Gegenstand der Anmeldung, AnwendungsbereicheSubject of registration, areas of application
Die Anmeldung beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zur Reinigung und
Entfettung von Teilen, insbesondere aus Metallen, mittels einer Niederdruck-
Gasentladung (Plasma). Die Reinigung und Entfettung von Teilen ist in der industri
ellen Praxis vielfältig erforderlich. Bei der Herstellung und Bearbeitung werden Me
tallteile verschmutzt, z. B. durch Bohröl. Weiterhin werden Öle und Wachse zur
temporären Konservierung von Metallteilen zwischen den Fertigungsschritten ver
sendet. Vor einer Oberflächenbehandlung durch Lackieren (ggfs. mit Vorbehand
ungsschritten wie Phosphatierung) oder Galvanisieren wie auch vor Montagevor
hängen müssen die Teile gereinigt und ggfs. entfettet werden. Das hier beschriebene
Verfahren ermöglicht dieses mit ökonomischen und ökologischen Vorteilen ge
genüber dem Stand der Technik.The application describes an arrangement and a method for cleaning and
Degreasing of parts, especially from metals, by means of a low pressure
Gas discharge (plasma). Parts are cleaned and degreased in industry
practice is required in many ways. Me
tall parts dirty, e.g. B. by drilling oil. Furthermore oils and waxes become
temporary preservation of metal parts between production steps
sends. Before a surface treatment by painting (if necessary with pretreatment
steps such as phosphating) or galvanizing as well as before assembly
the parts must be cleaned and degreased if necessary. The one described here
The process enables this with economic and ecological advantages
compared to the state of the art.
Stand der TechnikState of the art
Die Reinigung und Entfettung erfolgt derzeit in der im allgemeinen durch chemische
Bäder. Die chemischen Bäder bestehen aus Laugen oder Säuren von naturgemäß
aggressivem Verhalten. Da sich die Chemikalien bei Benutzung verbrauchen, fallen
große Mengen (Sonder)mülls zur Entsorgung an oder es werden aufwendige Auf
bearbeitungsanlagen benötigt. Weiterhin werden die Bäder zur besseren Aktivierung
häufig beheizt, was einen erheblichen Energieaufwand erfordert. Anschließende
Trocknungsschritte benötigen ggfs. ebenfalls viel Energie.The cleaning and degreasing is currently done in general by chemical
Baths. The chemical baths consist of alkalis or acids by nature
aggressive behavior. As the chemicals use up in use, fall
large quantities (special) waste for disposal or there are expensive up
processing systems needed. Furthermore, the baths are used for better activation
often heated, which requires a considerable amount of energy. Subsequent
Drying steps may also require a lot of energy.
Mechanische Verfahren, wie Schleifen, Polieren, Bürsten, Sandstrahlen oder Glas
perlen werden häufig zusätzlich, jedoch nur selten alternativ eingesetzt. Da sich
mechanische und chemische Wirkung kaum substituieren, sind damit zur Reinigung
und Entfettung von Teilen häufig zwei Arbeitsgänge nötig.Mechanical processes such as grinding, polishing, brushing, sandblasting or glass
pearls are often used additionally, but only rarely as an alternative. That I
Mechanical and chemical effects hardly substitute, are therefore for cleaning
and degreasing of parts often requires two operations.
Aufgabenstellung für die vorliegende Erfindung war es, ein neues Verfahren zur
Reinigung und Entfettung von Metallteilen zu schaffen, das dieses in einem Arbeits
schritt leistet (chemische und mechanische Wirkung) und keine chemischen Bäder
benötigt, um die Umwelt- und Entsorgungsproblematik präventiv zu lösen. Weiterhin
soll das Verfahren wenig Energie benötigen. Außerdem soll durch die entfallende
Entsorgung bzw. Aufbearbeitung von Reinigungsbädern ein Kostenvorteil erzielt
werden.The task for the present invention was to develop a new method
Cleaning and degreasing metal parts to create this in one working
step (chemical and mechanical effect) and no chemical baths
needed to preventively solve the environmental and disposal problems. Farther
the process should use little energy. In addition, due to the omitted
Disposal or processing of cleaning baths achieved a cost advantage
will.
In der Plasmatechnik gibt es diverse Beschichtungs- und Ätzverfahren (siehe z. B.
Rutscher/Deutsch: Plasmatechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983). Das Plas
maätzen wird in der Halbleiterindustrie eingesetzt, während beim Kathodenzerstäu
ben ein sogenanntes Sputterätzen als Vorbehandlungsschritt für die anschließende
Beschichtung dient.There are various coating and etching processes in plasma technology (see e.g.
Rutscher / German: Plasmatechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983). The Plas
Maatzen is used in the semiconductor industry, while cathode sputtering
a so-called sputter etching as a pretreatment step for the subsequent one
Coating serves.
Beschreibung der VerfahrensDescription of the procedure
Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch einen Plasmabehandlungsschritt
in einem Plasmabehandlungsapparat (Fig. 1) gelöst. Hierzu wird das Werkstück (1)
in eine Vakuumkammer (2) eingebracht, welche durch eine Vakuumpumpenanord
nung (3) evakuiert wird. Daraufhin wird ein Prozeßgas eingelassen (4) und mittels
einer Spannungsversorgung (5) eine Gasentladung gezündet.
The task is solved according to the invention by a plasma treatment step in a plasma treatment apparatus ( FIG. 1). For this purpose, the workpiece ( 1 ) is placed in a vacuum chamber ( 2 ) which is evacuated by a vacuum pump arrangement ( 3 ). A process gas is then admitted ( 4 ) and a gas discharge is ignited by means of a voltage supply ( 5 ).
Die Spannungsversorgung wird dabei für die Reinigung von Metallteilen vorzugs
weise eine Gleichspannungsquelle sein, deren negativer Pol elektrisch leitend mit
dem zu behandelnden Werkstück verbunden wird und deren positiver Pol an die
Kammer (Masse) angeschlossen wird. Alternativ können Wechselspannungs-, Mit
telfrequenz-, Hochfrequenz-, oder Mikrowellenversorgungen mit diversen Elektro
den- und Antennenkonfigurationen verwendet werden. Dies ist insbesondere zur
Reinigung von nichtleitenden Teilen notwendig.The power supply is preferred for cleaning metal parts
as a DC voltage source, the negative pole of which is electrically conductive
the workpiece to be treated is connected and its positive pole to the
Chamber (mass) is connected. Alternatively, AC, With
telfrequency, high-frequency, or microwave supplies with various electronics
and antenna configurations are used. This is especially for
Cleaning of non-conductive parts necessary.
Die Reinigungswirkung beruht auf zwei Mechanismen: Der chemischen und der
physikalischen Ätzwirkung. In der Gasentladung entstehen geladene (ionisierte)
Teilchen, die aufgrund der thermischen Plasmaenergie eine kinetische Energie
(Geschwindigkeit) besitzen und durch elektrische Feldstärken beschleunigt werden.
Diese Teilchen prallen auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes und
bewirken eine mechanische Reinigung derselben. Weiterhin entstehen im Plasma
Radikale des ionisierten Gases, die je nach Zusammensetzung des Prozeßgases
eine wirksame chemische Ätzwirkung hervorrufen. Edelgase wie Argon bewirken
demnach eine primär mechanische Reinigung, während Reaktivgase unterschiedli
che chemische Reinigungswirkungen erzeugen. Durch Mischung des Prozeßgases
kann die Kombination dieser Reinigungswirkungen beeinflußt werden.The cleaning effect is based on two mechanisms: the chemical and the
physical caustic effect. In the gas discharge, charged (ionized)
Particles that are kinetic energy due to the thermal plasma energy
Possess (speed) and are accelerated by electric field strengths.
These particles hit the surface of the workpiece to be treated and
cause mechanical cleaning of the same. Furthermore arise in the plasma
Radicals of the ionized gas, depending on the composition of the process gas
cause an effective chemical etching effect. Cause noble gases such as argon
therefore primarily mechanical cleaning, while reactive gases differ
generate chemical cleaning effects. By mixing the process gas
the combination of these cleaning effects can be influenced.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß keine Bäder benötigt werden und die damit
verbundenen Probleme, wie Umweltbelastung, Entsorgung und Aufbereitung ver
mieden werden. Die Plasmaheizung ist sehr effektiv und damit energiesparend.
Falls für spezielle Verschmutzungen als Prozeßgasanteil giftige Reaktivgase ver
wendet werden müssen, so werden diese durch die Radikalbildung sehr effizient
eingesetzt. Es werden also nur sehr geringe Mengen benötigt, die einfacher ent
sorgt werden können als bei herkömmlichen Verfahren.The advantage of this method is that no baths are required and therefore
related problems, such as environmental pollution, disposal and reprocessing
be avoided. The plasma heating is very effective and therefore energy saving.
If, for special contaminants, process gases contain toxic reactive gases
must be used, these become very efficient due to the radical formation
used. So only very small amounts are required, which ent easier
can be taken care of than with conventional methods.