DE10116502A1

DE10116502A1 - Plasma stream production, comprises forming a gas supply channel using a moulding made of electrically insulating material, applying electrodes and applying a high voltage across them

Info

Publication number: DE10116502A1
Application number: DE10116502A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Vioel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2021-04-04
Also published as: DE10116502B4

Abstract

A process for producing a plasma stream (14), comprises forming a gas supply channel (1) using a moulding made of electrically insulating material, applying at least one electrode (2) and one opposing electrode (3) to the moulding (4), which run parallel with respect to the gas supply channel, and ensuring no gas filled pockets are formed between the outer circumference of the electrodes and the moulding. A process for producing a plasma stream (14), comprises forming a gas supply channel (1) using a moulding made of electrically insulating material, applying at least one electrode (2) and one opposing electrode (3) to the moulding (4), which run parallel with respect to the gas supply channel, and ensuring no gas filled pockets are formed between the outer circumference of the electrodes and the moulding. Gas is passed through the channel from one end to the other, and a high alternating current voltage is applied between the electrodes. The latter are applied by forming closed cut-outs in the circumferential direction and placing the electrodes in them. The moulding is surrounded by an opposing electrode mantle, and a number of gas flow channels are formed in the moulding, which are lined with glass or ceramic material. A plasma nozzle (8) is formed at the other end of the gas channel. The electrode is located in a closed cut-out in the moulding.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Ausbildung eines Plasmastrahls, wobei die Vorrichtung einen Gasführungskanal durch einen Formkörper aus elektrisch isolierendem Material, mindestens eine Elektrode und mindestens eine Gegenelektrode, die zumindest über einen Bereich parallel zu dem Gasführungskanal verlaufen, eine Gasversorgungsquelle, um eine Gasströmung durch den Gasführungskanal von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende eine Gasströmung hervorzurufen, und eine Wechselhochspannungsquelle, um eine Wechselhochspannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode anzulegen, aufweist.The invention relates to a method and a device device for forming a plasma beam, the device a gas duct through a molded body made of electrical insulating material, at least one electrode and at least a counter electrode that is parallel over at least one area run to the gas duct, a gas supply source to a gas flow through the gas duct from his one End to cause a gas flow to its other end, and an alternating high voltage source to an alternating high voltage between the electrode and the counter electrode, having.

Aus der DE 199 57 775 C1 des Anmelders ist ein Verfahren zur Modifizierung von Holzoberflächen durch elektrische Entladung bekannt. Hierbei wird eine Elektrode gegenüber der zu modifizierenden Holzoberfläche angeordnet, und eine Wechselhochspannung wird an die Elektrode angelegt, um unter Atmosphärendruck eine Entladung zwischen der Holzoberfläche und der Elektrode hervor zurufen. Im Detail wird eine dielektrische Schicht zwischen der Elektrode und der zu modifizierenden Holzoberfläche angeordnet, und die Wechselhochspannung wird mit einer Frequenz von mehr als 600 Hz angelegt. Bevorzugt ist eine Frequenz im Bereich von 10 bis 3000 kHz. Weiterhin ist es bei den bekannten Verfahren bevorzugt, die Wechselhochspannung in Form von elektrischen Pulsen wechselnder Polarität anzulegen. Zur Behandlung kontu rierter Holzoberflächen soll eine Elektrode verwendet werden, deren der Holzoberfläche zugewandte Fläche klein im Vergleich zu der zu modifizierenden Holzoberfläche ist. Diese Elektrode soll dann gegenüber der Holzoberfläche verfahren werden. Das bei dem bekannten Verfahren zu Modifizierung der Holzoberfläche vorge sehene Plasma bildet sich in der Praxis jedoch nur dann mit der gewünschten Gleichmäßigkeit aus, wenn der Abstand zwischen der Elektrode und der Holzoberfläche über die Ausdehnung der Elektrode konstant ist. Besondere Probleme mit der Ausbildung eines kalten Plasmas, welches zur Modifizierung der Holzober fläche ohne deren thermische Beanspruchung erforderlich ist, treten bei stark konturierten Holzoberflächen auf. Hier gibt es immer Bereiche der Holzoberfläche, die relativ näher an der Elektrode liegen und einen relativ kleinen Krümmungsradius aufweisen, so daß sich das elektrische Feld zwischen der Holz oberfläche und der Elektrode und im Ergebnis auch die Entladung hier konzentriert, während andere Bereiche vernachlässigt werden.DE 199 57 775 C1 from the applicant describes a method for Modification of wooden surfaces by electrical discharge known. Here an electrode is compared to the one to be modified Wooden surface arranged, and an alternating high voltage is applied to the electrode in order to produce a Discharge between the wooden surface and the electrode call. In detail, a dielectric layer between the Electrode and the wooden surface to be modified, and the AC high voltage is at a frequency of more than 600 Hz applied. A frequency in the range of 10 is preferred up to 3000 kHz. Furthermore, it is in the known methods preferred, the alternating high voltage in the form of electrical Apply pulses of alternating polarity. Contour treatment an wooden electrode should be used, their surface facing the wood surface is small compared to of the wood surface to be modified. This electrode should then be moved against the wooden surface. That with the known methods for modifying the wood surface In practice, however, plasma is only formed with the desired uniformity if the distance between the Electrode and the wooden surface over the extension of the Electrode is constant. Special problems with training a cold plasma, which is used to modify the wooden surface area without the thermal stress required, occur on strongly contoured wooden surfaces. Here there are always areas of the wood surface that are relatively closer to the Electrode and have a relatively small radius of curvature have so that the electric field between the wood surface and the electrode and, as a result, the discharge focused here while neglecting other areas become.

Es geht vorliegend also darum, einen anderen Weg zur Ober flächenbehandlung, insbesondere von Holzoberflächen, beispiels weise aber auch von Kunststoff-, Glas-, Keramik- und Metall oberflächen, mit einem kalten Plasma aufzuzeigen, als dies in der DE 199 57 775 C1 geschieht.In the present case, it is about a different path to the waiter surface treatment, especially of wooden surfaces, for example but also of plastic, glass, ceramic and metal surfaces with a cold plasma to show up as this in DE 199 57 775 C1 happens.

Mit einem Plasmastrahl, d. h. einem Strahl von freiem Plasma sollten sich auch stark konturierte Oberflächen behandeln lassen. Mit einer Vielzahl von Plasmastrahlen nebeneinander sollte überdies auch eine Behandlung großer Oberflächen schnell und problemlos möglich sein.With a plasma jet, i.e. H. a beam of free plasma should also treat heavily contoured surfaces to let. With a large number of plasma jets side by side should also treat large surfaces quickly and be possible without any problems.

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Erzeugung eines Plasmastrahls ist aus der US 5 198 724 bekannt. Eine zentrale Elektrode ist koaxial von einem Hohlzylinder aus elektrisch isolierendem Material und einer ebenfalls hohl zylinderförmigen Gegenelektrode umgeben. In seinem Inneren bildet der Hohlzylinder aus dem elektrisch isolierenden Material einen ringförmigen Gasführungskanal um die Elektrode herum aus. Das durch den Gasführungskanal strömende Gas weist etwa Normal druck auf und besteht zu nicht weniger als 70% aus Helium und wird durch eine angelegte Wechselhochspannung von 13,56 MHz in ein Plasma umgewandelt, das an einem Ende des Gasführungskanals als freier Plasmastrahl austritt. Bei der bekannten Vorrichtung besteht die Gefahr, daß auch in einem Ringspalt zwischen dem Hohlzylinder aus dem elektrische isolierenden Material und der hohlzylinderförmigen Gegenelektrode eine ungewollte Entladung erfolgt, zumal hier die Atmosphäre nicht durch Helium definiert ist und nicht durch eine Gasströmung ständig ausgetauscht wird. Darüberhinaus weist der Plasmastrahl unerwünschte Partikel aus der Elektrode auf, die den ringförmigen Gasführungskanal nach innen begrenzt. Ein weiterer Nachteil ist, daß zur Erzeugung einer Wechselhochspannung von über 10 MHz keine Halbleiter bauteile ausreichen, sondern Röhren mit relativ hohen Kosten und vergleichsweise schlechtem Wirkungsgrad erforderlich sind.A device of the type described above for generation a plasma jet is known from US Pat. No. 5,198,724. A central electrode is coaxial from a hollow cylinder electrically insulating material and one also hollow surrounded cylindrical counter electrode. Inside forms the hollow cylinder from the electrically insulating material an annular gas duct around the electrode. The gas flowing through the gas duct has approximately normal pressure and consists of no less than 70% helium and is applied by an alternating high voltage of 13.56 MHz a plasma is converted to one end of the gas duct emerges as a free plasma jet. In the known device there is a risk that even in an annular gap between the Hollow cylinder made of the electrical insulating material and the hollow cylindrical counterelectrode an unwanted discharge takes place, especially since here the atmosphere is not defined by helium is and is not constantly exchanged by a gas flow. In addition, the plasma jet shows undesirable particles the electrode that follows the annular gas duct limited inside. Another disadvantage is that of generating an alternating high voltage of over 10 MHz no semiconductors components are sufficient, but tubes with relatively high costs and comparatively poor efficiency are required.

Aus der DE 198 07 086 A1 ist eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Plasmastrahls bekannt, die bei Atmosphärendruck betrieben wird und bei der die Wechselhochspannungsquelle eine Wechsel hochspannung mit einer Frequenz von 20 kHz zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode anlegt, die auf ihrer an eine Gasströmung angrenzenden Seite jeweils mit einem Dielektrikum abgedeckt sind. Diese Anordnung befindet sich innerhalb eines rohrförmigen Hohlkörpers. Aufgrund der geometrischen Anordnung besteht hier die besondere Gefahr, daß es auch außer in dem gewollten Bereich zwischen den vor den Elektroden angeordneten Dielektrika zu einer Entladung kommt. Besonders groß ist die Gefahr zwischen dem Hohlkörper und der Elektrode bzw. der Gegenelektrode.DE 198 07 086 A1 describes a device for training of a plasma jet known to operate at atmospheric pressure and where the AC high voltage source is a change high voltage with a frequency of 20 kHz between one Electrode and a counterelectrode, which on their to one Gas flow adjacent side each with a dielectric are covered. This arrangement is within one tubular hollow body. Because of the geometric arrangement there is a particular risk here that it will also exist in the desired area between the arranged in front of the electrodes Dielectrics come to discharge. It is particularly large Danger between the hollow body and the electrode or the Counter electrode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ausbildung eines Plasmastrahls und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, bei denen sichergestellt ist, daß sich die Entladung zur Erzeugung des Plasmas auf den Bereich des Gasführungskanals beschränkt. Weiterhin sollen die Voraus setzungen für eine besondere Wirtschaftlichkeit gegeben sein.The invention has for its object a method for Formation of a plasma jet and a device of the beginning to describe the type described, in which it is ensured that the discharge to generate the plasma on the area of Throttle channel limited. Furthermore, the advance setting for a special economy.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Ausbildung eines Plasmastrahls mit den Schritten gelöst:
According to the invention, this object is achieved by a method for forming a plasma beam with the steps:

- Form at least one gas guide channel by one Molded body made of electrically insulating material,
- Attach at least one electrode and at least one Counter electrode on the molded body, so that this at least over an area runs parallel to the gas duct and without a connection line between the electrode and the counter electrode is a gas-filled space between the Outer periphery of the electrode and the molded body or between the The outer circumference of the counter electrode and the molded body remains,
- Generating a gas flow through the gas duct from one end to its other end and
- Application of an alternating high voltage between the electrode and the counter electrode.

Bei der Umsetzung dieses Verfahrens dient der Formkörper aus dielektrischem Material zur vollständigen Definition des Gas führungskanals und stellt das Dielektrikum vor beiden Elek troden, d. h. der Elektrode und der Gegenelektrode bereit. Gleichzeitig gibt es keinen Luft- bzw. Gasspalt zwischen der Elektrode und dem isolierenden Material, in dem eine uner wünschte Entladung stattfinden könnte. Die Entladung erfolgt vielmehr kontrolliert und ausschließlich in dem Gasführungs kanal. Dabei bildet der Formkörper aus dem elektrisch isolie renden Material auch die Grundstruktur für die geometrische Anordnung und Lagerung der Elektroden aus. Eine Abtragung von Elektrodenmaterial durch die Entladung und Mitführung des Elektrodenmaterials in dem Plasmastrahl ist durch die aus schließliche Begrenzung des Gasführungskanals durch das elektrisch isolierende Material ausgeschlossen.The molded body is used in the implementation of this method dielectric material to fully define the gas guide channel and places the dielectric in front of both elec troden, d. H. the electrode and the counter electrode. At the same time, there is no air or gas gap between the Electrode and the insulating material in which an un desired discharge could take place. The unloading takes place rather controlled and exclusively in the gas duct channel. The molded body forms from the electrically insulating material material also the basic structure for the geometric Arrangement and storage of the electrodes. A deduction from Electrode material by discharging and carrying the Electrode material in the plasma beam is characterized by the eventual limitation of the gas duct through the electrically insulating material excluded.

Bevorzugt ist es, wenn für die Anbringung der Elektrode an dem Formkörper eine in Umfangsrichtung geschlossene Ausnehmung in dem Formkörper ausgebildet und die Elektrode in diese Ausnehmung eingebracht wird. Auch hierbei ist sicherzustellen, daß kein Luft- bzw. Gasraum in der Richtung zwischen den beiden Elektro den in der Ausnehmung verbleibt.It is preferred if for attaching the electrode to the Shaped body in the circumferential direction closed recess in the molded body and the electrode in this recess is introduced. Here too it must be ensured that no Air or gas space in the direction between the two electric which remains in the recess.

Die Gegenelektrode kann auf gleiche Weise wie die Elektrode an dem Formkörper angebracht werden, d. h. durch Einbringen in eine zuvor ausgebildete Ausnehmung in dem Formkörper. Sie kann aber auch als Ummantelung des Formkörpers vorgesehen sein. In diesem Fall bietet es sich an, die Elektrode koaxial zu der Gegen elektrode im Zentrum des Formkörpers anzuordnen. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß kein Kurzschlußweg zwischen den Elek troden gegeben ist, in dem kein isolierendes Material vorliegt. Relativ einfach kann dies durch endseitig geschlossene Ausneh mungen in dem Formkörper und entsprechend isolierte Anschlüsse am gegenüberliegenden Ende der Elektroden realisiert werden.The counter electrode can be attached in the same way as the electrode be attached to the molded body, d. H. by introducing it into a previously formed recess in the molded body. But it can can also be provided as a casing of the molded body. In this In this case it makes sense to have the electrode coaxial with the counter to arrange the electrode in the center of the molded body. In any case it must be ensured that there is no short circuit between the elec troden is given in which there is no insulating material. This can be done relatively easily by means of a closed end measurements in the molded body and correspondingly insulated connections can be realized at the opposite end of the electrodes.

Die Erfindung ist nicht auf nur einen Gasführungskanal in dem Formkörper aus elektrisch isolierendem Material beschränkt. Es kann auch eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen ausgebildet werden. In einer konkreten Ausführungsform können diese in einer ringförmigen Anordnung zwischen einer zentralen Elektrode und einer ringförmigen äußeren Gegenelektrode durch den Formkörper aus dem elektrisch isolierendem Material verlaufen.The invention is not based on only one gas duct in the Shaped body made of electrically insulating material limited. It can also be a variety of parallel to each other Gas guide channels are formed. In a concrete Embodiment can do this in an annular arrangement between a central electrode and an annular one outer counter electrode through the molded body from the electrical insulating material.

Jeder der Gasführungskanäle kann mit einem anderen elektrisch isolierenden Material als demjenigen aus dem der Formkörper ausgebildet ist, ausgekleidet sein. Beispielsweise kann der Formkörper aus Kunststoff und die Auskleidung der Gasfüh rungskanäle aus Glas oder Keramik bestehen. Each of the gas routing channels can be electrically connected to a different one insulating material than that of which the molded body is trained to be lined. For example, the Molded body made of plastic and the lining of the gas guide channels made of glass or ceramic.

Für die Erfindung ist es nicht entscheidend, daß der Formkörper aus dem elektrisch isolierenden Material einstückig ist. Viel mehr kann er auch durch Zusammenfügen von mehreren Teilform körpern ausgebildet werden, solange die Forderung nach nicht vorhandenen Luft- bzw. Gasspalten zwischen den Elektroden und dem Formkörper gewährleistet ist.It is not critical to the invention that the molded body is made in one piece from the electrically insulating material. much he can also do more by merging several partial shapes bodies are trained as long as the demand for not existing air or gas gaps between the electrodes and the molded body is guaranteed.

Aus dem Formkörper kann unmittelbar im Anschluß an den Gasfüh rungskanal eine Plasmadüse ausgebildet werden, um den austre tenden Plasmastrahl an dem anderen Ende des Gasführungskanals zu formen.From the molded body can immediately after the gas flow tion channel a plasma nozzle are formed around the exit tendency towards the plasma jet at the other end of the gas duct to form.

Bevorzugt ist es bei dem neuen Verfahren, die Wechselhoch spannung mit einer Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz anzulegen. In diesem Bereich können Wechselhochspannungen mit Halbleiter bauteilen kostengünstig und mit hohem Wirkungsgrad erzeugt werden. Der Spannungsverlauf der Wechselhochspannung kann sinusförmig sein oder zeitlich deutlich voneinander getrennte, unipolare oder bipolare Pulse aufweisen. Besonders bevorzugt sind bipolare Pulse. Eine äußere ringförmige Gegenelektrode kann auch dabei aus Sicherheitsgründen geerdet sein.It is preferred in the new method, the alternating high to apply voltage with a frequency of 3 kHz to 5 MHz. In this area can alternating high voltages with semiconductors components inexpensively and with high efficiency become. The voltage curve of the alternating high voltage can be sinusoidal or clearly separated in time, have unipolar or bipolar pulses. Particularly preferred are bipolar pulses. An outer annular counter electrode can also be grounded for safety reasons.

Als Gas zur Ausbildung des Plasmas kann reine Luft eingesetzt werden. Reaktive Gase oder reaktive Gasgemische auch mit Bei mischungen von Edelgasen oder Stickstoff werden zum Beschichten von Oberflächen beispielsweise mit Polymeren, diamantähnlichen Schichten oder dgl. eingesetzt. Ansonsten ist der erzeugte Plasmastrahl zur Beschichtungsvorbehandlung verschiedenster Oberflächen oder auch zum Oberflächenätzen geeignet. Beim Oberflächenätzen können reaktive Gase, wie beispielsweise Acetylen, Methan, Wasserstoff, Tetrafluormethan, Silan und dgl., als Einzelgase oder in Gasgemischen von mehreren reaktiven Gasen oder auch als reaktive Beimischungen zu Trägergasen wie z. B. Luft, Stickstoff, Argon oder Helium eingesetzt werden.Pure air can be used as the gas for the formation of the plasma become. Reactive gases or reactive gas mixtures also with Bei Mixtures of noble gases or nitrogen are used for coating of surfaces, for example with polymers, diamond-like Layers or the like. Used. Otherwise is the generated one Plasma jet for coating pretreatment of various Surfaces or also suitable for surface etching. At the Surface etching can include reactive gases, such as Acetylene, methane, hydrogen, tetrafluoromethane, silane and the like, as single gases or in gas mixtures of several reactive gases or as reactive admixtures to carrier gases such as. B. Air, nitrogen, argon or helium can be used.

Konkrete Anwendungsbeispiele umfassen Oberflächenbehandlungen zur Benetzbarkeits- und Haftungssteigerung von Kabeln, Schläuchen, Dichtungen, Rohren, Schaumstoffen beliebiger Dicke, Profilen nahezu beliebiger Kontur, Außenseiten von Form- und Hohlkörpern wie Bechern, Deckeln, Flaschen, Bällen, Innenseiten von Löchern und Bohrungen, Folien prinzipiell ohne Rückseiten effekt, Noppenfolien, Formaten beliebigen Zuschnitts usw. Der mit der neuen Vorrichtung ausgebildete Plasmastrahl zeichnet sich insbesondere durch eine freie Führbarkeit, z. B. mit einem Robotor oder auch von Hand, aus. Eine große Variabilität wird durch die Verwendung verschiedener Arbeitsgase gewährleistet.Specific application examples include surface treatments to increase the wettability and liability of cables, Hoses, seals, pipes, foams of any thickness, Profiles of almost any contour, outside of form and Hollow bodies such as cups, lids, bottles, balls, insides of holes and holes, foils in principle without backs effect, bubble wrap, formats of any cut, etc. The plasma beam trained with the new device in particular through free manageability, e.g. B. with a Robotor or also by hand. There will be great variability guaranteed by the use of different working gases.

Gerade für den industriellen Einsatz bietet sich an, in den Formkörper aus elektrisch isolierendem Material neben dem Gasführungskanal auch Kühlkanäle zur Durchströmung mit einem Kühlmedium vorzusehen, beispielsweise zur Durchströmung mit entionisiertem Wasser. Auch in der Praxis der Erfindung kann der Plasmastrahl dann über lange Zeiträume hinweg mit einer Gas temperatur erzeugt werden, die kaum über Raumtemperatur liegt. So sind auch thermisch sehr empfindliche Oberflächen behandel bar.Especially for industrial use, in the Shaped body made of electrically insulating material next to the Gas guide channel also cooling channels to flow through with a To provide cooling medium, for example to flow with deionized water. Also in the practice of the invention Plasma jet then with a gas over long periods of time temperature that is barely above room temperature. This means that surfaces that are very thermally sensitive are also treated bar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode und die Gegen elektrode an dem Formkörper angebracht sind, ohne daß auf einer Verbindungslinie zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ein mit Gas gefüllter Raum zwischen dem Außenumfang der Elek trode und dem Formkörper oder zwischen dem Außenumfang der Gegenelektrode und dem Formkörper verbleibt.The inventive device of the type described above is characterized in that the electrode and the counter Electrode are attached to the molded body without on a Connection line between the electrode and the counter electrode a gas-filled space between the outer circumference of the elec trode and the molded body or between the outer circumference of the Counter electrode and the molded body remains.

Dabei ist die Elektrode vorzugsweise in eine in Umfangsrichtung geschlossene Ausnehmung in dem Formkörper eingebracht. Dies kann auch für die Gegenelektrode der Fall sein. Sie kann aber auch den Formkörper ummanteln.The electrode is preferably in a circumferential direction closed recess introduced in the molded body. This can also be the case for the counter electrode. But it can also encase the molded body.

Neben der Möglichkeit nur eines Gasführungskanals kann auch eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen vorgesehen sein. Jeder der Gasführungskanäle kann mit Glas oder Keramik ausgekleidet sein, insbesondere wenn das elektrisch isolierende Material des Formkörpers ein Kunststoff ist. In addition to the possibility of only one gas duct, one can A plurality of gas guide channels running parallel to one another be provided. Each of the gas routing channels can be made with glass or Ceramic lined, especially if it is electrical insulating material of the molded body is a plastic.

Der Formkörper selbst kann mehrteilig sein und/oder an dem anderen Ende des Gasführungskanals eine Plasmadüse zur Formung des Plasmastrahls ausbilden.The molded body itself can be in several parts and / or on the a plasma nozzle for shaping at the other end of the gas duct of the plasma jet.

Die Wechselhochspannungsquelle kann für eine Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz ausgelegt und als Transistorgerät mit hohem Wirkungs grad ausgebildet sein.The AC high voltage source can operate at a frequency of 3 kHz designed up to 5 MHz and as a transistor device with high efficiency just be trained.

Auch die weiteren im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Varianten sind entsprechend bei der Vorrichtung umsetzbar. Dies bezieht sich beispielsweise auf die zusätzliche Ausbildung von Kühlkanälen in dem Formkörper aus elektrisch isolierendem Material.The others in connection with the invention The variants described are accordingly in the Device implementable. This applies, for example, to the additional formation of cooling channels in the molded body electrically insulating material.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigtThe invention is described below using exemplary embodiments explained and described in more detail. It shows

Fig. 1 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 1 shows the arrangement of the electrodes and the gas guiding passage in a first embodiment of the device according to the invention in cross-section,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 im Längsschnitt, Fig. 2 shows the arrangement according to FIG. 1 in longitudinal section,

Fig. 3 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 3 shows the arrangement of the electrodes and the gas guiding passage in a second embodiment of the invented apparatus according to the cross-section,

Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 im Längsschnitt, Fig. 4 shows the arrangement according to FIG. 3 in longitudinal section;

Fig. 5 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer dritten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 5 shows the arrangement of the electrodes and the gas guiding passage in a third embodiment of the device according to the Invention in cross-section,

Fig. 6 die Anordnung gemäß Fig. 5 im Längsschnitt, Fig. 6 shows the arrangement of FIG. 5 in longitudinal section;

Fig. 7 die Anordnung der Elektroden und einer Mehrzahl von Gasführungskanälen bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt; Figure 7 shows the arrangement of electrodes and a plurality of gas guide channels in a further embodiment of the inventive apparatus in cross section.

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine industrielle Apparatur zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 8 shows a cross section through an industrial apparatus for using the method according to the invention and

Fig. 9 eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wasserkühlung. Fig. 9 is an external view of a device according to the invention with water cooling.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung dient zur Aus bildung eines Plasmastrahls. Hierzu wird in einer Gasströmung durch einen Gasführungskanal 1 eine elektrische Entladung zwischen einer Elektrode 2 und einer Gegenelektrode 3 hervor gerufen. Diese Entladung ist dielektrisch behindert, indem der Gasführungskanal in einem Formkörper 4 aus elektrisch isolie rendem Material ausgebildet ist und die Elektroden 2 und 3 in diesen Formkörper eingebettet sind. Die Gasversorgung des Gasführungskanals 1 erfolgt über eine Gasversorgungsquelle 5. Das zur Verfügung gestellte Gas kann ein reines Gas oder ein Gasgemisch sein. Insbesondere ist es Luft. Die Wechselhoch spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 wird durch eine Wechselhochspannungsquelle 6 aufgebracht, die eine Wechsel hochspannung im Bereich von 3 kHz bis 5 MHz liefert. Der Spannungsverlauf kann sinusförmig, aber auch komplizierter sein und beispielsweise zeitlich voneinander getrennte bipolare Spannungspulse aufweisen. Das dabei erzeugte Plasma zeichnet sich durch die gewünschte chemische Reaktivität aus, ohne eine gegenüber dem Ursprungsgas nennenswert erhöhte Gastemperatur auf zuweisen.The arrangement shown in FIGS. 1 and 2 is used to form a plasma jet. For this purpose, an electrical discharge between an electrode 2 and a counter electrode 3 is caused in a gas flow through a gas guide channel 1 . This discharge is dielectrically hindered by the fact that the gas duct is formed in a molded body 4 made of electrically insulating material and the electrodes 2 and 3 are embedded in this molded body. The gas supply channel 1 is supplied with gas via a gas supply source 5 . The gas provided can be a pure gas or a gas mixture. In particular, it is air. The alternating high voltage between the electrodes 2 and 3 is applied by an alternating high voltage source 6 , which supplies an alternating high voltage in the range from 3 kHz to 5 MHz. The voltage curve can be sinusoidal, but also more complicated and, for example, have bipolar voltage pulses separated from one another in time. The plasma generated in this way is distinguished by the desired chemical reactivity without having a gas temperature which is significantly higher than that of the original gas.

Während bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 der Formkörper 4 aus keramischem Material besteht, besteht er bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den Fig. 3 und 4 aus Kunststoff. Er ist jedoch mit einem Glasrohr 7 ausgekleidet, das inerter gegenüber der Entladung zwischen den Elektroden 2 und 3 ist als der Kunststoff. Dasselbe gilt für ein statt des Glasrohrs 7 einsetzbares Keramikrohr.While there is in the embodiment of the device according to FIGS. 1 and 2 of the mold body 4 of ceramic material, it consists in the embodiment of the device according to FIGS. 3 and 4 made of plastic. However, it is lined with a glass tube 7 which is more inert to the discharge between the electrodes 2 and 3 than the plastic. The same applies to a ceramic tube that can be used instead of the glass tube 7 .

Die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den Fig. 5 und 6, bei der die Gasversorgungsquelle und die Wechselhochspannungsquelle der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, unterscheidet sich von den bisherigen Ausführungsformen in den folgenden Punkten. Zunächst ist der Formkörper 4 mehrteilig. Darüber hinaus bildet er eine Plasmadüse 8 am freien Ende des Gasfüh rungskanals 1 aus, wobei es sich hier tatsächlich um eine Mehr zahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen 1 handelt. Weiterhin ist die Elektrode 2 auf der Seelenachse einer hohlzylinderförmigen Gegenelektrode 3 angeordnet und sie wird dort von einem Keramikrohr 9 umgeben, das über keramische Abstandhalter 10 im Zentrum einer Formkeramik 11 gehalten wird, wobei in tangentialer Richtung zwischen den Abstandhaltern 10 die parallel zueinander laufenden Gasführungskanäle 1 ausgebil det werden. Die Formkeramik 11 ist mit der hohlzylinderförmigen Gegenelektrode ummantelt. Wie bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 4 ist jeweils kein Luft- bzw. Gasspalt zwischen dem Formkörper 4 und den Elektroden 2 und 3 auf der direkten Verbindungslinie zwischen den Elektroden 2 und 3 vorhanden. Es gibt ausschließlich den gewollten Entladungsraum im Bereich der Gasführungskanäle 1. Ebenfalls wie bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 4 ist die Elektrode 2 in einer Ausnehmung in dem Formkörper 4 angeordnet, die endseitig geschlossen ist, um dort eine Isolierung der Elektrode zu der Gegenelektrode hin zu bewirken.The embodiment of the device according to FIGS. 5 and 6, in which the gas supply source and the AC high-voltage source are not shown for the sake of simplicity, differs from the previous embodiments in the following points. First, the molded body 4 is in several parts. In addition, it forms a plasma nozzle 8 at the free end of the channel 1 of approximately Gasfüh, wherein it here actually more number is one of mutually parallel gas guide channels. 1 Furthermore, the electrode 2 is arranged on the core axis of a hollow cylindrical counterelectrode 3 and is surrounded there by a ceramic tube 9 , which is held in the center of a molded ceramic 11 via ceramic spacers 10, the gas guide channels 1 running parallel to one another in the tangential direction between the spacers 10 be formed. The molded ceramic 11 is coated with the hollow cylindrical counter electrode. As in the embodiments according to FIGS. 1 to 4, there is no air or gas gap between the molded body 4 and the electrodes 2 and 3 on the direct connecting line between the electrodes 2 and 3 . There is only the desired discharge space in the area of the gas duct 1 . As in the embodiments according to FIGS. 1 to 4, the electrode 2 is arranged in a recess in the molded body 4 which is closed at the end in order to insulate the electrode there from the counterelectrode.

Bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 7, in der wieder die Gasversorgungsquelle und die Wechselhochspannungs quelle weggelassen sind, ist auch die Elektrode 2 hohlzylinder förmig und sie ist koaxial innerhalb der Gegenelektrode 3 angeordnet. Zwischen den Elektroden 2 und 3 ist eine Formkeramik 12 vorgesehen, die unmittelbar an beide Elektroden 2 und 3 anschließt und eine Vielzahl von parallel zueinander verlau fenden und in der Summe ringförmig angeordneten Gasführungs kanälen 1 aufweist. Die Plasmateilstrahlen, die in den einzelnen Gasführungskanälen 1 gemäß Fig. 7 ausgebildet werden, können an dem freien Ende der Gasführungskanäle 1 zu einem einzigen Plasmastrahl zusammengefaßt werden.In the embodiment of the device according to FIG. 7, in which the gas supply source and the alternating high-voltage source are omitted again, the electrode 2 is also hollow-cylindrical and is arranged coaxially within the counter electrode 3 . Between the electrodes 2 and 3 , a molded ceramic 12 is provided, which connects directly to both electrodes 2 and 3 and has a plurality of parallel to each other fenden and in total annularly arranged gas guide channels 1 . The partial plasma jets that are formed in the individual gas guide channels 1 according to FIG. 7 can be combined at the free end of the gas guide channels 1 into a single plasma jet.

Fig. 8 skizziert die Plasmabehandlung eines Fensterrahmenprofils 13 mit einer Mehrzahl von Plasmastrahlen 14, die jeweils aus einer Plasmadüse 8 austreten. Die gesamte Behandlung erfolgt in einem Behandlungsraum 15 innerhalb eines Gehäuses 16. Von den Vorrichtungen zur Erzeugung der Plasmastrahlen 14 ist außer den Düsen 8 nichts dargestellt. Von den Plasmastrahlen 14 werden alle Bereiche der Oberfläche 17 des Fensterrahmenprofils 13 erfaßt, um diese beispielsweise für eine Lackierung vorzubehan deln. Mit den Plasmastrahlen 14 können aber auch direkt Beschichtungen aufgebracht werden, wenn dem Gasstrom durch die hier nicht dargestellten Gasführungskanäle 1 reaktive Gase oder Beschichtungsmaterialien zugesetzt werden. Ein solcher Zusatz zu dem Plasma kann aber auch dem Behandlungsraum 15 direkt zuge führt werden. Fig. 8, the plasma treatment outlines of a window frame profile 13 with a plurality of plasma jets 14 each emerge from a plasma nozzle 8. The entire treatment takes place in a treatment room 15 within a housing 16 . Apart from the nozzles 8, nothing is shown of the devices for generating the plasma jets 14 . From the plasma beams 14 , all areas of the surface 17 of the window frame profile 13 are detected, for example, to pre-treat them for painting. However, coatings can also be applied directly with the plasma jets 14 if reactive gases or coating materials are added to the gas flow through the gas guide channels 1 ( not shown here ) . Such an addition to the plasma can also be fed directly to the treatment room 15 .

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 18 von außen, deren Inneres einer der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 7 entsprechen kann. Hier sind eine Gasversorgungsleitung 19, zwei Hochspannungsanschlüsse 20 für die Elektrode und die Gegen elektrode sowie Kühlwasseranschlüsse 21 zur Versorgung von Kühlwasserkanälen vorgesehen, die bis durch den Formkörper 4 gemäß den Fig. 1 bis 7 verlaufen. Außen weist die Vorrichtung 18 ein geerdetes Gehäuse 22 auf, das in einem Düsenkopf 23 endet, dessen vorderster Punkt von der Plasmadüse 8 ausgebildet wird. FIG. 9 shows a device 18 according to the invention from the outside, the interior of which may correspond to one of the embodiment according to FIGS. 1 to 7. Here, a gas supply line 19 , two high-voltage connections 20 for the electrode and the counter electrode and cooling water connections 21 for supplying cooling water channels are provided, which extend through the molded body 4 according to FIGS. 1 to 7. Outside, the device 18 has a grounded housing 22 , which ends in a nozzle head 23 , the foremost point of which is formed by the plasma nozzle 8 .

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Gasführungskanal
Gas duct

22

Elektrode
electrode

33

Gegenelektrode
counter electrode

44

Formkörper
moldings

55

Gasversorgungsquelle
Gas supply source

66

Wechselhochspannungsquelle
AC high voltage source

77

Glasrohr
glass tube

88th

Plasmadüse
plasma nozzle

99

Keramikrohr
ceramic tube

1010

Abstandhalter
spacer

1111

Formkeramik
form ceramic

1212

Formkeramik
form ceramic

1313

Fernsterrahmenprofil
Remote Sterr imitate Profile

1414

Plasmastrahl
plasma jet

1515

Behandlungsraum
treatment room

1616

Gehäuse
casing

1717

Oberfläche
surface

1818

Vorrichtung
contraption

1919

Gasversorgungsleitung
Gas supply line

2020

Hochspannungsanschluß
High voltage terminal

2121

Kühlwasseranschluß
Cooling water connection

2222

Gehäuse
casing

2323

Düsenkopf
nozzle head

Claims

1. A method for forming a plasma jet ( 14 ), comprising the steps:

- Forming at least one gas guide channel ( 1 ) through a shaped body ( 4 ) made of electrically insulating material,
- Attaching at least one electrode ( 2 ) and at least one counter electrode ( 3 ) to the shaped body ( 4 ) so that they run parallel to the gas guide channel ( 1 ) at least over an area and without a connecting line between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) has a space filled with gas between the outer circumference of the electrode ( 2 ) and the shaped body ( 4 ) or between the outer circumference of the counter electrode ( 3 ) and the shaped body ( 4 ),
- causing a gas flow through the gas guide channel ( 1 ) from one end to its other end and
- Applying an alternating high voltage between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the step of attaching the electrode ( 2 ) to the shaped body ( 4 ) comprises the steps:

- Forming a closed recess in the circumferential direction in the molded body ( 4 ) and
- Insert the electrode ( 2 ) in the recess.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the step of attaching the counter electrode ( 3 ) to the shaped body ( 4 ) comprises the steps:

- Forming a further circumferentially closed recess in the molded body ( 4 ), and
- Insert the counter electrode ( 3 ) in the further recess.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the step of attaching the counter electrode ( 3 ) to the shaped body ( 4 ) comprises the step:

- Sheathing the molded body ( 4 ) with the counter electrode ( 3 ).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the step of forming the at least one gas guide channel ( 1 ) comprises the step:

- Forming a plurality of gas guide channels ( 1 ) running parallel to one another through the shaped body ( 4 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the step of forming each gas guide channel ( 1 ) comprises the step:

- Line the gas duct ( 1 ) with glass or ceramic.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized by the additional step:

- Forming the shaped body ( 1 ) by joining several partial shaped bodies ( 9-11 ).

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized by the additional step:

- Forming a plasma nozzle ( 8 ) from the molded body ( 4 ) at the other end of the gas guide channel ( 1 ).

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the step of applying the alternating high voltage comprises the step:

- Applying the alternating high voltage with a frequency of 3 kHz to 5 MHz.

10. Apparatus for forming a plasma jet, with a gas guide channel through a shaped body made of electrically insulating material, with at least one electrode and at least one counter electrode, which run at least over a region parallel to the gas guide channel, with a gas supply source to a gas flow through the To create gas duct from one end to the other end, and with an alternating high voltage source to apply an alternating high voltage between the electrode and the counter electrode, characterized in that the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) are attached to the molded body ( 4 ) without a connection line between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) a gas-filled space between the outer circumference of the electrode ( 2 ) and the molded body ( 4 ) or between the outer circumference of the counter electrode ( 3 ) and the Shaped body ( 4 ) remains.

11. The device according to claim 10, characterized in that the electrode ( 2 ) is introduced into a circumferentially closed recess in the shaped body ( 4 ).

12. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that the counter electrode ( 3 ) in a further circumferentially closed recess in the shaped body ( 4 ) is introduced.

13. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that the shaped body ( 4 ) with the counter electrode ( 3 ) is coated.

14. The device according to one of claims 10 to 13, characterized in that a plurality of parallel to each other fenden gas guide channels ( 1 ) through the molded body ( 4 ) is easily seen.

15. The device according to one of claims 10 to 14, characterized in that each gas guide channel ( 1 ) is lined with glass or ceramic.

16. The device according to one of claims 10 to 15, characterized in that the shaped body ( 4 ) is in several parts.

17. The device according to one of claims 10 to 16, characterized in that the shaped body ( 4 ) forms a plasma nozzle ( 8 ) at the other end of the gas guide channel ( 1 ).

18. Device according to one of claims 10 to 17, characterized ge indicates that the alternating high voltage with a frequency of 3 kHz to 5 MHz can be applied.