DE102007034751B3

DE102007034751B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen in einer Vakuumkammer

Info

Publication number: DE102007034751B3
Application number: DE200710034751
Authority: DE
Inventors: Jörg Eisenlohr
Original assignee: PLASMA TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: PLASMA TECHNOLOGY GmbH
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen, bei dem durch Abstimmung der Verfahrensschritte ein fortlaufender Betriebsablauf ermöglicht wird, wobei in der Absaugleitung zur Vakuumpumpe ein separater Plasmaprozess an einer eingebauten Kondensatfalle ausgelöst wird, der das in der Kondensatfalle angesammelte Kondensat kalt mit Plasma verbrennt. Auf diese Weise wird ein wartungsarmer bis wartungsfreier Betriebsablauf erreicht und die Verunreinigung der Vakuumpumpe weitestgehend vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen, die in eine Vakuumkammer eingebracht werden, wobei nach dem Schließen der Vakuumkammer in diese ein Prozessgas eingebracht und eine Plasmabehandlung durchgeführt wird und wobei nach der Plasmabehandlung über eine Absaugleitung die bei der Plasmabehandlung entstandenen organischen Ausgasungen abgesaugt und in die Atmosphäre abgegeben werden.
Das Verfahren und eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung dieser Art ist durch die DE 197 38 721 A1 und die DE 44 37 050 A1 bekannt. Dabei werden die bei der Plasmabehandlung entstandenen organischen Ausgasungen ungereinigt in die freie Atmosphäre abgegeben, so dass sie sich auch wieder an den verwendeten Geräten niederschlagen können.
Aus der DE 101 15 394 B4 ist ein Maschinenbauteil und/oder eine verfahrenstechnische Anlage mit einem ein Fluid oder ein rieselfähiges Gut aufnehmenden Hohlraum bekannt. In dem Hohlraum sind Maschinenelemente beweglich angeordnet.
Aufgabe der DE 101 15 394 B4 ist es, Hohlräume von Maschinenbauteilen und/oder verfahrenstechnischen Anlagen und darin befindliche bewegliche Maschinenbauelemente jederzeit auch während des Betriebs einer Anlage oder einer Maschine, d. h. auch ohne den Ausbau von einzelnen Maschinenelementen, reinigen zu können.
Diese Aufgabe wird dabei dadurch gelöst, dass in dem Hohlraum eine Plasmareinigung durchgeführt wird. Dabei wird z. B. in den Hohlraum einer Vakuumpumpe ein Prozessgas eingeleitet und durch eine Elektrode im Hohlraum gezündet. Die Reinigungswirkung auf den Oberflächen des Hohlraumes wird durch den Plasmavorgang ausgeführt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Reinigungswirkung eines Plasmavorganges der bekannten Art bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auszunützen, um eine fortlaufende Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen in einer Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen in einer Vakuumkammer zu erreichen, bei der die dabei entstehenden organischen Ausgasungen so abgeführt werden, dass sie zu keiner Verunreinigung der Anlagenteile und der für die Absaugung verwendeten Vakuumpumpe führen.
Das Verfahren zur Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen der eingangs erwähnten Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Plasmabehandlung entstehenden organischen Ausgasungen beim Absaugen durch eine in der Absaugleitung angeordnete Kondensatfalle als Kondensat zurückgehalten werden, dass die Verbindung zwischen der Vakuumkammer und der Absaugleitung vor der Kondensatfalle abgeschaltet wird, dass der Kondensatfalle Prozessgas zugeführt, gezündet und kalt verbrannt wird, dass während der Verbrennung des Kondensats in der Kondensatfalle die Verbrennungsrückstände über die Vakuumpumpe in die Atmosphäre abgegeben werden und dass die Verbindung zwischen der Vakuumkammer und der Absaugleitung wieder durchgeschaltet, die Vakuumkammer geöffnet und die behandelten Kunststoff-Bauteile aus der Vakuumkammer entnommen werden.
Mit diesen Verfahrensschritten wird ein fortlaufender Betriebsablauf zur Plasmabehandlung von immer neuen Kunststoff-Bauteilen erreicht, wobei sich an einen Durchlauf dieser Verfahrensschritte sofort ein neuer Durchlauf mit neuen Kunststoff-Bauteilen anschließen kann. Die Einbindung einer Kondensatfalle in die Absaugleitung bringt eine Ansammlung der organischen Ausgasungen als Kondensat, das dann in einem separaten Plasmaprozess kalt verbrannt werden kann. Die Verbrennungsrückstände können über die Vakuumpumpe in die Atmosphäre abgegeben werden, ohne auf die Vakuumpumpe einwirken zu können, da die organischen Ausgasungen bereits wirkungslos gemacht sind. Bei der kalten Verbrennung mit Plasma entstehen Reaktionsgase, z. B. CO2, die die Vakuumpumpe nicht mehr belasten. Nach einer Plasmbehandlung kann unmittelbar mit der Behandlung neuer Kunststoff-Bauteile begonnen werden. Die Vakuumpumpe kann mit der ersten Plasmabehandlung dauernd eingeschaltet werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumkammer eine Zuführung für das Prozessgas, ein Ventil zur Belüftung der Vakuumkammer und eine Elektrode mit Plasmagenerator zur Plasmaerzeugung zugeordnet ist, dass nach der Vakuumkammer in die Absaugleitung ein Schieber zur Durchschaltung und Abschaltung der Verbindung zu der am Ende der Absaugleitung angeordneten Vakuumpumpe eingebracht ist, dass nach dem Schieber in der Absaugleitung vor der Vakuumpumpe eine Kondensatfalle isoliert angeordnet und fest mit einer Elektrode und einem Plasmagenerator verbunden ist, dass der Kondensatfalle eine Zuführung für Prozessgas zugeordnet ist und dass die Verbrennungsrückstände am Ausgang der Vakuumpumpe in die freie Atmosphäre abführbar sind.
Der Schieber in der Absaugleitung lässt eine einfache Durchschaltung und Abschaltung der Verbindung zwischen der Vakuumkammer und der Vakuumpumpe zu. Die Kondensatfalle sammelt die organischen Ausgasungen, die aus der Vakuumkammer abgesaugt werden, so dass sie mit dem separaten zugeordneten Plasmaprozess kalt verbrannt werden können. Daher ist eine zweite Elektrode mit Plasmagenerator der Kondensatfalle zugeordnet. Für den Plasmaprozess in der Vakuumkammer dient eine erste Elektrode mit Plasmagenerator. Das Prozessgas wird der Vakuumkammer und der Absaugleitung zugeführt. Ein Ventil der Vakuumkammer ermöglicht die Entlüftung derselben.
Die beiden Elektroden sind dabei über Isolier-Durchführungen in die Vakuumkammer und in die Absaugleitung eingeführt.
Als Plasmageneratoren können Gleichstrom- oder Wechselstromquellen verwendet werden, die mit dem einen Pol mit den Elektroden und mit dem anderen Pol mit der stromleitenden Vakuumkammer und der stromleitenden Absaugleitung verbunden sind.
Die Kondensatfalle kann als Röhrenpaket ausgebildet sein, wobei die Röhren in Durchgangsrichtung der Absaugleitung ausgerichtet sind. In die Röhren werden die abgesaugten, organischen Ausgasungen eingesaugt und als Kondensat gesammelt.
Die Kondensatfalle ist fest und leitend mit der zugeordneten Elektrode verbunden, jedoch berührungslos (nichtleitend) in der Absaugleitung gehalten.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung näher erläutert.
Damit in der Vakuumkammer 1 der Plasmaprozess ablaufen kann, werden die Kunststoff-Bauteile 4 eingebracht, wobei über die Zuführung 7a das Prozessgas, z. B. Sauerstoff, eingeleitet werden kann. Mit einem Ventil 8 kann die Vakuumkammer 1 entlüftet werden. Über eine Isolier-Durchführung 13 wird eine Elektrode 5a eingeführt, die von einem Plasmagenerator 6a gespeist wird, dessen anderer Pol mit der stromleitenden Vakuumkammer 1 verbunden ist. Bei der Plasmabehandlung des Kunststoff-Bauteils 4 entsteht eine organische Ausgasung 9.
Von der Vakuumkammer 1 zweigt eine Absaugleitung 2 ab, die mit einem Schieber 12 als Schaltorgan durchgeschaltet und abgeschaltet werden kann. In Richtung der am Ende der Absaugleitung 2 angeschlossenen Vakuumpumpe 3 folgt dem Schieber 12 eine zweite Elektrode 5b, die ebenfalls isolierend in die Absaugleitung 2 eingeführt ist und dort mit einer Kondensatalle 11 fest und leitend verbunden ist. Diese Elektrode 5b ist von einem Plasmagenerator 6b gespeist und eine Zuführung 7b führt das Prozessgas der Kondensatfalle 11 zu, so dass in deren Bereich ebenfalls ein Plasmavorgang eingeleitet werden kann. Nach der Kondensatfalle 11 gelangen nur noch die Verbrennungsrückstände, z. B. Kohlendioxyd, zur Vakuumpumpe 3, die diese dann über den Ausgang 14 in die freie Atmosphäre abgibt.
Mit dieser Vorrichtung kann der Plasmaprozess dann wie folgt ablaufen:
In die geöffnete Vakuumkammer 1 werden die zu behandelnden Kunststoff-Bauteile 4 eingebracht, wobei der Schieber 12 die Absaugleitung 2 offen hält. Sind die Kunst stoff-Bauteile 4 eingebracht, dann wird die Vakuumkammer 1 geschlossen und die Vakuumpumpe 3 beginnt mit der Evakuierung der Vakuumkammer 1 über die offene Absaugleitung 2. Über die Zuführung 7a wird Prozessgas in die Vakuumkammer 1 eingeleitet. Mit dem Plasmagenerator 6a wird das Prozessgas gezündet und damit die Oberfläche des Kunststoff-Bauteils 4 gereinigt. Dabei tritt die organische Ausgasung 9 auf. Ist dieser Vorgang beendet, dann wird mit dem Schieber 12 die Absaugleitung 2 geschlossen. Das Ventil 8 öffnet, so dass die Vakuumkammer 1 belüftet wird. Der Kondensatfalle 11 wird über die Zuführung 7b Prozessgas zugeführt. Das Prozessgas wird über die Elektrode 5b mit dem Plasmagenerator 6b gezündet, wobei das im Bereich der Kondensatfalle 11 gesammelte Kondensat 10 mit Plasma kalt verbrannt wird. Die Verbrennungsrückstände, z. B. Kohlendioxyd, werden am Ausgang 14 der Vakuumpumpe in die freie Atmosphäre abgeführt. Diese Verbrennungsrückstände führen zu keiner Verunreinigung und Belastung der Vakuumpumpe 3 mehr.

Claims

Verfahren zur Plasmabehandlung von Kunststoff-Bauteilen, die in eine Vakuumkammer eingebracht werden, wobei nach dem Schließen der Vakuumpumpe in diese ein Prozessgas eingebracht und damit eine Plasmabehandlung durchgeführt wird und wobei nach der Plasmabehandlung über eine Absaugleitung und eine Vakuumpumpe die bei der Plasmabehandlung entstandenen organischen Ausgasungen abgesaugt und in die Atmosphäre abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Plasmabehandlung entstehenden organischen Ausgasungen (9) beim Absaugen durch eine in der Absaugleitung (2) angeordnete Kondensatfalle (11) als Kondensat (10) zurückgehalten werden, dass die Verbindung zwischen der Vakuumkammer (1) und der Absaugleitung (2) vor der Kondensatfalle (11) abgeschaltet wird, dass der Kondensatfalle (11) Prozessgas zugeführt, gezündet und kalt verbrannt wird, dass während der Verbrennung des Kondensats (10) in der Kondensatfalle (11) die Verbrennungsrückstände über die Vakuumpumpe (3) in die Atmosphäre abgegeben werden und dass die Verbindung zwischen der Vakuumkammer (1) und der Absaugleitung (2) wieder durchgeschaltet, die Vakuumkammer (1) geöffnet und die behandelten Kunststoff-Bauteile (4) aus der Vakuumkammer (1) entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die neue Plasmabehandlung mit dem Einbringen unbehandelter Kunststoff-Bauteile (4) begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (3) mit der ersten Plasmabehandlung dauernd eingeschaltet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumkammer (1) eine Zuführung (7a) für das Prozessgas, ein Ventil (8) zur Belüftung der Vakuumkammer (1) und eine Elektrode (5a) mit Plasmagenerator (6a) zur Plasmaerzeugung zugeordnet ist, dass nach der Vakuumkammer (1) in die Absaugleitung (2) ein Schieber (12) zur Durchschaltung und Abschaltung der Verbindung zu der am Ende der Absaugleitung (2) angeordneten Vakuumpumpe (3) eingebracht ist, dass nach dem Schieber (12) in der Absaugleitung (2) vor der Vakuumpumpe (3) eine Kondensatfalle (11) isoliert angeordnet und fest mit einer Elektrode (5b) und einem Plasmagenerator (6b) verbunden ist, dass der Kondensatfalle (11) eine Zuführung (7b) für Prozessgas zugeordnet ist und dass die Verbrennungsrückstände am Ausgang (14) der Vakuumpumpe (3) in die freie Atmosphäre abführbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5a, 5b) zur Plasmaerzeugung über Isolier-Durchführungen (13) in die Vakuumkammer (1) und die Absaugleitung (2) eingeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmageneratoren (6a, 6b) als Gleichstrom- oder Wechselstromquelle ausgebildet sind, die mit dem einen Pol mit den Elektroden (5a, 5b) und mit dem anderen Pol mit der stromleitenden Vakuumkammer (1) und der stromleitenden Absaugleitung (2) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatfalle (11) als Röhrenpaket ausgebildet ist, wobei die Röhren in Durchgangsrichtung der Absaugleitung (2) ausgerichtet sind und in die die organischen Ausgasungen (9) aus der Vakuumkammer (1) einsaugbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatfalle (10) fest und leitend mit der Elektrode (5b) verbunden ist und berührungslos nichtleitend in der Absaugleitung (2) festgehalten ist.