DE10320805A1

DE10320805A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader aufweisenden Substraten

Info

Publication number: DE10320805A1
Application number: DE2003120805
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prof. Dr. Dr.h.c. Engemann; Darek Dr. Korzec; Gundula Nau
Original assignee: JE PLASMACONSULT GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE10320805B4

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist eine Vorrichtung (30) zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader (21) aufweisenden Substraten (2), wie Drähte, Kabel od. dgl., mit einem Prozessraum (18), der eine Eintrittsöffnung (31) und eine Austrittsöffnung (32) für das insbesondere kontinuierlich relativ zu der Vorrichtung bewegte Substrat aufweist, wobei durch Anlegen einer Spannung an wenigstens eine dem Prozessraum zugeordnete, fest an der Vorrichtung angeordnete Elektrode (4) in dem Prozessraum (18) ein Plasma (1) zündbar ist. DOLLAR A Die Besonderheit besteht darin, dass die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, dass zwischen der Elektrode (4) und der als Gegenelektrode fungierenden, leitenden Ader (21) des Substrates (2) eine dielektrische Barriere (22, 15, 5) angeordnet ist, und dass das Plasma (1) als Atmosphärendruck-Niedertemperaturplasma, insbesondere als Atmosphärendruck-Glimmentladungsplasma (APG-Plasma), ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader aufweisenden Substraten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bearbeitung im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung bedeutet beispielsweise Oberflächenmodifikation, Reinigung oder Beschichtung des Substrates.
Die zu bearbeitenden Substrate sind beispielsweise blanke oder isolierte Drähte, Kabel, beschichtete und unbeschichtete Rohre sowie vergleichbare langgestreckte, insbesondere endlose beziehungsweise sehr lange Substrate. Die Substrate können relativ zu der Vorrichtung bewegt werden und kontinuierlich durch den Prozessraum hindurchgeführt werden. Eine kontinuierliche Bearbeitung des Substrates ist gewünscht, um die Vorrichtung in einen Herstellungsprozess oder in einen Weiterverarbeitungsprozess des Substrates mit einzubinden.
Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind im Stand der Technik bekannt.

Weit verbreitet sind beispielsweise Vorrichtungen und Verfahren, bei denen die Substrate in einer geeigneten, chemisch aktiven Atmosphäre auf eine hohe Temperatur gebracht werden. Als Beispiel hierfür kann eine Vorrichtung gemäß der US 2001/00111546 dienen, in der die Restoxyde von der Drahtoberfläche in einer reduzierenden Gasmischung unter erhöhter Temperatur entfernt werden.

In zahlreichen Druckschriften werden Vorrichtungen beschrieben, die auf der Basis von Niederdruck-Gasentladungen arbeiten. Eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von bahnförmigen Substraten mittels elektrischer Niederdruck-Entladung wird in der FR 1.492.429 und in der US 3 654 108 beschrieben. Sowohl der Ionenbeschuss als auch die chemische Wirkung des Plasmas werden ausgenutzt, um z.B. organische Rückstände aus der Oberfläche eines beweglichen Substrates zu entfernen.

In der EP 0 270 144 ist eine Vorrichtung zur Reinigung von zylindrischen, elektrisch leitenden Substraten beschrieben. Eine Niederdruck-Entladung brennt zwischen dem elektrisch leitenden Substrat und einer zu dem Substrat koaxial angeordneten rohrförmigen Außenelektrode. Dabei spielt das Substrat die Rolle einer Kathode, um den Beschuss der auf die Kathode beschleunigten Ionen zur Verstärkung des Abtragungsprozesses zu nutzen.

Auf ähnlichem Prinzip beruht die in der US 2001/0026781 beschriebene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, von der die Erfindung ausgeht. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass zur Erzeugung des Plasmas zwangsläufig eine Vakuumkammer vorgesehen ist. Die Integration einer solchen Vorrichtung in eine üblicherweise unter Atmosphärendruck betriebene Fertigungsstraße erfordert jedoch komplizierte und kostspielige Vakuumschleusen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend von der zuletzt beschriebenen Vorrichtung darin, die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass ein einfacherer Aufbau möglich wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, dass zwischen der Elektrode und der als Gegenelektrode fungierenden, leitenden Ader des Substrates eine dielektrische Barriere angeordnet ist, und dass das Plasma als Atmosphärendruck-Niedertemperaturplasma, insbesondere als Atmosphärendruck-Glimmentladungsplasma (APG-Plasma), ausgebildet ist.

Das Prinzip der Erfindung besteht im wesentlichen darin, anstelle einer Gleichspannungs-Niederdruck-Glimmentladung, wie sie die Vorrichtung gemäß der US 2001/0026781 verwendet, eine dielektrisch behinderte Entladung in Form eines Atmosphärendruck-Niedertemperatur-Plasmas vorzusehen. Hierzu wird zunächst anstelle der im Stand der Technik verwendeten Gleichspannung eine Wechselspannung angelegt. Weiterhin wird zwischen der Elektrode und der leitenden Ader des Substrates, also beispielsweise der metallischen Außenfläche eines Drahtes, eine dielektrische Barriere angeordnet. Durch geeignete Wahl der physikalischen Parameter, wie durch Anlegen einer Wechselspannung einer bestimmten Frequenz, einer bestimmten Amplitude sowie durch Zuführung eines geeigneten Gases mit einer festgelegten Flussrate in den Prozessraum, kann ein Niedertemperatur-Plasma, insbesondere ein Glimmentladungsplasma gezündet werden, welches unter Atmosphärendruck stabil brennt und auf diese Weise das Substrat bearbeitet. Eine besonders homogene Bearbeitung des Substrates wird möglich.

Die Erfindung geht somit einen anderen Weg, als ihn der Stand der Technik durch Verwendung einer Niederdruckentladung lehrt. So ließ sich zwar die Intensität der zur Behandlung eines zylindrischen, elektrisch leitenden Substrates benutzten Niederdruckentladung durch Anlegung eines axialen Magnetfeldes wesentlich steigern. Eine diese Funktion erfüllende Vorrichtung ist z.B. in der WO 02/12591 dargestellt. Auch in der EP 0 313 154 wird ein axiales Magnetfeld benutzt, um eine Glimmentladung zwischen dem Substrat und der Anode zu verstärken.

Auch diese Vorrichtungen erforderten jedoch grundsätzlich Vakuumkammern und damit komplizierte und kostspielige Vakuumschleusen. Diese können erfindungsgemäß vermieden werden, da die Möglichkeit besteht, unter Atmosphärendruck zu arbeiten.

Weitere bekannte technische Lösungen zur Vermeidung der Vakuumtechnik lehren die Verwendung von Atmosphärendruck-Lichtbogen-Entladungen. In der US 5 948 294 ist z.B. eine Vorrichtung zur Reinigung der Drahtoberfläche mit Hilfe eines in einer Inertgasatmosphäre zwischen dem geerdeten Draht und der positiv polarisierten ringförmigen Anode brennenden Atmosphärendruck-Bogens beschrieben. Dabei wird ein starkes axiales Magnetfeld benutzt, um die Bogenentladung zur Rotation rund um den Draht zu zwingen, wodurch ein azimuthal gleichmäßiger Abtrag der Verunreinigung erreicht wird.

Eine ähnliche Zielsetzung verfolgt die in der US 5 354 963 beschriebene Vorrichtung.

Auch wird zur Vermeidung der Schwierigkeiten mit der galvanischen Kontaktierung des Substrates und der großen Bogenströme, die durch das Substrat fließen, in der US 5 981 904 eine Tandem-Anordnung von zwei in Serie geschalteten Bogenentladungen vorgeschlagen. Der Strom fließt von einer Elektrode durch den ersten Bogen zu dem Substrat und von dem Substrat durch den zweiten Bogen zu der zweiten Elektrode. Zwischen den beiden Elektroden wird eine Wechsel- oder Pulsspannung angelegt.

In diesen drei zuletzt vorgestellten Vorrichtungen kommt es jedoch zwangsläufig immer zu einer starken thermischen Belastung der Substrate in Folge der Wärmestrahlung von dem Lichtbogen und durch die ohmschen Verluste im Substrat in Folge des hohen Entladungsstromes.

Die Probleme der starken thermischen Belastung aufgrund des Lichtbogens werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls verhindert. Durch Vorsehen einer Nicht-Gleichgewichts-Atmosphärendruck-Entladung kann ein Atmosphärendruck-Niedertemperatur-Plasma gezündet werden. In Frage kommen dielektrisch behinderte Entladungen (DBD = dielectric barrier discharge) oder vorzugsweise Atmosphärendruck-Glimmentladungen (APG = atmospheric pressure glow).

Die dielektrisch behinderte Entladung, die auch Barrierenentladung oder stille Entladung genannt wird, ist seit langer Zeit im technischen Einsatz. Obwohl die ersten Patente zur Ozonerzeugung mit Hilfe der dielektrisch behinderten Entladung schon Mitte des 19. Jahrhunderts angemeldet wurden, werden bis heute Weiterentwicklungen auf diesem Gebiet getätigt.

Beispielsweise beschreibt die US 4 693 870 eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon mittels einer Barrierenentladung.

Eine andere bekannte Anwendung der Barrierenentladung ist die Dekomposition von schädlichen Gasen in Abgasen. Ein Beispiel hierfür ist eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur Zersetzung von Schwefelwasserstoff, die in der EP 1 085 075 beschrieben ist.

Eine weitere nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur Brennstoffsynthese mit Hilfe einer dielektrisch behinderten Entladung ist in der WO 01/70652 beschrieben.

Schließlich zeigt die US 4 837 484 eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung nach Art eines Hochleistungs-Strahlers für Ultraviolett-Licht.

Aus der US 4 410 495 ist eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur Ozonerzeugung bekannt, bei der eine koaxiale Elektrodenanordnung mit einer Innenelektrode und mindestens zwei auf dem gleichen dielektrischen Rohr in einem axialen Abstand von einender sich befindende und unabhängig von einender geschaltete äußere Elektroden eingesetzt werden.

Vielversprechend für technologische Anwendungen ist die Atmosphärendruck-Glimmentladung, die zuerst in einem Beitrag von S. Kanazawa et al in J. Phys. D: Appl. Phys. 21 (1988) auf den Seiten 838–840 dargestellt ist. In einem Beitrag von F. Massines und G. Gouda in J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) ist auf Seiten 3411–3420 gezeigt, dass die primäre Rolle bei der Aufrechterhaltung einer Atmosphärendruck-Entladung in Helium metastabil angeregte Atome spielen. Das Gleiche gilt für metastabil angeregte Stickstoffmoleküle, laut einem Beitrag von N. Gherardi et al in Plasma Sources Sci. Technol 9 (2000) auf den Seiten 340–346. Die auf der Basis von metastabil angeregten Atomen betriebenen Entladungen ermöglichen nicht nur die Modifikation von Oberflächen sondern auch die Abscheidung dünner Schichten. In einem Beitrag von N. Gherardi et al in J. Phys. D: Appl. Phys. 33 (2000) auf Seiten L104-L108 ist die Abscheidung von Siliziumdioxid unter Atmospärendruck dokumentiert. Die Abscheidung von Polymerschichten in der Atmosphären-Glimmentladung ist in dem Beitrag von Y. Sawada et al in J. Phys. D: Appl. Phys. 28 (1995) auf den Seiten 1661–1669 beschrieben.

Das technologische Potential der Atmosphären-Glimmentladung inspirierte zahlreiche Entwicklungen.

J. R. Roth und P. P. Tsai beschreiben in der US 5,456,972 eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur beidseitigen Behandlung von Polymer-Folien mit Hilfe einer Atmosphärendruck-Glimmentladung. Die Entladung wird in einem Volumen zwischen zwei Elektroden gezündet. Die perforierten dielektrischen Platten auf beiden Elektroden unterdrücken den Übergang von der Glimmentladung zu einer Bogenentladung. Das bahnförmige Material wird in der Mitte zwischen den beiden Elektroden hindurchgeführt. Charakteristisch für diese Vorrichtung ist der Betrieb mit helium- oder argonhaltigen Gasmischungen. Grundlage dieses Verfahrens ist die kapazitive Kopplung der Hochfrequenz-Leistung durch eine dünne Schicht des Materials, das im Wesentlichen dielektrische Eigenschaften besitzt.

Die Bearbeitung von zylindrischen, eine elektrisch leitende Ader aufweisenden Substraten mit dieser nicht gattungsgemäßen Vorrichtung ist nicht möglich, da aufgrund der elektrisch leitenden Ader eine konkurrierende Elektrode eingeführt wird, die für vollständig geänderte physikalische Verhältnisse sorgt. Die Zündung beziehungsweise Aufrechterhaltung des Plasmas ist aufgrund geänderter Flächenverhältnisse der aktiven Elektroden zueinander nicht durchführbar.

In der US 6,221,268 ist eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Atmosphärendruck-Glimmentladung beschrieben, die mit Hilfe der Hochfrequenzleistung (13.56 MHz) in Form eines Jets erzeugt wird. Die Vorrichtung wird zur Modifikation von Kunststoffoberflächen genutzt. Es wird eine Hochfrequenz von 13.56 MHz verwendet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hingegen ein Frequenzbereich von ca. 1 bis 100 kHz bevorzugt. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn dielektrische Bestandteile des Substrates dielektrische Verluste aufweisen, die mit der Frequenz der Anregung stark steigen.

In der US 5 013 959 ist eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung nach Art eines UV-Strahlers auf der Basis von DBD beschrieben. Eine der Elektroden wird als Draht mit sehr kleinem Durchmesser im Vergleich zu der rohrförmigen Außenelektrode ausgeführt. Die Entladung brennt am intensivsten in unmittelbarer Nähe der Drahtelektrode. Diese Eigenschaft lässt sich zur Fokussierung des UV-Lichtes mittels eines Spiegels ausnutzen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in Folge eines ähnlichen Effektes die Effizienz der chemischen Prozesse direkt an der Fläche des Substrates gesteigert werden und eine übermäßige Abnutzung der Innenfläche der dielektrischen Barriere oder der Elektrode vermieden werden.

Die US 5 407 639 zeigt eine nicht gattungsgemäße Vorrichtung mit einer dielektrisch behinderten Tandem-Entladung, bei der zwei in Serie geschaltete DBD-Entladungen, nämlich eine erste Entladung zwischen der ersten aktiven Elektrode und einer floatenden Elektrode und eine zweite Entladung zwischen der floatenden Elektrode und der zweiten aktiven Elektrode, brennen.

In dem gesamten vorgeschilderten, der Anmelderin bekannten Stand der Technik findet sich keine Vorrichtung zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader aufweisenden Substraten, bei der unter Atmosphärendruck durch eine dielektrische Barriere hindurch ein Plasma erzeugt wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können nicht nur hoch komplizierte Vakuumschleusen und kostspielige Vakuumpumpen entfallen, sondern es wird ein grundlegend einfacherer Aufbau möglich, der zu deutlichen Kostenvorteilen führt. Außerdem können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten erreicht werden, da auch bei Vibrationen des Substrates eine homogene Bearbeitung gewährleistet ist. Während beim Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, der Prozessraum Eintritts- und Austrittsöffnungen für das bewegte Substrat aufwies, die nur ein sehr geringes Übermaß in dem Öffnungsquerschnitt der Eintritts- und Austrittsöffnung bezogen auf die Querschnittsfläche des Substrates besaßen, um die Aufrechterhaltung des erforderlichen Vakuums für die Plasmaerzeugung zu ermöglichen, können erfindungsgemäß Eintritts- und Austrittsöffnungen für den Prozessraum vorgesehen werden, die einen im Verhältnis zu der Querschnittsfläche des Substrates deutlich größeren Öffnungsquerschnitt aufweisen. Da insbesondere bei den erfindungsgemäß zu bearbeitenden Substraten hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten eine besondere Rolle spielen, was bekanntlicherweise zu sehr hohen Vibrationen führt, kann aufgrund des großen Übermaßes der Eintritts- und Austrittsöffnungen des Prozessraumes eine optimale Bearbeitung des Substrates erfolgen.

Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine besonders effiziente Wirkungsweise, die zu geringen Stromverbräuchen führen kann.

Durch die Erzeugung eines Atmosphärendruck-Niedertemperatur-Plasmas können Beschädigungen des Substrates, wie sie bei Lichtbogenentladungen entstehen, vermieden werden. Da das Plasma unmittelbar an der Außenfläche des Substrates brennt, und dieses in Umfangsrichtung vollständig umgibt, wird eine homogene Bearbeitung und eine effiziente Leistungsausnutzung möglich.

Unter dem Begriff Atmosphärendruck-Niedertemperatur-Plasma wird allgemein ein Plasma bezeichnet, welches in einem Druckbereich zwischen mehreren 100 mbar und einigen bar brennt. Vorzugsweise brennt das Plasma jedoch unter Atmosphärendruck, was eine besonders unkomplizierte Einbindung der Vorrichtung in die Fertigungsstraße ermöglicht.

Neben einer Reinigung von beispielsweise Schweißdrähten, oder einer Steigerung der Hydrophilie von den Außenseiten von Kabeln für eine bessere Bedruckbarkeit, können auch Rohre mit oder ohne Isolier-Umhüllung bearbeitet werden. Auch Profile, beispielsweise Gummiprofile, die eine Metallader aufweisen und Dichtprofile, die eine Metallseele aufweisen können, können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet werden.

Die Formulierung, wonach das Substrat zumindest eine elektrisch leitende Ader aufweist, schließt solche Substrate mit ein, die vollständig aus elektrisch leitendem Material, also beispielsweise Metall, bestehen. Die Vorrichtung dient jedoch auch der Bearbeitung solcher Substrate, bei denen eine metallische Seele oder eine elektrisch leitende, insbesondere metallische Ader von einer Isolier-Umhüllung aus nicht elektrisch leitendem Material umgeben ist. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass mehrere elektrisch leitende Adern parallel zueinander nebeneinander verlaufen und von einer gemeinsamen Isolier-Umhüllung umgeben sind. Schließlich kommen auch Substrate nach Art von Koaxial-Kabeln in Betracht, bei denen eine innere metallische Seele von einer metallischen Abschirmung umgeben ist, die von der metallischen Seele durch eine Isolier-Umhüllung beabstandet und ihrerseits von einer weiteren Isolier-Umhüllung umgeben ist.

Als zylindrische Substrate im Sinne der Erfindung werden langgestreckte, im Querschnitt kompakte Substrate bezeichnet, die im Gegensatz zu Folien oder Bahnen im Querschnitt im wesentlichen ballig ausgebildet sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Prozessraum von einem länglichen Gehäuse umgeben, welches in seinem Querschnitt im wesentlichen an den Querschnitt des zylindrischen Substrates angepasst ist. Hierdurch wird eine besonders einfach aufgebaute Vorrichtung derart möglich, dass das Gehäuse insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet ist und das Substrat in Umfangsrichtung vollständig umgibt. Das Gehäuse kann dabei beispielsweise, zumindest teilweise, von der Elektrode oder/und von der dielektrischen Barriere gebildet sein. Eine Anpassung des Querschnittes des Gehäuses an den Querschnitt des Substrates erfolgt unter Belassung eines ausreichend großen, aber verhältnismäßig kompakten Prozessraumes. Vorteilhafterweise wird beispielsweise bei im wesentlichen kreisförmigen Substratquerschnitten auch ein im wesentlichen kreisförmiger Querschnitt für das Gehäuse vorgesehen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Spannungsversorgung mit zwei Anschlusspolen vorgesehen, deren erster Anschlusspol mit der Außenfläche des Substrates und deren zweiter Anschlusspol mit der Elektrode verbunden ist. Diese Ausführungsform betrifft Substrate, bei denen die leitende Ader von der Außenfläche des Substrates, die elektrisch leitend ausgebildet ist, bereitgestellt wird. Die Außenfläche ist auf diese Weise unmittelbar kontaktierbar, beispielsweise mit einem Schleifer oder einer Rolle. Diese Ausführungsform ermöglicht eine in konstruktiver Hinsicht besonders einfache Bauweise.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenfläche des Substrates geerdet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Einbindung der Vorrichtung in den Fertigungsprozess.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenfläche des Substrates zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem elektrisch nicht leitenden Substrat gebildet. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglichkeit, dass die dielektrische Barriere von der Außenfläche des Substrates bereitgestellt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umgreift die Elektrode das Substrat in Umfangsrichtung unter Belassung des Prozessraumes durch radiale Beabstandung. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird eine besonders homogene Substratbearbeitung möglich. Die Elektrode ist bei dieser Ausführungsform ringförmig oder rohrförmig ausgebildet, und weist eine Innenumfangsfläche auf, die von der Außenumfangsfläche des Substrates radial beabstandet ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektrode im wesentlichen rohrförmig ausgebildet, und koaxial zu dem Substrat angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Bauweise.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die dielektrische Barriere von einem Hohlkörper aus elektrisch nicht leitendem Material gebildet, der das Substrat in Umfangsrichtung im wesentlichen vollständig umgreift und der innerhalb der Elektrode angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders homogene Substratbearbeitung sowie eine besonders einfache Bauweise.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei, axial voneinander beabstandete Elektroden vorgesehen, wobei die leitende Ader gegenüber beiden Elektroden als Gegenelektrode fungiert. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine unmittelbare Kontaktierung der Außenseite des Substrates entfallen, auch wenn die Außenseite des Substrates die leitende Ader bereitstellt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen sowie anhand der nun folgenden Beschreibung mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Darin zeigen:
1 schematisch, im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines geerdeten nicht isolierten Drahtes,
2 in einer Darstellung gemäß 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines kapazitiv geerdeten, isolierten Drahtes,
3 in einer Darstellung gemäß 1 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kabels mit kapazitiv geerdeter Abschirmung, wobei die äußere Kabelisolierung als dielektrische Barriere fungiert,
4 in einer Darstellung gemäß 1 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung z.B. eines isolierten Drahtes mit symmetrischer, kapazitiver Leistungseinkopplung von zwei im wesentlichen identischen, axial beabstandeten Elektroden, und
5 in einer Darstellung gemäß 1 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines isolierten Drahtes mit symmetrischer, kapazitiver Leistungseinkopplung von zwei im wesentlichen identischen, axial beabstandeten Elektroden, wobei die Isolierschicht des Drahtes als dielektrische Barriere fungiert.
Die in den Figuren insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnete Vorrichtung wird nachfolgend anhand der fünf unterschiedlichen Ausführungsbeispiele erläutert. Es wird dabei darauf hingewiesen, dass gleiche oder vergleichbare Teile oder Elemente der Vorrichtung 30 der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen versehen worden sind.
Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt eine Vorrichtung 30 zur Bearbeitung eines Substrates 2. Das Substrat kann z.B., gemäß 1, ein blanker, nicht isolierter Draht, beispielsweise ein Schweißdraht sein. Das Substrat 2 wird entlang der Bewegungsrichtung des Pfeiles 3, also bezüglich 1 nach rechts, durch die Vorrichtung 30 hindurchbewegt. Es wird einem Atmosphärendruck-Niedertemperatur-Plasma 1 ausgesetzt, welches als Atmosphärendruck-Glimmentladungsplasma ausgebildet ist. Im Folgenden wird der Begriff Atmosphärendruck-Glimmentladungsplasma der Einfachheit halber auf den Begriff Plasma verkürzt.
Mit dem Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung 30 können beliebige Substrate 2 zylindrischen Querschnittes, insbesondere kreisförmigen oder ellipsenförmigen Querschnittes, bearbeitet werden, die eine elektrisch leitende Außenfläche 33 aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist ein Draht, typischerweise ein Metalldraht, aus Vollmaterial dargestellt. Hier kann eine Ultrafeinreinigung zur Entfernung der Rückstände des Ziehprozesses bei der Herstellung des Drahtes oder die Entfernung von Restoxyden beabsichtigt sein.
Die Vorrichtung 30 gemäß 1 umfasst zunächst eine Einrichtung 8 nach Art eines Erdungskonnektors, der die elektrisch leitende Außenfläche 33 des Substrates 2 unmittelbar galvanisch kontaktiert. Der Erdungskonnektor 8 kann beispielsweise als Schleifer oder als Rolle ausgebildet sein. Unbeachtlich ist, ob sich der Erdungskonnektor in Bewegungsrichtung 3 des Substrates 2 vor oder hinter dem Prozessraum 18 befindet, der wie folgt erläutert werden soll:
Der Prozessraum 18 wird von einem Gehäuse 19 begrenzt, welches im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel der 1 besteht das Gehäuse 19 aus elektrisch nicht leitendem Material und weist einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Der Prozessraum 18 ist dementsprechend ebenfalls zylindrisch mit kreisringförmigem Querschnitt ausgebildet.
Axial endseitig des Prozessraumes 18 ist eine Anschlusseinheit 6 für den Einlass eines Arbeitsgases vorgesehen, welches durch eine Gaseinlassöffnung 16 entlang der Flussrichtung des Pfeiles 9 in den Prozessraum 18 eintreten kann. Durch eine entsprechende Anschlusseinheit 7 kann das Abgas, also das verbrauchte Arbeitsgas, den Prozessraum 18 durch einen Gasauslass 17 hindurch verlassen, was durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Nicht dargestellt ist der übrige Teil des Gasleitungssystems, welches typischerweise geschlossen ist und beispielsweise eine Wiedergewinnung von wertvollem Helium ermöglicht.
Das Substrat 2 kann dem Prozessraum 18 durch eine Eintrittsöffnung 31 betreten und verlässt diesen durch eine Austrittsöffnung 32. Die Eintrittsöffnung 31 und die Austrittsöffnung 32 sind typischerweise gleichgroß und von gleichem Querschnitt und weisen einen auf den Querschnitt des Substrates 2 angepassten Querschnitt auf. Da der Prozessraum 18 unter Atmosphärendruck steht und keinerlei Vakuumpumpen oder Vakuumanschlüsse erforderlich sind, können die Eintrittsöffnung 31 und die Austrittsöffnung 32 das Substrat 2 mit einem großen Radialabstand umgreifen. Hohe Relativgeschwindigkeiten des Substrates 2, die zu Vibrationen führen können, sind daher möglich.
Die Eintrittsöffnung 31 und die Austrittsöffnung 32 können darüber hinaus auch noch deutlich größer, als in der lediglich schematisch angedeuteten Zeichnung gezeigt, ausgelegt werden, so dass ohne weiteres auch ungleichmäßige Querschnitte des Substrates 2, die sich beim Herstellungsverfahren des Substrates 2 teilweise nicht gänzlich vermeiden lassen, tolerierbar sind. Auch für den Fall, dass sukzessive unterschiedliche Substrate 2 durch die Vorrichtung 30 hindurchgeführt werden sollen, ist eine Umrüstung der Vorrichtung 30 baulicher Art nicht erforderlich, falls sich die Querschnittsfläche des Substrates 2 nur um weniger als 50 % ändert.
Das Gehäuse 19 wird beim Ausführungsbeispiel der 1 von einem Hohlkörper 15 mit kreisringförmigem Querschnitt gebildet, der z.B. als Quarzrohr ausgebildet ist. Das Quarzrohr 15 wird etwa axial mittig von einer Elektrode 4 aus metallischem Werkstoff in Umfangsrichtung vollständig umgriffen. Die Elektrode 4 ist ebenfalls als zylindrischer Körper mit kreisringförmigem Querschnitt, also rohrförmig, ausgebildet.
Das Substrat 2 ist mit Hilfe des Erdungskonnektors 8 mit der elektrischen Erde 12 verbunden. Ein Vorteil der direkten Erdung besteht darin, dass Probleme mit einer hohen Spannung auf der gesamten Substratlänge und auf allen elektrisch leitenden Komponenten des Substrat-Fördersystems vermieden werden.
Mit der Elektrode 4 und mit dem Erdungskonnektor 8 ist ein Generator 11 für eine Wechselspannung verbunden. Der Generator 11 weist zwei Anschlusspole 29a, 29b auf. Der Anschlusspol 29a ist unmittelbar mit der Elektrode 4 verbunden und der Anschlusspol 29b ist geerdet, liegt also auf gleichem Potential wie die Außenfläche 33 des Substrates 2. Dementsprechend wird auf die Elektrode 4 die hohe Spannung aus der Spannungsversorgung 11 angelegt.
Die Entladung 1, also das Plasma, wird zwischen der Elektrode 4 und dem Draht 2 gezündet. Sie wird durch den rohrförmigen, dielektrischen Hohlkörper 15 (z.B. ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von wenigen mm bis zu mehreren cm) beim Übergang zur Bogenentladung behindert. Der Hohlkörper 15 stellt somit eine dielektrische Barriere 5 dar.
Je nach Durchmesser und Wanddicke der dielektrischen Barriere 5 betragen die angelegten Spannungen einige kV bis zu einigen zehn kV und die Frequenz zwischen 1 und 100 kHz. Da die Feldstärken und Stromdichten direkt an der Außenfläche 33 des Drahtes 2 am höchsten sind, brennt auch dort die intensivste Entladung. Dadurch wird eine hohe Effizienz der Ausnutzung der elektrischen Leistung erreicht.
Das Arbeitsgas wird durch den Gaseinlass 16 in das Quarzrohr eingeführt und zum Fließen entlang des Substrates 2 durch den Prozessraum gezwungen. Die Flussrichtung des Gases durch den Prozessraum 18 entspricht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 der Bewegungsrichtung 3 des Substrates 2. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 ist die Möglichkeit des Betriebes mit beliebiger Gasmischung.
Bevorzugt werden solche Gasmischungen, die zum größten Teil aus einem langlebige metastabil angeregte Spezies besitzenden Gas bestehen. Sie werden im Weiteren als Trägergas bezeichnet. Zu den Trägergasen gehören z.B. Helium, Argon, Neon, Stickstoff und deren Mischungen. Eine zur Entfernung von organischen Rückständen geeignete Gasmischung besteht aus 98% Helium oder Argon und 2% Sauerstoff. Eine Gasmischung bestehend aus einem Trägergas mit einer geringen Beimischung von Wasserstoff bewirkt eine effiziente Reduktion oder Entfernung oxydischer Rückstände von der Drahtoberfläche. Die Reaktionsprodukte solcher Vorgänge werden durch die Abgasabsaugung (nicht dargestellt) aus dem Entladungsbereich 1 der Vorrichtung 30 entfernt. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich z.B. eine Anlage zur Wiederaufbereitung des Arbeitsgases und zur Rückgewinnung von Helium verwenden. Derartige Geräte gehören zum Stand der Technik bei anderen bekannten Systemen zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas 1.
Eine kritische Komponente der Vorrichtung 30 ist der Erdungskonnektor B. Die typische Ausführung dieser Komponente ist ein Schleifer oder eine Umlenkrolle. Bei einem Schleifer ist eine Beschädigung oder Verunreinigung der Drahtoberfläche 33 bei bestimmten Anwendungsfällen nicht auszuschließen. In beiden Fällen kann es auch zu einem nicht vollständigen elektrischen Kontakt zwischen dem Schleifer oder der Umlenkrolle und dem Draht kommen. In dem dadurch entstehenden Luftspalt 13 können parasitäre Entladungen zünden, die unter Umständen zur Beschädigung der Drahtoberfläche führen können. Um eine derartige Beschädigung zu vermeiden, kann anstelle des Erdungskonnektors 8 ein kapazitiver Koppler (in 1 nicht dargestellt) eingesetzt werden. In diesem Fall berührt der Erdungskonnektor 8 das Substrat nicht direkt sondern über eine dünne Isolierung hindurch. Auch in diesem Fall sollte zwischen der Innenflächen des Isolators und der Außenfläche 33 des Substrates 2 kein Luftspalt entstehen, um die parasitären Entladungen zu vermeiden.
Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt eine Vorrichtung 30, die von ihrem Grundaufbau her dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 30 gemäß
1 ähnlich ist. Anstelle eines Erdungskonnektors 8, der die Außenfläche 33 des Substrates 2 unmittelbar kontaktiert, zeigt das Ausführungsbeispiel der 2 einen Erdungskonnektor 8, der eine kapazitive Kopplung des Masseanschlusses 12 an das Substrat 2 ermöglicht.
Das Substrat 2 ist hier ein isolierter Draht, der über eine Seele 20 und eine Isolier-Umhüllung 22 verfügt. Die innere Seele 20 stellt in diesem Falle die leitende Ader 21 des Substrates 2 dar, wohingegen beim Ausführungsbeispiel der 1 die leitende Ader 21 von dem blanken Draht 2 unmittelbar gebildet worden ist.
Die Außenfläche 33 des Substrates 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 besteht nunmehr aus einem elektrisch nicht leitenden Material. Durch eine kapazitive Kopplung kann die leitende Ader 21 des Substrates 2 auch in diesem Falle auf Erdpotential gelegt werden.
Auch hier ist dafür zu sorgen, dass zwischen der Drahtisolierung 22 und dem Erdungskonnektor 8 kein Luftspalt 13 entsteht, dessen Dimension eine parasitäre Entladung hervorruft.
Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung 30 spielen die elektrischen Eigenschaften der Drahtisolierung 22 eine besondere Rolle. Da der gesamte Strom der Entladung durch die Drahtisolierung 22 in Form eines Verschiebungsstromes fließen muss, darf das Isoliermaterial keine großen dielektrischen Verluste bei der Betriebsfrequenz aufweisen. Auch eine ausreichende Durchschlagfestigkeit muss gewährleistet werden. Andersfalls droht nicht nur die Zerstörung der Isolierschicht 22 selbst sondern auch die Beschädigung der Vorrichtung 30.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist aufgrund der geringen Durchschlagfestigkeit der Isolier-Umhüllung 22 des Substrates 2 eine dielektrische Barriere 5 in Form eines beispielsweise als Quarzrohres ausgebildeten Hohlkörpers 15 vorgesehen.
Für den Fall, dass ein isoliertes Substrat 2 bearbeitet wird, dessen Isolier-Umhüllung eine ausreichend hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit und ausreichend niedrige dielektrische Verluste bei der Betriebsfrequenz aufweist, kann die Isolierumhüllung 22 des Substrates 2 die Rolle der dielektrischen Barriere 5 übernehmen. Demzufolge kann auf den dielektrischen Hohlkörper 15 als Komponente der Vorrichtung 30 verzichtet werden.
Eine solche Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine gesonderte Erdung der leitenden Ader 21 des Substrates 2 nicht erforderlich. Dieses Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 30 kann Substrate bearbeiten, bei denen die Außenseite 33 des Substrates 2 nicht elektrisch leitend ist, also beispielsweise isolierte Drähte. Es können auch, wie dargestellt, Koaxial-Kabel (abgeschirmte Kabel) bearbeitet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist das Substrat 2 aus vier Bestandteilen zusammengesetzt: Im Innern des Substrates 2 befindet sich eine metallische Seele 20, die von einer ersten Isolier-Umhüllung 23 umgeben ist. Diese ist wiederum von einer metallischen Abschirmung 24 umgeben, welche beispielsweise als Drahtgeflecht ausgebildet ist. Die Abschirmung 24 stellt, was später beschrieben wird, die leitende Ader 21 dar.
Die metallische Abschirmung 24 ist ihrerseits von einer weiteren Isolier-Umhüllung 22 umgeben. Die Außenfläche 33 wird somit von einem nicht elektrisch leitenden Material bereitgestellt.
Aufgrund der Isolierschicht 22 wäre eine galvanische elektrische Kontaktierung der Abschirmung 24 mit einem Anschlusspol 29a, 29b der Hochspannungsversorgung 11 nur an einem der Kabelenden möglich. Da die Kabel 2 während eines Behandlungsprozess typischerweise von einer ersten Spule abgewickelt und auf eine zweite Spule aufgewickelt werden und eine große Länge besitzen, würde solche Kontaktierung zu großen Verlusten der Effizienz in Folge eines hohen ohmschen Widerstandes und einer hohen Induktivität eines langen Abschnittes der Kabelabschirmung 24 führen. Aus diesem Grunde wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine kapazitive Kopplung zwischen der leitenden Ader 21 des Substrates 2 und dem Erdungskonnektor 8 vorgenommen.
Das Ausführungsbeispiel der 3 zeigt darüber hinaus einen geänderten Aufbau der Vorrichtung 30. Anstelle eines elektrisch nicht leitenden Hohlkörpers 15, der bei dem Ausführungsbeispiel der 2 die Funktion der dielektrischen Barriere 5 übernommen hat, wird beim Ausführungsbeispiel der 3 das Gehäuse 19 des Prozessraumes 18 unter anderem von der Elektrode 4 gebildet. Diese ist in der lediglich schematisch zu verstehenden Prinzipzeichnung der 3 als axial langgestreckter, zylindrischer Körper mit kreisringförmigem Querschnitt ausgebildet. Die Funktion der dielektrischen Barriere 5 übernimmt die äußere Isolier-Umhüllung 22 des Substrates 2.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 ist in 4 dargestellt. Hier wird als Substrat 2 ein isolierter Draht 2 dargestellt, der eine innere metallische Seele 21 und eine Isolier-Umhüllung 22 aufweist. Mit diesem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 30 können jedoch gleichermaßen auch Substrate 2 bearbeitet werden, die eine elektrisch leitende Außenfläche 33 besitzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist, ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2, ein Hohlkörper 15 vorgesehen, der aus nicht elektrisch leitendem Material besteht, und beispielsweise von einem Quarzrohr mit kreisringförmigem Querschnitt gebildet sein kann.
Nunmehr sind zwei Elektroden 4 vorgesehen, in Form einer ersten Elektrode 27 und einer zweiten Elektrode 28, die axial voneinander beabstandet sind. Beide Elektroden 27, 28 entsprechen jeweils von ihrem Aufbau her der in 1 und 2 dargestellten Elektrode 4.
Die erste Elektrode 27 ist mit dem ersten Anschlusspol 29a und die zweite Elektrode 28 ist mit dem zweiten Anschlusspol 29b des Wechselspannungsgenerators 11 verbunden.
Gemäß 4 kommt es zur Entstehung zweier Entladungen 1, einer ersten Entladung 25 und einer zweiten, axial beabstandeten Entladung 26.
Von der ersten Elektrode 27 fließen Verschiebungsströme zu der leitenden Ader 21 des Substrates 2. Dabei wird in dem Ringraum zwischen dem Hohlkörper 15, der eine dielektrische Barriere 5 bildet, und der Isolier-Umhüllung 22 des Substrates 2 die Entladung 25 bevorzugt an der Außenfläche 33 des Isoliermaterials 22 gezündet. Der Strom fließt durch die leitende Ader 21 des Substrates 2 in die axiale Position der zweiten Elektrode 28. Der Verschiebungsstrom fließt dann von der leitenden Ader 21 des Substrates 2 durch die Isolier-Umhüllung 22 des Substrates 2 und den Hohlkörper 15 hindurch zu der zweiten Elektrode 28. Dabei wird in dem Ringraum zwischen der Isolier-Umhüllung 22 des Substrates 2 und dem Hohlkörper 15 die zweite Entladung 26 gezündet.
Vorzugsweise sind die erste und die zweite Elektrode 27, 28 identisch ausgebildet. Weiter vorzugsweise wird an die beiden Elektroden grundsätzlich eine identische Spannungsamplitude mit umgekehrtem Vorzeichen angelegt. Auf diese Weise übernimmt die leitende Ader 21 die Rolle einer floatenden Elektrode, die auf Erdpotential liegt.
Der axiale Abstand zwischen den Elektroden 27, 28 muss groß genug sein, um den direkten Durchgriff der Entladung von der ersten Elektrode 27 zu der anderen Elektrode 28 zu vermeiden, weil dann die Intensität der Entladung direkt am Substrat 2 wesentlich herabgesetzt würde.
Dank der symmetrisch gekoppelten Elektroden 27, 28 sind die Potentialschwankungen der leitenden Ader 21 des Substrates 2 auf den Abschnitten, die sich außerhalb der Vorrichtung befinden, sehr gering, wodurch die Verluste und die Pegel von EM-Störungen minimiert werden.
Auch bei dem vierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 30 mit symmetrisch gekoppelten Elektroden 27, 28 kann unter Umständen auf den Hohlkörper 15 als dielektrische Barriere 5 als Komponente der Vorrichtung 30 verzichtet werden. Die dementsprechende Version der Vorrichtung 30 ist als fünftes Ausführungsbeispiel in 5 dargestellt. Um eine Bogenentladung zwischen den Elektroden 27 und 28 zu vermeiden, muss eine ausreichend lange Isolierstrecke eingeführt werden, die von einem ringförmigen oder rohrförmigen Element 14 aus geeignetem, elektrisch nicht leitendem Material gebildet werden kann.
Lediglich schematisch ist in 1 angedeutet, dass ein schichtbildendes Gas über eine gesonderte Zuführung 34 in den Prozessraum 18 eingeführt werden kann. Vorteilhafterweise befindet sich die Zuführung 34 in Strömungsrichtung 3 des Gases hinter dem Bereich 1 des Plasmas. Dies hat den Vorteil, dass metastabil angeregte Teilchen von der Gasströmung mitgerissen werden und distanziert von dem Plasmabereich 1 mit den schichtbildenden Gasen etwa im Bereich der Zuführung 34 ungestört von dem Plasma 1 mit dem Substrat 2 zusammenwirken können.

Claims

Vorrichtung (30) zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader (21) aufweisenden Substraten (2), wie Drähte, Kabel, od. dgl., mit einem Prozessraum (18), der eine Eintrittsöffnung (31) und eine Austrittsöffnung (32) für das insbesondere kontinuierlich relativ zu der Vorrichtung bewegte Substrat aufweist, wobei durch Anlegen einer Spannung an wenigstens eine dem Prozessraum zugeordnete, fest an der Vorrichtung angeordnete Elektrode (4) in dem Prozessraum (18) ein Plasma (1) zündbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, dass zwischen der Elektrode (4) und der als Gegenelektrode fungierenden, leitenden Ader (21) des Substrates (2) eine dielektrische Barriere (22, 15, 5) angeordnet ist, und dass das Plasma (1) als Atmosphärendruck-Niedertemperaturplasma, insbesondere als Atmosphärendruck-Glimmentladungsplasma (APG-Plasma), ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum (18) von einem länglichen Gehäuse (19) umgeben ist, das in seinem Querschnitt im wesentlichen an den Querschnitt des zylindrischen Substrates (2) angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prozessraum (18) ein Gaseinlass (16) und ein Gasauslass (17) zugeordnet ist, und dass der Prozessraum (18) von einer Gasströmung durchlaufen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung (3) des Substrates (2) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung das Substrat (2) auf seiner Außenfläche (33) im wesentlichen gleichmäßig umströmt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma (1) in dem Prozessraum (18) unter Atmosphärendruck brennt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung eine Hochspannung mit einer Spannungsamplitude zwischen 1 kV und 100 kV ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung eine Frequenz zwischen 1 kHz und 100 kHz aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (33) des Substrates (2) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, elektrisch leitend ausgebildet ist und die leitende Ader (21) des Substrates bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgung (11) mit zwei Anschlusspolen (29a, 29b) vorgesehen ist, deren erster Anschlusspol (29a) mit der Außenfläche (33) des Substrates und deren zweiter Anschlusspol (29b) mit der Elektrode (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Konnektierung der Außenfläche (33) des Substrates (2) eine dessen Außenfläche (33) berührende Vorrichtung (8), beispielsweise eine Rolle oder ein Schleifer, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (33) des Substrates (2) geerdet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (33) des Substrates (2) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolier-Umhüllung (22) die leitende Ader (21) des Substrates (2) im wesentlichen vollständig umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolier-Umhüllung (22) die dielektrische Barriere (5) ausbildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) als Koaxial-Kabel ausgebildet ist, dessen elektromagnetische Abschirmung (24) die leitende Ader (21) bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die außenseitige Isolier-Umhüllung (22) des Substrates (2) die dielektrische Barriere (5) bereitstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) als Isolierdraht ausgebildet ist, dessen Seele die leitende Ader (21) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolier-Umhüllung (22) des Isolierdrahtes die dielektrische Barriere (5) ausbildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgung (11) mit zwei Anschlusspolen (29a, 29b) vorgesehen ist, deren erster Anschlusspol (29a) kapazitiv an die leitende Ader (21) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4, 27, 28) das Substrat (2) in Umfangsrichtung, unter Belassung des Prozessraumes (18) durch radiale Beabstandung, vollständig umgreift.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4, 27, 28) im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und koaxial zu dem Substrat (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Elektrode (4, 27, 28) an den Querschnitt des Substrats (2) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Barriere (5) von einem Hohlkörper (15) aus elektrisch nicht leitendem Material gebildet ist, der das Substrat (2) in Umfangsrichtung im wesentlichen vollständig umgreift, und der innerhalb der Elektrode (4, 27, 28) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, axial voneinander beabstandete Elektroden (27, 28) vorgesehen sind und dass die leitende Ader (21) gegenüber beiden Elektroden als Gegenelektrode fungiert.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (27, 28) mit zwei Spannungen mit gleicher Amplitude aber mit unterschiedlichen Vorzeichen (5) beaufschlagt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden zu der leitenden Ader eine im wesentlichen gleiche Kapazität besitzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (27, 28) zwei Atmosphärendruck-Niedertemperatur-Plasmabereiche (25, 26) erzeugen, die in Bewegungsrichtung (3) des Substrates (2) axial voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit dieser auf Anspruch 3 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas aus einem Trägergas und/oder aus einem chemisch aktiven Gas besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas wenigstens ein Gas aus der Gruppe von Gasen He, Ne, Ar, Kr, Xe, N₂, CO₂ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das chemisch reaktive Gas wenigstens ein oxidierendes Gas, beispielsweise O₂, CO, NOx, oder wenigstens ein reduzierendes Gas, beispielsweise N₂, oder wenigstens ein in einem Plasma eine Abscheidung verursachendes Gas oder ein solcher Dampf, wie beispielsweise Silane, Siloxane, Silasane, Polyolefine, Fluorkohlenwasserstoffe, Fluorchlorwasserstoffe, ist oder aus einer Mischung vorgenannter Gase beziehungsweise Dämpfe besteht.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung (34) von einem schichtabscheidenden Gas in den Prozessraum (18) vorgesehen ist, wobei die Zuführung beabstandet von dem Bereich (1, 25, 26) des Plasmas erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (34) in Bewegungsrichtung (3) des Gases hinter dem Plasma-Bereich (1, 25, 26) erfolgt.