DE10228506A1

DE10228506A1 - Process modifies surface characteristics of large work-piece with dielectric-screened electrode and non-screened electrode with alternating current and plasma gas

Info

Publication number: DE10228506A1
Application number: DE2002128506
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Viöl
Original assignee: Fachhochschule Hildesheim Holzminden Gottingen
Current assignee: Fachhochschule Hildesheim Holzminden Gottingen
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: DE10228506B4

Abstract

In process to modify the surface properties of a work piece by a dielectric discharge at atmospheric pressure, an alternating current is applied between two electrodes. One of the electrodes has a dielectric screen, creating a plasma discharge over the work piece surface. The two electrodes (4, 7) are esp. parallel to each other and the surface (11). The electrodes are separated from each other by an elongated gap (9) into which gas flows, forming a plasma on the work piece surface (11). Both electrodes are equidistant from the surface. Also claimed is an assembly in which there is relative movement of the surface and electrodes. The work piece surface is perpendicular to the gap between the electrodes. The alternating current frequency is pref. in the range 10 to 3000 Hz and emitted in pulses of pref. 10 to 25 kHz, for a duration of less than 10s. The electrodes are rods, one of which has an all-round dielectric screen. The gas is air with a component of inert gases or reactive gases.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Modifizieren einer Oberfläche durch dielektrisch behinderte Entladung unter Atmosphärendruck, bei dem eine Wechselhochspannung zwischen zwei Elektroden angelegt wird, von denen mindestens eine dielektrisch abgeschirmt ist, um zwischen den beiden Elektroden eine dielektrisch behinderte Entladung hervorzurufen, die ein Plasma erzeugt, und bei dem die Oberfläche der Einwirkung des Plasmas ausgesetzt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Modifizieren einer Oberfläche durch dielektrisch behinderte Entladung unter Atmosphärendruck, mit zwei Elektroden, von denen mindestens eine eine dielektrische Abschirmung aufweist, mit einem an die beiden Elektroden angeschlossenen Wechselhochspannungsgenerator, um zwischen den beiden Elektroden eine dielektrisch behinderte Entladung hervorzurufen, die ein Plasma erzeugt, und mit Fördermitteln, die die Oberfläche in ihrer Haupterstreckungsebene gegenüber den Elektroden durch einen Einwirkbereich des Plasmas bewegen. Eine dielektrisch behinderte Entladung, wie sie bei der Erfindung hervorgerufen und ausgenutzt wird, wird auch als stille Entladung oder Barriereentladung bezeichnet.The present invention relates a method of modifying a surface dielectric barrier discharge under atmospheric pressure, in which an alternating high voltage between two electrodes are applied, at least one of which is dielectric is shielded to a dielectric between the two electrodes to cause a disabled discharge that generates a plasma, and where the surface exposed to the plasma. Furthermore, the Invention on a device for modifying a surface dielectric barrier discharge under atmospheric pressure, with two electrodes, from which at least one has a dielectric shield with an alternating high-voltage generator connected to the two electrodes, a dielectric barrier discharge between the two electrodes evoke that creates a plasma, and with funding that surface in their Main extension level opposite move the electrodes through an area of exposure to the plasma. A dielectric barrier discharge, as caused by the invention and exploited is also called silent discharge or barrier discharge designated.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art sind aus der WO 01/39944 A1 bekannt. Hier werden die beiden Elektroden, zwischen denen die dielektrisch behinderte Entladung hervorgerufen wird, auf gegenüberliegenden Seiten der zu modifizierenden Oberfläche angeordnet. Dabei sind die beiden Elektroden typischerweise plattenförmig, und bei der Oberfläche handelt es sich um die Oberfläche eines Werkstücks aus Holz oder einem Holzwerkstoff. Das Werkstück selbst wirkt dann als zusätzliche dielektrische Schicht zwischen den Elektroden, oder es kann auch geerdet werden, um seinerseits eine der Elektroden auszubilden. In jedem Fall verlaufen die Feldlinien des Wechselhochspannungsfelds zwischen den Elektroden, das die plasmaerzeugende Entladung hervorruft, senkrecht zu der Oberfläche und durch die Oberfläche hindurch. Wenn sich Luft zwischen den Elektroden bzw. zwischen der vor der Oberfläche angeordneten Elektrode und der Oberfläche befindet, wird durch das auf die Oberfläche einwirkende Plasma auf Luftbasis die Oberfläche so modifiziert, dass diese zunächst von loser Struktur befreit wird und dann ihre Oberflächenspannung reduziert wird. Dies hat Vorteile bei einer anschließenden Beschichtung der Oberfläche, weil die Haftung der Beschichtung verbessert wird. Durch Variieren der Zusammensetzung des Gases, in dem die Entladung erfolgt, kann die Zusammensetzung des reaktiven Plasmas variiert werden. Dadurch kann beispielsweise auch eine Verdichtung der Oberfläche bewirkt werden, die den Durchtritt von Wasser durch die Oberfläche behindert. Als nachteilig bei dem bekannten Verfahren erweist sich, dass die dielektrischen Eigenschaften des die Oberfläche aufweisenden Werkstücks die Ausbildung des Plasmas ganz erheblich beeinflussen. Dies gilt auch für alle anderen bekannten Verfahren, bei denen ein die Oberfläche aufweisendes Werkstück zwischen zwei Elektroden hindurchgeführt wird, zwischen denen ein Plasma erzeugt wird.A method and a device of the type described at the outset are known from the WO 01/39944 A1 known. Here the two electrodes, between which the dielectric barrier discharge is caused, are arranged on opposite sides of the surface to be modified. The two electrodes are typically plate-shaped, and the surface is the surface of a workpiece made of wood or a wooden material. The workpiece itself then acts as an additional dielectric layer between the electrodes, or it can also be grounded in order to in turn form one of the electrodes. In any case, the field lines of the alternating high-voltage field between the electrodes, which causes the plasma-generating discharge, run perpendicular to the surface and through the surface. If there is air between the electrodes or between the electrode arranged in front of the surface and the surface, the air-based plasma acting on the surface modifies the surface in such a way that it is first freed of any loose structure and then its surface tension is reduced. This has advantages when the surface is subsequently coated because the adhesion of the coating is improved. By varying the composition of the gas in which the discharge occurs, the composition of the reactive plasma can be varied. In this way, for example, the surface can also be compacted, which hinders the passage of water through the surface. A disadvantage of the known method is that the dielectric properties of the workpiece having the surface have a very considerable influence on the formation of the plasma. This also applies to all other known methods in which a workpiece having the surface is passed between two electrodes, between which a plasma is generated.

Weiterhin sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Ausbildung eines Plasmastrahls bekannt, der grundsätzlich auch auf eine Oberfläche gerichtet werden kann, um diese zu modifizieren. Die Ausbildung des Plasmas ist dabei unabhängig von den dielektrischen Eigenschaften des die Oberfläche aufweisenden Werkstücks. Bei größeren Oberflächen ist die Behandlung mit einem lokalen Plasmastrahl aber so aufwendig, dass sie wirtschaftlich uninteressant ist.There are also various procedures and devices for forming a plasma jet are known, the in principle also aimed at a surface can be used to modify them. The formation of the plasma is independent on the dielectric properties of the surface Workpiece. For larger surfaces the treatment with a local plasma jet is so complex, that it is economically uninteresting.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, mit dem auch große Oberflächen durch Einwirkung eines Plasmas in wirtschaftlicher Weise modifiziert werden können.The invention is based on the object To show methods and an apparatus of the type described in the introduction, with which even large surfaces are possible Exposure to a plasma can be modified in an economical manner can.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die beiden Elektroden parallel zueinander vor der Oberfläche angeordnet werden, so dass sie einen parallel zu der Oberfläche langgestreckten und zu der Oberfläche hin offenen Zwischenraum ausbilden und dass eine Gasströmung durch den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden hervorgerufen wird, die das zwischen den Elektroden erzeugte Plasma an die Oberfläche anbläst.According to the invention, this task is performed by one Method of the type described in the introduction solved in that the two electrodes are arranged parallel to each other in front of the surface be so that they are elongated and parallel to the surface the surface towards open space and that a gas flow through the space between the two electrodes is created, which blows the plasma generated between the electrodes to the surface.

Bei dem neuen Verfahren befindet sich die Oberfläche und damit auch ein die Oberfläche aufweisendes Werkstück nicht zwischen den beiden Elektroden. Vielmehr liegen beide Elektroden auf derselben Seite der Oberfläche. Sie sind dabei so parallel zueinander angeordnet, dass zwischen ihnen ein langgestreckter Zwischenraum verbleibt. Die Länge dieses Zwischenraums in seiner parallel zu der Oberfläche verlaufenden Haupterstreckungsrichtung ist um ein Vielfaches größer als die Breite des Zwischenraums zwischen den beiden Elektroden. Mit anderen Worten überspannt der Zwischenraum in seiner Haupterstreckungsrichtung große Teile der Oberfläche. Der Zwischenraum ist auch senkrecht zu der Oberfläche typischerweise nur kurz im Vergleich zu seiner Ausdehnung in der Haupterstreckungsrichtung, weil das Plasma zwischen den Elektroden möglichst oberflächennah erzeugt werden soll, damit es zu möglichst großen Anteilen für die Behandlung der Oberfläche ausnutzbar ist. Die Feldlinien des elektrischen Felds zwischen den Elektroden, das die dielektrisch behinderte Entladung hervorruft, verlaufen im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche. Entsprechend wird das Plasma originär in einem Bereich zwischen den Elektroden oberhalb der Oberfläche erzeugt. Es wird dann aber durch die Gasströmung durch den Zwischenraum an die Oberfläche angeblasen. Bei einem hinreichend kleinen Abstand der Elektroden zu der Oberfläche im Bereich von maximal einigen Zentimetern, ist dies problemlos möglich. Tatsächlich wird bei dem neuen Verfahren eine signifikante Modifikation der Oberfläche erreicht. Bei lignocellulosehaltigen Oberflächen, also beispielsweise bei Oberflächen von Werkstücken aus Holz, Holzwerkstoffen, wie Holzspan- oder Faserplatten, Pappe oder Papier ist die Folge der Modifikation eine signifikante Hydrophobierung. D.h., durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Oberflächenenergie so erniedrigt, dass sie Wasser abstoßende Eigenschaften aufweist. Dieser Effekt entspricht dem Gegenteil der Auswirkungen des aus der WO 01/39944 A1 bekannten Verfahren, bei dem die Benetzungseigenschaften der behandelten Oberfläche verbessert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also eine Möglichkeit aufgezeigt, Holzoberflächen und andere lignocellulosehaltige Oberflächen zu konservieren. Dieses Verfahren ist mit einem Energieeinsatz in der Größenordnung von weniger als 1 kWh pro m² Oberfläche sehr wirtschaftlich und zudem auch umweltfreundlich. Die Umweltfreundlichkeit bezieht sich dabei nicht nur auf das neue Verfahren selbst, sondern auch auf die Möglichkeit, bislang zur Imprägnierung der Oberfläche von lignocellulosehaltigen Werkstücken eingesetzte Imprägnierungsmittel zumindest zu reduzieren. Beispielsweise kann der Leimüberschuss von Holzspan- und Holzfaserplatten, der bislang für die Erreichung bestimmter Wasserfestigkeiten notwendig war, herabgefahren werden. Dies gilt auch für andere chemische Stoffe, welche bisher zur Imprägnierung solcher Oberflächen eingesetzt werden.With the new method, the surface and thus also a workpiece with the surface is not between the two electrodes. Rather, both electrodes are on the same side of the surface. They are arranged parallel to each other so that an elongated space remains between them. The length of this intermediate space in its main direction of extension running parallel to the surface is many times greater than the width of the intermediate space between the two electrodes. In other words, the intermediate space spans large parts of the surface in its main direction of extension. The space perpendicular to the surface is typically only short in comparison to its extension in the main direction of extension because the plasma between the electrodes should be generated as close to the surface as possible so that it can be used to the greatest possible extent for the treatment of the surface. The field lines of the electric field between the electrodes, which causes the dielectric barrier discharge, run essentially parallel to the surface. Accordingly, the plasma is originally generated in an area between the electrodes above the surface. However, it is then blown to the surface by the gas flow through the intermediate space sen. With a sufficiently small distance of the electrodes from the surface in the range of a maximum of a few centimeters, this is easily possible. In fact, the new method achieves a significant surface modification. In the case of surfaces containing lignocellulose, that is to say for example the surfaces of workpieces made of wood, wood-based materials, such as chipboard or fiberboard, cardboard or paper, the result of the modification is a significant hydrophobization. That is, the method according to the invention lowers the surface energy so that it has water-repellent properties. This effect corresponds to the opposite of the effects of the WO 01/39944 A1 known method in which the wetting properties of the treated surface are improved. The method according to the invention thus shows a possibility of preserving wooden surfaces and other surfaces containing lignocellulose. With an energy consumption of less than 1 kWh per m ^{2 of} surface, this process is very economical and also environmentally friendly. The environmental friendliness relates not only to the new process itself, but also to the possibility of at least reducing the impregnation agent used to impregnate the surface of workpieces containing lignocellulose. For example, the excess glue of chipboard and fiberboard, which was previously necessary to achieve certain water resistance levels, can be reduced. This also applies to other chemical substances that were previously used to impregnate such surfaces.

Durch Variation der Zusammensetzung der Gasströmung durch den Zwischenraum kann die Auswirkung der Modifikation der Oberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren variiert werden. Die bisherigen Angaben zu der Ausführung der Modifikation bezogen sich auf eine Gasströmung aus Luft. Der beschriebene Effekt kann durch Zugabe von Inertgasen wie Stickstoff, Argon und Helium, oder gar die Verwendung einer ausschließlich aus solchen Inertgasen bestehenden Gasströmung verstärkt werden. Durch Zuschlag von reaktiven Gasen, wie SiH₄, C₂H₂, CH₂ usw. ist es auch möglich, zusätzlich definierte Schichten auf der Oberfläche abzuscheiden, die deren Oberflächeneigenschaften in bestimmter, kontrollierter Weise modifizieren.By varying the composition of the gas flow through the intermediate space, the effect of the modification of the surface can be varied by the method according to the invention. The previous information on the execution of the modification related to a gas flow from air. The effect described can be enhanced by adding inert gases such as nitrogen, argon and helium, or even using a gas flow consisting exclusively of such inert gases. By adding reactive gases, such as SiH ₄ , C ₂ H ₂ , CH ₂ , etc., it is also possible to deposit additionally defined layers on the surface which modify their surface properties in a certain, controlled manner.

Bei der konkreten Durchführung des neuen Verfahrens werden die beiden Elektroden vorzugsweise im gleichen Abstand parallel zu der Oberfläche angeordnet, um überall gleiche Behandlungsbedingungen zu schaffen.In the concrete implementation of the new method, the two electrodes are preferably in the same Spaced parallel to the surface, to everywhere to create equal treatment conditions.

Wie bereits angedeutet wurde, überspannt der Zwischenraum zwischen den Elektroden mit seiner Haupterstreckungsrichtung zumindest wesentliche Teile der Oberfläche. Um die Oberfläche auch in der Querrichtung hierzu flächendeckend zu behandeln, wird eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche und den Elektroden hervorgerufen, so dass sich die Oberfläche in ihrer Haupterstreckungsebene senkrecht zu dem Zwischenraum zwischen den Elektroden bewegt.As has already been indicated, the Gap between the electrodes with its main direction of extension at least substantial parts of the surface. To the surface too covering the entire area in the transverse direction to treat is a relative movement between the surface and the electrodes, so that the surface in their Main extension plane perpendicular to the space between the Electrodes moved.

Geeignete Wechselhochspannungen zwischen den Elektroden weisen eine Frequenz von über 600 Hz auf. Bevorzugt sind Wechselhochspannungen in dem Frequenzbereich von 10 bis 3000 kHz.Suitable alternating high voltages between the electrodes have a frequency of over 600 Hz. Are preferred Alternating high voltages in the frequency range from 10 to 3000 kHz.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Wechselhochspannung aus einzelnen Hochspannungspulsen zusammengesetzt wird, deren Abfolge einer Frequenz von bis zu 50 kHz, vorzugsweise von 10 bis 25 kHz entspricht, und deren Dauer kürzer als 10 μs ist. Eine typische Dauer günstiger Hochspannungspulse liegt im Bereich von 1 μs. Dies entspricht Frequenzanteilen der Hochspannungspulse von über 1000 kHz.It is particularly preferred if the alternating high voltage is composed of individual high voltage pulses is, the sequence of a frequency of up to 50 kHz, preferably of 10 to 25 kHz, and the duration of which is shorter than 10 μs. A typical duration cheaper High voltage pulses are in the range of 1 μs. This corresponds to frequency components of high voltage pulses from over 1000 kHz.

Die Elektroden werden vorzugsweise stabförmig ausgebildet. Die zumindest bei einer der Elektroden vorgesehene dielektrische Abschirmung ist dabei vorzugsweise allseitig vorgesehen. Es können auch beide Elektroden allseitig dielektrisch abgeschirmt werden.The electrodes are preferred rod-shaped educated. The one provided for at least one of the electrodes dielectric shielding is preferably provided on all sides. It can too both electrodes are dielectrically shielded on all sides.

Besonders bevorzugt bei dem neuen Verfahren ist es, wenn die dielektrisch behinderte Entladung die gesamte Breite der Oberfläche überspannt. In diesem Fall muss die Oberfläche nur in der Querrichtung zu dem Zwischenraum zwischen den Elektroden unter den Elektroden hindurchgeführt werden, um sie vollständig zu modifizieren.Especially preferred with the new one The process is when the dielectric barrier discharge spanned the entire width of the surface. In this case, the surface only in the transverse direction to the gap between the electrodes passed under the electrodes to be complete to modify.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden parallel zueinander vor der Oberfläche angeordnet sind, so dass sie ein parallel zu der Oberfläche langgestreckten und zu der Oberfläche hin offenen Zwischenraum ausbilden, und das Gebläsemittel zum hervorrufen einer Gasströmung durch den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden vorgesehen sind, um das zwischen den Elektroden erzeugte Plasma an die Oberfläche anzublasen.A device according to the invention The type described at the outset is characterized in that the two electrodes are arranged parallel to each other in front of the surface are so that they are elongated parallel to the surface and to the surface Form open space and the blower means to cause one gas flow provided by the space between the two electrodes to blow the plasma generated between the electrodes to the surface.

Der Wechselhochspannungsgenerator der neuen Vorrichtung basiert vorzugsweise auf Halbleitertechnik. Dies ist durch die günstigen Verhältnisse der dielektrisch behinderten Entladung möglich und bietet gegenüber anderen Wechselhochspannungsgeneratoren erhebliche Kostenvorteile.The alternating high voltage generator the new device is preferably based on semiconductor technology. This is due to the cheap Ratios of dielectrically disabled discharge possible and offers compared to others AC high-voltage generators have considerable cost advantages.

Weitere bevorzugte Details der neuen Vorrichtung entsprechen unmittelbar dem bereits oben erörterten bevorzugten Ausführungsformen des neuen Verfahrens.More preferred details of the new Device correspond directly to that already discussed above preferred embodiments of the new process.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben, dabei zeigtThe invention is illustrated below of two embodiments explained in more detail and described, showing

1 eine erste Ausführungsform der neuen Vorrichtung zum Modifizieren einer Oberfläche durch dielektrische behinderte Entladung in einer perspektivischen Ansicht, 1 a first embodiment of the new device for modifying a surface by dielectric disabled discharge in a perspective view,

2 die Vorrichtung gemäß 1 in einer ersten Seitenansicht, 2 the device according to 1 in a first side view,

3 die Vorrichtung gemäß den 1 und 2 in einer zweiten Seitenansicht, 3 the device according to the 1 and 2 in a second side view,

4 die Vorrichtung gemäß den 1 bis 3 in einer Ansicht von oben und 4 the device according to the 1 to 3 in a top view and

5 eine zweite Ausführungsform der neuen Vorrichtung in einer 1 entsprechenden perspektivischen Ansicht. 5 a second embodiment of the new device in one 1 corresponding perspective view.

Die in den 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung 10 weist zwei Elektroden 4 und 7 auf. Die Elektroden 4 und 7 sind parallel zueinander auf derselben Seite einer Oberfläche 11 eines Werkstück 3 angeordnet, zu deren Modifikation die Vorrichtung 10 vorgesehen ist. Die Elektroden 4 und 7 weisen zu der Oberfläche 11 über ihre gesamte Länge einen festen Abstand auf. Zwischen den beiden Elektroden 4 und 7 ist ein langgestreckter Zwischenraum 9 ausgebildet, der sich quer über die Oberfläche 11 erstreckt. Ein Wechselhochspannungsgenerator 2 ist vorgesehen, um zwischen den beiden Elektroden 4 und 7 eine Wechselhochspannung anzulegen. Zu diesen Zweck ist er mit den Elektroden 4 und 7 über Hochspannungszuleitungen 8 verbunden. Durch die zwischen den Elektroden 4 und 7 anliegende Wechselhochspannung wird eine Entladung in dem Zwischenraum 9 hervorgerufen. Bei dieser Entladung handelt es sich um eine sogenannte stille oder Barriereentladung, weil die Elektrode 4 mit einer dielektrischen Abschirmung 5 versehen ist. Konkret umschließt die dielektrische Abschirmung 5 die Elektrode 4 vollständig, d.h. auch an ihren Enden, was aus den Figuren so nicht hervorgeht. Die dielektrisch behinderte Entladung in dem Zwischenraum 9 wird mit Hochspannungspulsen hervorgerufen, deren Abstand einer Frequenz im Bereich von 10 bis 25 kHz entspricht, während die Dauer jedes Hochspannungspulses nur etwa 1 μs beträgt, was Frequenzanteilen von über 1000 kHz entspricht. Der diese Hochspannungspulse erzeugende Wechselhochspannungsgenerator 2 basiert auf Halbleitertechnik und ist daher relativ kostengünstig. Dieser Vorteil ist ebenso wie der weitere Vorteil, dass die Entladung zwischen Elektroden 4 und 7 bei Atmosphärendruck erfolgt, eine Folge ihrer dielektrischen Behinderung durch die Abschirmung 5. Auch die Tatsache, dass die Entladung in dem Zwischenraum 9 homogen über die Länge der Elektroden 4 und 7, d.h. in der Haupterstreckungsrichtung des Zwischenraums 9 erfolgt, kann auf die dielektrische Behinderung der Entladung zurückgeführt werden. Mit anderen Worten ist sie Voraussetzung für die großflächige Behandlung der Oberfläche 11 des Werkstücks 3.The in the 1 to 4 shown device 10 has two electrodes 4 and 7 on. The electrodes 4 and 7 are parallel to each other on the same side of a surface 11 of a workpiece 3 arranged to modify the device 10 is provided. The electrodes 4 and 7 point to the surface 11 a fixed distance over their entire length. Between the two electrodes 4 and 7 is an elongated space 9 trained which extends across the surface 11 extends. An alternating high voltage generator 2 is provided to between the two electrodes 4 and 7 to apply an alternating high voltage. For this purpose he is using the electrodes 4 and 7 via high-voltage supply lines 8th connected. By between the electrodes 4 and 7 applied high voltage becomes a discharge in the space 9 caused. This discharge is a so-called silent or barrier discharge because of the electrode 4 with a dielectric shield 5 is provided. Specifically, the dielectric shield encloses 5 the electrode 4 completely, ie also at their ends, which is not apparent from the figures. The dielectric barrier discharge in the gap 9 is caused by high-voltage pulses, the spacing of which corresponds to a frequency in the range from 10 to 25 kHz, while the duration of each high-voltage pulse is only about 1 μs, which corresponds to frequency components of over 1000 kHz. The alternating high voltage generator generating these high voltage pulses 2 is based on semiconductor technology and is therefore relatively inexpensive. This advantage is like the other advantage that the discharge between electrodes 4 and 7 occurs at atmospheric pressure, a consequence of their dielectric obstruction by the shield 5 , Also the fact that the discharge in the gap 9 homogeneous over the length of the electrodes 4 and 7 , ie in the main direction of extent of the intermediate space 9 takes place, can be attributed to the dielectric obstruction of the discharge. In other words, it is a prerequisite for the large-scale treatment of the surface 11 of the workpiece 3 ,

Die zwischen den Elektroden 4 und 7 in dem Zwischenraum 9 erfolgende Entladung erzeugt ein Plasma 6. Dieses Plasma liegt normalerweise nur in dem Bereich zwischen den Elektroden 4 und 7 selbst vor. Es kann aber durch eine Gasströmung 1, welche durch den Zwischenraum 9 auf die Oberfläche 11 gerichtet wird und sich an der Oberfläche 11 in zwei Teilströme 13 aufteilt, die jeweils unter einer der Elektroden 4 und 7 seitlich wegtreten, an die Oberfläche 11 angeblasen werden. Zu diesem Zweck sind Gebläsemittel 14 vorgesehen, die nur in 3 schematisch angedeutet sind und die sehr verschieden ausgeformt sein können. So kann es sich um eine oder mehrere Druckluftquellen handeln, die an eine Gaszufuhr angeschlossen sind (hier nicht dargestellt). Es können aber auch oberhalb des Zwischenraums 9 angeordnete Ventilatoren, also Gebläse im engeren Sinne sein. Wichtig ist, dass die Gasströmung 1 das Plasma 6 aus dem Zwischenraum 9 soweit mitnimmt, dass die Oberfläche 11 des Werkstücks 3 in seinen Einwirkbereich gelangt, und dass sie über die Länge des Zwischenraums 9 möglichst homogen verteilt ist. Die Gasströmung 1 kann dabei aus Luft üblicher Zusammensetzung bestehen. Hier können aber auch andere Gase zugeschlagen werden, um besondere Effekte bei der Modifikation der Oberfläche 11 des Werkstücks 3 zu erzielen. Bereits mit Luft normaler Zusammensetzung wird bei einem Energieeinsatz von weniger als 1 kWh pro m² Oberfläche 11 eine ganz erhebliche Hydrophobierung von Holzoberflächen und anderen lignocellusosehaltigen Oberflächen 11 erreicht, die die Qualität einer Oberflächenkonservierung hat. Für eine vollständige Behandlung der Oberfläche 11 wird das Werkstück 3 in Richtung eines Pfeils 15 senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung des Zwischenraums 9 unter den Elektroden 4 und 7 hinweg bewegt. Hierzu sind typischerweise Fördermittel für das Werkstück 3 vorgesehen, die in den Figuren jedoch nicht näher wiedergegeben sind.The one between the electrodes 4 and 7 in the space 9 Discharge that occurs creates a plasma 6 , This plasma is usually only in the area between the electrodes 4 and 7 even before. But it can be caused by a gas flow 1 which by the space 9 to the surface 11 is directed and located on the surface 11 in two sub-streams 13 divides each under one of the electrodes 4 and 7 step away to the side 11 be blown. For this purpose there are blowers 14 provided that only in 3 are indicated schematically and can be shaped very differently. For example, one or more compressed air sources can be connected to a gas supply (not shown here). But it can also be above the space 9 arranged fans, i.e. blowers in the narrower sense. It is important that the gas flow 1 the plasma 6 from the space 9 so far that the surface 11 of the workpiece 3 reaches its area of influence, and that it spans the length of the space 9 is distributed as homogeneously as possible. The gas flow 1 can consist of air of the usual composition. However, other gases can also be added here to have special effects when modifying the surface 11 of the workpiece 3 to achieve. Even with air of normal composition, using less than 1 kWh per m ^{2 of} surface 11 a very substantial hydrophobization of wooden surfaces and other surfaces containing lignocellusose 11 achieved that has the quality of a surface preservation. For a complete treatment of the surface 11 becomes the workpiece 3 in the direction of an arrow 15 perpendicular to the main direction of extension of the intermediate space 9 under the electrodes 4 and 7 moved away. For this purpose, there are typically funds for the workpiece 3 provided, which are not shown in the figures.

Die Ausführungsformen der Vorrichtung 10 gemäß 5 unterscheidet sich von derjenigen gemäß den 1 bis 4 nur in zwei Details. Zum einen ist der Querschnitt der Elektroden 4 und 7 nicht rund sondern etwas länglich, wobei die Haupterstreckungsrichtungen der Querschnitte der beiden Elektroden 4 und 7 nicht parallel zueinander sondern in derselben Richtung parallel zu der Oberfläche 11 des Werkstücks 3 verlaufen. Zum anderen sind beide Elektroden 4 und 7 mit einer dielektrischen Abschirmung 5 versehen, die auch hier wiederum die Enden der Elektroden abdeckt, ohne dass dies unmittelbar aus der Figur hervorgeht.The embodiments of the device 10 according to 5 differs from that according to the 1 to 4 only in two details. On the one hand is the cross section of the electrodes 4 and 7 not round but somewhat elongated, with the main directions of extension of the cross sections of the two electrodes 4 and 7 not parallel to each other but in the same direction parallel to the surface 11 of the workpiece 3 run. On the other hand, both are electrodes 4 and 7 with a dielectric shield 5 provided, which in turn covers the ends of the electrodes without this directly apparent from the figure.

Um die gewünschten Effekte bei der Modifikation der Oberfläche 11 mit dem Plasma 6 zu erzielen, ist es wichtig, dass die Entladung zwischen den Elektroden 4 und 7 und nicht zwischen einer der Elektroden und dem Werkstück 3 erfolgt. So ruft der Wechselhochspannungsgenerator 2 die Wechselhochspannungspulse tatsächlich bipolar zwischen den beiden Elektroden 4 und 7 hervor. Weniger günstig wäre es aus dem oben genannten Grund, wenn der Wechselhochspannungsgenerator 2 gegenüber Erde arbeiten würde und eine Elektrode geerdet wäre. Dann bestünde die Gefahr, dass sie effektiv auf demselben Potential wie das Werkstück 3 läge, so dass die Entladung auch zwischen der von dem Wechselhochspannungsgenerator 2 beaufschlagten Elektrode und dem Werkstück 3 erfolgen könnte.To the desired effects when modifying the surface 11 with the plasma 6 To achieve it is important that the discharge between the electrodes 4 and 7 and not between one of the electrodes and the workpiece 3 he follows. So calls the alternating high voltage generator 2 the alternating high voltage pulses are actually bipolar between the two electrodes 4 and 7 out. For the reason mentioned above, it would be less favorable if the alternating high-voltage generator 2 would work against earth and an electrode would be earthed. Then there is a risk that they are effectively at the same potential as the workpiece 3 would be so that the discharge also between that of the AC high voltage generator 2 applied electrode and the workpiece 3 could be done.

0101: Gasströmunggas flow
0202: WechselhochspannungsgeneratorAC high voltage generator
0303: Werkstückworkpiece
0404: Elektrodeelectrode
0505: Dielektrikumdielectric
0606: Plasmaplasma
0707: Elektrodeelectrode
0808: HochspannungszuleitungHigh-voltage lead
0909: Zwischenraumgap
1010: Vorrichtungcontraption
11 11: Oberflächesurface
13 13: Teilstrompartial flow
14 14: Gebläsemittelfan means
15 15: Pfeilarrow

Claims

Method for modifying a surface by dielectric barrier discharge under atmospheric pressure, in which an alternating high voltage is applied between two electrodes, at least one of which is dielectrically shielded, in order to produce a dielectric barrier discharge between the two electrodes which generates a plasma, and in which the surface of the action of the plasma is exposed, characterized in that the two electrodes ( 4 . 7 ) parallel to each other in front of the surface ( 11 ) so that they are parallel to the surface ( 11 ) elongated and to the surface ( 11 ) open space ( 9 ) and that a gas flow ( 1 ) through the space ( 9 ) between the two electrodes ( 4 . 7 ) caused between the electrodes ( 4 . 7 ) generated plasma ( 6 ) to the surface ( 11 ) blows.

A method according to claim 1, characterized in that the two electrodes ( 4 . 7 ) at the same distance parallel to the surface ( 11 ) to be ordered.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that a relative movement between the surface ( 11 ) and the electrodes ( 4 . 7 ) is caused, so that the surface is perpendicular to the space in its main plane of extension ( 9 ) between the electrodes ( 4 . 7 ) emotional.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the alternating high voltage has a frequency of over 600 Hz, preferably of 10 to 3000 kHz.

A method according to claim 4, characterized in that the Alternating high voltage is composed of individual high voltage pulses, their sequence of a frequency of up to 50 kHz, preferably of 10 to 25 kHz, and the duration of which is shorter than 10 μs.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that both electrodes ( 4 . 7 ) are rod-shaped and at least one of them is dielectrically shielded on all sides.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dielectric barrier discharge the entire width of the surface ( 11 ) spanned.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the surface ( 11 ) Has lignocellulose.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the gas flow ( 1 ) is formed from air.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the gas flow ( 1 ) has a proportion of inert gases or reactive gases.

Device for modifying a surface by dielectric barrier discharge under atmospheric pressure, with two electrodes, at least one of which has a dielectric shield, with an alternating high-voltage generator connected to the two electrodes, in order to produce a dielectric barrier discharge between the two electrodes which generates a plasma, and with conveying means that move the surface in its main plane of extension relative to the electrodes through an area of action of the plasma, characterized in that the two electrodes ( 4 . 7 ) parallel to each other in front of the surface ( 11 ) are arranged so that they are parallel to the surface ( 11 ) elongated and to the surface ( 11 ) open space ( 9 ) and that blowing agents ( 14 ) to cause a gas flow ( 1 ) through the space ( 9 ) between the two electrodes ( 4 . 7 ) between the electrodes ( 4 . 7 ) generated plasma ( 6 ) to the surface ( 11 ) to blow.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the alternating high voltage generator ( 2 ) based on semiconductor technology.

Device according to one of claims 11 and 12, characterized in that both electrodes ( 4 . 7 ) are rod-shaped, their main direction of extension perpendicular to the direction of movement of the conveying means, and the at least one of the electrodes ( 4 . 7 ) on all sides of the dielectric shield ( 5 ) is enclosed.