreatment. The surface of the workpiece itself remains essentially unchanged. In any case, the aim is to avoid physical or chemical surface changes.
Zum Plasmabeschichten wird das Werkstück mit einem Plasmagaε beaufschlagt, bei dem ein Precursormaterial bereits beim Erzeugen des Plasmastrahls oder später hinzugefügt worden ist. Das Precursormaterial reagiert im sich in der Abschirmung ausbreitenden Plasma und das Werkstück wird mit den im Plasma aus dem Precursormaterial entstehenden Reaktionsprodukten zumindest teilweise beschichtet.For plasma coating, the workpiece is subjected to a plasma gas in which a precursor material has already been added during the generation of the plasma jet or later. The precursor material reacts in the plasma propagating in the shield and the workpiece is at least partially coated with the reaction products formed in the plasma from the precursor material.
Somit kann der intensive Plasmastrahl auch für das Plasmabeschichten vorteilhaft eingesetzt werden. Das Precursormaterial, das gasförmig, flüssig oder in festem Zustand vorliegen kann, kann dazu entweder direkt in der Abschirmung oder innerhalb der Plasmaquelle zugeführt werden. Innerhalb der Plasmaquelle kann das Precursormaterial entweder dem Arbeitsgas oder im Bereich der Düsenöffnung dem Plasmastrahl zugeführt werden.Thus, the intense plasma jet can also be used advantageously for plasma coating. The precursor material, which may be gaseous, liquid or solid, may be supplied either directly in the shield or inside the plasma source. Within the plasma source, the precursor material can either be supplied to the working gas or in the region of the nozzle opening to the plasma jet.
Zum Erzeugen des Plasmastrahls unter Verwendung eines Precursors wird in bevorzugter Weise das Verfahren und die Vorrichtung eingesetzt, die aus der EP 1230414 bekannt sind. Hierbei wird das Precursormaterial im Bereich der Düsenöffnung dem Plasmastrahl zugeführt, nachdem das Plasmagas den Bereich der Entladung innerhalb des Düsenrohres verlassen hat . Das Precursormaterial reagiert dann im aus der Düsenöffnung austretenden Plasmastrahl und die entstehenden Reaktionsprodukte werden beim Auftreffen auf der Oberfläche des Werkstückes aus der Gasphase abgeschieden.For generating the plasma jet using a precursor, the method and the device known from EP 1230414 are preferably used. Here, the precursor material is supplied to the plasma jet in the region of the nozzle opening after the plasma gas has left the region of the discharge within the nozzle tube. The precursor material then reacts in the plasma jet emerging from the nozzle opening and the resulting reaction products are deposited from the gas phase on impact with the surface of the workpiece.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist die Abschirmung mindestens eine Öffnung auf und das Plasma und das abgeregte Arbeitsgas wird über mindestens eine in der Abschirmung angeordneten AuslassÖffnung ausgelassen.In a preferred embodiment of the method, the shield has at least one opening and the plasma and the depleted working gas is discharged via at least one outlet opening arranged in the shield.
Je nach Größe der Auslassöffnung der Abschirmung im Vergleich zur Querschnittsfläche der Auslassöffnung der Plasmaquelle und der Strömungsrate des Arbeitsgases durch die Plasmaquelle hindurch vergrößert sich der Druck innerhalb des Behandlungsraumes im Bereich der Abschirmung. So kann es zu keiner oder nur minimalen Druckerhöhung kommen, wenn die Abschirmung eine große Auslassöffnung aufweist. In diesem Fall kann beispielsweise die Abschirmung in Form eines offenen Trichters gewählt werden, aus dem der an der Trichterverengung eingelassene Plasmastrahl durch die größere Auslassöffnung ausströmen kann. Das Werkstück, das durch das Plasma behandelt werden soll, kann dann beispielsweise in Strömungsrichtung gesehen vor, in oder hinter der Auslassöffnung angeordnet werden .Depending on the size of the outlet opening of the shield compared to the cross-sectional area of the outlet opening of the plasma source and the flow rate of the working gas through the plasma source, the pressure within the treatment space increases in the region of the shield. Thus, there may be no or minimal increase in pressure when the shield has a large outlet opening. In this case, for example, the shield can be selected in the form of an open funnel, from which the plasma jet introduced at the funnel constriction through the larger outlet opening can flow out. The workpiece that is to be treated by the plasma can then be arranged, for example, in the flow direction before, in or behind the outlet opening.
Ist dagegen die Auεlassöffnung der Abschirmung kleiner als die Auslassöffnung der Plasmaquelle, dann wird die Druckerhöhung innerhalb der Abschirmung zunehmen. Denn während des Einleitens des Plasmastrahls, der stets einen höheren Gasdruck als innerhalb der Abschirmung aufweist, baut sich ein Überdruck in der Abschirmung auf, der von der Arbeitsgasfluss in die Abschirmung und von dem Gasdurchfluss durch die mindestens eine Auslassöffnung abhängt. Somit ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen dem eingelassenen Plasmagas zusammen mit dem verbleibenden Teil des nicht angeregten Arbeitsgases und dem abgelassenen Gas ergibt. Dadurch breitet sich ein Plasma mit hoher Intensität innerhalb der Abschirmung aus. Mit anderen Worten, das Plasma wird zumindest teilweise innerhalb der Abschirmung eingefangen.If, on the other hand, the outlet opening of the shield is smaller than the outlet opening of the plasma source, then the pressure increase within the shield will increase. Because during the introduction of the plasma jet, which always has a higher gas pressure than inside the shield, an overpressure builds up in the shield, which depends on the working gas flow into the shield and on the gas flow through the at least one outlet opening. Thus, there is a balance between the recessed plasma gas together with the remaining part of the non-excited working gas and the gas released. As a result, a plasma with high intensity spreads within the shield. In other words, the plasma is at least partially trapped within the shield.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein Arbeitsgas unter Drücken gleich oder größer als Umgebungsdruck zu einem Plasma angeregt wird und sich somit ein intensiver Plasmastrahl ausbildet. Die Strömungsverhältnisse durch die Plasmaquelle und durch die Auslassöffnungen hindurch bestimmen dann den Überdruck innerhalb der Abschirmung.The advantage of the invention is that a working gas is excited under pressures equal to or greater than ambient pressure to a plasma and thus forms an intense plasma jet. The flow conditions through the plasma source and through the outlet openings then determine the overpressure within the shield.
Die jeweiligen Druckverhältnisse und Geometrien innerhalb der Abschirmung und der Druck des in der Plasmaquelle eingesetzten Arbeitsgases beeinflussen also im Wesentlichen die Verteilung des Plasmas innerhalb der Abschirmung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund des Überdruckes in der Abschirmung das Plasma eine längere Verweildauer hat, als es bei einer Plasmaerzeugung unter Atmosphärendruck in eine freie Umgebung der Fall ist. Das Plasma kann also für eine längere Zeitdauer genutzt werden, als es bei der bisher bekannten Anwendung der Plasmaquellen der Fall gewesen ist. Gegenüber der oben erwähnten Niederdruckplasmaanwendung ist nicht nur die Verweildauer länger, weil das Abpumpen fehlt, sondern auch die Dichte und somit die Intensität des Plasmas sind wesentlich höher.The respective pressure ratios and geometries within the shield and the pressure of the working gas used in the plasma source thus essentially influence the distribution of the plasma within the shield. Another advantage of the invention is that due to the overpressure in the shield, the plasma has a longer residence time than is the case with plasma generation under atmospheric pressure in a free environment. The plasma can thus be used for a longer period of time than has been the case in the previously known application of the plasma sources. Compared to the above-mentioned low-pressure plasma application, not only the residence time is longer because the pumping is absent, but also the density and thus the intensity of the plasma are much higher.
In bevorzugter Weise wird die Abschirmung zweiteilig ausgebildet, wobei ein erstes Teil der Abschirmung zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes ausgebildet ist und wobei das erste Teil relativ zum zweiten Teil bewegt wird. Somit kann das Werkstück innerhalb des Plasmas bewegt werden, um die Gleichmäßigkeit der Plasmabehandlung zu verbessern. Dabei ist eine Rotationsbewegung bevorzugt. Ebenso ist es möglich die Aufnahmehalterungen zur Befestigung des Werkstückes selbst relativ zum ersten Teil der Abschirmung zu bewegen. Darüber hinaus können mehrere kleinere Werkstücke in einer Trommel enthalten sein, die im Plasma gedreht wird, so dass die Werkstücke von allen Seiten mit dem Plasma beaufschlagt werden.Preferably, the shield is formed in two parts, wherein a first part of the shield for receiving at least one workpiece is formed and wherein the first part is moved relative to the second part. Thus, the workpiece can be moved within the plasma to improve the uniformity of the plasma treatment. In this case, a rotational movement is preferred. It is also possible to move the receiving holders for fixing the workpiece itself relative to the first part of the shield. In addition, several smaller workpieces can be contained in a drum, which is rotated in the plasma, so that the workpieces are supplied from all sides with the plasma.
Darüber hinaus ist bei Plasmanwendungen innerhalb eines im Wesentlichen geschlossenen Volumens einer Abschirmung eine Plasmabehandlung von einzelnen oder mehreren Werkstücken nur im Taktbetrieb möglich. Somit kann die relative Bewegung dazu genutzt werden, das erste Teil zum Anbringen und zum Entfernen des mindestens einen Werkstücks zu verfahren, um anschließend die beiden Teile der Abschirmung miteinander in Kontakt zu bringen. Somit können einzelne Zyklen der Behandlung mit Überdruckplasma durchgeführt werden. Auch eine kontinuierliche Folienbehandlung ist möglich, wenn Druckschleusen an einem Einlauf und einem Auslauf vorgesehen werden. Im Gegensatz zu Niederdruckplasmaanwendungen sind die Druckschleusen keiner hohen Druckdifferenz ausgesetzt. Die Behandlung von Folien ist also ebenfalls technisch einfach und somit kostengünstig zu realisieren.In addition, in plasma applications within a substantially closed volume of a shield, a plasma treatment of single or multiple workpieces is possible only in clock mode. Thus, the relative movement can be used to move the first part for attaching and removing the at least one workpiece, and then bringing the two parts of the shield into contact with each other. Thus, individual cycles of treatment with positive pressure plasma can be performed. A continuous film treatment is also possible if pressure locks are provided at an inlet and an outlet. In contrast to low-pressure plasma applications, the pressure locks are not exposed to a high pressure difference. The treatment of films is therefore also technically simple and thus cost-effective to implement.
Zuvor ist die Anwendung des Plasmas bei der Behandlung von Werkstücken beschrieben worden. Das Plasma kann jedoch auch bei der Behandlung der inneren Oberfläche eines Behälters, Gefäßes oder einer Flasche eingesetzt werden. Dabei ist also das zu behandelnde Werkstück die Abschirmung selbst. Sämtliche zuvor beschriebenen Behandlungen von Werkstücken können somit auch bei der Behandlung der inneren Oberfläche eingesetzt werden. Insbesondere bei der Flaschenreinigung im Lebensmittelbereich kann das Verfahren in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.Previously, the use of the plasma in the treatment of workpieces has been described. However, the plasma can also be used in the treatment of the inner surface of a container, vessel or bottle. Thus, the workpiece to be treated is the shield itself. All of the previously described treatments of workpieces can thus also be used in the treatment of the inner surface. In particular, in the bottle cleaning in the food industry, the method can be used advantageously.
Eine weitere Alternative besteht darin, dass die Abschirmung geschlossen ist und das eingelassene Plasma die Innenfläche der Abschirmung behandelt. Da die Abschirmung geschlossen ist, wächst der Überdruck schnell an, bis er dem Innendruck der Plasmaquelle entspricht und die Strömung aus der Plasmaquelle versiegt. In diesem Fall wird also impulsartig die Abschirmung mit Plasma gefüllt, so dass kurze Taktzeiten erreicht werden.Another alternative is that the shield is closed and the recessed plasma treats the inner surface of the shield. As the shield is closed, the overpressure increases rapidly until it matches the internal pressure of the plasma source and the flow from the plasma source ceases. In this case, so the pulse is pulsed, the shield filled with plasma, so that short cycle times are achieved.
Die geschlossene Abschirmung kann dabei einerseits zweiteilig sein, wobei die beiden Abschirmungsteile im geschlossenen Zustand aneinander anliegen. Andererseits kann die Abschirmung als Behälters, Gefäß oder Flasche ausgebildet sein, an der die Plasmaquelle dicht anliegend angebracht ist. Gemäß einer weiteren Anwendung des Überdruckplasmas wird der Abschirmung ein zu behandelndes Gas zugeführt . Dabei wird allgemein unter dem Begriff "Gas" jedes Gas oder Gasgemisch verstanden. Durch dieses Verfahren können in nahezu beliebiger Weise chemische Prozesse in der Gasphase innerhalb der Abschirmung durchgeführt werden, die eine Zufuhr von Energie benötigen und deren Ablauf insbesondere durch die Parameter Größe und Form der Überdruckkamer , Größe des Druckes in der Abschirmung und Größe des Gasdruckes des Arbeitsgases in der Plasmaquelle gesteuert werden können. Unter dem Einfluss des Plasmas werden die Gase beispielsweise chemisch modifiziert oder fragmentiert.The closed shield can on the one hand be in two parts, wherein the two shielding parts abut each other in the closed state. On the other hand, the shield may be formed as a container, vessel or bottle, to which the plasma source is mounted close fitting. According to another application of the overpressure plasma, the shield is supplied with a gas to be treated. In this case, the term "gas" is generally understood to mean any gas or gas mixture. By this method can be carried out in almost any way chemical processes in the gas phase within the shield, which require a supply of energy and their operation in particular by the size and shape of the Überdruckkamer, size of the pressure in the shield and size of the gas pressure of the working gas can be controlled in the plasma source. For example, under the influence of plasma, the gases are chemically modified or fragmented.
Das zu behandelnde Gas kann als Arbeitsgas zum Erzeugen des Plasmastrahls innerhalb des Anregungsbereiches der Plasmaquelle eingebracht werden. Das Gas kann auch dem Plasmastrahl im Bereich der Austrittsöffnung der Plasmaquelle zugeführt werden. Des Weiteren kann das Gas auch gesondert von der Plasmaquelle der Abschirmung eingeleitet werden, das sich dann innerhalb der Abschirmung mit dem Plasma vermischt.The gas to be treated can be introduced as working gas for generating the plasma jet within the excitation range of the plasma source. The gas can also be supplied to the plasma jet in the region of the outlet opening of the plasma source. Furthermore, the gas may also be introduced separately from the plasma source of the shield, which then mixes with the plasma within the shield.
In jedem der zuvor beschriebenen Fälle wird die Anregungsenergie des Plasmas dazu genutzt, um eine Reaktion des Gases hervorzurufen. Die Reaktionsprodukte und ggf. verbleibenden Reste des Ausgangsgases werden dann aus der Abschirmung abgesaugt und ggf. weiter verarbeitet.In each of the cases described above, the excitation energy of the plasma is used to cause a reaction of the gas. The reaction products and any remaining residues of the starting gas are then sucked out of the shield and optionally further processed.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht in der Möglichkeit, durch die Betriebsparameter die Aufenthaltsdauer und somit die Dauer der Behandlung des Gases innerhalb der Abschirmung regeln zu können. Das zuvor beschriebene Verfahren kann insbesondere für eine Abgasreinigung eingesetzt werden. Dazu ist es bevorzugt, das Abgas als Arbeitsgas zu verwenden. Somit können auch größere Abgasmengen kontinuierlich den chemischen Reaktionen in der Abschirmung ausgesetzt werden.The advantage of this method is the possibility of being able to regulate the duration of residence and thus the duration of the treatment of the gas within the shield by means of the operating parameters. The method described above can be used in particular for an exhaust gas purification. For this purpose, it is preferable to use the exhaust gas as a working gas. Thus, even larger amounts of exhaust gas can be continuously exposed to the chemical reactions in the shield.
Darüber hinaus können mit zwei unabhängigen Plasmadüsen unterschiedliche Plasmen erzeugt werden, die beide in die Abschirmung eingeleitet werden. Auch hierbei können unterschiedliche Arbeitsgase eingesetzt werden, um unterschiedliche Effekte erzielen zu können.In addition, with two independent plasma jets different plasmas can be generated, both of which are introduced into the shield. Again, different working gases can be used to achieve different effects.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet werden, dass in zumindest einen Teil des vom Plasma durchströmten Behandlungsraums Mikrowellenstrahlung eingebracht wird. Diese Mikrowellenstrahlung bewirkt durch ihre Anregungsenergie eine zumindest teilweise Aufrechterhaltung des angeregten Zustandes des Plasmagases innerhalb des Behandlungsraumes . Durch die verlängerte Anregungszeit und durch die Gasströmung des Plasmagases wird eine gleichmäßigere, homogenere Verteilung des angeregten Plasmagases innerhalb des Behandlungsraumes erreicht. Die Behandlung eines Werkstückes innerhalb des Behandlungsraumes wird dadurch weiter verbessert.The method described above can be developed in an advantageous manner by introducing microwave radiation into at least part of the treatment space through which the plasma flows. Due to its excitation energy, this microwave radiation effects at least partial maintenance of the excited state of the plasma gas within the treatment space. Due to the extended excitation time and the gas flow of the plasma gas, a more uniform, more homogeneous distribution of the excited plasma gas within the treatment space is achieved. The treatment of a workpiece within the treatment room is thereby further improved.
Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird das oben aufgezeigte technische Problem auch durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas mit einer Plasmaquelle zum Erzeugen eines Plasmastrahls, mit einer Abschirmung und mit einer in der Abschirmung angeordneten und den Auslass der Plasmaquelle aufnehmenden Einlassöffnung gelöst. Eine weitere Lehre der zuvor beschriebenen Vorrichtung, die unabhängig von der Erzeugung eines Überdruckplasmas ist, liegt im Bereich der manuellen Handhabung der Plasmadüse.According to another teaching of the present invention, the technical problem indicated above is also solved by a device for generating a plasma with a plasma source for generating a plasma jet, with a shield and with an inlet opening arranged in the shield and receiving the outlet of the plasma source. Another teaching of the device described above, which is independent of the generation of a Überdruckplasmas, is in the range of manual handling of the plasma nozzle.
Aus dem Stand der Technik bekannte Plasmadüsen werden überwiegend mit Hilfe einer in der Regel automatisierten Handhabung eingesetzt. Eine solche automatische Handhabung ist aber nicht in jeder Anwendung möglich, sei es aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen. Daher besteht ein Bedarf an einer zuverlässigen manuellen Handhabung der beschriebenen Plasmadüse .Plasma nozzles known from the prior art are predominantly used with the aid of usually automated handling. However, such automatic handling is not possible in every application, be it for technical or economic reasons. Therefore, there is a need for reliable manual handling of the described plasma nozzle.
Die Lösung dieses Problems besteht darin, dass die Abschirmung als Abstandhalter dient. Der Abstandhalter ermöglicht es, dass die Plasmadüse mit der Hand so über eine Oberfläche geführt wird, dass ein bestimmter Mindestabstand eingehalten wird. Dazu kann die Abschirmung die Oberfläche berühren und üebr sie hinweggleiten, oder der Anwender hält den unteren Rand der Abschirmung dicht an die Oberfläche, ohne diese zu berühren.The solution to this problem is that the shield serves as a spacer. The spacer allows the plasma nozzle to be passed over a surface by hand so that a certain minimum distance is maintained. To do this, the shield may touch and slide over the surface, or the user may hold the bottom edge of the shield close to the surface without touching it.
Dadurch wird jedenfalls sichergestellt, dass die Düsenöffnung nicht zu nahe an die zu behandelnde Oberfläche gehalten wird und dass die Intensität der Plasmabehandlung der Werkstückoberfläche nicht zu groß wird. Die Abschirmung kann dabei in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildet sein, also insbesondere auch zum Erzeugen eines Überdruckplasmas dienen. Dieses ist aber nicht Voraussetzung für diese Anwendung. Die Abschirmung selbst kann beispielsweise eine Reihe von Öffnungen enthalten, die den Abschirmungseffekt verringern, wenn es bevorzugt auf eine sichere manuelle Handhabung ankommt .This ensures in any case that the nozzle opening is not kept too close to the surface to be treated and that the intensity of the plasma treatment of the workpiece surface does not become too large. The shield may be formed in the manner described above, so in particular also serve to generate a Überdruckplasmas. This is not required for this application. For example, the shield itself may include a series of apertures which reduce the shielding effect, if safe manual handling is preferred.
Der Begriff Abschirmung ist dabei so weit zu verstehen, dass der Abschirmungseffekt nur gering sein kann. Beispielsweise kann die Abschirmung aus wenigen Streben bestehen, die von der Plasmadüse ausgehen und in Richtung der vorzubehandelnden Oberfläche weisen. In diesem Fall wäre der Ausdruck Abstandhalter gleichbedeutend. Im Sinne einer einheitlichen Beschreibung der Erfindung wird aber in der vorliegenden Anmeldung der Begriff Abschirmung gewählt.The term shielding is to be understood to the extent that the shielding effect can only be low. For example The shield may consist of a few struts, which emanate from the plasma nozzle and point in the direction of the surface to be pretreated. In this case, the term spacers would be synonymous. In the sense of a uniform description of the invention, however, the term shielding is selected in the present application.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Abschirmung / der Abstandhalter mindestens einen Bewegungssensor auf, der die Bewegung der Düsenanordnung relativ zur Werkstückoberfläche überwacht. Somit kann beispielsweise dann, wenn die Düsenanordnung nur noch sehr wenig bis gar nicht gegenüber der Oberfläche bewegt wird, die Plasmadüse so angesteuert werden, dass die Leistung der Betriebsweise der Plasmadüse verringert oder abgeschaltet wird. Eine LeistungsVerringerung kann dabei durch eine Reduzierung des Durchflusses des Arbeitsgases und/oder durch eine Verringerung der mittels der hochfrequenten Hochspannung eingebrachten elektrischen Leistung erreicht werden. Dazu können wiederum beispielsweise die Spannungswerte und/oder die Pulslängen der zeitlich variierenden Spannung (duty cycle) verkleinert werden.In a further preferred embodiment of the invention, the shield / the spacer on at least one motion sensor which monitors the movement of the nozzle assembly relative to the workpiece surface. Thus, for example, when the nozzle assembly is moved very little or not at all with respect to the surface, the plasma nozzle can be controlled so that the performance of the operation of the plasma nozzle is reduced or switched off. A reduction in performance can be achieved by reducing the flow of the working gas and / or by reducing the electrical power introduced by means of the high-frequency high voltage. For this purpose, in turn, for example, the voltage values and / or the pulse lengths of the time-varying voltage (duty cycle) can be reduced.
Neben einer binären Ansteuerung (an/aus) kann auch abhängig von der gemessenen relativen Geschwindigkeit eine in mehreren Einzelstufen oder kontinuierlich regelbare Veränderung der Leistung des Plasmastrahls angewendet werden. Damit kann die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbehandlung durch die manuell eingesetzte Plasmadüse verbessert werden. Denn jede manuelle Handhabung hat gegenüber einer automatischen Handhabung den Nachteil der Ungleichmäßigkeit. Die Bewegungssensoren können dabei in Form von optischen und/oder mechanischen Elementen, ähnlich wie bei einer Computermaus, ausgebildet sein, die die relative Bewegung der Abschirmung gegenüber der zu behandelnden Oberfläche messen.In addition to a binary control (on / off), it is also possible, depending on the measured relative speed, to apply a change in the power of the plasma jet which is adjustable in several individual stages or continuously. Thus, the uniformity of the surface treatment can be improved by the manually inserted plasma nozzle. Because every manual handling has the disadvantage of unevenness over automatic handling. The motion sensors may be in the form of optical and / or mechanical elements, similar to a computer mouse, which measure the relative movement of the shield relative to the surface to be treated.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenFurther features and advantages of the present invention will be explained in more detail in the description of an embodiment, reference being made to the accompanying drawings. In the drawing show
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Plasmadüse, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann,1 shows an embodiment of a plasma nozzle, which can be used in the device according to the invention,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdruckplasmas und zur Behandlung eines Werkstücks,2 shows a first embodiment of a device according to the invention for generating a positive pressure plasma and for treating a workpiece,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdruckplasmas und zur Behandlung eines Werkstücks,3 shows a second embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdruckplasmas und zur Behandlung eines Werkstücks,4 shows a third exemplary embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece,
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdruckplasmas und zur Behandlung der Innenfläche eines Behälters, Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Überdruckplasmas und zur Behandlung eines Werkstücks und5 shows a third embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating the inner surface of a container, 6 shows a fourth exemplary embodiment of a device according to the invention for generating an overpressure plasma and for treating a workpiece, and FIG
Fig. 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Abschirmung als Abstandhalter dientFig. 7 shows a fifth embodiment of a device according to the invention, wherein the shield serves as a spacer
Eine in Fig. 1 gezeigte Plasmaquelle bzw. Plasmadüse 10 weist ein Düsenrohr 12 aus Metall auf, das sich konisch zu einer Auslassöffnung 14 verjüngt. Am der Auslassöffnung 14 entgegengesetzten Ende weist das Düsenrohr 12 eine Dralleinrichtung 16 mit einen Einlass 18 für ein Arbeitsgas auf, beispielsweise für Druckluft oder Stickstoffgas .A plasma source or plasma nozzle 10 shown in FIG. 1 has a metal nozzle tube 12, which tapers conically to an outlet opening 14. At the end opposite the outlet opening 14, the nozzle tube 12 has a swirling device 16 with an inlet 18 for a working gas, for example for compressed air or nitrogen gas.
In der Fig. 1 ist die Düse mit einer zentrierten AuslassÖffnung dargestellt. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Düsenauslass schräg zu stellen und rotierbar gegenüber dem Gehäuse 12 anzuordnen. Dadurch wird eine Rotationsbewegung des Auslasses 14 erreicht, wodurch das Plasma weiter verwirbelt wird. Eine solche Rotationsdüse ist aus der EP 1 067 829 A2 bekannt .In Fig. 1, the nozzle is shown with a centered outlet opening. In addition, it is also possible to make the nozzle outlet at an angle and rotatably arranged relative to the housing 12. Thereby, a rotational movement of the outlet 14 is achieved, whereby the plasma is further swirled. Such a rotary nozzle is known from EP 1 067 829 A2.
Eine Zwischenwand 20 der Dralleinrichtung 16 weist einen Kranz von schräg in Umfangsrichtung angestellten Bohrungen 22 auf durch die das Arbeitsgas verdrallt wird. Der stromabwärtige, konisch verjüngte Teil des Düsenrohres wird deshalb von dem Arbeitsgas in der Form eines Wirbels 24 durchströmt, dessen Kern auf der Längsachse des Düsenrohres verläuft. An der Unterseite der Zwischenwand 20 ist mittig eine Elektrode 26 angeordnet, die koaxial in den verjüngten Abschnitt des Düsenrohres hineinragt. Die Elektrode 26 ist elektrisch mit der Zwischenwand 20 und den übrigen Teilen der Dralleinrichtung 16 verbunden. Die Dralleinrichtung 16 ist durch ein Keramikrohr 28 elektrisch gegen das Düsenrohr 12 isoliert. Über die Dralleinrichtung 16 wird an die Elektrode 26 eine hochfrequente Hochspannung, insbesondere Wechselspannung oder eine hochfrequent gepulste Gleichspannung angelegt, die von einem Hochfrequenztransformator 30 erzeugt wird.An intermediate wall 20 of the twisting device 16 has a ring of obliquely in the circumferential direction employed holes 22 through which the working gas is twisted. The downstream, conically tapered part of the nozzle tube is therefore traversed by the working gas in the form of a vortex 24, whose core extends on the longitudinal axis of the nozzle tube. At the bottom of the intermediate wall 20, an electrode 26 is arranged centrally, which protrudes coaxially into the tapered portion of the nozzle tube. The electrode 26 is electrically connected to the intermediate wall 20 and the remaining parts of the twisting device 16. The swirl device 16 is electrically insulated from the nozzle tube 12 by a ceramic tube 28. Via the swirl device 16, a high-frequency high voltage, in particular AC voltage or a high-frequency pulsed DC voltage, which is generated by a high-frequency transformer 30, is applied to the electrode 26.
Die Primärspannung ist variabel regelbar und beträgt beispielsweise 300 bis 500 V. Die SekundärSpannung kann 1 bis 5 kV oder mehr betragen, gemessen Peak-to-Peak. Die Frequenz liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 100 kHz und ist vorzugsweise ebenfalls regelbar. Die Frequenz kann auch außerhalb der angegebenen Werte eingestellt werden, solange sich eine Bogenentladung einstellt. Die Dralleinrichtung 16 ist mit dem Hochfrequenzgenerator 30 über ein flexibles Hochspannungskabel 32 verbunden. Der Einlass 18 ist über einen nicht gezeigten Schlauch mit einer unter Druck stehenden Arbeitsgasquelle mit variablem Durchsatz verbunden, die vorzugsweise mit dem Hochfrequenzgenerator 30 zu einer Versorgungseinheit kombiniert ist. Das Düsenrohr 12 ist geerdet .The primary voltage is variably adjustable and is for example 300 to 500 V. The secondary voltage can be 1 to 5 kV or more, measured peak-to-peak. The frequency is for example in the order of 1 to 100 kHz and is preferably also adjustable. The frequency can also be set outside the specified values as long as an arc discharge occurs. The swirl device 16 is connected to the high frequency generator 30 via a flexible high voltage cable 32. The inlet 18 is connected via a hose, not shown, to a variable flow rate pressurized working gas source, which is preferably combined with the high frequency generator 30 to form a supply unit. The nozzle tube 12 is grounded.
Durch die angelegte Spannung wird eine Hochfrequenzentladung in der Form eines Lichtbogens 34 zwischen der Elektrode 26 und dem Düsenrohr 12 erzeugt. Der Begriff "Lichtbogen" wird als phänomenologische Beschreibung der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt, der Begriff Lichtbogen aber bei Gleichspannungsentladungen mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verstanden wird. Aufgrund der drallförmigen Strömung des Arbeitsgases wird dieser Lichtbogen jedoch im Wirbelkern auf der Achse des Düsenrohres 12 kanalisiert, so dass er sich erst im Bereich der Auslassöffnung 14 zur Wand des Düsenrohres 12 verzweigt. Das Arbeitsgas, das im Bereich des Wirbelkerns und damit in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens 34 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit rotiert, kommt mit dem Lichtbogen in innige Berührung und wird dadurch zum Teil in den Plasmazustand überführt, so dass ein Strahl 36 eines atmosphärischen Plasmas, etwa in der Gestalt einer Kerzenflamme, aus der Auεlassöffnung 14 der Plasmadüse 10 austritt.The applied voltage generates a high frequency discharge in the form of an arc 34 between the electrode 26 and the nozzle tube 12. The term "arc" is used as a phenomenological description of the discharge, since the discharge occurs in the form of an arc, but the term arc is understood in DC discharges with substantially constant voltage values. Due to the swirling flow of the working gas, however, this arc is channeled in the vortex core on the axis of the nozzle tube 12, so that it branches only in the region of the outlet opening 14 to the wall of the nozzle tube 12. The working gas, which rotates in the region of the vortex core and thus in the immediate vicinity of the arc 34 with high flow velocity, comes into intimate contact with the arc and is thereby partially transferred to the plasma state, so that a beam 36 of an atmospheric plasma, such as in the Shape of a candle flame, emerges from the Auεlassöffnung 14 of the plasma nozzle 10.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere zur Behandlung eines Werkstücks. Die Vorrichtung weist eine zuvor anhand von Fig. 1 beschriebene Plasmaquelle 10 zum Erzeugen eines Plasmastrahls 36 und eine Abschirmung 40 auf. Die Abschirmung 40 ist mit einer die Plasmaquelle 10 aufnehmenden Einlassöffnung 42 und mit einer in der Abschirmung 40 angeordneten Auslassöffnung 43 versehen. Somit stellt die Abschirmung 40 in Fig. 2 einen nach unten offenen Trichter dar.Fig. 2 shows a first embodiment of a device for generating a plasma, in particular for the treatment of a workpiece. The device has a plasma source 10 previously described with reference to FIG. 1 for generating a plasma jet 36 and a shield 40. The shield 40 is provided with an inlet opening 42 receiving the plasma source 10 and with an outlet opening 43 arranged in the shield 40. Thus, the shield 40 in Fig. 2 is a downwardly open funnel.
Der Plasmastrahl 36 wird also in die Abschirmung 40 eingeleitet, das Plasma verteilt sich in der Abschirmung 40. Das sich verteilende Plasma ist innerhalb der Abschirmung 40 als unregelmäßige Strichelung dargestellt, siehe Fig. 2.The plasma jet 36 is thus introduced into the shield 40, the plasma is distributed in the shield 40. The distributing plasma is shown within the shield 40 as an irregular dashed line, see FIG. 2.
Da die Abschirmung nach unten hin offen ist, entspricht der Druck innerhalb des von der Abschirmung 40 gebildeten Behandlungsraums mindestens dem Umgebungsdrucks . Ist zusätzlich, wie Fig. 2 zeigt, ein Werkstück 48 in der AuslassÖffnung 43 angeordnet, kommt es zu einem Rückstau, so dass davon auszugehen ist, dass sich der Druck innerhalb der Abschirmung im Vergleich zum Umgebungsdruck erhöht.Since the shield is open at the bottom, the pressure within the treatment space formed by the shield 40 is at least equal to the ambient pressure. If, in addition, as shown in FIG. 2, a workpiece 48 is arranged in the outlet opening 43, a backflow occurs it can be assumed that the pressure within the shield increases in comparison to the ambient pressure.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere zur Behandlung eines Werkstücks, bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Fig. 2 kennzeichnen.Fig. 3 shows a second embodiment of a device for generating a plasma, in particular for the treatment of a workpiece, wherein the same reference numerals denote the same elements as in Fig. 2.
Die Abschirmung 40 ist mit einer die Plasmaquelle 10 aufnehmenden EinlassÖffnung 42 und mit einer in der Abschirmung 40 angeordneten Auslassöffnung 44 versehen, die kleiner als die in Fig. 2 dargestellte Auslassöffnung ist. Wenn also der Plasmastrahl 36 in die Abschirmung 40 eingeleitet wird, verteilt sich das Plasma in der Abschirmung 40 und erzeugt damit einen Überdruck. Das sich verteilende Plasma ist innerhalb der Abschirmung 40 als unregelmäßige Strichelung dargestellt, siehe Fig. 3.The shield 40 is provided with an inlet opening 42 receiving the plasma source 10 and with an outlet opening 44 arranged in the shield 40, which is smaller than the outlet opening shown in FIG. 2. Thus, when the plasma jet 36 is introduced into the shield 40, the plasma spreads in the shield 40, creating an overpressure. The distributing plasma is shown inside the shield 40 as irregular dotted lines, see FIG. 3.
Über die in der Abschirmung 40 angeordnete AuslassÖffnung 44 wird dann der Überdruck abgelassen. Dabei wird die Größe des Überdruckes durch die Flussrate des Arbeitsgases durch die Plasmaquelle und durch den Strömungsquerschnitt der Auslassöffnung 44 bestimmt. Dabei ist es ebenfalls möglich, die Auslassöffnung 44 mit einem insbesondere regelbaren Überdruckventil zu versehen, um den Überdruck innerhalb der Abschirmung 40 einstellen zu können.Over the arranged in the shield 40 outlet opening 44, the pressure is then released. The magnitude of the overpressure is determined by the flow rate of the working gas through the plasma source and through the flow cross section of the outlet opening 44. It is also possible to provide the outlet opening 44 with a particular controllable pressure relief valve to adjust the overpressure within the shield 40 can.
Allgemein gilt, dass die Abschirmung 40 einteilig ausgebildet ist. Es ist jedoch für die Behandlung eines Werkstückes von Vorteil, wenn die Abschirmung 40 zweiteilig ausgebildet ist. Dabei dient dann ein erstes Abschirmungsteil 46 der Abschirmung 40 zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes 48, wozu eine nicht dargestellte Befestigung für das Werkstück 48 vorgesehen ist. Anstelle des einen Werkstückes können aber auch mehrere Werkstücke mit dem ersten Abschirmungsteil 46 verbunden sein, um das gleichzeitige Behandeln einer Mehrzahl von Werkstücken zu ermöglichen.In general, the shield 40 is formed in one piece. However, it is for the treatment of a workpiece advantageous if the shield 40 is formed in two parts. In this case, then serves a first shielding portion 46 of the shield 40 for receiving at least one workpiece 48, including an attachment, not shown, provided for the workpiece 48 is. Instead of a workpiece but also several workpieces can be connected to the first shielding member 46 to allow the simultaneous treatment of a plurality of workpieces.
Die zweiteilige Ausgestaltung der Abschirmung 40 hat den Vorteil, dass das erste Abschirmungsteil 46 relativ zu einem zweiten Abschirmungsteil 50 bewegbar ausgebildet ist.The two-part embodiment of the shield 40 has the advantage that the first shielding part 46 is designed to be movable relative to a second shielding part 50.
Zum einen kann das erste Abschirmungsteil 46 mit Hilfe von Verstellmitteln verfahren werden, um beispielsweise zyklisch das erste Abschirmungsteil 46 mit verschiedenen Werkstücken 48 zu bestücken und im Taktbetrieb die Werkstücke 48 mit einem Überdruckplasma zu behandeln.On the one hand, the first shielding part 46 can be moved by means of adjusting means, for example, to cyclically equip the first shielding part 46 with different workpieces 48 and to treat the workpieces 48 with a positive pressure plasma in clocking mode.
Darüber hinaus können auch Mittel zum Drehen des ersten Abschirmungsteils vorgesehen sein, so dass das Werkstück 48 innerhalb des Überdruckplasmas zu bewegen, um die Gleichförmigkeit der Behandlung weiter zu verbessern.In addition, means may also be provided for rotating the first shield member so as to move the workpiece 48 within the overprint plasma to further enhance the uniformity of the treatment.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas und zur Behandlung eines Werkstücks 48, bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Fig. 2 und 3 kennzeichnen .FIG. 4 shows a second embodiment of a device according to the invention for producing a plasma and for treating a workpiece 48, in which the same reference numerals denote the same elements as in FIGS. 2 and 3.
Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ist hier keine separate Öffnung, sondern ein Spalt 52 zwischen dem ersten Abschirmungsteil 46 und dem zweiten Abschirmungsteil 50 vorgesehen. Wie schon zuvor erläutert worden ist, kann hier das erste Abschirmungsteil 46 mit Verstellmitteln in in Fig. 4 senkrechter Richtung verstellt werden. Dabei dient das mit dem Doppelpfeil A gekennzeichnete Verstellen nicht nur der zyklischen Anordnung von Werkstücken 48 in der Abschirmung 40, sondern das Verstellen des ersten Abschirmungsteils 46 ermöglicht eine variable Einstellung des Spaltes 52 und somit die Größe des Überdruckes in der Abschirmung 40. Das Ausströmen des Plasmagases bzw. des abgeregten Arbeitsgases ist in Fig. 4 jeweils mit einem Pfeil dargestellt, der durch den Spalt 52 verläuft .In contrast to the second embodiment, no gap is provided here but a gap 52 between the first shielding part 46 and the second shielding part 50. As has already been explained, here the first shielding part 46 can be adjusted with adjusting means in the direction perpendicular to FIG. 4. The adjustment marked with the double arrow A is not only the Cyclic arrangement of workpieces 48 in the shield 40, but the adjustment of the first shielding member 46 allows a variable adjustment of the gap 52 and thus the magnitude of the overpressure in the shield 40. The outflow of the plasma gas and the exhausted working gas is shown in Fig. 4 respectively represented by an arrow which passes through the gap 52.
Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas und zur Behandlung der Innenfläche eines Behälters, bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den Fig. 2, 3 und 4 kennzeichnen .Fig. 5 shows a fourth embodiment of a device according to the invention for generating a plasma and for treating the inner surface of a container, in which like reference numerals denote like elements as in Figs. 2, 3 and 4.
Beim vierten Ausführungsbeispiel stellt eine Flasche die Abschirmung 40 dar, wobei eine Auslassöffnung 54 am Falschenhals 56 vorgesehen ist, die durch den Spalt zwischen der Plasmadüse 10 und der Innenwand des Flaschenhalses 56 gebildet wird. Das durch den entstehenden Überdruck austretende Plasmagas bzw. abgeregte Arbeitsgas entweicht dann durch diese Auslassöffnung 54.In the fourth embodiment, a bottle represents the shield 40, with an outlet opening 54 provided on the false neck 56 formed by the gap between the plasma nozzle 10 and the inner wall of the bottle neck 56. The plasma gas or depleted working gas emerging as a result of the resulting overpressure then escapes through this outlet opening 54.
Mit dieser Ausgestaltung stellt die Innenwand der Flasche 40 die vorzubehandelnde Oberfläche dar. Damit ist eine effektive Reinigung der Flasche und ggf. sogar auch das Aufbringen einer schützenden Innenschicht durch Plasmapolymerisation möglich.With this embodiment, the inner wall of the bottle 40 represents the surface to be pretreated. Thus, an effective cleaning of the bottle and possibly even the application of a protective inner layer by plasma polymerization is possible.
Fig. 6 zeigt eine Erweiterung der Vorrichtung, wie sie anhand der Fig. 3 erläutert worden ist. Daher kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale, wie sie anhand der Fig. 3 bereits beschrieben worden sind. Die Vorrichtung weist eine Antenne 60 als Mittel zum Einbringen einer Mikrowellenstrahlung auf, die innerhalb des von der Abschirmung 40 angeordnet ist. Die von der Mikrowellenantenne 60 ausgestrahlte Mikrowellenstrahlung gelangt in zumindest einen Teil des vom Plasma durchströmten Behandlungsraumes, wodurch das sich dort ausbreitende Plasmagas weiter angeregt wird. Somit wird der Anregungszustand für einen längeren Zeitraum aufrecht gehalten und das Plasmagas kann sich innerhalb des Behandlungsraumes gleichmäßiger und homogener ausbreiten. Eine bessere bzw. eine schnellere Behandlung des zu behandelnden Werkstückes 48 ist die Folge.Fig. 6 shows an extension of the device, as has been explained with reference to FIG. Therefore, like reference numerals designate like features as already described with reference to FIG. The device has an antenna 60 as means for introducing microwave radiation, which is arranged inside of the shield 40. The microwave radiation emitted by the microwave antenna 60 passes into at least part of the treatment space through which the plasma flows, as a result of which the plasma gas propagating there is further excited. Thus, the excited state is maintained for a longer period of time and the plasma gas can spread more uniformly and homogeneously within the treatment space. A better or a faster treatment of the workpiece to be treated 48 is the result.
Zuvor ist die Vorrichtung hauptsächlich in Bezug auf das Erzeugen eines Überdruckplasmas beschrieben worden, wobei der Abschirmung eine besondere Bedeutung zukommt .Previously, the device has been described primarily in terms of generating a positive pressure plasma, with the shielding being of particular importance.
Unabhängig von dieser Funktion kann die Abschirmung auch als Abstandhalter dienen. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Abschirmung 40 als Abstandhalter dient. Im Übrigen entspricht die Darstellung um Wesentlichen der Fig. 2, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.Regardless of this function, the shield can also serve as a spacer. Fig. 7 shows an embodiment of a device according to the invention, wherein the shield 40 serves as a spacer. Incidentally, the illustration corresponds substantially to the Fig. 2, wherein like reference numerals designate like elements.
Die Abschirmung bzw. der Abstandhalter 40 definiert einen vorgegebenen Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 42, die den Ursprung des Plasmastrahls darstellt, und der Oberfläche des flächigen Werkstückes 70. Somit wird zuverlässig vermieden, dass der Plasmastrahl 36 zu nahe an die Oberfläche gehalten wird.The shield or the spacer 40 defines a predetermined distance between the inlet opening 42, which represents the origin of the plasma jet, and the surface of the flat workpiece 70. Thus, it is reliably avoided that the plasma jet 36 is kept too close to the surface.
Des Weiteren ist ein Bewegungssensor 72 an der Abschirmung angeordnet, der die Relativbewegung zwischen der Abschirmung bzw. dem Abstandhalter 40 und der Oberfläche des Werkstückes 70 bestimmt . Somit kann in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Abstandhalter 40 und der Werkstückoberfläche 70 die Intensität des Plasmastrahls 36 eingestellt werden. Dieses dient dazu, eine zu starke Einwirkung des Plasmastrahls auf die Oberfläche zu verhindern. Dazu sind nicht dargestellte Steuerungsmittel zum Regeln der Leistung des Plasmastrahls abhängig von der gemessenen relativen Geschwindigkeit vorgesehen.Furthermore, a motion sensor 72 is disposed on the shield which controls the relative movement between the shield 40 and the surface of the workpiece 70 determined. Thus, depending on the relative movement between the spacer 40 and the workpiece surface 70, the intensity of the plasma jet 36 can be adjusted. This serves to prevent excessive exposure of the plasma jet to the surface. For this purpose, not shown control means for controlling the power of the plasma jet are provided depending on the measured relative speed.
Der mindestens eine Bewegungssensor 72 ist in Form von eines optischen und/oder mechanischen Elements ausgebildet, wie es beispielsweise von einer Computermaus bekannt ist. The at least one motion sensor 72 is in the form of an optical and / or mechanical element, as is known, for example, from a computer mouse.

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E PATENT AT SPRU
1. Verfahren zum Erzeugen eines Plasmas , insbesondere zur Behandlung eines Werkstückes, bei dem ein Plasmastrahl in einen zumindest teilweise von einer Abschirmung umgebenen Behandlungsraum eingeleitet wird und bei dem das Plasma im Behandlungsraum zumindest teilweise verteilt wird, wobei der Druck im Behandlungsraum zumindest dem Umgebungsdruck entspricht .1. A method for producing a plasma, in particular for the treatment of a workpiece, in which a plasma jet is introduced into an at least partially surrounded by a shield treatment room and wherein the plasma is at least partially distributed in the treatment room, wherein the pressure in the treatment chamber at least equal to the ambient pressure ,
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Plasmastrahl durch Anregung eines Arbeitsgases mittels einer hochfrequenten Hochspannung erzeugt wird.2. The method of claim 1, wherein the plasma jet is generated by exciting a working gas by means of a high-frequency high voltage.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , bei dem durch die hochfrequente Hochspannung eine Bogenentladung erzeugt wird.3. The method of claim 2, wherein an arc discharge is generated by the high-frequency high voltage.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Arbeitsgas ein Gas oder Gasgemisch verwendet wird, wobei mindestens ein Bestandteil des Arbeitsgases eine lange Halbwertszeit des angeregten Zustands aufweist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a gas or gas mixture is used as the working gas, wherein at least one component of the working gas has a long half-life of the excited state.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , bei dem das Arbeitsgas Luft, Stickstoff, Formiergas oder ein Edelgas, insbesondere Argon oder Helium, aufweist. 5. The method of claim 4, wherein the working gas comprises air, nitrogen, forming gas or a noble gas, in particular argon or helium.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Werkstück im Bereich der Abschirmung, vorzugsweise innerhalb der Abschirmung angeordnet ist.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a workpiece in the region of the shield, preferably disposed within the shield.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , bei dem das Werkstück mit dem Plasma gereinigt, vorbehandelt und/oder plasmabeschichtet wird.7. The method of claim 6, wherein the workpiece is cleaned with the plasma, pretreated and / or plasma-coated.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , bei dem die Abschirmung mindestens eine Öffnung aufweist und bei dem das Plasma und das abgeregte Arbeitsgas über mindestens eine in der Abschirmung angeordneten Auslassöffnung ausgelassen wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the shield has at least one opening and in which the plasma and the de-energized working gas is discharged via at least one arranged in the shield outlet opening.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Abschirmung zweiteilig ausgebildet ist, bei dem ein erstes Abschirmungsteil der Abschirmung zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes ausgebildet ist, bei dem das erste Abschirmungsteil relativ zum zweiten Abschirmungsteil bewegt wird.9. The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the shield is formed in two parts, in which a first shielding part of the shield is formed for receiving at least one workpiece, wherein the first shielding member is moved relative to the second shielding member.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das erste Abschirmungsteil zum Anbringen und zum Entfernen des mindestens einen Werkstücks verfahren wird.10. The method of claim 9, wherein the first shielding member is moved for attaching and removing the at least one workpiece.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Abschirmung geschlossen ist und das eingelassene Plasma die Innenfläche der Abschirmung behandelt. A method according to any one of claims 1 to 7, wherein the shield is closed and the recessed plasma treats the inner surface of the shield.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem in zumindest einen Teil des vom Plasma durchströmten Behandlungsraumes Mikrowellenstrahlung eingebracht wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein in at least a portion of the plasma flowed through the treatment chamber microwave radiation is introduced.
13. Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere zur Behandlung eines Werkstückes, mit einer Plasmaquelle (10) zum Erzeugen eines13. A device for generating a plasma, in particular for the treatment of a workpiece, with a plasma source (10) for generating a
Plasmastrahls (36) , mit einer Abschirmung (40) und mit einer in der Abschirmung (40) angeordneten und denPlasma jet (36), with a shield (40) and with a arranged in the shield (40) and the
Auslass (14) der Plasmaquelle (10) aufnehmendenOutlet (14) of the plasma source (10) receiving
Einlassöffnung (42).Inlet opening (42).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle (10) den Plasmastrahl (36) unter Anwendung einer hochfrequenten Hochspannung erzeugt .14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the plasma source (10) generates the plasma jet (36) using a high-frequency high voltage.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle (10) den Plasmastrahl (36) mittels einer Bogenentladung (34) erzeugt.15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the plasma source (10) generates the plasma jet (36) by means of an arc discharge (34).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine in der Abschirmung (40) angeordneten Auslassöffnung (43,44,52,54) vorgesehen ist.16. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that at least one in the shield (40) arranged outlet opening (43,44,52,54) is provided.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (40) zweiteilig ausgebildet ist, dass ein erstes Abschirmungsteil (46) der Abschirmung (40) zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes (46) ausgebildet ist und dass das erste Abschirmungsteil (46) relativ zu einem zweiten Abschirmungsteil (48) bewegbar ist.17. The device according to claim 15, characterized in that the shield (40) is formed in two parts, in that a first shielding part (46) of the shield (40) is designed to receive at least one workpiece (46) and that the first shielding part (46) is movable relative to a second shielding part (48).
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Verfahren des ersten Abschirmungsteils (46) vorgesehen sind.18. The apparatus according to claim 16, characterized in that means for moving the first shielding part (46) are provided.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, das Mittel zum Drehen des ersten Abschirmungsteils (46) vorgesehen sind.19. The apparatus according to claim 16, characterized in that the means for rotating the first shielding part (46) are provided.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (60) zum Einbringen einer Mikrowellenstrahlung in zumindest einen Teil des vom Plasma durchströmten Behandlungsraumes vorgesehen ist.20. Device according to one of claims 13 to 19, characterized in that means (60) for introducing a microwave radiation is provided in at least part of the plasma flowed through the treatment chamber.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung als Abstandhalter gegenüber einer Werkstückoberfläche dient.21. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the shield serves as a spacer relative to a workpiece surface.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung mindestens einen Bewegungssensor aufweist . 22. The device according to claim 21, characterized in that the shield has at least one motion sensor.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungsmittel zum Regeln der Leistung des Plasmastrahls abhängig von der gemessenen relativen Geschwindigkeit .23. The device according to claim 22, characterized in that control means for controlling the power of the plasma jet depending on the measured relative speed.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die BewegungsSensoren in Form von optischen und/oder mechanischen Elementen ausgebildet sind. 24. Device according to claim 22 or 23, characterized in that the motion sensors are designed in the form of optical and / or mechanical elements.
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