DE102018206646A1

DE102018206646A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zur Beschichtung zumindest einer Faser

Info

Publication number: DE102018206646A1
Application number: DE102018206646.9A
Authority: DE
Inventors: Enrico Flade; Reinhold Riemensperger; Wolfgang Edlinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Ecocoat De GmbH
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-28
Also published as: DE102018206646B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, mit beispielsweise einer Pulverfördereinrichtung zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich, zumindest einer Plasmaquelle zum Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich, um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit dem Plasma zu aktivieren, und einer Fasertransporteinrichtung, die ausgebildet ist, die zumindest eine zu beschichtende Faser durch den Prozessbereich zu führen, um eine Beschichtung der zumindest einen Faser mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich zu bewirken.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zur Beschichtung zumindest einer Faser.
Hintergrund der Erfindung
Fasern werden konventionell mit Hilfe eines galvanischen Prozesses oder einem Tauchprozess beschichtet.
Gemäß dem Stand der Technik werden Plasmaströmungen (Plasmastrahlen bzw. Plasma-Jets) verwendet, um Oberflächen zu behandeln oder zu beschichten. Im Rahmen der Oberflächenbearbeitungstechnik werden Plasmen beispielsweise in der Halbleitertechnologie zum Plasma-Ätzen und zur Plasma-induzierten Metallabscheidung verwendet. In der Beschichtungstechnik werden Funktionsschichten, wie z. B. Verspiegelungen oder Antihaftschichten, aufgebracht. In der Werkstofftechnik werden Plasmen zur Oberflächenmodifizierung (z. B. Aufrauen), zur Oberflächenreinigung, zur Plasma-induzierten Materialabscheidung, zur Oberflächenhärtung oder auch zur Plasma-Oxidation eingesetzt.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, einen besseren Kompromiss zwischen einer Verbesserung einer Plasma-induzierten Oberflächenbehandlung und insbesondere einer Verbesserung der Materialabscheidung und Oberflächenbeschichtung einer Faser unter Verwendung von Plasma zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche mit dem Vorrichtungsanspruch 1, dem Verfahrensanspruch 18 und dem Computerprogrammanspruch 20 gelöst.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, mit beispielsweise einer Pulverfördereinrichtung zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich, zumindest einer Plasmaquelle zum Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich, um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit dem Plasma zu aktivieren, und einer Fasertransporteinrichtung, die ausgebildet ist, die zumindest eine zu beschichtende Faser durch den Prozessbereich zu führen, um eine Beschichtung der zumindest einen Faser mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich zu bewirken.
Dieses Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine vorteilhafte Anordnung der Plasmaquelle und der Pulverfördereinrichtung ein optimierter Prozessbereich gebildet wird, durch den die Faser mit der Fasertransporteinrichtung so geführt wird, so dass die Faser gleichmäßig und rundum beschichtet wird.
Somit ist festzuhalten, dass bei der Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser die Plasmaquelle, die Pulverfördereinrichtung und die Faser so zueinander angeordnet sind oder bewegt werden, sodass eine Verbesserung der Materialabscheidung und der Oberflächenbeschichtung der Faser unter Verwendung von Plasma bewirkt wird.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung, umfassend die Plasmaquelle mit einer inneren röhrenförmigen Elektrode. Die zumindest eine Faser ist z. B. in der inneren röhrenförmigen Elektrode angeordnet und die innere röhrenförmige Elektrode ist z. B. dazu ausgebildet, um die zumindest eine Faser axial in Richtung des Prozessbereichs zu führen. Somit ist die Faser z. B. teilweise in der Plasmaquelle angeordnet. Die Plasmaquelle umfasst des Weiteren z. B. eine äußere röhrenförmige Elektrode. Die äußere röhrenförmige Elektrode umschließt z. B. zumindest einen ersten Teil der inneren röhrenförmigen Elektrode coaxial. Der erste Teil der inneren röhrenförmigen Elektrode endet z. B. an dem Prozessbereich und die äußere röhrenförmige Elektrode begrenzt z. B den Prozessbereich seitlich. Somit kann der Prozessbereich in einem Ausführungsbeispiel in die Plasmaquelle hineinragen. Es ist somit möglich, dass ein erster Teil des Prozessbereichs in der Plasmaquelle angeordnet ist und ein zweiter Teil des Prozessbereichs außerhalb der Plasmaquelle. In einem Ausführungsbeispiel kann auch der komplette Prozessbereich in der Plasmaquelle angeordnet sein. Zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode und der äußeren röhrenförmigen Elektrode ist z. B. ein Zwischenraum. Der Zwischenraum ist z. B. ausgebildet, um Arbeitsgas und das Plasma zu dem Prozessbereich zu führen. Da die Faser in der inneren röhrenförmigen Elektrode angeordnet sein kann und das Arbeitsgas und das Plasma zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode und der äußeren röhrenförmigen Elektrode coaxial zu dem Prozessbereich geführt werden kann, wird die Faser nachdem sie aus der inneren röhrenförmigen Elektrode austritt z. B. in dem Prozessbereich rundum mit dem Arbeitsgas und dem Plasma umgeben. Dies ermöglich eine gleichmäßige plasmabeschichtete Umhüllung der Faser.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der ein zweiter Teil der inneren röhrenförmigen Elektrode einen Winkel relativ zu der coaxialen Achse aufweisen kann. Dadurch, dass ein zweiter Teil der inneren röhrenförmigen Elektrode einen Winkel relativ zu der coaxialen Achse aufweist, kann eine Zuführung der Faser zu dem Prozessbereich über die innere röhrenförmige Elektrode erleichtert werden.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der der Winkel in einem Bereich von 0° bis 160° liegen kann. Es ist auch möglich, dass der Winkel in einem Bereich von 0° bis 140°, 0° bis 120°, 0° bis 100° oder 0° bis 90°, wie z. B. bei 45° liegt. Innerhalb dieser Winkelbereiche kann eine Zuführung der Faser zu dem Prozessbereich über die innere röhrenförmige Elektrode erleichtert werden und z. B. die Verteilung des Arbeitsgases in dem Zwischenraum zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode und der äußeren röhrenförmigen Elektrode verbessert werden.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der der zweite Teil der inneren röhrenförmigen Elektrode die äußere röhrenförmige Elektrode in dem Winkel durchdringen kann. Dadurch, dass der zweite Teil der inneren röhrenförmigen Elektrode die äußere röhrenförmige Elektrode in dem Winkel durchdringen kann, kann die Faser in die Plasmaquelle von außen eintreten, was z. B. ermöglicht, dass ein Faservorrat getrennt von der Plasmaquelle positioniert werden kann und somit die Größe der Plasmaquelle zu minimiert werden kann und der Beschichtungsprozess effizienter zu gestaltet werden kann, das der Faservorrat aufgestockt werden kann, ohne die Plasmaquelle zu beeinflussen.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die innere röhrenförmige Elektrode und/oder die äußere röhrenförmige Elektrode sich an dem Prozessbereich verjüngen können. Dadurch, dass sich die innere röhrenförmige Elektrode und/oder die äußere röhrenförmige Elektrode an dem Prozessbereich verjüngen können, kann das Arbeitsgas und das Plasma, die durch den Zwischenraum zu dem Prozessbereich geführt werden, fokussiert werden, wodurch die Beschichtung der Faser gleichmäßig realisiert werden kann und somit die Oberflächenbeschichtung der Faser verbessert wird.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode und der äußeren röhrenförmigen Elektrode eine Spannung angelegt ist, wobei die Spannung ausgelegt ist, um Lichtbögen zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode und der äußeren röhrenförmigen Elektrode zu erzeugen. Die Spannung liegt z. B. in einem Bereich von beispielsweise 20 V bis zu 50 kV. Der so erzeugte Lichtbogen ermöglicht eine Ionisierung des Arbeitsgases, wodurch das Plasma erzeugt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die Pulverfördereinrichtung die äußere röhrenförmige Elektrode der Plasmaquelle durchdringen kann, um Pulverteilchen z. B. über den Zwischenraum mit dem Arbeitsgas und dem Plasma zu dem Prozessbereich zu führen. Dadurch, wird ermöglicht die Pulverteilchen bereits in dem Zwischenraum homogen mit dem Arbeitsgas zu vermischen, bevor die Pulverteilchen den Prozessbereich erreichen. Durch dieses Ausführungsbeispiel kann die Oberflächenbeschichtung der Faser dahingehend verbessert werden, dass die Faser gleichmäßig rundum beschichtet werden kann. Außerdem kann die Materialabscheidung verbessert werden.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der eine röhrenförmige Hülle coaxial um die äußere röhrenförmige Elektrode angeordnet sein kann und dazu ausgebildet sein kann, um zwischen der röhrenförmigen Hülle und der äußeren röhrenförmigen Elektrode ein Schutzgas zu dem Prozessbereich zu führen. Das Schutzgas verbessert die Oberflächenbeschichtung der Faser, da die Faser durch das Schutzgas z. B. vor Umwelteinflüssen, wie z. B. Oxidation oder Korrosion, geschützt wird und somit keine ungewünschten Reaktionen hervorgerufen werden. Das Schutzgas kann auch die Pulverteilchen vor Umwelteinflüssen schützen und somit ermöglichen, dass die Pulverteilchen z. B. nur mit der Faser reagieren oder sich auf der Faser ablagern.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die Fasertransporteinrichtung eine Aufroll- oder Abrollanordnung aufweisen kann, um z. B. die zumindest eine zu beschichtende Faser durch den Prozessbereich zu führen. Durch die Aufroll- oder Abrollanordnung kann die Faser gleichmäßig durch den Prozessbereich geführt werden, wodurch die Beschichtung der Faser verbessert wird. Die Aufrollanordnung kann in einem Ausführungsbeispiel dafür genutzt werden, die beschichtete Faser auf einer Rolle aufzurollen, wodurch z. B. die beschichtete Faser als Rolle der Vorrichtung entnommen werden kann und somit einfacherer weiterverarbeitet werden kann. Eine Abrollanordnung kann als Vorratsrolle realisiert sein, auf der die zumindest eine Faser angeordnet sein kann. Die zumindest eine Faser kann um die Vorratsrolle gewickelt sein und durch das Abrollen der zumindest einen Faser kann die zumindest eine Faser beispielsweise per Druckkraft durch den Prozessbereich geführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die Fasertransporteinrichtung dazu ausgebildet sein kann, die zumindest eine Faser mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 m/min durch den Prozessbereich zu führen. Es ist auch möglich die Faser durch den Prozessbereich mit einer Geschwindigkeit von mindestens 0,5 m/min, 5 m/min, 10 m/min oder 20 m/min zu führen. Die Geschwindigkeit ermöglicht zum einen eine gleichmäßige Beschichtung der Faser in dem Prozessbereich und zum anderen eine Beschichtung der Faser in kurzer Zeit, wodurch die Vorrichtung eine hohe Effizienz aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die einzelnen Fasern parallel zueinander angeordnet sein können und einen Abstand zueinander aufweisen können. Somit wird z. B. ermöglicht mehrere Fasern gleichzeitig mit der Vorrichtung zu beschichten. Durch die Anordnung der Fasern zueinander, wie z. B. parallel und mit einem Abstand, kann ermöglicht werden, dass jede Faser gleichmäßig rundum beschichtet wird, wodurch eine Verbesserung der Oberflächenbeschichtung erreicht werden kann. Außerdem kann erreicht werden, dass die Vorrichtung sehr effizient arbeitet und kostengünstig beschichtete Fasern herstellen kann.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der der Abstand zumindest 10 µm beträgt. Der Abstand zwischen den Fasern kann je nach Anwendung und gewünschter Schichtdicke aber auch in einem Bereich von z. B 1 µm bis 100 µm, 5 µm bis 50 µm oder 10 µm bis 25 µm, wie z. B. bei 10 µm liegen. Diese Abstände können ermöglichen, dass die Beschichtung der einzelnen Fasern optimiert wird und somit eine Verbesserung der Oberflächenbeschichtung der Fasern bewerkstelligt wird.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die zumindest eine Faser z. B. Metallmaterial, ein Metalllegierungsmaterial und/oder ein Polymermaterial aufweist. Dabei kann die zumindest eine Faser z. B. nur Metallmaterial, wie z. B. Eisen, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Magnesium, Metalllegierungsmaterial, wie z. B. Messing, Bronze, Edelstahl, Aluminium-Magnesium, Blei-Zinn, Kupfer-Aluminium, Kupfer-Zink, Kupfer-Zinn, Zink-Aluminium, metallische Gläser, oder Polymermaterial, wie z. B. Duromere, Elastomere, Thermoplaste, Aramide, Cellulose, Alginatfasern oder Proteine, aufweisen. Die zumindest eine Faser kann auch aus einem Faserverbundwerkstoff, wie z. B. Gummifaser, Kunststofffaser, Glasfaser, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Borfasern, Basaltfasern oder Nylonfasern, einer Mischung aus Metallmaterial und Polymermaterial oder aus Garn hergestellt sein. Diese Materialien lassen sich mit der Vorrichtung sehr gut beschichten. Insbesondere die Fasertransporteinrichtung der Vorrichtung ist z. B. für diese Vielfalt an Fasermaterialien ausgelegt, da die Fasertransporteinrichtung beispielsweise bei „harten“ Fasern, wie z. B. Glasfaser oder Edelstahl, die Fasern mit Druckkraft durch den Prozessbereich führen kann und bei „weichen“ Materialien, wie z. B. Garn oder Gummifasern, mit Zugkraft die Fasern durch den Prozessbereich führen kann. Somit ist die Vorrichtung z. B. dahingehend optimiert eine Vielzahl an Fasertypen zu beschichten.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der der Prozessbereich dazu ausgelegt sein kann, um die zumindest eine Faser mit Pulverteilchen aus z. B. Metallmaterial, einem Metalllegierungsmaterial, Diamantmaterial, organischem Material und/oder eine Mischung dieser Materialien zu beschichten. Die Materialien können auf der zumindest einen Faser unterschiedliche funktionale Merkmale aufweisen. So kann z. B. mit Metallmaterial, Metalllegierungsmaterial und Kunststoffen ein mechanischer, thermischer und/oder elektrisch isolierender Schutz der Faser bewerkstelligt werden. Außerdem kann das Material der Beschichtung z. B. eine Oxidationsbarriere sein. Umfasst die zumindest eine Faser z. B. Aluminium kann die Faser bei Kontakt mit der Atmosphäre oxidieren. Eine Beschichtung mit z. B. Kupfer, Nickel oder Zinn kann die Faser vor Oxidation schützen. In einem Ausführungsbeispiel können die Pulverteilchen aus Lötmaterial, wie z. B. Nickel oder Zinn, sein, wodurch die zumindest eine Faser die Eigenschaft der Lötfähigkeit erhalten kann. Mit Metallmaterial und Metalllegierungsmaterial kann z. B. die zumindest eine Faser elektrisch leitfähig werden, wodurch beispielsweise Polymerfasern elektrisch leitfähig werden können und sogenannte „smart textiles“ hergestellt werden können, bei denen z. B. Garn mit Metallmaterial oder Metalllegierungsmaterial beschichtet werden kann. Bei z. B. Metallmaterial, einem Metalllegierungsmaterial oder Diamantmaterial kann zudem eine raue Faseroberfläche realisiert werden, wodurch die beschichteten Fasern beispielsweise für Schleifprozesse geeignet sein können. Somit ist die Vorrichtung durch die Nutzung vielfältiger Beschichtungsmaterialien dazu optimiert Fasern für eine Vielzahl an Anwendungen bereitzustellen und für verschiedenste Beschichtungsmaterialien eine optimierte gleichmäßige Materialabscheidung zu bewerkstelligen.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die zumindest eine Pulverfördereinrichtung dazu ausgelegt sein kann, um eine Pulverteilchenmenge in einem Bereich von z. B. 0,1 g/min bis 100 g/min in dem Prozessbereich bereitzustellen. Die von der Pulverfördereinrichtung bereitgestellte Pulverteilchenmenge kann auch in einem Bereich von z. B. 0,1 g/min bis 50 g/min, 0,1 g/min bis 10 g/min, 50 g/min bis 100 g/min oder 90 g/min bis 1000 g/min liegen. Die gewünschte Pulverteilchenmenge kann sehr genau eingestellt und bestimmt werden, z. B. von einem Sensor (z. B. Wiegesensor oder Flusssensor), den die Pulverfördereinrichtung aufweisen kann. Somit kann durch die bereitgestellte Pulverteilchenmenge eine Beschichtung zumindest einer Faser mit exakter, oder fast exakter, Schichtdicke durch die Vorrichtung bewerkstelligt werden. Die Pulverfördereinrichtung optimiert somit die Oberflächenbeschichtung zumindest einer Faser durch eine Verbesserung der Materialabscheidung.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung zumindest einer Faser, bei der die Vorrichtung dazu ausgelegt sein kann die zumindest eine Faser mit einer Schichtdicke in einem Bereich von z. B. 0,1 µm bis 1 mm mit den Pulverteilchen zu beschichten. Es ist auch möglich die zumindest eine Faser mit einer Schichtdicke in einem Bereich von z. B. 0,1 µm bis 0,1 mm, 0,1 µm bis 10 µm oder 0,1 µm bis 1 µm mit den Pulverteilchen zu beschichten. Somit können mit der Vorrichtung kleinste bis sehr dicke Schichtdicken realisiert werden, wodurch die Vorrichtung für unterschiedlichste Anwendungen einsetzbar sein kann und dahingehend verbessert sein kann eine optimierte Materialabscheidung bereitzustellen, um z. B. bei den oben genannten Schichtdicken eine Verbesserung der Oberflächenbeschichtung von zumindest einer Faser aufzuweisen.
Ein Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Beschichtung zumindest einer Faser mit einer Vorrichtung umfassend ein Bereitstellen von Pulverteilchen in einem Prozessbereich durch zumindest eine Pulverfördereinrichtung, ein Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich durch zumindest eine Plasmaquelle, ein Aktivieren der bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit dem Plasma, ein Führen der zumindest einen Faser durch den Prozessbereich durch eine Fasertransporteinrichtung, und ein Beschichten der zumindest einen Faser mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich. Optional umfasst das Verfahren ein Führen der zumindest einen Faser durch eine innere röhrenförmige Elektrode, der Plasmaquelle, zu dem Prozessbereich.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Faserführung durch eine Plasmaquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Beschichtung zumindest einer Faser mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Beschichtung zumindest einer Faser 110a, 110b, mit beispielsweise einer Pulverfördereinrichtung 120 zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich 130, zumindest einer Plasmaquelle 140 zum Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich 130, um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich 130 mit dem Plasma zu aktivieren, und einer Fasertransporteinrichtung 150a, 150b, die ausgebildet ist, die zumindest eine zu beschichtende Faser 110a, 110b durch den Prozessbereich 130 zu führen, um eine Beschichtung der zumindest einen Faser 110a, 110b mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich 130 zu bewirken.
Die Vorrichtung 100 kann gemäß Option A eine Fasertransporteinrichtung 150a aufweisen, die ausgelegt ist die zumindest eine Faser 110a durch den Prozessbereich 130 zu führen. Dabei kann die zumindest eine Faser 110a beispielsweise entweder mit Druckkraft von der Fasertransporteinrichtung 150a in Richtung des Prozessbereichs 130 geführt werden oder mit Zugkraft von dem Prozessbereich 130 in Richtung der Fasertransporteinrichtung 150a.
Gemäß Option B kann die zumindest eine Faser 110b in der Plasmaquelle 140 angeordnet sein und von der Fasertransporteinrichtung 150b z. B. durch den Prozessbereich 130, von der Plasmaquelle 140 in Richtung Fasertransporteinrichtung 150b, geführt werden.
Auch wenn in 1 Option A senkrecht zur Plasmaquelle 140 und Option B parallel zur Plasmaquelle 140 dargestellt sind, ist ebenfalls eine davon abweichende Positionierung möglich. So kann Option A z. B. einen Winkel im Bereich von 0° bis 80° zu einer Ebene, senkrecht zur Längsausdehnung der Plasmaquelle 140, aufweisen und Option B z. B. einen Winkel im Bereich von 0° bis 10° zu einer Ebene, parallel zur Längsausdehnung der Plasmaquelle 140, aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung 100 zur Beschichtung zumindest einer Faser 110a, 110b, bei der die Fasertransporteinrichtung 150a, 150b eine Aufroll- oder Abrollanordnung aufweisen kann, um z. B. die zumindest eine zu beschichtende Faser 110a, 110b, durch den Prozessbereich 130 zu führen. Die Aufrollanordnung kann in der Fasertransporteinrichtung 150a, 150b dafür genutzt werden, die beschichtete Faser von dem Prozessbereich 130 in Richtung der Fasertransporteinrichtung 150a, 150b zu führen und auf einer Rolle aufzurollen, wodurch z. B. die beschichtete Faser 110a, 110b als Rolle der Vorrichtung 100 entnommen werden kann und somit einfacherer weiterverarbeitet werden kann.
Die Fasertransporteinrichtung 150a kann auch eine Abrollanordnung aufweisen, wodurch die zumindest eine Faser 110a z. B. von der Fasertransporteinrichtung 150a in Richtung des Prozessbereichs geführt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung 100 zur Beschichtung zumindest einer Faser 110a, 110b, bei der die Fasertransporteinrichtung 150a, 150b dazu ausgebildet sein kann, die zumindest eine Faser 110a, 110b mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 m/min durch den Prozessbereich 130 zu führen. Es ist auch möglich die Faser 110a, 110b durch den Prozessbereich 130 mit einer Geschwindigkeit von mindestens 0,5 m/min, 5 m/min, 10 m/min oder 20 m/min zu führen.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Vorrichtung 100 zur Beschichtung zumindest einer Faser 110a, 110b, bei der die zumindest eine Faser 110a, 110b z. B. Metallmaterial, ein Metalllegierungsmaterial und/oder ein Polymermaterial aufweist. Dabei kann die zumindest eine Faser 110a, 110b z. B. nur Metallmaterial, wie z. B. Eisen, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Magnesium, Metalllegierungsmaterial, wie z. B. Messing, Bronze, Edelstahl, Aluminium-Magnesium, Blei-Zinn, Kupfer-Aluminium, Kupfer-Zink, Kupfer-Zinn, Zink-Aluminium, metallische Gläser, oder Polymermaterial, wie z. B. Duromere, Elastomere, Thermoplaste, Aramide, Cellulose, Alginatfasern oder Proteine, aufweisen. Die zumindest eine Faser 110a, 110b kann auch aus einem Faserverbundwerkstoff, wie z.B. Gummifaser, Kunststofffaser, Glasfaser, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Borfasern, Basaltfasern oder Nylonfasern, einer Mischung aus Metallmaterial und Polymermaterial oder aus Garn hergestellt sein. Die Fasertransporteinrichtung 150a, 150b der Vorrichtung 100 ist z. B. für diese Vielfalt an Fasermaterialien ausgelegt, da die Fasertransporteinrichtung 150a, 150b beispielsweise bei „harten“ Fasern 110a, 110b, wie z.B. metallische Gläser oder Bronze, die Fasern mit Druckkraft durch den Prozessbereich 130 führen kann und bei „weichen“ Materialien, wie z. B. Alginatfasern oder Aramidfasern, mit Zugkraft die Fasern 110a, 110b durch den Prozessbereich 130 führen kann. Je nach Anordnung der Fasertransportanordnung kann auch der umgekehrte Fall („weiche“ Materialien/Druckkraft und „harte“ Materialien/Zugkraft) realisiert werden.
Im nachfolgenden werden die Relevantesten Materialien bzw. Materialkombinationen inklusive Zielsetzung erläutert. Es wird eine Differenzierung von Kombinationsmöglichkeiten vorgenommen.
Gemäß Option A kann die zumindest eine Faser 110a, 110b Metallmaterial/Legierungsmaterial (u.a. Sn, SnAg, Zn, ZnAI, AI, Cu, Messing, Bronze, Edelstahl) aufweisen und mit Pulverteilchen aus organischem Material (u.a. PE, PET, PA, PEEK, PUR, Si, Addetinsäure) mit der Vorrichtung 100 so beschichtet werden, dass die zumindest eine Faser 110a, 110b eine Ummantelung aus z. B. Polymer erhält. Somit sind unteranderem die Kombinationen (Fasermaterial + Beschichtungsmaterial) Sn+PE(1), Zn+PA(1), Cu+PEEK(1) und Al+Addetinsäure(2) denkbar.
Gemäß Option B kann die zumindest eine Faser 110a, 110b Metallmaterial/Legierungsmaterial (u.a. Sn, SnAg, Zn, ZnAI, Al, Cu, Messing, Bronze, Edelstahl, AI203, Mo, W, Ta) aufweisen und mit Pulverteilchen aus Metallmaterial/Legierungsmaterial (u.a. Ag, Au, Mo, W, Ta, Ni, NiP) mit der Vorrichtung 100 so beschichtet werden, dass die zumindest eine Faser 110a, 110b eine Ummantelung aus z. B. Metallmaterial/Legierungsmaterial erhält. Somit sind unteranderem die Kombinationen (Fasermaterial + Beschichtungsmaterial) SnAg+Ag(3), ZnAI+Au(3), ZnAI+Ag(3), Cu+Ag(3), Cu+Au(3), AI203+Au(3,5), AI203+Ag(3,5), Mo+Ni(4,5), W+Ni(4,5), Ta+Ni(4,5) denkbar.
Gemäß Option C kann die zumindest eine Faser 110a, 110b Polymermaterial (u.a. PE, PET, PA, PA6, PA6.6, PA12, PEEK, PUR) aufweisen und mit Pulverteilchen aus Metallmaterial/Legierungsmaterial (u.a. Sn, SnAg, Zn, ZnAl, Al, Cu, Messing, Bronze, Edelstahl, Ag, Au, Mo, W, Ta) mit der Vorrichtung 100 so beschichtet werden, dass die zumindest eine Faser 110a, 110b eine Ummantelung aus z.B. Metallmaterial/Legierungsmaterial erhält. Somit sind unteranderem die Kombinationen (Fasermaterial + Beschichtungsmaterial) PE+Sn(1), PA+Zn(1), PEEK+Cu(1), PE+Ag(1,5), PUR+Au(1,5), PUR+Mo(4,5), PUR+W(4,5), PUR+Ta(4,5) denkbar.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 100 Glasfasern („LWL“ Lichtwellenleiter) mit metallischen Pulverteilchen und Kunststoffpulverteilchen beschichten, wodurch die zumindest eine Faser sowohl einen metallischen Schutz als auch einen thermischen Schutz erhalten kann.
Die Materialkombinationen können unterschiedliche mögliche Zielsetzung aufweisen. So kann die Zielsetzung beispielsweise sein eine flexible Leiterbahn zu erzeugen, gezielte Reduktionsprozesse zu erzielen, eine höhere Leitfähigkeit zu erzielen, eine höhere Temperaturbeständigkeit zu erzielen und/oder eine höhere chemische Beständigkeit zu erzielen.
In 1 ist die zumindest eine Faser 110a, 110b als Strich dargestellt. Der Strich kann hierbei ein Faserbündel, aus mindestens 2 Fasern, darstellen oder aber auch nur eine einzelne Faser. Handelt es sich bei der zumindest eine Faser 110a, 110b z. B. um ein Faserbündel, so können die einzelnen Fasern parallel zueinander angeordnet sein und einen Abstand zueinander aufweisen. Der Abstand zwischen den Fasern kann je nach Anwendung und gewünschter Schichtdicke in einem Bereich von z. B 1 µm bis 100 µm, 5 µm bis 50 µm oder 10 µm bis 25 µm, wie z. B. bei 10 µm liegen.
So können mit der Vorrichtung 100 beispielsweise Multifilamente (ein Beispiel für die zumindest eine Faser 110a, 110b) beschichtet werden, bei denen sehr viele Fasern (z. B. Mono-Filamente) mit kleinem Durchmesser eng beieinander angeordnet sein können und beispielsweise einen Faserstrang bilden. Ein Multifilament kann dabei einen Durchmesser in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, 1 mm bis 7 mm oder 2 mm bis 4 mm aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die zumindest eine Faser 110a, 110b eine Ausdehnung senkrecht zu einer Längsrichtung der zumindest einen Faser 110a, 110b 162 aufweisen, deren Form rund, rechteckig oder oval sein kann. Dabei kann der Durchmesser oder die Diagonale dieser Ausdehnung in einem Bereich von 5 µm bis 10 mm, 5 µm bis 1 mm oder 5 µm bis 50 µm liegen. Es kann sich beispielsweise auch um zumindest eine Flachfaser handeln.
Die Pulverfördereinrichtung 120 der Vorrichtung 100 kann dazu ausgelegt sein, Pulverteilchen in einem Prozessbereich bereitzustellen. In 1 durchdringt die Pulverfördereinrichtung 120 die Plasmaquelle 140. Dies hat den Vorteil, dass die Pulverteilchen bereits an der Quelle des Plasmas dem Prozessbereich 130 zugeführt werden können und somit das Plasma eine hohe Energie aufweisen kann, um die Pulverteilchen zu aktivieren (z. B. schmelzen).
In einem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Pulverfördereinrichtung 120 die Plasmaquelle 140 nicht durchdringt und somit von „außen“ die Pulverteilchen dem Prozessbereich 130 bereitstellt. Der Vorteil dessen kann sein, dass die Pulverfördereinrichtung und die Plasmaquelle getrennt voneinander sind und somit einfacher hergestellt und gegeneinander individuell angeordnet werden können.
Der Prozessbereich 130 kann dazu ausgelegt sein, die zumindest eine Faser 110a, 110b mit Pulverteilchen aus z. B. Metallmaterial, einem Metalllegierungsmaterial, Diamantmaterial, organischem Material und/oder einer Mischung dieser Materialien zu beschichten.
Dabei kann die Pulverfördereinrichtung 120 dazu ausgelegt sein, um eine Pulverteilchenmenge in einem Bereich von z. B. 0,1 g/min bis 100 g/min in dem Prozessbereich 130 bereitzustellen. Die von der Pulverfördereinrichtung 120 bereitgestellte Pulverteilchenmenge kann auch in einem Bereich von z.B. 0,1 g/min bis 50 g/min, 0,1 g/min bis 10 g/min, 50 g/min bis 100 g/min oder 90 g/min bis 1000 g/min liegen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 100 dazu ausgelegt sein die zumindest eine Faser 110a, 110b mit einer Schichtdicke in einem Bereich von z. B. 0,1 µm bis 1 mm mit den Pulverteilchen zu beschichten. Es ist auch möglich die zumindest eine Faser mit einer Schichtdicke in einem Bereich von z. B. 0,1 µm bis 0,1 mm, 0,1 µm bis 10 µm, 0,1 µm bis 1 µm oder 10 µm bis 25 µm mit den Pulverteilchen zu beschichten.
In einem Ausführungsbeispiel kann die mit der Vorrichtung 100 zu beschichtende Schichtdicke auch über die elektrischen Eigenschaften bestimmt werden. So kann beispielsweise bestimmt werden, dass die Beschichtungsschicht der zumindest einen Faser 110a, 110b einen bestimmten Wiederstand aufweisen soll, worauf die Vorrichtung 100 die benötigte Schichtdicke für das verwendete Material der Pulverteilchen berechnen und auf der zumindest einen Faser aufbringen kann. Somit kann mit der Vorrichtung 100 ermöglicht werden die zumindest eine Faser 110a, 110b so zu beschichten, dass die Beschichtungsschicht eine bestimmte elektrische Eigenschaft aufweist. So kann beispielsweise ein bestimmter Schichtwiederstand erzielt werden, wodurch die zumindest eine mit der Vorrichtung 100 beschichtete Faser 110a, 110b als Heizelement genutzt werden kann.
Die Vorrichtung 100 kann die zumindest eine Faser z. B. direkt bei oder nach dem Produktionsprozess (z. B. Faserziehen) der zumindest einen Faser beschichten.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung zumindest eine Faser mit einem Durchmesser in einem Bereich von 50 µm bis 1 mm, wie z. B. 125 µm, beschichten.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Beschichtung zumindest einer Faser 110, mit beispielsweise einer Pulverfördereinrichtung 120 zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich 130, zumindest einer Plasmaquelle 140 zum Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich 130, um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich 130 mit dem Plasma zu aktivieren, und einer Fasertransporteinrichtung 150 die ausgebildet ist, die zumindest eine zu beschichtende Faser 110 durch den Prozessbereich 130 zu führen, um eine Beschichtung der zumindest einen Faser 110 mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich 130 zu bewirken.
Die Plasmaquelle 140 weist in 2 z. B. eine inneren röhrenförmigen Elektrode 141 auf. Die zumindest eine Faser 110 ist z. B. in der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 angeordnet und die innere röhrenförmige Elektrode 141 ist z. B. dazu ausgebildet, um die zumindest eine Faser 110 axial in Richtung des Prozessbereichs 130 zu führen. Somit ist die Faser 110 z. B. teilweise in der Plasmaquelle 140 angeordnet. Die Plasmaquelle 140 umfasst des Weiteren z. B. eine äußere röhrenförmige Elektrode 144. Die äußere röhrenförmige Elektrode 144 umschließt z. B. zumindest einen ersten Teil 142 der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 coaxial. Der erste Teil 142 der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 endet z. B. an dem Prozessbereich 130 und die äußere röhrenförmige Elektrode 144 begrenzt z. B den Prozessbereich 130 seitlich. Somit kann der Prozessbereich 130 in einem Ausführungsbeispiel in die Plasmaquelle 140 hineinragen. Es ist somit möglich, dass ein erster Teil des Prozessbereichs 130 in der Plasmaquelle 140 angeordnet ist und ein zweiter Teil des Prozessbereichs 130 außerhalb der Plasmaquelle140. Zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 und der äußeren röhrenförmigen Elektrode 144 ist z. B. ein Zwischenraum 145. Der Zwischenraum 145 ist z. B. ausgebildet, um Arbeitsgas und das Plasma zu dem Prozessbereich 130 zu führen. Da die Faser 110 in der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 angeordnet sein kann und das Arbeitsgas und das Plasma zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 und der äußeren röhrenförmigen Elektrode 144 coaxial zu dem Prozessbereich 130 geführt werden kann, wird die Faser 110 nachdem sie aus der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 austritt z. B. in dem Prozessbereich 130 rundum mit dem Arbeitsgas und dem Plasma umgeben.
Ein zweiter Teil 143a, 143b der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 kann einen Winkel 146 relativ zu der coaxialen Achse aufweisen. Dabei kann das erste Teil 142 und das zweite Teil 143a, 143b aus einem Guss sein. Der Übergang von dem ersten Teil 142 auf das zweite Teil 143a, 143b ist z. B. fließend, ohne Unterbrechung, und insbesondere wenn der zweite Teil 143a, 143b abknickt, wie der zweite Teil 143b, kann die Knickstelle abgerundet sein.
In 2 sind zwei zweite Teile 143a und 143b dargestellt. Es ist aber z. B. ein zweiter Teil, also entweder 143a oder 143b, ausreichend. Optional ist es auch möglich, dass die Plasmaquelle 140 mehr als zwei zweite Teile 143a, 143b aufweist. In einem solchen Falldienen die einzelnen zweiten Teile 143a, 143b beispielsweise als Weichen, wodurch schnell und einfach von einer Faser 110 mit einem Material auf eine andere Faser 110 mit anderem Material gewechselt werden kann. Dadurch wird ermöglicht unterschiedliche Fasern 110 effizient aufeinanderfolgend mit der Vorrichtung 100 zu beschichten. Zudem kann dieses Ausführungsbeispiel ermöglichen fast durchgängig zumindest eine Faser 110 zu beschichten, da durch die Mehrzahl an zweiten Teilen 143a, 143b ermöglicht wird, sobald der Vorrat von einer Faser 110 endet, eine neue Faser 110 über einen anderen zweiten Teil der Plasmaquelle 140 zuzuführen.
Der Winkel 146 kann in einem Bereich von 0° bis 160° liegen. So liegt beispielsweise der Winkel 146 des zweiten Teils 143a bei 0° und der Winkel 146 des zweiten Teils 143b bei 30°. Der zweite Teil 143b der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 kann die äußere röhrenförmige Elektrode 144 in dem Winkel 146 durchdringen. Die Position des zweiten Teils 143a ist beispielsweise geeignet um in dem zweiten Teil 143a Drähte oder Fasern aus „harten“ Materialien anzuordnen und die Position des zweiten Teils 143b kann dazu geeignet sein Fasern aus „weichen“ Materialien in dem zweiten Teil 143b anzuordnen, da die zumindest eine Faser 110 in dem zweiten Teil 143b eine Biegung erfahren kann. Die Position des zweiten Teils 143b ist beispielsweise dafür geeignet zumindest eine Faser 110 aus Glasfasermaterial zu führen.
Die innere röhrenförmige Elektrode 141 kann an zwei Enden aufweisen, die für eine Zuführung oder einen Austritt der zumindest einen Faser 110 offen sein können. Die innere röhrenförmige Elektrode 141 und/oder die äußere röhrenförmige Elektrode 144 können sich an dem Prozessbereich 130 verjüngen.
Zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 und der äußeren röhrenförmigen Elektrode 144 kann eine Spannung 147 angelegt sein, wobei die Spannung 147 dafür ausgelegt sein kann, um Lichtbögen zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 und der äußeren röhrenförmigen Elektrode 144 zu erzeugen. Die Spannung 147 liegt z. B. in einem Bereich von beispielsweise 20 V bis zu 50 kV. Der so erzeugte Lichtbogen ermöglicht eine Ionisierung des Arbeitsgases, wodurch das Plasma erzeugt werden kann. Optional kann ein pilot Lichtbogen 149 mit der Spannung 147 erzeugt werden.
Die Pulverfördereinrichtung 120 kann die äußere röhrenförmige Elektrode 144 der Plasmaquelle 140 durchdringen, um Pulverteilchen z. B. über den Zwischenraum 145 mit dem Arbeitsgas und dem Plasma zu dem Prozessbereich 130 zu führen. Dadurch, wird ermöglicht die Pulverteilchen bereits in dem Zwischenraum 145 homogen mit dem Arbeitsgas zu vermischen, bevor die Pulverteilchen den Prozessbereich 130 erreichen.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 eine röhrenförmige Hülle 148 auf, die coaxial um die äußere röhrenförmige Elektrode 144 angeordnet sein kann und dazu ausgebildet sein kann, um zwischen der röhrenförmigen Hülle 148 und der äußeren röhrenförmigen Elektrode 144 ein Schutzgas zu dem Prozessbereich 130 zu führen, um den Prozessbereich beispielsweise zu umströmen. Somit kann das Schutzgas einen Schutz vor der Atmosphäre bieten.
Die Vorrichtung 100 aus 2 weist zudem eine Fasertransporteinrichtung 150 auf, die ausgebildet sein kann, um die zumindest eine Faser 110, von der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 in Richtung Fasertransporteinrichtung 150, durch den Prozessbereich 130 zu führen. Verlässt die zumindest eine Faser 110 beispielsweise den Prozessbereich 130, so kann die zumindest eine Faser 130 durch einen Spalt 152, in einem Substrat 154 der Fasertransporteinrichtung 150, zu einer Abrollanordnung 156 geführt werden. Die Abrollanordnung 156 weist beispielsweise in 2 zwei sich gegenläufig drehende Rollen auf, die auf die zumindest eine Faser 110 eine Zugkraft anwenden können, wodurch die zumindest eine Faser 110 durch den Prozessbereich 130 geführt werden kann.
In anderen Worten kann die Plasmadüse (Plasmaquelle 140) eine innere röhrenförmige Elektrode 141 aufweisen, in der z. B. die zumindest eine Faser 110, z. B. in Form von Glasfasern oder Drähten, angeordnet ist.
Die zumindest eine Faser 110 wird beispielsweise vorzugsweise kontrolliert innerhalb der inneren röhrenförmigen Elektrode 141 durch die Fasertransporteinrichtung 150 verschoben. Dabei können die Rollen der Abrollanordnung 156 auch gegensinnig als in 2 dargestellt bewegt werden, wodurch eine Druckkraft auf die zumindest eine Faser 110 ausgeübt wird und die zumindest eine Faser 110 von der Fasertransporteinrichtung 150 in Richtung des Prozessbereichs 130 geführt werden kann.
In anderen Worten wird die Beschichtung der Faser 110 mit einem Niedertemperatur- oder Hochtemperaturplasma unter Zugabe von Pulvern/Pulverteilchen (Metalle oder Polymere) vorgenommen. Unter Fasern 110 sind beispielsweise Glasfasern, Polymerfasern, Garn oder Draht aus Metall (u.v.m.) zu verstehen. Das Hochtemperaturplasma kann dabei Glasfasern beispielsweise schützen.
In anderen Worten kann im Beschichtungsprozess beispielsweise eine Faser 110 koaxial oder seitlich zu der Plasmaquelle 140 durch den Prozessbereich 130 geführt werden. Zudem kann ein Laser koaxial in die Plasmaquelle 140 zur Materialbearbeitung eingekoppelt werden. Dabei kann die Durchführung nachgelagert über eine einseitige Abwicklung und Aufrollung erfolgen oder direkt im Herstellungsprozess der Faser 110 integriert werden. Simultan können mehrere Fasern 110 durch die Plasmaquelle 140 geleitet werden, wobei der Kontakt der Fasern 110 über eine gezielte Führung verhindert werden kann.
In der Plasmaquelle 140 kann die Beschichtung in Form eines allseitigen Überzugs/Mantels der Faser 110 mit einer Metall- oder Polymerschicht erfolgen. Daraus ergibt sich beispielsweise ein Schutz der Faser vor äußeren Einflüssen, eine elektrisch leitfähige Faser und/oder eine verbesserte Wärmeleitung.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zur Beschichtung zumindest einer Faser mit einer Vorrichtung umfassend ein Bereitstellen 210 von Pulverteilchen in einem Prozessbereich durch zumindest eine Pulverfördereinrichtung, ein Einbringen 220 eines Plasmas in den Prozessbereich durch zumindest eine Plasmaquelle, ein Aktivieren 230 der bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit dem Plasma, ein Führen 240 der zumindest einen Faser durch den Prozessbereich durch eine Fasertransporteinrichtung, und ein Beschichten 250 der zumindest einen Faser mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich. Optional umfasst das Verfahren 200 ein Führen 260 der zumindest einen Faser durch eine innere röhrenförmige Elektrode, der Plasmaquelle, zu dem Prozessbereich.
Optional kann die zumindest eine Faser vorbearbeitet oder vorbehandelt werden. Das kann beispielsweise durch eine Reinigung realisiert werden, wie z. B. chemisch Ätzen, Ultraschall oder Elektrolyse.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hard-ware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b), mit folgenden Merkmalen: einer Pulverfördereinrichtung (120) zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich (130); zumindest einer Plasmaquelle (140) zum Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich (130), um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich (130) mit dem Plasma zu aktivieren; einer Fasertransporteinrichtung (150, 150a, 150b), die ausgebildet ist, die zumindest eine zu beschichtende Faser (110, 110a, 110b) durch den Prozessbereich (130) zu führen, um eine Beschichtung der zumindest einen Faser (110, 110a, 110b) mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich (130) zu bewirken.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß Anspruch 1, wobei die Plasmaquelle (140) folgende Merkmale aufweist: eine innere röhrenförmige Elektrode (141), wobei die zumindest eine Faser (110, 110a, 110b) in der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) angeordnet ist und die innere röhrenförmige Elektrode (141) dazu ausgebildet ist, um die zumindest eine Faser (110, 110a, 110b) axial in Richtung des Prozessbereichs (130) zu führen; eine äußere röhrenförmige Elektrode (144), wobei die äußere röhrenförmige Elektrode (144) zumindest einen ersten Teil (142) der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) coaxial umschließt, wobei der erste Teil (142) der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) an dem Prozessbereich (130) endet und die äußere röhrenförmige Elektrode (144) den Prozessbereich (130) seitlich begrenzt; und ein Zwischenraum (145) zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) und der äußeren röhrenförmigen Elektrode (144), wobei der Zwischenraum (145) ausgebildet ist, um Arbeitsgas und das Plasma zu dem Prozessbereich (130) zu führen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß Anspruch 2, wobei ein zweiter Teil (143a, 143b) der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) einen Winkel (146) relativ zu der coaxialen Achse aufweist.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß Anspruch 2, wobei der Winkel (146) in einem Bereich von 0° bis 160° liegt.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei der zweite Teil (143a, 143b) der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) die äußere röhrenförmige Elektrode (144) in dem Winkel (146) durchdringt.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die innere röhrenförmige Elektrode (141) und/oder die äußere röhrenförmige Elektrode (144) sich an dem Prozessbereich (130) verjüngen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) und der äußeren röhrenförmigen Elektrode (144) eine Spannung (147) angelegt ist, wobei die Spannung (147) ausgelegt ist, um Lichtbögen zwischen der inneren röhrenförmigen Elektrode (141) und der äußeren röhrenförmigen Elektrode (144) zu erzeugen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Pulverfördereinrichtung (120) die äußere röhrenförmige Elektrode (144) der Plasmaquelle (140) durchdringt, um Pulverteilchen über den Zwischenraum (145) mit dem Arbeitsgas und dem Plasma zu dem Prozessbereich (130) zu führen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei eine röhrenförmige Hülle (148) coaxial um die äußere röhrenförmige Elektrode (144) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, um zwischen der röhrenförmigen Hülle (148) und der äußeren röhrenförmigen Elektrode (144) ein Schutzgas zu dem Prozessbereich (130) zu führen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fasertransporteinrichtung (150, 150a, 150b) eine Aufroll- oder Abrollanordnung aufweist, um die zumindest eine zu beschichtende Faser (110, 110a, 110b) durch den Prozessbereich (130) zu führen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Fasertransporteinrichtung (150, 150a, 150b) dazu ausgebildet ist, die zumindest eine Faser (110, 110a, 110b) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 m/min durch den Prozessbereich (130) zu führen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die einzelnen Fasern parallel zueinander angeordnet sind und einen Abstand zueinander aufweisen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß Anspruch 12, wobei der Abstand zumindest 10 µm beträgt.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die zumindest eine Faser (110, 110a, 110b) Metallmaterial, ein Metalllegierungsmaterial und/oder ein Polymermaterial aufweist.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Prozessbereich (130) dazu ausgelegt ist, um die zumindest eine Faser (110, 110a, 110b) mit Pulverteilchen aus Metallmaterial, einem Metalllegierungsmaterial, Diamantmaterial, organischem Material und/oder eine Mischung dieser Materialien zu beschichten.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die zumindest eine Pulverfördereinrichtung (120) dazu ausgelegt ist, um eine Pulverteilchenmenge in einem Bereich von 0,1 g/min bis 100 g/min in dem Prozessbereich (130) bereitzustellen.
Vorrichtung (100) zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Vorrichtung (100) dazu ausgelegt ist die zumindest eine Faser (110, 110a, 110b) mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 0.1 µm bis 1 mm mit den Pulverteilchen zu beschichten.
Verfahren zur Beschichtung zumindest einer Faser (110, 110a, 110b) mit einer Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, mit folgenden Schritten: einem Bereitstellen von Pulverteilchen in einem Prozessbereich (130) durch zumindest eine Pulverfördereinrichtung (120); einem Einbringen eines Plasmas in den Prozessbereich (130) durch zumindest eine Plasmaquelle (140); einem Aktivieren der bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich (130) mit dem Plasma; einem Führen der zumindest einen Faser (110, 110a, 110b) durch den Prozessbereich (130) durch eine Fasertransporteinrichtung (150, 150a, 150b); und einem Beschichten der zumindest einen Faser (110, 110a, 110b) mit den aktivierten Pulverteilchen in dem Prozessbereich (130).
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Verfahren ein Führen der zumindest einen Faser (110, 110a, 110b) durch eine innere röhrenförmige Elektrode (141), der Plasmaquelle (140), zu dem Prozessbereich (130) umfasst.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.