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Die
Anordnung zur Oberflächenbehandlung von
Schüttgut
in einer Plasmazone wird bei der Oberflächenmodifizierung von Schüttgut angewendet,
wobei ein kontinuierlicher Transport ermöglicht werden soll.
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[Stand der Technik]
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Die
Oberflächenmodifizierung
von Schüttgut durch
Niedertemperatur-Plasmaverfahren
findet in der Regel im Niederdruckbereich statt. Bei diesen Verfahren
kommen bestimmte Techniken zur Fluidisierung des Schüttgutes
zum Einsatz, um eine homogene Plasmabehandlung zu gewährleisten.
Dazu gehören
die nachfolgend aufgeführten
Verfahren: Rüttelbett-Reaktor,
Wirbelschicht-Reaktor,
Drehtrommel-Reaktor.
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Die
Anregungen der Plasmen in diesen Reaktoren finden im Vakuum statt.
Die Erzeugung des Vakuums ist jedoch mit einem apparativen Aufwand verbunden.
Es sind Pumpstände
erforderlich, die Reaktoren müssen
gegen den Außendruck
abgedichtet sein, wodurch kontinuierliche Behandlungsprozesse sehr
kompliziert sind (
DE
19612270 C1 ). In der Regel werden die Prozesse im Batch-Betrieb
gefahren. Diese Umstände
wirken sich sehr stark auf die Kosten für die plasmachemische Modifizierung
aus, so dass diese Behandlungsmethoden für industrielle Anwendungen
häufig
unattraktiv sind.
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Für die Pulverbehandlung
bei Atmosphärendruck
sind nur wenige Beispiele bekannt. Hierbei kommen Wirbelschicht-
und Festbettreaktoren zum Einsatz. (S. Kodama, H. Sekiguchi, Proceedings,
16. ISPC, Taormina, Italien, 22.–27.6.2003; M. Kogoma, K. Suzuki,
K. Tanaka, Proceedings, 16. ISPC, Taormina, Italien, 22.–27.6.2003)
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Die
Plasmen, die in diesen Reaktoren bei Atmosphärendruck erzeugt werden, lassen
nur die Behandlung kleiner Pulvermengen (bis zu einem Gramm) zu.
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Diese
Methode der Plasmabehandlung hat zwar gegenüber den Vakuumprozessen den
Vorteil, dass keine Ausrüstung
zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums benötigt wird,
die Pulvermengen, die behandelt werden können, sind jedoch relativ klein.
Weiterhin handelt es sich auch hier um Batch-Verfahren. Damit ist
dieser Prozess uneffektiv.
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Das
atmosphärische
Prozessplasmasystem aus
EP
1259975 B1 besteht aus zwei sich gegenüberliegenden Elektroden, die
einen Plasmabereich bilden und in einem gasdichten Einfassungsgehäuse angeordnet
sind. In dieser Anordnung werden sowohl Werkstücke als auch Endlosfäden mit
Plasma behandelt. Es eignet sich nicht zur Behandlung von Schüttgut.
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DE 4423471 A1 betrifft
eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von feinkörnigen Gütern, insbesondere Pulvern.
Es ist eine evakuierbare Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, die das
zu behandelnde Gut aufnimmt, und eine elektromagnetische Einrichtung,
die ein den Raum der Aufnahmeeinrichtung füllendes Gas zur Plasmabildung
anregt. Die elektromagnetische Einrichtung besteht aus einem Anregungsmittel
und Elektroden. Die Aufnahmeeinrichtung ist mit Mitteln versehen,
die das kontinuierliche Ein- und Abführen des Guts und ein Ein-
und Abführen
des Prozessgases erlauben. Die Förderstrecke besteht
aus einer Schwingförderstrecke,
einem Drehrohr oder aus einem Schneckenförderer und ist hermetisch verschlossen
ausgebildet. Die Plasmabildung bewirkende elektromagnetische Anregungseinrichtung
ist an oder in der Förderstrecke
angeordnet.
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Ein
Nachteil dieser Lösung
ist, dass der hermetische Verschluss der gesamten Anlage und die evakuierbare
Aufnahmeeinrichtung nur sehr aufwendig zu realisieren sind. Außerdem kann
diese Einrichtung nur bei einer evakuierbaren Einrichtung angewendet
werden und ist z.B. für
Plasmageneratoren mit dielektrisch behinderter Entladung ohne Vakuum nicht
geeignet.
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Weiterhin
ist es ein Nachteil des bisherigen Standes der Technik, dass während des
Transports durch die Plasmazone das Behandlungsgut elektrostatisch
aufgeladen wird. Aufgrund der Coulomb-Wechselwirkungen wirkt zwischen
den geladenen Teilchen des Behandlungsgutes eine anziehende Kraft,
die den Transport des Behandlungsgutes behindert. Vor allem Pulverteilchen
mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich haften an der Elektrode,
so dass der gesamte Transport zum Stehen kommt.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Diese
Nachteile sollen mit der folgenden Erfindung überwunden werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die
bei Atmosphärendruck
einen kontinuierlichen Transport von Teilchen durch eine Plasmazone
ermöglicht.
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Die
Lösung
erfolgt durch die erfindungsgemäße Anordnung
zur Oberflächenbehandlung
von Schüttgut
in einer Plasmazone bei Atmosphärendruck.
Dabei wird eine Anordnung zur Plasmaerzeugung mit einer Förderanordnung
so verbunden, dass die Grundplatte der Förderanordnung gleichzeitig Bestandteil
der Anordnung zur Plasmaerzeugung ist und mit einer oxidischen Schicht
oder einer Glasschicht bedeckt ist. Die Plasmaerzeugung erfolgt durch
dielektrische Barrieren-Entladung oder Koronaentladung.
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Eine
oxidische Schicht besteht aus den Oxiden des Fe, Ti, Al, Cu, z.B.
aus Fe3O4 oder TiO2, oder aus Erdalkalinitraten.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
besteht die Anordnung zur Erzeugung eines Atmosphärendruckplasmas
aus der als Elektrode ausgebildeten Grundplatte und einem Dielektrikum
mit einer darauf befindlichen Elektrode, wobei sich zwischen dem
Dielektrikum und der Grundplatte ein Spalt befindet.
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Als
Förderanordnung
kommen Schwing-, Blas- oder anderen Partikelförderern zum Einsatz.
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Der
Vorteil dieser neuen Anordnung gegenüber bisherigen besteht darin,
dass der Prozess kontinuierlich bei Atmosphärendruck durchgeführt werden kann.
Dieser Prozess benötigt
keine Vakuumvorrichtung und ist durch die kontinuierliche Zu- und Abfuhr des Behandlungsgutes
effektiver als der erwähnte diskontinuierliche
Atmosphärendruckprozess.
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[Beispiele]
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Die
Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 Apparatur
zur Erzeugung einer dielektrischen Barrieren-Entladung
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2 Apparatur
zur Erzeugung eines Atmosphärendruckplasmas
(Draufsicht)
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3 Anordnung
der Apparatur zur Erzeugung einer dielektrischen Barrieren-Entladung
und Schwingförderer
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Die
Erfindung betrifft eine Kombination aus einer Anordnung zur Plasmaerzeugung
bei Atmosphärendruck
und einem geeignetem Fördersystem, das
in der Lage ist, zu behandelndes Schüttgut durch die Plasmazone
kontinuierlich zu transportieren.
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Für die Plasmaerzeugung
kann die dielektrische Barrierenentladung oder die Koronaentladung genutzt
werden. Als Fördersystem
kommen Schwing-, Blas- oder
sonstige Partikelförderer
zum Einsatz.
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Weiterhin
muss die Elektrode, auf der das Schüttgut in der Behandlungszone
bewegt wird, mit bestimmten oxidischen Materialien beschichtet sein, um
die elektrostatische Anziehung zwischen Partikel und Elektrode gering
zu halten und damit den Transport des Behandlungsgutes in der Plasmazone
zu gewährleisten.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
besteht die Anordnung in einer Kombination aus einer Apparatur zur
Erzeugung eines Atmosphärendruckplasmas
und einer Schwingfördereinrichtung (1–3).
Die Apparatur zur Erzeugung eines Atmosphärendruckplasmas besteht aus
einer als Elektrode ausgeführten
Grundplatte (1) (Metallplatte aus Eisenblech), einem Dielektrikum
(2) aus temperaturbeständigem
Glas und einer darauf befindlichen Metallelektrode (3)
aus einem Nickelnetz. Zwischen der Glasplatte und der als Elektrode
ausgeführten Grundplatte
(1) befindet sich ein Spalt (4) von etwa 2 mm.
Der Spalt wird durch zwei Abstandshalter (5) gewährleistet,
die zwischen der Glas- und der Grundplatte (1) zu den Rändern hin
angebracht sind. Die Glasplatte wird mit den Abstandshaltern zwischen zwei
seitlich angebrachten Klemmleisten (9) und der Grundplatte
durch Schraubverbindungen (8) befestigt. Die Grundplatte
wird mit dem Schwingantrieb (7) verankert. Der Schwingantrieb
(7) setzt die Grundplatte mit der Anordnung für die dielektrische
Barrieren-Entladung in Schwingungen. Durch diese Schwingungen wird
das Schüttgut
durch den Spalt (4), in dem eine Gasentladung stattfindet,
durch Mikrowurfbewegungen transportiert. Die Gasentladung wird durch
Anlegen einer Wechselspannung an die als Elektrode ausgeführte Grundplatte
(1) und der Metallelektrode (3) aus Nickelnetz
auf der Glasplatte erzeugt. Während
des Transports durch den Entladungsraum wird die Oberfläche des
Schüttgutes (Pulver,
Granulat, Fasern) modifiziert. Auf diese Weise kann das Behandlungsgut
auf der einen Seite der Einrichtung kontinuierlich zu- und auf der
anderen Seite wieder abgeführt
werden.
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Während des
Transports durch die Plasmazone wird das Behandlungsgut elektrostatisch
aufgeladen. Aufgrund der Coulomb-Wechselwirkungen wirkt zwischen
den geladenen Teilchen des Behandlungsgutes eine anziehende Kraft,
die den Transport des Behandlungsgutes behindert. Vor allem Pulverteilchen
mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich haften dann an der Grundplatte
(1), so dass der gesamte Transport zum Stehen kommt. Wird
dagegen die Grundplatte (1) mit einer dielektrischen Schicht
(6) mit einer hohen Dielektrizitätskonstante versehen, so wird
die anziehende Kraft zwischen den geladenen Teilchen und der Grundplatte
geschwächt und
damit der Fluss des Behandlungsgutes gewährleistet. Als dielektrische
Schicht kämen
hier Materialien wie Fe3O4,
TiO2 oder Erdalkalititanate in Frage.
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Durch
diese beiden Maßnahmen – mechanischer
Förderung
und Verringerung der Anziehungskraft zwischen den geladenen Teilchen
des Behandlungsgutes – wird
ein kontinuierlicher Transport von Schüttgütern gewährleistet.
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- 1
- Grundplatte
- 2
- Dielektrikum
- 3
- Metallelektrode
- 4
- Spalt
- 5
- Abstandshalter
- 6
- Oxidische
Schicht
- 7
- Schwingantrieb
- 8
- Befestigungsschrauben
- 9
- Klemmleiste
- 10
- Austritt
des Behandlungsgutes
- 11
- Bewegungsrichtung
des Behandlungsgutes
- 12
- Aufgabefläche für das Behandlungsgut