CN108370639B - 用于产生常压等离子体束的装置和处理工件表面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种产生用于处理工件表面的常压等离子体束的装置，该装置具有：管状壳体(10)，该壳体具有轴(A)；安置在壳体(10)内部的内部电极(24)；拥有喷嘴开口(18)的喷嘴结构(30)，其用于将壳体(10)中待产生的等离子体束释放，其中喷嘴开口(18)方向的走向与轴(A)呈角度并且喷嘴结构(30)可围绕轴(A)相对旋转，利用该装置，将开头所述装置和设备以及用于处理工件表面的方法进行改进，使得所提到的缺点至少部分地消除并且达到对表面的均匀处理的技术问题通过以下方式解决，即阻隔件(40)包围喷嘴结构(30)并且该阻隔件设置用于根据喷嘴结构(30)相对于轴(A)的旋转角度来改变待产生的等离子体束和工件表面相互作用的强度。本发明还涉及一种用于处理工件表面的方法。

Description

用于产生常压等离子体束的装置和处理工件表面的方法

技术领域

本发明涉及一种用于产生常压等离子体束的装置，该装置用于以绕轴旋转的等离子体束来处理工件的表面，该等离子体束在移动经过表面时产生宽的处理轨迹。此外，本发明还涉及一种具有至少一个等离子体装置的设备，该等离子体装置围绕轴旋转并且在此产生至少一个在圆周运动中经过表面的等离子体束。当该至少一个的等离子体束移动经过表面时，同样会出现宽的处理轨迹。此外，本发明还涉及一种用于利用这种装置或者这种结构处理工件表面的方法。

在本说明书的框架内，利用等离子体束对表面的处理的意思是这样一种表面预处理，通过该表面预处理改变表面应力并且达到了表面更好的液体润湿性。此外，表面处理的意思还可以是表面涂层，方法是通过在等离子体束中添加至少一种前驱体来通过在该等离子体束中和/或在工件表面上发生的化学反应来达到表面涂层，其中化学反应产物中的至少一部分得以沉积。另外，表面处理也表示对表面的清洁，消毒或者杀菌。

背景技术

由EP1067829B1中已知一种用于产生常压等离子体束以利用围绕轴旋转的等离子体束来处理工件表面的装置。该装置具有管状壳体，该壳体具有轴A，该装置并且具有安置在该壳体内部的、优选平行于轴A延伸或尤其安置在该轴A中的内部电极。在该装置运行时，在内部电极上施加电压，通过该电压产生放电，这种放电通过与在壳体内部流动的工作气体的相互作用产生出等离子体。将该等离子体与工作气体一起转移出去。

此外，该装置具有有着喷嘴开口的喷嘴结构，其用于将在壳体中待产生的等离子体释放，其中该喷嘴结构优选安置在放电路径的末端，并且接地，并且形成流出的气体束和等离子体束的通道。这里，喷嘴开口的方向与轴A呈一定角度延伸，其中喷嘴开口的方向可规定为与喷出的等离子体束的平均方向平行的并且例如可以定义为与开口的法线平行。为此，在喷嘴结构内部有通道弧形延伸，以从壳体内部出发将气体束和等离子体束引出。最后，喷嘴结构相对于轴A是可旋转的，其中该喷嘴结构或者形成为可相对于壳体以及内部电极旋转的，或者与壳体不可旋转地连接，但壳体相对于内部电极旋转。为了进行旋转运动，通过电机驱动一个或多个喷嘴结构和壳体。

由EP0986939B1中已知一种用于利用常压等离子体处理表面的设备，该设备具有两个用于产生常压等离子体束的装置，其中这两个装置中的每一个都具有管状壳体，该壳体具有轴A或A‘，该装置还具有安置在该壳体内部的内部电极和具有喷嘴开口的喷嘴装置，其用于释放壳体中待产生的等离子体束，其中这两个装置以可围绕共同的轴B旋转的方式彼此相连并且其中设置有用于产生装置围绕轴(B)的旋转运动的驱动装置。

利用这两个前述装置或设备实现了，通过沿着待加工工件的表面移动旋转着的等离子体束来产生相对宽的处理轨迹。因此这些设备的使用非常多样化。

即使当表面等离子体处理的多个轨迹平行并且彼此部分重叠使得更大的面积得以等离子体处理，但横向于装置或设备的移动方向，表面上存在着等离子体处理强度的不同。这种效应借助于图1进一步说明。

图1a中示出了上述装置的等离子体束的处理轨迹，其中轨迹(线)表示最大等离子体强度的接触点。该装置在y方向上，也就是在图1中向上运动，以在前进中将旋转的等离子体束应用在宽度大约为dx的条带上并且利用等离子体处理表面。通过该运动方向(y)，出现了这样的效果，即虚线区域中的处理轨迹(dx)外部区域所受的等离子处理强度比处理轨迹的中间区域中的情况要大。

这就导致了图1b中所示的强度分布，该分布具有两个最大值，两个最大值在以虚线示出的处理轨迹外部区域中。其间出现了明显更低的等离子体处理强度，由此在处理轨迹的中间出现了强度最低点。

出于这个原因，对表面的等离子体处理是不充足的，并且此外在常规的条带中的等离子体处理是不够的。由此通常必须将装置相对于表面的运动速度降低，以在处理轨迹的中间区域中也得到充足的离子体处理。由此限制了该装置的应用。

发明内容

因此本发明基于这样的技术问题，即将开头所述装置和设备以及用于处理工件表面的方法进行改进，使得所提到的缺点至少部分地消除并且达到对表面的均匀处理。

先前所提到的技术问题根据本发明首先通过开头所述种类的、用于产生常压等离子体束以处理工件表面的装置通过以下方式解决，即有阻隔件包围喷嘴结构并且该阻隔件设置用于根据喷嘴结构相对于轴A的旋转角度来改变待产生的等离子体束和工件表面相互作用的强度。

所述阻隔件的功能是根据角度位置这样影响旋转的等离子体束，使得工件表面上等离子体束的强度具有方位角方向变化的分布。通常，等离子体处理的强度在其它为恒定的条件取决于施加持续时间、表面到喷嘴开口之间的距离和/或等离子体束在表面上的接触角度。当阻隔件现在以方位角变化的方式影响这些参数中的一个或多个时，那么表面等离子体处理的强度就可以具有方位角分布。

在第一种优选实施形式中，该装置的特征在于，阻隔件在方位角方向上仅在部分区段上形成。通过使得阻隔件仅部分存在，仅在旋转的一部分上阻隔，也就是影响等离子体束，并且在旋转的其它部分上不影响或仅轻微影响等离子体束。由此可以通过阻隔件本身的构造调整方位角上的强度分布。

先前说明的阻隔件优选在方位角方向上相对于轴A对称地形成在两个部分区段上。由此达到了等离子体处理的对称强度分布，这种分布尤其可在装置相对于表面运动时有利地应用。

在所说明的阻隔件的另一个实施形式中，该阻隔件的轴向长度在方位角方向上变化。由此，该阻隔件在轴向上突出不同的程度并且取决于长度而对等离子体束产生不同程度的影响。在长度最大的区段中，倾斜碰上的等离子体束被阻隔件的内侧至少部分地反射并且由此向内转向。在此处通过等离子体束的转向而改变了等离子体处理的强度并且等离子体处理在阻隔件的内部区域或在由旋转的等离子体束围成的空间区域的内部区域中得到加强。

此外，阻隔件的长度可呈阶级式变化。在这种情况下，阻隔件在全长度的第一区段上作用在发生接触的等离子体束上并且在其第二区段上不起作用或作用很小，因为在该第二区段中该阻隔件实施得较短。在对称的实施方案中，阻隔件上设置有例如两个同样长的第一区段和两个同样短的第二区段。

阶级式的设计方案引起方位角方向上等离子体强度不连续的变化，其尤其适用于在静态使用中在表面上制造特殊图案。

此外，阻隔件的长度可以持续地，尤其以正弦函数的形式变化。这种设计方案具有这样的优势，即，阻隔件以及由此方位角方向上的等离子体处理强度变化不会断续地呈阶梯状，而是可以以持续变化的函数的形式变化。由此产生的等离子体强度分布会在装置相对于表面运动时促成对该工件表面更均匀的处理。

根据本发明的装置的另一个设计方案在于，阻隔件的内表面在方位角方向上与轴A呈变化的角度。由此通过阻隔件在方位角方向上改变了等离子体束偏转的角度。由此，阻隔件的内表面例如可以在某个位置上与待处理的表面呈90°，而在另一个位置上，可能情况下旋转了90°，内表面以70°的角度朝向外侧倾斜。这里，内表面角度的变化也可以阶梯式或者持续变化。

由此同样可以达到方位角方向中阻隔件的对称构造，在该构造中，例如在装置在表面运动方向的0°和180°处，阻隔件的内表面具有90°的角度，而在90°和270°处有着70°的内表面角度。

原则上内表面的角度既可以朝向内也可以朝向外。根据不同应用由此可以选择对等离子体束选择不同程度的转向。

阻隔件内表面角度在方位角方向的变化此外也可以与前述阻隔件轴向长度在方位角方向上的变化结合起来。

所述用于产生常压等离子体束以处理工件表面的装置的另一个优选设计方案具有形成为位置可相对于喷嘴结构，尤其在轴A方向和/或在径向上调整的阻隔件。

由此例如可以将整个阻隔件形成为在轴向上可推动的。阻隔的强度和阻隔件的方位角方向上的作用区域也可以通过这种方式调整。阻隔件的下边缘的位置距离喷嘴结构越远，喷出的等离子体束就被更强烈地转向和影响。同样地，当阻隔件的长度持续变化时，阻隔件影响等离子体束的区段通过更大的方位角区域发挥作用。与此相反，如果阻隔件的下边缘安置在具有喷嘴结构不太远的位置，那么相互作用的强度以及可能情况下阻隔件在方位角方向上的作用区域就更小。

此外，阻隔件可以具有至少两个，优选多个阻隔件元件，这些元件形成为可彼此独立调节的。这里，这些阻隔件元件可以在径向上和/或在轴向上调节。通过这种设计方案实现了等离子体束方位角方向上强度分布调节较大的可变性。如果每个阻隔件元件的位置都可个性化地调节，那么可以个性化地调节方位角方向的分布。由此，尤其可以在特殊应用中变化地使用该装置。

此外，可以独立于目前所说明的阻隔件的方位角方向上的变化而设置用于加热阻隔件的加热装置。这种加热有着这样的优势，即，接触到阻隔件上的等离子体束以较小的程度将热能转移到阻隔件上，并由此无损失地发挥作用。同样地，也可以将阻隔件加热到比等离子体束温度更高的温度，由此可以通过该阻隔件继续为等离子体束供应热能。

加热装置可作为辐射散热器以外层加热套的形式形成或者通过集成在阻隔件中的电加热器形成。

不管怎样，该加热装置可以用在旋转对称的阻隔件中。

上述技术问题也通过用于处理工件表面的方法解决，在该方法中，借助于产生常压等离子体束的、具有轴A和围绕轴A相对旋转的喷嘴结构的装置产生围绕轴A旋转的等离子体束，并且在该方法中，具有旋转的等离子体束的装置沿着待处理的表面移动并且在该方法中借助于阻隔件，根据喷嘴结构相对于轴A的旋转角度来改变等离子体束和工件表面相互作用的强度。

当装置产生处理轨迹时，通过等离子体束的强度在方位角方向上的变化可以相对于在表面上的运动方向改善等离子体束作用的均匀性。

尤其当通过阻隔件沿运动方向对旋转着的等离子体束进行的阻隔比在运动方向横向上更强烈时，尤其是向内反射或转向时，可沿着处理轨迹达到更加均匀的等离子体处理。这在图1c中通过强度曲线示出，与图1b不同，该曲线围成了平坦的或仅轻微起伏的高台区域。当把彼此相邻的处理轨迹如此重叠着施加到表面上，使得在重叠区域中加和得到高台部分的强度，那么可通过等离子体束比现有技术总体上更加均匀地处理表面。

阻隔件的构型可在方法实施过程中以之前为装置所说明的实施形式形成，在此不再重复说明。所取得的优势是相同的。

上面提到的技术问题也通过用于以常压等离子体处理表面的设备解决，该设备具有至少一个用于产生常压等离子体束的装置，其中该至少一个的装置具有管状壳体，该壳体具有轴A或A‘，该装置还具有安置在该壳体内部的内部电极和具有喷嘴开口的喷嘴装置，其用于释放壳体中待产生的等离子体束，其中该至少一个的装置可围绕轴，可能情况下共同的轴B旋转并且其中设置有用于产生该至少一个的装置围绕轴B的旋转运动的驱动装置。该设备的特征在于，该至少一个的装置的喷嘴开口的方向与轴A或A‘呈一定角度地延伸，该至少一个的装置的喷嘴结构可围绕轴A或A‘相对旋转，分别设置一个驱动装置用以产生至少一个的装置的喷嘴结构围绕各自相应的轴A或A‘的旋转运动，该至少一个的装置的朝向与轴B呈一定角度并且用于产生至少一个的装置的旋转运动的驱动装置和用于产生至少一个的装置的喷嘴结构的旋转运动的驱动装置如此彼此同步，使得当该至少一个的装置绕共同的轴B旋转一圈时，该至少一个的装置的喷嘴结构绕各自相应的轴A或A‘进行两周旋转。

先前主要以至少一个装置来说明该设备。这里，设备优选具有两个装置，其中具有三个或多个装置的设备也是可能的。接下来优先借助于具有两个装置的设备来说明本发明，但这不会将本发明限制在两个装置上。

根据具有两个装置的设备的一个优选设计方案，当两个装置围绕共同的轴B旋转一周时，两个等离子体束中的每一个都分别两次具有第一角度，尤其是陡峭的角度，优选与工件表面呈90°，并且两次具有第二角度，尤其是与表面70°的最大平坦角度。在两个装置相对于轴B所围成的中间角度中，等离子体束的角度位于这两个极值之间。由此，由于不同的等离子体束角度并且额外地通过与此关联的、喷嘴结构到工件表面更大的距离，表面等离子体处理的强度在方位角方向上变化。

在一个有利的实施形式中，喷嘴开口与相应轴A或A‘的角度基本与装置与轴B的角度相同。由此在装置相对于轴B的两个角度位置中实现了各个相应等离子体束的垂直定向。

以进一步优选的方式，利用行星传动装置通过装置绕轴B的旋转运动来传递喷嘴结构的旋转运动。由此以纯机械的方式达到了同步运动。同样地，对各个单独电机无需行星传动装置的同步电控也是可能的。

此外，前述技术问题通过用于处理工件表面的方法解决，在该方法中，利用前述设备产生至少一个旋转的等离子体束，并且在该方法中，该设备以至少一个旋转的等离子体束沿着待处理的表面移动，并且在该方法中至少一个的等离子体束在围绕轴B的旋转运动的0°或180°的两个第一角度位置上以陡峭的，优选垂直的角度指向工件表面并且在该方法中至少一个的等离子体束在围绕轴B的旋转运动的90°或270°的两个第二角度位置上以平坦的，优选两倍于喷嘴开口相对于轴A或A‘所成角度的角度指向工件表面。

以优选的方式，在此，该设备在围绕轴B的旋转运动的0°或180°的两个第一角度位置中的一个的方向中沿着表面运动。

由此，通过至少一个的等离子体束，优选两个等离子体束的倾斜位置和与此关联的、喷嘴开口距表面更大的距离，使得等离子体处理在90°或270°的角度位置上削弱，而在运动方向中，等离子体处理在0°或180°时调整至最大，因为这里至少一个的等离子体束以陡峭的角度与表面接触，并且此外喷嘴开口和待处理的表面之间的距离更短。

优选以具有两个装置的设备实施该方法。

如上文已经借助于图1c所说明的，在该方法中也能达到明显更均匀的表面处理。该处的实施方案和优势同样适用于此处所说明的方法。

附图说明

接下来借助于实施例结合图示说明本发明。图中：

图1示出了用于说明现有技术中以及根据本发明的作用方式的图示，

图2示出了一种现有技术中已知的用于产生等离子体束的装置，

图3a-c示出了根据本发明的用于产生等离子体束的装置的第一个实施例，

图4a-c示出了根据本发明的用于产生等离子体束的装置的第二个实施例，

图5a-c示出了根据本发明的用于产生等离子体束的装置的第三个实施例，

图6a，b示出了根据本发明的用于产生等离子体束的装置的第四个实施例，

图7a，b示出了根据本发明的用于产生等离子体束的装置的第五个实施例，

图8示出了根据本发明的用于产生等离子体束的装置的第六个实施例，

图9a，b示出了根据本发明的用于产生等离子体束的设备的第一个实施例，以及

图10a，b示出了根据本发明的用于产生等离子体束的设备的第一个实施例。

具体实施方式

在接下来对于不同的根据本发明的实施例的说明中，相同的构件以相同的附图标记标出，即使这些构件在不同实施例中可能尺寸或者形状不同。

在说明根据本发明的第一实施例之前，首先借助于图2说明本发明所基于的等离子体喷嘴结构。

在图2示出的并且由EP1067829B1中已知的、用于产生等离子体束的装置2具有管状壳体10，该壳体在其图示中的上部区域中直径扩大并且借助于轴承12可旋转地支承在固定的承载管14上。在壳体10的内部形成喷嘴通道16，该通道从承载管14的开放端部延伸至喷嘴开口18。

承载管14中放置有电绝缘的陶瓷管20。通过承载管14和陶瓷管20添加工作气体，例如空气到喷嘴通道16中。借助于放置在陶瓷管20中的漩涡化装置22将工作气体如此漩涡化，使得其呈涡流状经过喷嘴通道16流向喷嘴开口18，如在图示中通过螺旋形箭头所示出的。在喷嘴通道16中出现这样的涡流中心，其沿着壳体10的轴A延伸。

在漩涡化装置22上安装有销状内部电极24，该内部电极共轴突入喷嘴通道16中并且借助于高压发电机26连接至高频高压上。高频高压的意思通常是指1至100kHz，尤其10至100kHz，优选10至50kHz的频率以及1至100kV，尤其1至50kV，优选5至50kV的电压。该高频高压可以是高频交流电，但也可以是脉冲化的直流电或者两种电压形式的叠加。

由金属制成的壳体10通过轴承12和承载管14接地并且作用为配对电极，由此可以在内部电极24和壳体10之间产生放电。

安置在壳体10内部的内部电极24优选平行于轴A定向，尤其将内部电极24安置在轴A中。

喷嘴通道的喷嘴开口18通过由金属制成的喷嘴结构30形成，该喷嘴结构可以拧入壳体10的螺纹孔32中并且在该喷嘴结构中形成有向着喷嘴开口18变窄并且弧形地并且相对于轴A倾斜地延伸的通道34。通过这种方式，从喷嘴开口18中喷出的等离子体束28与壳体10的轴A形成夹角，该夹角例如为约45°。通过更换喷嘴结构30可以根据需求改变该角度。

喷嘴结构30由此安置在高频电弧放电路径的一端并且通过与壳体10的金属接触接地。喷嘴结构30由此为喷出的气流束和等离子体束提供了通道，其中喷嘴开口18的方向相对于轴A以预定角度延伸。在此，可以将喷嘴开口18的方向定义为平行于喷嘴开口18的法线。

因为喷嘴结构30与壳体10不可旋转地连接并且因为壳体10又通过轴承12相对于承载管14可旋转地固定，喷嘴结构30可以围绕轴A相对转动。在壳体10扩大的上部部分上安置有齿轮36，该齿轮例如通过齿形皮带或者小齿轮与未示出的电机驱动连接。

在通过高频高压电运行装置2时，由于电压的高频率，在内部电极24和壳体10之间产生电弧放电。该高频电弧放电的电弧通过涡流式流入的工作气体携带并将其在涡流形气流的中心通道化，由此该电弧以近直线形从内部电极24的顶端沿着轴A延伸并且在壳体10的下部末端区域或者在通道34区域中才径向分叉至壳体壁或喷嘴结构30的壁上。通过这种方式产生了等离子体束28，该等离子体束通过喷嘴开口18喷出。

“电弧”或“电弧放电”的概念在本发明中作为放电的现象描述，因为放电以电弧的形式出现。“电弧”的概念另外还用作具有基本恒定的电压值的直流放电的放电形式。但本发明中是电弧形式的高频放电，也就是高频电弧放电。

在运行中壳体围绕轴A高速旋转，由此等离子体束28画出扫过未示出工件的待处理表面的圆锥曲面。当沿着工件表面移动装置2或者反之工件沿装置2移动时，由此在条带上达到了工件表面相对均匀的处理，该条带的宽度对应于由等离子体束28在工件表面上画出的圆锥的直径。通过喷嘴件30和工件之间距离的变化可以影响预处理区域的宽度。通过倾斜接触在工件表面上的本身漩涡化的等离子体束28，在工件表面上达到了高强度等离子体效用。在此，等离子体束的漩涡方向可以顺着或者逆着壳体10的旋转方向。

通过旋转的等离子体束28产生的等离子体处理的强度一方面取决于喷嘴开口18到表面的距离，另一方面取决于等离子体束28在待处理的表面上的接触角度。

图3a至3c示出了根据本发明的、具有与借助于图1所述相同结构的装置2的装置4的第一个实施例。根据本发明设置有阻隔件40，该阻隔件环绕喷嘴结构30。阻隔件40的形状在向下突出于喷嘴结构30的下边缘的区段中具有圆柱形内表面42，该内表面区段性具有阶级44。由此，阻隔件40在方位角方向中形成了具有较大轴向长度的区段46和具有较小轴向长度的区段48。由此，阻隔件40根据喷嘴结构30相对于轴A的旋转角度来改变等离子体束28与工件表面相互作用的强度。

如图3a中所示，如果等离子体束28接触到阻隔件40较长的区段46，那么等离子体束28会向内转向或反射。图3b示出了相对于图3a中所示旋转了90°的位置中的根据本发明的装置4的下部区段。在此，等离子体束28朝向较短的区段48中的一个并且可以接近于与阻隔件无相互作用地从喷嘴结构30中喷出。阻隔件40或区段46和48的布置在方位角方向上相对于轴A对称地形成。

图3c中，在装置2从底部的视图中也可以看到阻隔件的结构。通过所示出的等离子体束的不同形式来体现，取决于内表面42的角度，等离子体束28在较长区段46区域中受到的影响比在较短的区段48中受到的影响更强烈。由此得到了等离子体束28和工件表面的相互作用在方位角方向上不同的强度。

如在图3a至3c中所示，阻隔件40如此形成，使得该阻隔件在整个外周上围绕喷嘴结构30，其中分别设置有两个较短的区段46和两个较长的区段48。图3中未示出阻隔件在方位角方向上仅通过一个部分区段或两个部分区段形成的实施形式。

图4a至4c示出了根据本发明的、具有装置2的装置6的另一个实施例。与图2和3中所示的实施例不同，喷嘴结构30可相对于固定式壳体10旋转。这里，壳体10在其释放侧的端部锥形变窄并且形成了用于喷嘴结构30锥形扩大的上游部分的轴向轴承/径向支承部。该支承部在示出的实例中形成为磁性支承部38。喷嘴结构30通过喷出的空气的动力压力被压向壳体10锥形的支承面，但通过磁性支承部38无接触地保持在壳体10中，由此在其整个外周上与壳体形成了宽度仅为0.1至0.2mm的窄缝。喷嘴件30的接地通过火花放电经该缝隙向外进行。

喷嘴开口18作用为喷嘴结构30的旋转驱动，该喷嘴开口并不是完全在径向上定向，而是具有切向的成分，由此通过部分切向喷出的空气连同等离子体束28产生了空气动力驱动。作为其替代，空气动力驱动也可以通过安置在喷嘴结构30内部的叶片或者肋片(未示出)进行，其上施加有以涡流状流动经过通道34的空气。

支承和驱动的这种实施形式有着这样的优点，即，旋转驱动装置的构造得到了简化并且将进行旋转的物质的转动惯量限制在最小。

与图3不同，根据图4的实施例如此形成，即阻隔件40的长度变化不是呈阶级式，而是连续地、至少区段性地以弯曲的形式，尤其以正弦函数的形式进行。由此得到了较长的区段46和较短的区段48之间连续的、并且由此平滑的过渡，并且由此在待处理的表面上得到了等离子体束28强度的均匀变化。

此外，在图4a中可以看到，在较长的区段46的区域中，内部表面42在下部内部边缘50的区域中向内朝向。通过该独立于以阶级或连续变化形式形成区段46和48的额外措施，增强了对等离子体束28的反射和转向。

图4a中以喷嘴结构30的一个旋转角度示出了该装置，在该角度下，等离子体束28接触到较长的区段46上并且由此被反射和转向。由此将等离子体束28的强度更多地分配至内部的、由阻隔件40所包围的空间中。

图4b示出了具有相对于图4a所示的位置旋转了90°的喷嘴结构30的装置。在该位置中，等离子体束28朝向较短的区段48的方向并且因此不会或仅轻微地被阻隔件40所影响。

图4c示出了装置2的底部视图，在该视图中可看到阻隔件的对称结构。通过所示出的等离子体束28不同的形状可以体现出，根据内表面42的角度，等离子体束28在较长区段46区域中受到的影响比在较短区段48区域中更加强烈。由此再次得到了在方位角方向上等离子体束28与工件表面之间相互作用变化的强度。

图5a至c示出了根据本发明的、用于产生常压等离子体束以处理工件表面的装置8的另一个优选的实施例，该装置8同样具有装置2和阻隔件40。

根据图5a，阻隔件40的内表面42在其远端边缘52区域内具有相对于轴A的、在方位角方向上变化的角度，其中喷出的等离子体束28接触到区段52上，该区段具有基本与轴A平行延伸的内表面42。由此，如先前有关其它实施例说明的那样，等离子体束反射和转向，由此将等离子体束28的强度更多地向阻隔件40的内部空间引导。

图5b示出了喷嘴结构30相对于图5a所示的位置旋转了90°的角度位置中的装置8，由此内表面42在区域52中朝向外部。由此，阻隔件40在该角度位置中扩大了阻隔件40的内部空间。在所示位置中，从喷嘴结构30中喷出的等离子体束28仅以很小的程度接触在阻隔件40的区域52上并由此保持接近于不受影响。

图5c示出了前述装置8的底部视图，在该视图中示出了图5a和图5b的两个不同的角度位置。通过所示出的等离子体束28不同的形状可以体现出，根据内表面42的角度，等离子体束28在下部区域52中受到的影响程度不同。由此得到了在方位角方向上等离子体束28与工件表面之间相互作用变化的强度。

之前说明了具有阻隔件40的实施例，在这些实施例中，或者形成不同长度的区段46和48，或者形成具有相对于轴A不同角度的内表面42的区段。但在本发明的框架内，将不同长度的区段和具有相对于轴A不同角度的内表面结合起来的实施例也是可能的。

目前为止所说明的、根据本发明的装置4、6和8的实施例产生了在方位角方向上变化或可变化的表面等离子体处理的强度分布情况。这种强度分布情况可以在固定状态下，也就是当装置4,6或8不相对于待处理的表面移动时，根据不同的应用目的应用在表面的特定位置上。例如当需以等离子体处理表面限定的、例如十字形的表面区段时，由此在本发明的框架内可以将阻隔件40以前述方式如此形成，使得当喷嘴结构30围绕轴A旋转时，在阻隔件40下面出现相应的等离子体处理图案。

但是，利用根据图3至5的装置4,6或8所述的实施例中的每一个，也可以如下实施根据本发明的用于处理工件表面的方法。借助于产生常压等离子体束的、具有轴A和围绕轴A相对旋转的喷嘴结构30的装置4,6或8，产生围绕轴A旋转的等离子体束28。带有旋转的等离子体束28的装置4,6或8沿着待处理的表面运动并且借助于具有区段46和48或者50或52的阻隔件40，根据喷嘴结构30相对于轴A的角度来改变等离子体束28和工件表面相互作用的强度。

由此可以在表面的等离子体处理中调整得到特定的强度分布情况，由此例如达到了尽可能均匀的强度分布情况或者在现有技术中已知的分布情况，尤其是条形分布情况在等离子体处理强度方面得到了加强。

以优选的方式，如此实施前述方法，使得旋转着的等离子体束28沿着运动方向比横向于运动方向受到阻隔件40更强的阻隔，尤其是向内反射或转向。联系上述实施例，其意思是运动方向在图3a，4a和5a中垂直于绘图平面朝上或朝下。在图3c，4c和5c中该方向水平向右或向左延伸。

通过该方法，在否则会有未被影响的等离子体束28与表面接触的区域中达到了对表面不太强的处理。因为等离子体束28会被阻隔件40反射和转向并且由此在由阻隔件40所围成的体积内分布，由此总体上降低了每单位面积上的等离子体束28的强度。与此相对，等离子体束28在运动方向上分别几乎不受阻碍地接触到表面上并且可以达到单位面积上更高的预处理强度。通过这种方式可以达到根据图1c所示的强度分布。

此外，图5a和5b显示，设置有用于加热阻隔件40的加热装置60。本发明中加热装置60形成为电加热圆柱套，其通过自身温度和热辐射加热阻隔件。由此降低甚至最小化了接触在阻隔件上的等离子体束28的能量损失。总体来讲，加热元件也可以独立于方位角方向上变化的阻隔件而用于旋转对称的阻隔件。

图6示出了根据本发明的、用于产生常压等离子体束以处理工件表面的装置2的一个实施例，该装置如联系图3所说明的那样。因此，所示阻隔件40具有这样一种方位角的设计形式，其通过变化的长度实现了根据喷嘴结构30相对于轴A的旋转角度来改变等离子体束28和工件表面相互作用的强度。

在图6a和b所示的实施例中，阻隔件40形成为其相对于喷嘴结构30的位置可以在轴A的方向上调节的。图6a示出了轴向前推位置的阻隔件40的布置，也就是与图6b所示的相比，具有更大的阻隔件40下部边缘到喷嘴结构30的距离。在图6b中，阻隔件的位置相对于喷嘴结构30的下部边缘后收并且由此对喷出的等离子体束28的影响程度比在根据图6a的位置中更小。

图7a和7b示出了根据本发明的、用于产生常压等离子体束以处理工件表面的装置2的另一个实施例，该装置如联系图3所说明的那样。所示出的阻隔件40在下端具有多个，但至少两个阻隔元件40a和40b，该阻隔元件形成为可彼此独立地调节的。在此，阻隔元件40a和40b可以沿着与轴A成角度延伸的方向在轴向上也在径向上调节。为此，将阻隔元件40a和40b安置在引导部(未示出)中并且可以固定在多种位置中的一个中。通过多个外周侧的阻隔元件40a，40b可以由此调整出等离子体束28的影响的特殊方位角方向分布。

图8a示出了根据本发明的、用于产生常压等离子体束以处理工件表面的装置2的另一个实施例的阻隔件40，该阻隔件如联系图5所说明的那样。在本设计方案中，阻隔件40的下边缘上设置有多个远端边缘52的单独缺口52a。

图8b示出了装置2的部分横截面，其中具有缺口52a的下边缘52形成了对等离子体束28有或强或弱的影响的区段在方位角方向上环绕的图案。通过选择缺口52a的合适角度γ和高度h可以达到表面等离子体处理强度特殊的角度分布。

在图9a和9b中示出了根据本发明的、用于以常压等离子体处理表面的设备10。该设备100具有两个示意性示出的、用于产生常压等离子体束28和28‘的装置2和2‘，如其例如从现有技术中是已知的并且在上面借助于图2所说明的那样。

两个装置2，2‘中的每一个都具有管状壳体10，10‘，该壳体具有轴A或A‘；具有安置在壳体10，10‘内部的内部电极(未示出)；并且具有拥有喷嘴开口18，18‘的喷嘴结构30，30‘，其用于将壳体10，10‘中待产生的等离子体束28，28‘释放。两个装置2，2‘以可绕共同的轴B旋转的方式通过框架102相连，其中在该框架中设置有用于产生装置2，2‘绕轴B的旋转运动的驱动装置(未示出)。压缩空气接口和电压接口安置在框架102中并且没有详细示出。

喷嘴开口18，18‘的方向分别与轴A，A‘呈角度α，α‘延伸，其中该喷嘴结构30，30‘可围绕轴A，A‘相对转动。如借助于图2所说明的，分别设置有一个驱动装置(未示出)用于产生喷嘴结构30，30‘围绕各个相应的轴A，A‘的旋转运动。

此外，如图9a和9b所示，两个装置2，2‘的朝向与轴B呈角度β，β‘。这里，用于产生装置2，2‘的旋转运动的驱动装置和用于产生喷嘴结构30，30‘的旋转运动的驱动装置如此进行同步，使得在装置2，2‘围绕共同的轴B旋转一圈时，喷嘴结构30，30‘中的每一个都围绕各个相应的轴A，A‘进行两圈旋转。

这里，优选地，并且如图9a和9b所示，喷嘴开口与各个相应轴A或A‘的角度α，α‘基本和装置2，2‘与轴B的角度β，β‘相同。由此达到了这样的角度布置，在该布置中，在装置2，2‘的两个方位角方向上相对而置的角度位置中，等离子体束28，28‘基本垂直朝向表面(参见图9a)，而在相对于此分别旋转了90°或270°的角度位置中，等离子体束28，28‘基本以2*α，2*α‘的角度朝向表面，也就是定向更平(参见图9b)。由此，当装置2，2‘围绕共同的轴B旋转一周时，表面等离子体处理的强度在最大强度和最小强度之间改变两次。

将设备的旋转运动彼此同步的一个可能性在于，利用安置在框架102中并且没有示出的行星传动装置通过装置2，2‘绕轴B的旋转运动来传递喷嘴结构30，30‘的旋转运动。另一种可能性在于，以电气的方式将各相应的驱动装置进行同步。在这种情况下避免了行星传动装置的机械复杂性。

用于处理工件表面的另一个方法可以以上述设备实施，在该方法中产生两个旋转的等离子体束，并且在该方法中，具有旋转的等离子体束的设备沿着待处理的表面移动，并且在该方法中该等离子体束在围绕轴B的旋转运动的0°或180°的两个第一角度位置上以陡峭的，优选垂直的角度指向工件表面(参见图9a)并且在该方法中该等离子体束在围绕轴B的旋转运动的90°或270°的两个第二角度位置上以平坦的，优选两倍于喷嘴开口相对于轴A或A‘所成角度的角度指向工件表面(参见图9b)。

前述方法可以静态进行，方法是仅用等离子体束28，28‘处理表面的部分区域。

在本发明的另一个设计方案中，设备基本在围绕轴B的旋转运动的两个第一角度位置0°，180°中的一个的方向中沿表面移动。由此，在运动方向上看，当两个等离子体束28，28‘具有基本在运动方向上的朝向时，表面受到的等离子体处理强度比在横向于运动方向时所处于的角度位置中更大。由此可以通过所述方法以及所述设备达到如图1c的强度分布。

图10示出了仅具有一个装置2的实施例，在该装置中轴B主要在装置2的重心附近延伸。在围绕轴B旋转时，装置2进行摇动运动，其通过未示出的驱动装置产生。唯一的等离子体束28于是显示出与先前借助于图6a和6b为装置2，2‘对其所做的说明相同的方位角方向分布。与根据图6的实施形式不同的是，通过该设备以等离子体进行处理的范围的直径更小。

Claims (11)

1.用于产生处理工件表面的常压等离子体束的装置，所述装置具有

-管状壳体(10)，所述壳体具有轴(A)；

-安置在所述壳体(10)内部的内部电极(24)；

-拥有喷嘴开口(18)的喷嘴结构(30)，所述喷嘴结构用于将壳体(10)中待产生的等离子体束释放，

-其中所述喷嘴开口(18)方向的走向与轴(A)呈角度并且

-其中所述喷嘴结构(30)能够围绕所述轴(A)相对旋转，

其特征在于，

-阻隔件(40)包围喷嘴结构(30)，

-所述阻隔件(40)设置用于根据所述喷嘴结构(30)相对于所述轴(A)的旋转角度来改变待产生的等离子体束和工件表面相互作用的强度，并且

-所述阻隔件(40；46,48)的轴向长度在方位角方向上变化，或者所述阻隔件(40)的内表面(42)至少在其远端边缘(52)区域内具有相对于轴(A)、在方位角方向上变化的角度。

2.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40)在方位角方向上仅在部分区段上形成。

3.根据权利要求1或2所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40)在方位角方向上相对于轴(A)对称地形成在两个部分区段上。

4.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40；46,48)长度的变化呈阶级式或连续地进行。

5.根据权利要求4所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40；46,48)长度的变化以正弦函数的形式进行。

6.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40)形成为其位置能够相对于喷嘴结构(30)调整。

7.根据权利要求6所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40)形成为其位置能够相对于喷嘴结构(30)在轴(A)方向和/或在径向上调整。

8.根据权利要求6所述的装置，

其特征在于，

所述阻隔件(40)具有至少两个阻隔件元件(40a，40b)，所述阻隔件元件形成为能够彼此独立调节。

9.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

设置有用于加热所述阻隔件(40)的加热装置(60)。

10.用于处理工件表面的方法，

-在所述方法中，借助于根据前述权利要求中任一项所述的装置产生围绕轴(A)旋转的等离子体束，

-在所述方法中，所述装置以旋转的等离子体束沿着待处理的表面移动并且

-在所述方法中借助于阻隔件，根据喷嘴相对于轴(A)的旋转角度来改变等离子体束和工件表面相互作用的强度。

11.根据权利要求10所述的方法，

在所述方法中，所述阻隔件沿运动方向对旋转着的等离子体束进行的阻隔比在运动方向横向上更强烈。

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