DE102008028166B4

DE102008028166B4 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasma-Jets

Info

Publication number: DE102008028166B4
Application number: DE102008028166A
Authority: DE
Inventors: Michael Bisges; Uwe Hartmann
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: DE102008028166A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasma-Jets mit mindestens einem Entladungsrohr (1),
wobei die Wandung des Entladungsrohres (1) aus dielektrischem Material besteht,
wobei eine Mittelelektrode (2) zentrisch im Inneren des Entladungsrohres (1) in dessen Längsrichtung sich erstreckend angeordnet ist,
wobei das Entladungsrohr (1) eine Gasaustrittsöffnung und eine Gaseintrittsöffnung aufweist,
wobei die Gaseintrittsöffnung an der der Austrittsöffnung abgewandten Seite angeordnet ist,
wobei an der Austrittsöffnung eine als äußere Ringelektrode (6) ausgebildete Gegenelektrode vorgesehen ist,
und wobei zwischen der äußeren Ringelektrode (6) und dem freien Ende der Mittelelektrode (2) wenigstens eine Stufenelektrode (3) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittelelektrode (2) an ihrem freien Ende eine Einbuchtung nach Art einer Hohlkehle aufweist,
dass die wenigstens eine Stufenelektrode (3) in der dielektrischen Wandung des Entladungsrohres (1) angeordnet ist,
und dass die wenigstens eine Stufenelektrode (3) mit einem definierten Lastwiderstand (5) leitend verbunden ist, derart,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen, kalten Plasma-Jets mit reduzierter Zünd- und Betriebsspannung zur Oberflächenbehandlung von Substraten.
Plasma, auch bekannt als der „vierte Aggregatszustand”, entsteht, wenn man einem gasförmigen System kontinuierlich Energie zuführt, bis sich eigenständig große Mengen an freien Elektronen bilden. Dadurch werden in dem System einige neutralen Atome oder Moleküle des Gases aktiviert, um negativ geladene Elektronen, positiv oder negativ geladene Ionen und andere Spezies zu entwickeln. Der hohe wirksame Energiehaushalt von Plasmen erlaubt es, Anwendungsprozesse zu fahren, die während der üblich bekannten Zustände von Materie schwierig oder gar unmöglich sind. Insbesondere eignet sich „kaltes” Plasma, bei dem die Neutralgastemperatur relativ gering ist und sich dabei bevorzugt im Zimmertemperaturbereich bewegt, die Oberflächen von thermisch empfindlichen Substraten zu behandeln bzw. diese chemisch-physikalisch zu verändern.
Unter Oberflächenbehandlung wird in diesem Zusammenhang ein Prozess verstanden, bei dem die Oberfläche eines Substrats mittels Plasma konditioniert, aktiviert oder in sonstiger Weise durch das Plasma modifiziert oder gereinigt wird. Erforderlich ist eine derartige Oberflächenbehandlung mittels Plasma beispielsweise bei vielen thermoplastischen Kunststoffen, aber auch bei anderen thermisch sensiblen Substraten, deren Oberflächen eine sehr geringe Oberflächenenergie aufweisen, so dass eine Benetzung mit einer Flüssigkeit mit höherer Oberflächenspannung erschwert wird. In Folge dessen kommt es zum Abperlen der Flüssigkeit und somit auch zu einem schlechten Aufbau einer Verbundfestigkeit wie z. B. zu Klebstoffen. Entscheidend für eine erfolgreiche Oberflächenbehandlung ist es, die Oberflächen von Substraten nicht ungewollt zu schädigen z. B. die Materialfestigkeit oder Zähigkeit zu schwächen. Dabei muss verhindert werden, dass die Oberfläche der Substrate auf Grund von zu hohen thermischen Einwirkungen an- oder aufgeschmolzen wird oder es zu sonstigen unbeabsichtigten chemischen Reaktionen kommt. Dazu eignet sich insbesondere „kaltes” Plasma.
Ein unter Atmosphärendruck arbeitendes, gattungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung eines kalten Plasma-Jets unter Zuhilfenahme einer Bogenentladung ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 761 415 A2 bekannt. Die Vorrichtung zur Erzeugung dieses Verfahrens weist ein Düsenrohr aus dielektrischem Material auf, in dessen Innerem eine innere, stabförmige, massive und spitz ausgebildete Stiftelektrode in Längsrichtung sich erstreckend angeordnet ist. Der äußere Umfang des Düsenrohres ist von einem Mantel aus elektrisch leitendem Material umgeben, der an dem freien Ende des Düsenrohres eine Ringelektrode bildet, indem das Düsenrohr umgriffen wird, derart, dass der Durchmesser der Ringelektrode etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Düsenrohres. Zur Erzeugung des Plasmas wird die innere, stabförmige und spitz ausgebildete Stiftelektrode auf hochfrequente Wechselspannung von 20 kHz und 10 bis 30 kV gelegt, während der äußere Mantel und damit die Ringelektrode geerdet sind. Hierdurch kommt es zu einer Bogenentladung und damit zu einer Zündung eines Plasmas zwischen der Spitze der inneren, stabförmig ausgebildeten Stiftelektrode einerseits und der Ringelektrode andererseits. Ausgeblasen wird der entstandene Plasmastrahl durch ein Arbeitsgas, das mit Hilfe eines geometrisch speziell definierten Anschlusses in das Innere des Düsenrohres geführt wird und an dessen freien Ende das Düsenrohres durch die Ringelektrode drallförmig verlässt.
Für die Erzeugung der Bogenentladung sind bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung die elektrischen Spannungsverhältnisse sowie die anliegende Gasströmung innerhalb des Düsenrohres verantwortlich. Die Intensität der Entladung wird zum einen durch die Feldstärke, also dem Quotienten der Spannung U und dem Abstand der Elektroden beeinflusst. Zum anderen kommt es auf eine schnelle zeitliche Veränderung, also den Gradienten ΔU/Δt an, dessen Wert sowohl wegen der hohen Frequenz als auch der hohen angelegten Wechselspannung einen großen Wert annimmt. Dadurch erzeugen die Spannungsverhältnisse innerhalb des Gasstroms Funkenentladungen bzw. sogenannte Streamer, in der Form, dass die Entladung der bekannten Vorrichtung fortwährend unterbrochen und damit instabil wird. Dies ist bei der bekannten Vorrichtung notwendig, um die Temperaturen im Plasma nicht über die Maßen ansteigen zu lassen und in den Temperaturbereich der heißen Plasmen zu gelangen. Allerdings wirkt sich die zwangweise erforderliche hohe Wechselspannung durch ihre regelmäßigen Unterbrechungen nachteilig auf eine wünschenswert kontinuierliche Behandlung mittels Plasma aus.
Weiterhin ist bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung eine Zündspannung von mehreren kV notwendig, um einen Lichtbogen zwischen der mittig angeordneten Stiftelektrode und der davon räumlich entfernten Ringelektrode zu erzeugen. Hat sich nach dem Zünden ein Lichtbogen ausgebildet, sinkt die anliegende Spannung auf sehr viel niedrigere Werte als die Zündspannung ab (Betriebsspannung). Die hohe Spannung/Leistungen beim Zünden führen zu beträchtlichen Vorschädigungen der Elektroden (Sputterverluste). Da auch unter Betriebsbedingungen das Plasma immer wieder neu gezündet wird, muss das Plasma in der Funkenstrecke hoch erhitzt sein, um ein einfacheres Wiederzünden garantieren zu können. Es wird also auch während des Betriebs eine annähernd gleichbleibend hohe Leistung eingekoppelt. Dieses bedingt eine nicht zu vernachlässigende Wärmeentwicklung im Innenraum des Düsenrohres, die in der bekannten Vorrichtung rein durch die Unterbrechung der Entladung abzubauen versucht wird. Trotzdem wirkt sich diese während des Betriebs auf die Temperatur des Plasmastrahls und damit auf die Temperatur der reaktiven, energiereichen, freien Elektronen aus, aber auch auf die Temperatur der schwereren Neutralgasteilchen im erzeugten Plasmastrahl. Für eine effiziente Aktivierung mittels „kaltem” Plasma ist es jedoch erstrebenswert, die Temperatur der schwereren Gasteilchen so gering als möglich zu halten, da diese Teilchenspezies wenig zum Aktivierungserfolg beitragen und nur unnötig die thermischen Belastungen des zu behandelnden Substrates erhöhen. Für eine effiziente Konditionierung thermisch sensibler Substrate ist es jedoch, wie bereits erwähnt, wichtig, die Temperaturen der schwereren Gasteilchen nur wenig ansteigen zu lassen, um die thermischen Beanspruchungen während der Plasmabehandlung so gering als möglich zu halten und dabei trotzdem den gewünschten Behandlungseffekt gewährleisten zu können.
Weiterhin verursacht die hohe eingekoppelte Leistung zur Plasmaerzeugung bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ein Absputtern von Atomen aus der spitz und massiv ausgebildeten Stiftelektrode. Hierdurch ist dieses Verfahren ungeeignet für den Einsatz in reinraumähnlichen Umgebungen.
Aus der DE 1 540 986 A1 ist zur Ausbildung einer heißen Plasmaflamme ein Verfahren bekannt geworden, das eine wirksame Vorionisation erreicht, indem ein ionisierender Zusatz in eine sehr heiße Gas- bzw. Zündzone eingespritzt und die dort gebildeten Ionen und Elektroden aus dieser Zündzone einer weiteren Gasströmung einer Hauptflamme zugeführt werden.
Indem die DE 1 540 986 A1 eine Gleichspannungsquelle verwendet, wird zwar ein gleichmäßiger und ununterbrochener Plasmastrahl erzeugt, nur ist dieser mehrere Tausend Kelvin heiß und damit denkbar ungeeignet für eine Plasmabehandlung thermisch sensibler Substrate.
Weiterhin ist aus der DE 3787804 T2 ein Plasmabrenner zum Plasmaschneiden, Plasmajetschweißen, Plasmaheizen und anderen Behandlungen von Materialien bekannt. Auch bei dieser Vorrichtung handelt es sich um einen heißen Plasmabrenner, der eine Strahltemperatur von mehreren tausend Kelvin aufweist und daher für eine Oberflächenbehandlung thermisch sensibler Substrate ausscheidet.
Die DE 20 2006 017 024 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Vorbehandeln von Substraten, wobei die Substrate mit Ladungsträgern beaufschlagt werden, die aus einem Plasma einer Niedervoltbogenentladungsquelle extrahiert werden. Die Vorrichtung eignet sich dabei besonders für die Vorbehandlung von flachen Substraten, wie beispielsweise Platten oder Bändern, kann jedoch auch zum Vorbehandeln von geformten Substraten, wie Bauteilen oder Werkzeuge, verwendet werden. Die eigentliche Plasmabehandlung findet bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch im Niederdruckbereich statt.
Einen weiteren Plasmabrenner, umfassend mindestens eine Anode und eine Kathodenanordnung mit einer Mehrzahl von Kathoden, wobei in einer Brennkammer zwischen mindestens einer Anode und der Kathodenanordnung ein Lichtbogen erzeugbar ist und der Brennkammer ein Arbeitsgas zugeführt wird, derart, dass ein optimierter Lichtbogen zwischen der Kathodenanordnung und der mindestens einen Anode erzeugbar ist, beschreibt die DE 102 10 914 A1 .
Die DD 1571 38 A1 betrifft eine Zündvorrichtung für Lichtbogen-Plasmatrons und lange gasbeströmte Lichtbögen mit relativ großen Elektrodenabständen unter Verwendung von Zwischenscheiben oder anderen als Hilfselektroden dienenden Bauteilen.
Die DE 30 39 850 A1 offenbart eine Entladungsvorrichtung, bei welcher ein Lichtbogenstrom zwischen einer Hohlkathode und einer Anode anlegbar ist, um zwischen beiden eine Entladung herbeizuführen, die im Niederdruckbereich stattfindet.
Aus der DE 26 22 029 A1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochtemperatur-Plasmas mit einer Gleichstromquelle bekannt, deren einer Pol an einer ersten Elektrode und deren anderer Pol an einer düsenförmigen zweiten Elektrode liegt, um einen Zündlichtbogen zwischen diesen beiden Elektroden zu unterhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasma-Jets der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die trotz eingekoppelter Gleichspannung (nicht unterbrochene Entladung) einen kalten, reaktiven und gleichmäßigen Plasmastrahl bildet und bei der insbesondere keine Atome einer Elektrode abgesputtert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasma-Jets mit den Merkmalen des ersten Patenanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei eine im Inneren, an der geschlossenen Seite eines Entladungsrohres, mittig angeordnete Hohlkehle auf, die in Zusammenwirkung mit mindestens einer in der Innenwandung des Entladungsrohres vorgesehenen Stufenelektrode und einer zusätzlich angebrachten äußeren Ringelektrode ein Plasma erzeugt, derart, dass sich bei Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hohlkehle und der äußeren Ringelektrode eine voluminöse stufenweise Filamententladung im Inneren des Entladungsrohres ausbildet, die durch ein Arbeitsgas ausgeblasen wird.
Durch die Verwendung einer Hohlkehle anstelle einer Spitzelektrode entsteht keine punktuelle Bogenentladung, sondern eine flächige, brennflecklose Entladung auf dem inneren Radius der Hohlkehle, wodurch ein Absputtern der Elektrode wirkungsvoll vermieden wird. Der Einsatz von Stufenelektroden mit definiertem Lastwiderstand im Inneren des Düsenrohres führt dazu, dass beim Zünden zudem keine direkte Bogenentladung zu der äußeren Ringelektrode aufgebaut wird, sondern eine stufenweise Plasmaentladung über die einzelnen Stufenelektroden, bis hin zur äußeren Ringelektrode. Da die Zündspannung über den Abstand zwischen der Hohlkehle und der der äußeren Ringelektrode am weitesten entfernten Stufenelektrode definiert ist, fällt diese bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung niedriger aus als die Zündspannung üblicher Vorrichtungen, die diese zusätzlichen Stufenelektroden nicht aufweisen und bei denen die freie Weglänge zur äußeren Ringelektrode damit länger ist. Unter bestimmten Umständen, wie beispielsweise durch eine separate elektrische Beschaltung der Stufenelektroden, gelangt man sogar zu einer Vorrichtung, bei der die Zündspannung niedriger ausbildet ist als die Betriebsspannung. Dafür müssen ein oder mehrere Schalter in der leitenden Verbindung von dem Lastwiderstand zu den einzelnen Stufenelektroden vorgesehen sein, der oder die allerdings nur beim ersten Durchzünden des Plasmaerzeugers geschlossen wird bzw. werden.
Während des Betriebszustandes sind die einzelnen Schalter geöffnet und die elektrisch leitende Verbindung zu dem Lastwiderstand damit unterbrochen. Erfindungsgemäß bilden sich damit bei der vorliegenden Erfindung durch Anlegen einer Gleichspannung im Bereich von 2 kV bereits eine Vielzahl von Filamententladungen im Inneren des Entladungsrohres aus, die zum Grundpotenzial der äußeren Ringelektrode springen und mit Hilfe des Arbeitsgases als kaltes Plasma ausgeblasen werden. Durch die Verwendung von Gleichspannung erzeugt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen stabileren Plasmastrahl, als es aus der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung gelehrt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der äußeren Seite des Entladungsrohres eine Gasströmungskammer mit einem Einlass für eine getrennte Prozessgaszuführung vorgesehen, die durch eine Zwangsführung des verwendeten Prozessgases, an den Außenseiten der Stufenelektroden vorbei, eine Kühlung derselbigen bewirkt. Zudem weist das Entladungsrohr zwischen den Stufenelektroden und der äußeren Ringelektrode eine Öffnung auf, über die das separate Prozessgas aus der Gasströmungskammer in das Entladungsrohr geleitet und der im Inneren des Entladungsrohres erzeugten Filamententladung zugeführt wird. Da das separat zugeführte Prozessgas erst im unteren Bereich, in unmittelbarer Nähe der abschließenden äußeren Ringelektrode, in das Entladungsrohr eingeleitet wird, bewirkt dieses eine wirksame Kühlung der äußeren Ringelektrode. Die gezielte Kühlung der beiden Elektroden und damit einhergehend eine gezielte Beeinflussung des erzeugten Plasmastrahls, ermöglicht es, die vorliegende Erfindung mit Gleichspannung zu betreiben, ohne dabei in den nicht erwünschten Bereich der thermischen Plasmen zu gelangen. Neben der Kühlung der Elektroden durch die separate Gaszuführung ist damit auch eine getrennte Regelung der Prozessparameter (Elektrodentemperatur, Strömungsgeschwindigkeit) im Bereich der Hohlkehle und der äußeren Ringelektrode möglich, da sowohl der Gasvolumenstrom als auch die zu verwendende Gasart separat steuerbar sind. Damit ist die vorliegende Erfindung in ihren Einsatzmöglichkeiten variabler und vielfältiger, als die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines Plasma-Jets,
2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines Plasma-Jets mit zusätzlichem Gasströmungskammer,
3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit separat beschaltbaren Stufenelektroden.
Nachstehend soll die in 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung eines Plasma-Jets näher erläutert werden. Sie zeigt einen Plasma-Jet mit einem Entladungsrohr 1 aus dielektrischem Material, in dessen Innerem eine zentrale, als Hohlkehle ausgebildete Mittelelektrode 2 angeordnet ist, die gleichzeitig eine vertikale Mittelachse verkörpert. In der Wandung des Entladungsrohres 1 sind weitere, als Stufenelektroden 3 ausgebildete Gegenelektroden eingebettet, die gegenseitig isoliert sind, derart, dass sie nur auf der der vertikalen Mittelachse zugewandten Seite eine nicht durch ein Dielektrikum umschlossene Fläche aufweisen. Die Anzahl der verwendeten Stufenelektroden 3 ist variierend und ausdrücklich nicht auf die abgebildete Menge von vier beschränkt. Erfindungsgemäß muss jedoch mindestens eine Stufenelektrode 3 im Inneren des Entladungsrohres vorgesehen sein. Diese Stufenelektroden 3 stehen zudem über eine elektrisch leitende Verbindung 4 mit einem definierten Widerstand 5 in Kontakt, wobei in diese leitende Verbindung 4 ein mechanischer oder auch elektronischer Schalter 12 eingeschleift ist. In Längsrichtung beabstandet von den Stufenelektroden 3 ist eine weitere, als äußere Ringelektrode 6 ausgebildete Gegenelektrode vorgesehen. Auch die äußere Ringelektrode 6 ist mit wenigstens einer in das Innere des Entladungsrohres 1 ausgerichteten und leitenden Fläche in dem Entladungsrohr 1 eingebettet und bildet zusammen mit dem Entladungsrohr 1, der zentralen Mittelelektrode 2 und den Stufenelektroden 3 einen radialen Aufbau mit einer offenen Stirnseite, an der der Plasmastrahl 7 erzeugt wird. Für eine Zündung des Plasma-Jets wird die zentrale Hohlkehle 2 mittels einer Spannungsquelle 8 auf Hochspannung gelegt, während die äußere Ringelektrode 6 geerdet ist. Durch die erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen Stufenelektroden 3 in der Wandung des Entladungsrohres 1 breitet sich bereits bei einer Zündspannung von weniger als 2 kV eine stufenweise voluminöse Filamententladung 9 im Inneren des Entladungsrohres 1 aus. Die Filamententladung springt dabei von der Hohlkehle 2 beginnend, auf die der äußeren Ringelektrode 6 am weitesten entfernte Stufenelektrode 3 und von dort stufenweise über die einzelnen Stufenelektroden 3, bis hin zur äußeren Ringelektrode 6. Die Vielzahl von Filamententladungen entstehen, da die Entladungen grundsätzlich den Weg zum Grundpotenzial der äußeren Ringelektrode 6 suchen und sich dabei eine indirekte Entladungsbrücke ausbildet. Hierfür muss jedoch zudem der Lastwiderstand 5 derart bemessen werden, dass dieser größer ist als der durch die freie Weglänge zwischen der Hohlkehle 2 und der äußeren Ringelektrode 6 definierte Widerstand der Zündspannung. Das für eine Entladung notwendige Arbeitsgas wird über eine Gaseintrittsöffnung 11 in das Entladungsrohr 1 eingeleitet, strömt in Pfeilrichtung an der als Hohlkehle ausgebildeten Mittelelektrode 2 vorbei und verlässt das Entladungsrohr 1 in Form eines Plasmastrahls 7 durch eine Plasmadüse 10, die eine Gasaustrittsöffnung bildet. Die Plasmadüse zur Beschleunigung der austretenden Plasmaströmung kann auch die Aufgabe der Ringelektrode übernehmen.
In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines Plasma-Jets gezeigt, die sich von der bereits beschriebenen Vorrichtung durch eine zusätzliche Gasströmungskammer 21 unterscheidet. Die Innenwandung 22 der Gasströmungskammer 21 ist dabei entlang der äußeren Wandung des Entladungsrohres 1, dieses form- und kontaktschlüssig umschließend, angeordnet und besteht besonders bevorzugt aus dielektrischem Material. In einem radialen Abstand dazu befindet sich eine ebenfalls dielektrische Außenwandung 23, so dass sich zwischen der Innen- und Außenwandung die Gasströmungskammer 21 ausbildet. Über eine Gaseintrittsöffnung 24 ist der Gasströmungskammer 21 ein Gas oder Gasgemisch zuführbar, das mittels Zwangsführung an den Stufenelektroden 3 vorbei, eine Kühlung derselbigen bewirkt. Zudem weist das Entladungsrohr 1 in dieser Ausführungsform, zwischen den Stufenelektroden 3 und der äußeren Ringelektrode 6, eine Gasaustrittsöffnung 25 auf, über die das separate Prozessgas aus der Gasströmungskammer 21 in das Entladungsrohr 1 geleitet und der im Inneren des Entladungsrohres 1 erzeugten Filamententladung 9 zugeführt wird. Da das separat zugeführte Prozessgas erst im unteren Bereich, in unmittelbarer Nähe der abschließenden äußeren Ringelektrode 6, in das Entladungsrohr 1 eingeleitet wird, bewirkt dieses eine Kühlung der äußeren Ringelektrode 6. Weiterhin wird durch die zusätzliche Gasströmungskammer 21 auch eine getrennte Regelung der Prozessparameter im Bereich der Hohlkehle 2 und der äußeren Ringelektrode 6 ermöglicht, da sowohl der Gasvolumenstrom als auch die zu verwendende Gasart separat steuerbar sind.
3 zeigt eine gegenüber 1 abgewandelte Ausführungsform, bei der jede der Stufenelektroden 3 über einen separaten Schalter 12a bis 12d mit dem Lastwiderstand 5 in Verbindung steht. Damit ist abweichend zu 1 jede der Stufenelektroden 3 für sich gesehen separat zu- oder abschaltbar. Auch diese Lösung ermöglicht eine gezielte stufenweise Führung der voluminösen Filamententladung 9 über die einzelnen Stufenelektroden 3, bis hin zur äußeren Gegenelektrode 6.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines atmosphärischen Plasma-Jets mit mindestens einem Entladungsrohr (1), wobei die Wandung des Entladungsrohres (1) aus dielektrischem Material besteht, wobei eine Mittelelektrode (2) zentrisch im Inneren des Entladungsrohres (1) in dessen Längsrichtung sich erstreckend angeordnet ist, wobei das Entladungsrohr (1) eine Gasaustrittsöffnung und eine Gaseintrittsöffnung aufweist, wobei die Gaseintrittsöffnung an der der Austrittsöffnung abgewandten Seite angeordnet ist, wobei an der Austrittsöffnung eine als äußere Ringelektrode (6) ausgebildete Gegenelektrode vorgesehen ist, und wobei zwischen der äußeren Ringelektrode (6) und dem freien Ende der Mittelelektrode (2) wenigstens eine Stufenelektrode (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (2) an ihrem freien Ende eine Einbuchtung nach Art einer Hohlkehle aufweist, dass die wenigstens eine Stufenelektrode (3) in der dielektrischen Wandung des Entladungsrohres (1) angeordnet ist, und dass die wenigstens eine Stufenelektrode (3) mit einem definierten Lastwiderstand (5) leitend verbunden ist, derart, dass zwischen der Mittelelektrode (2) und der äußeren Ringelektrode (6) eine voluminöse kalte Filamententladung (9) mit Hilfe einer angelegten Gleichspannung erzeugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der äußeren Wandung des Entladungsrohres (1), dieses in einem radialen Abstand umschließend, eine separate Gasströmungskammer (21) mit einer Gaseintrittsöffnung (24) und einer zwischen der mindestens einen Stufenelektrode (3) und der äußeren Ringelektrode (6) liegenden Gasaustrittsöffnung (25) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Gleichspannung im Bereich von weniger als 2 kV liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastwiderstand (5) derart bemessen ist, dass dieser größer ist als der durch die freie Weglänge zwischen der Mittelelektrode (2) und der äußeren Ringelektrode (6) definierte Widerstand der Zündspannung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die zwischen den Stufenelektroden (3) und dem Lastwiderstand (5) liegende elektrische Verbindung (4) mindestens ein Schalter (12) eingeschleift ist, derart, dass der Lastwiderstand (5) zu- oder abschaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Stufenelektroden (3) über einen separaten Schalter (12a bis 12d) mit dem Lastwiderstand (5) in Verbindung steht.