EP2839721B1

EP2839721B1 - Plasmaroller

Info

Publication number: EP2839721B1
Application number: EP13720268.5A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Viöl; Christian VIÖL; Stephan Wieneke
Original assignee: Hochschule fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim Holzminden Gottingen
Current assignee: Hochschule fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim Holzminden Gottingen
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: WO2013156352A2; EP2839721A2; WO2013156352A3; DE102012103470A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts, bei dem eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 10 2006 011 312 A1 ist eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung bekannt, bei der an eine Elektrode, die eine dielektrische Abschirmung aufweist, eine Wechselhochspannung angelegt wird, um durch eine dielektrisch behinderte Gasentladung ein Plasma zu erzeugen. Das Plasma wird dabei in einem an die Abschirmung der Elektrode angrenzenden Volumen, in dem ein auf Atmosphärendruck befindliches Gas angeordnet ist, erzeugt, ohne dass der Vorrichtung eine Gegenelektrode zugeordnet ist. Um die für die Erzeugung des Plasmas notwendigen hohen elektrischen Feldstärken zu erreichen, ist eine Oberfläche der Elektrode mit Spitzen oder Nadeln versehen, um die sich aufgrund ihres geringen Krümmungsradius ein starkes elektrisches Feld ausbildet. So kann die Vorrichtung auch gegenüber schwach leitenden oder sogar isolierenden Objekten und ohne eine der Vorrichtung zugeordnete Gegenelektrode ein Plasma erzeugen. Die Vorrichtung kann als Handgerät ausgebildet sein, das zur Behandlung einer Oberfläche eines Objekts in einen geeigneten Abstand zu dem Objekt gebracht wird.
Aus der US 5,711,814 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formung einer dünnen Schicht auf einem Substrat bekannt, indem ein Plasma in einem Reaktionsgas erzeugt und die Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird. Das Substrat ist dazu zwischen einer Elektrode, an die die Wechselhochspannung zur Erzeugung des Plasmas angelegt wird, und einer Gegenelektrode angeordnet. Die Elektrode ist von dem Substrat beabstandet, wobei zwischen der Elektrode und dem Substrat ein Reaktionsgas vorliegt, in dem das Plasma erzeugt wird. Die Elektrode und die Gegenelektrode sind gegeneinander verstellbar, um ihren Abstand auf Substrate mit verschiedenen Dicken anzupassen, sodass der verbleibende Abstand zwischen der Oberfläche des Substrats und der Elektrode, über den das Plasma erzeugt wird, im Wesentlichen gleich bleibt. Um in dem Reaktionsgas unerwünschte, durch das Plasma erzeugte Bestandteile zu entfernen, ist die Elektrode drehbar gelagert. Aus der Drehung der Elektrode resultiert eine Strömung des Reaktionsgases durch den Bereich zwischen der Elektrode und dem Substrat, wodurch ein kontinuierlicher Austausch des Reaktionsgases erreicht wird. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind auch in der US 2009/0098311 A1 offenbart.
Auch aus der US 2009/0098311 A1 ist ein Verfahren zur Ausbildung einer Dünnschicht durch Abscheiden aus einem Plasma bekannt, bei welchem eine elektrische Wechselspannung an eine rotierende zylindrische Elektrode angelegt wird, deren Rotationsachse parallel zu einem Substrat verläuft. Das Plasma wird in einem Raum zwischen der rotierenden Elektrode und dem Substrat durch Anlegen einer Spannung im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz erzeugt.
Aus der US 2009/0120782 A1 ist eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung der Oberfläche einer Materialbahn bekannt. Die Materialbahn wird dabei über elektrisch isolierte Förderwalzen durch eine Kammer gefördert, in der das Plasma zur Behandlung der Oberfläche erzeugt wird. In der Kammer ist eine Elektrode, an die die Wechselhochspannung zur Erzeugung des Plasmas angelegt wird, als von den Förderrollen drehangetriebene massive Elektrodenwalze ausgebildet, und die Materialbahn wird in einem Abstand zu der massiven Elektrodenwalze durch die Kammer gefördert. Unterhalb der Materialbahn ist eine Walze aus elektrisch leitendem Material als Gegenelektrode angeordnet. Indem die Elektrodewalze und die Gegenelektrode gegeneinander verstellbar angeordnet sind, kann ihr Abstand für Materialbahnen mit verschiedenen Dicken angepasst werden, sodass der Abstand zwischen der zu behandelnden Oberfläche der Materialbahn und der Elektrode im Wesentlichen konstant bleibt.
Bei einer Ausführungsform der aus der US 2009/0120782 A1 bekannten Vorrichtung ist die Elektrodenwalze an ihrer Oberfläche aus einem porösen Metall ausgebildet. Die Oberfläche dieser porösen Elektrodenwalze kann an der Materialbahn anliegen, wobei sie mit einem Prozessgas, in dem das Plasma ausgebildet wird, durchspült wird.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen stellt sich heraus, dass um die Gasentladung zu erzeugen, die Elektrode und die zu behandelnden Oberfläche, die zwischen der Elektrode und einer Gegenelektrode angeordnet ist, entweder einen freien Abstand zueinander aufweisen müssen, der kontrolliert und unter vorgegebenen Umständen geeignet eingestellt werden muss, indem die Elektrode relativ zu der Oberfläche verschoben wird, oder dass eine Außenoberfläche der Elektrode so strukturiert sein muss, dass aufgrund ihrer Geometrie ausreichend hohe elektrische Felder für eine Gasentladung erzeugt werden, ohne dass eine Gegenelektrode erforderlich ist.
Aus der DE 10 2010 003 284 A1 ist ein Verfahren zur chemischen Aktivierung von Arbeitsgasen in abgeschlossenen Volumina bekannt. Die Aktivierung erfolgt durch eine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen Elektroden, die auf eine Abdeckung des jeweiligen abgeschlossenen Volumens aufgesetzt werden.
Aus der DE 10 2009 060 627 A1 ist eine Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmabehandlung einer als Gegenelektrode verwendeten unregelmäßig dreidimensional geformten Oberfläche eines elektrisch leitenden Körpers bekannt. Die Elektrodenanordnung weist eine flächige Elektrode und ein Dielektrikum auf, das zur Anordnung mit einem definierten Abstand zu der zu behandelnden Oberfläche zur Ausbildung eines kalten Plasmas ausgebildet ist. Das Dielektrikum ist durch ein flexibles flächiges Material gebildet, das auf seiner zu der zu behandelnden Oberfläche zeigenden Seite mit einer Struktur versehen ist, um Luftzuführungsbereiche auszubilden, wenn das Dielektrikum auf der zu behandelnden Oberfläche aufliegt. Die flächige Elektrode ist flexibel ausgebildet und an dem Dielektrikum so befestigt, dass eine Schicht des Dielektrikums die Elektrode von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt. Mit dieser Elektrodenanordnung kann eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 6 ausgebildet werden, wobei die Elektrode eine dielektrische Abschirmung an ihrer Oberfläche aufweist und die Oberfläche der Elektrode konvex gekrümmt ist. Die Verwendung der Elektrodenanordnung zur Plasmabehandlung der Oberfläche des Körpers verwirklicht dann die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Aus der US 5,935,460 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plasmaätzen bekannt. Dabei wird eine hochfrequente Wechselhochspannung an eine rotierende Elektrode angelegt, mit der ein Werkstück bearbeitet wird. Die Elektrode kann rotationssymmetrisch sein und an ihrer Oberfläche eine Isolatorschicht aus einem Material aufweisen, das beständig gegenüber Korrosion durch neutrale Radikale und bei einer angelegten hochfrequenten Wechselhochspannung nur einen kleinen dielektrischen Verlust verursacht ist.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens aufzuzeigen, durch die die Einstellung des zur Erzeugung der Gasentladung geeigneten Abstands zwischen der Elektrode und der zu behandelnden Oberfläche vereinfacht wird und bei denen eine dielektrisch behinderte Gasentladung ohne Gegenelektrode erzeugbar ist, ohne dass eine komplexe Strukturierung der Elektrode erforderlich ist.

LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 bis 11 zu entnehmen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts, bei dem eine Elektrode, die dem Objekt zugewandt eine konvexe Oberfläche aufweist, derart an die zu behandelnde Oberfläche des Objekts angenähert wird, dass sich benachbart eines Kontaktbereichs zwischen den Oberflächen mindestens ein Plasmabereich ausbildet, in dem beim Anlegen einer Wechselhochspannung an die Elektrode eine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen erzeugt wird. Dieses Verfahren ist einerseits dazu geeignet, um auch gegenüber isolierenden oder schwach leitenden Oberflächen eine dielektrisch behinderte Gasentladung zu erzeugen, ohne dass eine Gegenelektrode erforderlich ist. Andererseits muss kein bestimmter Abstand zwischen der Elektrode und der zu behandelnden Oberfläche eingehalten werden, sondern die Elektrode wird lediglich mit der Oberfläche in Kontakt gebracht, d. h. an diese angedrückt, wobei eine kleine Kontaktkraft ausreicht, eine größere Kontaktkraft, soweit weder die Elektrode noch die Oberfläche beschädigt werden, aber ebenfalls zulässig ist.
Die Elektrode wird mit ihrer konvexen Oberfläche an die Oberfläche des zu behandelnden Objekts angenähert, bis sich die Oberflächen in dem Kontaktbereich berühren. Benachbart zu dem Kontaktbereich werden aufgrund der Konvexität der konvexen Oberfläche der Elektrode Bereiche mit unterschiedlichen Abständen zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass in mindestens einem Bereich, der hier als Plasmabereich bezeichnet wird, der Abstand zwischen den Oberflächen dazu geeignet ist, dass beim Anlegen einer Wechselhochspannung an die Elektrode eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugt wird. Durch diese Gasentladung kann dann ein Plasma in dem Plasmabereich entstehen.
Der Kontaktbereich ist vorzugsweise punkt- oder linienförmig. Dabei ist punkt- oder linienförmig nicht im streng mathematischen Sinne zu verstehen, sondern der punktförmige Kontaktbereich kann auch eine grundsätzlich kreisförmige Kontaktfläche oder der linienförmige Kontaktbereich eine grundsätzlich rechteckige Kontaktfläche sein. Benachbart zu dem punktförmigen Kontaktbereich wird der Plasmabereich dann als Kreisringraum ausgebildet. Bei dem linienförmigen Kontaktbereich werden Plasmabereiche mit einer linienförmigen oder rechteckigen Projektion auf die Oberfläche ausgebildet.
Es versteht sich, dass sowohl ein definierter Kontaktbereich als auch definierte Plasmabereiche nur bei einer glatt geschlossenen konvexen Oberfläche der Elektrode ausgebildet werden. Die Elektrode ist daher an ihrer Oberfläche massiv, jedenfalls nicht porös.
Um die Plasmabehandlung von großen Bereichen der Oberfläche des Objekts vorzunehmen, die größer sind als der Plasmabereich, wird der Plasmabereich relativ zu der Oberfläche des Objekts bewegt. Dazu wird die Elektrode über die Oberfläche des Objekts hinweg bewegt. So können insbesondere Oberflächen von feststehenden Objekten, wie beispielsweise Hauswände, behandelt werden.
Die Elektrode wird relativ zu der Oberfläche des Objekts bewegt, indem die Elektrode mit ihrer konvexen Oberfläche über die Oberfläche des Objekts gerollt wird. Damit wird in einfacher Weise erreicht, dass der Kontaktbereich zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts wandert, ohne dass die Oberflächen durch ein Abtragen von Material oder Zerkratzen beschädigt werden.
Je nach Strukturierung der Oberfläche werden die Oberfläche und der Durchmesser der Elektrode so angepasst, dass diese über die gesamte Oberfläche des Objekts geschoben oder gerollt werden kann, ohne dass über einem Bereich der zu behandelnden Oberfläche kein Plasmabereich ausgebildet wird; mit dem Kontaktbereich selbst muss die Oberfläche nicht lückenlos abgefahren werden können. Die Oberfläche der Elektrode kann aber auch elastisch verformbar sein und sich so in dem Kontaktbereich an die Oberfläche des Objekts anpassen. Die Elektrode muss nicht so breit wie das Objekt sein, sondern kann in mehreren Spuren nebeneinander über das Objekt verfahren werden, um dieses insgesamt abzufahren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die dielektrisch behinderte Gasentladung vorzugsweise in einem Gas, das sich in dem Plasmabereich unter Atmosphärendruck befindet, erzeugt. Die Paschenkurve, d. h. die Auftragung der zum Erzeugen einer dielektrisch behinderten Gasentladung benötigten Wechselhochspannung über dem Elektrodenabstand multipliziert mit dem Gasdruck, weist für ein Gas bei Atmosphärendruck ein Minimum bei einem Abstand von etwa 10 µm auf. Dieser Idealabstand wird durch Abstand der Oberfläche der Elektrode von der Oberfläche des Objekts, der von null in dem Kontaktbereich stetig ansteigt, in jedem Fall überstrichen. So kann die Wechselhochspannung, die an die Elektrode angelegt wird, vergleichsweise klein gehalten werden, und umgekehrt bildet sich die Gasentladung, wenn die Wechselhochspannung vergleichsweise klein ist, ausschließlich in einem definierten Bereich um das Minimum der Paschenkurve aus. So beträgt der Abstand zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts in dem Plasmabereich typischerweise zwischen 5 und 20 µm. Die Breite und die Relativlage des Plasmabereichs zum Kontaktbereich hängen unter anderem von der Krümmung der konvexen Oberfläche der Elektrode und dem Verlauf der Oberfläche des Objekts ab.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts, die eine Elektrode mit einer konvexen Oberfläche und eine Wechselhochspannungsquelle zum Anlegen einer Wechselhochspannung an die Elektrode aufweist. Die Elektrode ist mit ihrer konvexen Oberfläche derart an die Oberfläche des Objekts annäherbar, dass sich benachbart eines Kontaktbereichs zwischen den Oberflächen mindestens ein Plasmabereich ausbildet, in dem sich beim Anlegen der Wechselhochspannung an die Elektrode eine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen ausbildet. Die Elektrode weist eine dielektrische Abschirmung an ihrer konvexen Oberfläche auf und/oder die Wechselhochspannung ist über eine Kopplungselektrode kapazitiv an die Elektrode angekoppelt.
Um die dielektrische Gasentladung zu erzeugen, ist die Elektrode so angeordnet, dass ihre konvexe Oberfläche die Oberfläche des Objekts in dem Kontaktbereich berührt. In benachbarten Bereichen sind die Oberflächen dann zunehmend voneinander beabstandet, wobei in mindestens einem Bereich, dem Plasmabereich, der Abstand zwischen den Oberflächen geeignet ist, dass beim Anlegen der Wechselspannung an die Elektrode die dielektrische behinderte Gasentladung erzeugt wird. Wenn die dielektrisch behinderte Gasentladung in dem unter Atmosphärendruck befindlichen Gas erzeugt wird, umfasst der Plasmabereich typischerweise sogar einen größeren Bereich, als er durch den Abstand zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts zwischen 5 und 20 µm vorgegeben wird.
Die für die dielektrische Gasentladung erforderliche Wechselhochspannung wird durch die Wechselhochspannungsquelle der Vorrichtung an die Elektrode angelegt. Typischerweise weist die Wechselhochspannung Spannungspulse mit Anstiegszeiten von nicht mehr als 5 µs, einer Pulsdauer von unter 10 µs und Amplituden von mindestens 30 kV auf, wobei die Spannungspulse bipolar sein können. Die Wiederholungsfrequenz der Spannungspulse ist vorzugsweise kleiner als 50 kHz. Dies begrenzt die Leistung der Gasentladung, so dass diese "kalt" bleibt, d. h. nicht wesentlich über Raumtemperatur ansteigt, und natürlich auch den Leistungsbedarf der Vorrichtung.
Um die Wechselhochspannung nur an die Elektrode anzulegen und somit eine Gasentladung in dem Plasmabereich zu erzeugen, wenn der Kontaktbereich und entsprechend auch der Plasmabereich zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts gebildet ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kontaktsensor aufweisen. Nur wenn sich die Oberflächen berühren, gibt der Kontaktsensor ein Kontaktausbildungssignal an eine Steuerung der Wechselhochspannungsquelle und die Steuerung legt erst dann die für die Erzeugung der dielektrischen Gasentladung erforderliche Wechselhochspannung an die Elektrode an, wenn ihr das Kontaktausbildungssignal vorliegt.
Das Material des Objekts, dessen Oberfläche mit der Vorrichtung behandelbar ist, kann schwach elektrisch leitend oder sogar isolierend sein. In diesem Fall kann die Oberfläche der Elektrode elektrisch leitend sein. Um aber auch gegenüber einem Objekt mit guter elektrischer Leitfähigkeit die dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugen zu können, weist die konvexe Oberfläche der Elektrode vorzugsweise eine dielektrische Abschirmung auf, sodass ein Kurzschluss in dem Kontaktbereich verhindert wird. Die Elektrode kann beispielsweise aus Metall gebildet und mit einem Silikonmantel versehen sein. Sie kann auch als ein aus Keramik gebildeter Hohlkörper, der mit einem Metallpulver gefüllt ist, oder als ein mit einem Gas, wie einem Edelgas, insbesondere Helium, gefüllter Glaskörper mit einer zentralen Metallelektrode ausgeführt sein. In jedem Fall ist die Oberfläche der Elektrode, die an der zu behandelnden Oberfläche zur Anlage kommt geschlossen, d. h. nicht porös.
Die Elektrode der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als drehbar gelagerter Rotationskörper ausgebildet, dessen Mantelfläche die konvexe Oberfläche der Elektrode bildet. Dadurch ist die zu behandelnde Oberfläche des Objekts mit der Elektrode abrollbar, sodass der Plasmabereich in einfacher Weise relativ über die Oberfläche des Objekts hinweg bewegt werden kann. Damit kann auch mit einer kleinen Elektrode, die nur einen kleinen Plasmabereich mit der zu behandelnden Oberfläche bildet, eine Oberfläche großflächig behandelt werden.
Die Elektrode kann als ein Zylinder, der um seine Zylinderachse drehbar gelagert ist, ausgebildet sein. Diese Ausführung ist insbesondere für die Behandlung von weitgehend ebenen oder nur in einer Richtung gekrümmten Oberflächen vorteilhaft. Der Kontaktbereich ist dabei grundsätzlich linienförmig und auf beiden Seiten der Linie sind Plasmabereiche benachbart, in denen die dielektrische behinderte Gasentladung erzeugt wird. Um hingegen eine stark strukturierte Oberfläche, wie beispielsweise einen Übergang zwischen zwei senkrecht zueinander angeordneten Wänden, zu behandeln, kann die Elektrode in einer weiteren Ausführungsform als eine Kugel, die frei drehbar gelagert ist, ausgebildet sein. Der Durchmesser der Kugel kann dabei an die Strukturierung der Oberfläche angepasst sein. Wie bereits oben ausgeführt wurde kann die Oberfläche der Elektrode unabhängig von Ihrer räumlichen Ausgestaltung zudem elastisch verformbar sein.
Wenn die Wechselhochspannung kapazitiv an die Elektrode angekoppelt ist, kann die Wechselhochspannung in einfacher Weise an die Elektrode angelegt werden, ohne die drehbare Lagerung der Elektrode einzuschränken oder zu behindern. Für die kapazitive Kopplung der Wechselhochspannung kann die Vorrichtung eine Kopplungselektrode aufweisen, an die die Wechselhochspannung angelegt wird.
Die Elektrode ist in einem Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material gelagert. Die Elektrode steht dabei jedoch soweit mit ihrer konvexen Oberfläche über das Gehäuse vor, dass sich die Oberflächen der Elektrode und des Objekts berühren können, um den Kontaktbereich und den mindestens einen benachbarten Kontaktbereich ausbilden zu können. Beispielsweise können drehbare Elektroden um 10 % bis 33 % ihres Durchmessers gegenüber dem Gehäuse vorstehen.
An dem Gehäuse kann ein Handgriff vorgesehen sein, sodass die Vorrichtung über den Handgriff getragen und über die Oberfläche des Objekts bewegt, insbesondere die Elektrode über die Oberfläche des Objekts gerollt werden kann. Weiterhin können in dem Gehäuse weitere Bauteile, wie die Ankopplungselektrode oder eine Lagerung für die Elektrode, angeordnet sein.
Die Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform als Handgerät ausgebildet. Um die Vorrichtung mit einer Wechselhochspannung zu versorgen, kann an dem Handgerät ein mit einer Spannungsquelle verbindbares Kabel vorgesehen sein. Das Handgerät kann aber auch mit einer Batterie oder einem Akkumulator betrieben werden, die/der in dem Handgerät angeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Wenn hingegen nur die genaue Anzahl eines Merkmals angegeben werden soll, findet das Adjektiv "genau" vor dem jeweiligen Merkmal Verwendung. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Verfahren oder Erzeugnis besteht. Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1: zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer kugelförmigen Elektrode.
Fig. 2: zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer kugelförmigen und dielektrisch isolierten Elektrode.
Fig. 3: zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer zylinderförmigen und dielektrisch isolierten Elektrode und einem Wechselhochspannungskontakt.
Fig. 4: zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer zylinderförmigen und dielektrisch isolierten Elektrode und einer Kopplungselektrode.

FIGURENBESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahren für eine Plasmabehandlung einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche 2 eines Objekts 3. Die
Vorrichtung weist eine Wechselhochspannungsquelle 4 für eine Wechselhochspannung auf, die über eine Kopplungselektrode 5 an eine Elektrode 6 angelegt wird.
Die Elektrode 6 ist als frei drehbare Kugel ausgebildet, die über ein Lager 7, hier einem Kugellager, in einem schalenförmigen Gehäuse 8 aus einem elektrisch isolierenden Material gelagert ist. Dabei steht ein dem Objekt 3 zugewandter Teil der Elektrode 6 aus dem Gehäuse 8 vor. Zum Halten der Vorrichtung 1 ist an dem Gehäuse 8 der Vorrichtung 1 ein Handgriff 12 angeordnet.
Die kugelförmige Elektrode 6 berührt mit ihrer konvexen Oberfläche 9 die Oberfläche 2 des Objekts 3 in einem punktförmigen Kontaktbereich 10 und von dort ausgehend nimmt der Abstand zwischen der konvexen Oberfläche 9 der Elektrode 6 und der glatt geschlossenen Oberfläche 2 des Objekts 3 stetig zu. Dem Kontaktbereich 9 benachbart ist ein Plasmabereich 11 ausgebildet, der ein Kreisringraum ist und in dem die Oberflächen der Elektrode 6 und des Objekts 3 derart voneinander beabstandet sind, dass eine dielektrisch behinderte Gasentladung in dem Plasmabereich 11 erzeugt wird, wenn die Wechselhochspannung an die Elektrode 6 angelegt wird.
Da die Elektrode 6 als Kugel frei drehbar in dem Gehäuse 8 gelagert ist, kann die Elektrode 6 über die Oberfläche 2 des Objekts 3 gerollt und so der Plasmabereich 11 über die gesamte Oberfläche 2 hinweg verschoben werden. Somit kann die gesamte Oberfläche 2 mittels der Vorrichtung 1 behandelt werden.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt, allerdings weist die Elektrode 6 in Fig. 2 eine dielektrische Abschirmung 13 auf, die die kugelförmige Elektrode 6 ummantelt. So wird für den Fall, dass die zu behandelnde Oberfläche 2 des Objekts 3 eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, ein Kurzschluss zwischen der Elektrode 6 und dem Objekt 3 über den Kontaktbereich 10 verhindert, der der Erzeugung der dielektrisch behinderten Gasentladung entgegenstehen würde. Dazu ist die Elektrode beispielsweise aus Metall gebildet und mit Silikon ummantelt.
Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahren für eine Plasmabehandlung einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche 2 eines Objekts 3. Die Vorrichtung weist hier eine Elektrode 6 auf, die als um ihre Zylinderachse drehbarer Zylinder ausgebildet ist. Die Zylindermantelfläche ist mit einer dielektrischen Abschirmung 13 versehen, die die geschlossene konvexe Oberfläche 9 der Elektrode 6 ausbildet. Grundsätzlich kann die Elektrode 6 aber auch ohne dielektrische Abschirmung 13 sein, wenn die Oberfläche 2 des Objekts 3 ein nur schwach elektrisch leitendes oder isolierendes Material ist.
Die Elektrode 6 ist über ein Lager 7, hier einen Achsstummel ausbildenden Bügel, in einem schalenförmigen Gehäuse 8 gelagert ist. Der Bügel dient hier gleichzeitig zum Anlegen der Wechselhochspannung von der Wechselhochspannungsquelle 4 an die Elektrode 6. Dabei kann das Anlegen der Wechselhochspannung über einen galvanischen Kontakt zwischen der Elektrode 6 und dem elektrisch leitfähigen Bügel oder durch kapazitive Kopplung über ein Dielektrikum hinweg erfolgen. Beispielsweise kann der Bügel aus Metall einen Kunststoffzylinder lagern auf den die Elektrode 6 in Form einer Metallfolie mit einer dielektrischen Abschirmung 13 aus Silikon angeordnet ist.
Ein dem Objekt 3 zugewandter Teil der zylinderförmigen Elektrode 6 steht aus dem Gehäuse 8 vor und die Elektrode berührt mit ihrer konvexen Oberfläche 9 die Oberfläche 2 des Objekts 3 in einem grundsätzlich linienförmigen Kontaktbereich 10. Entlang des Umfangs der zylinderförmigen Elektrode 6 nimmt der Abstand zwischen den Oberflächen 2 und 9 von dem Kontaktbereich 10 ausgehend auf beiden Seiten stetig zu. Dem Kontaktbereich 9 benachbart sind so zwei Plasmabereiche 11 ausgebildet, in denen die Oberfläche 9 der Elektrode 6 und die Oberfläche 2 des Objekts 3 derart voneinander beabstandet sind, dass eine dielektrisch behinderte Gasentladung in den Plasmabereichen 11 erzeugt wird, wenn die Wechselhochspannung an die Elektrode 6 angelegt wird.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, allerdings ist das Lager 7, über das die Elektrode 6 in dem Gehäuse 8 gelagert wird, in Fig. 4 als Bügel aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeführt. Die Wechselhochspannung wird hier über eine Kopplungselektrode 5 kapazitiv an die Elektrode 6 eingekoppelt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Vorrichtung zur Plasmabehandlung
2: Oberfläche
3: Objekt
4: Wechselhochspannungsquelle
5: Kopplungselektrode
6: Elektrode
7: Lager
8: Gehäuse
9: Oberfläche
10: Kontaktbereich
11: Plasmabereich
12: Handgriff
13: Abschirmung

Claims

Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche (3) eines Objekts (2), bei dem eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugt wird, indem an eine Elektrode (6), die eine dem Objekt (2) zugewandte konvexe Oberfläche (9) aufweist, eine Wechselhochspannung angelegt wird, wobei die konvexe Oberfläche der Elektrode (6) der zu behandelnden Oberfläche (3) des Objekts (2) derart angenähert wird, dass sich einem Kontaktbereich (10) zwischen den Oberflächen (2, 9) benachbart mindestens ein Plasmabereich (11) ausbildet, in dem beim Anlegen der Wechselhochspannung an die Elektrode (6) die dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen (2, 9) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) mit ihrer konvexen Oberfläche (9) über die Oberfläche (2) des Objekts (3) gerollt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (10) punkt- oder linienförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) so über die Oberfläche (2) des Objekts (3) hinweg bewegt wird, dass der mindestens eine Plasmabereich (11) über die Oberfläche (2) des Objekts (3) verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrisch behinderte Gasentladung in einem bei Atmosphärendruck befindlichen Gas erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Elektrode (6) geschlossen ist.
Vorrichtung (1) zur Plasmabehandlung einer Oberfläche (2) eines Objekts (3) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung (1) aufweist:
- eine Elektrode (6) mit einer konvexen Oberfläche (9) und

- eine Wechselhochspannungsquelle (4) zum Anlegen einer Wechselhochspannung an die Elektrode (6), um eine dielektrisch behinderte Gasentladung zu erzeugen,
wobei die Elektrode (6) mit ihrer konvexen Oberfläche (9) derart an die Oberfläche (2) des Objekts (3) annäherbar ist, dass sich einem Kontaktbereich (10) zwischen den Oberflächen (2, 9) benachbart mindestens ein Plasmabereich (11) ausbildet, in dem sich beim Anlegen der Wechselhochspannung an die Elektrode (6) die dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen (2, 9) ausbildet,
wobei die Elektrode (6) eine dielektrische Abschirmung (13) an ihrer konvexen Oberfläche (9) aufweist und/oder die Wechselhochspannung über eine Kopplungselektrode (5) kapazitiv an die Elektrode (6) angekoppelt ist,
wobei die konvexe Oberfläche (9) eine Mantelfläche eines drehbar gelagerten Rotationskörpers ist und
wobei die Elektrode (6) in einem Gehäuse (8) aus elektrisch isolierendem Material gelagert ist,
wobei die konvexe Oberfläche (9) der Elektrode (6) zumindest so weit über das Gehäuse (8) vorsteht, dass der Kontaktbereich (10) zwischen der Oberfläche (9) der Elektrode (6) und einer ebenen Oberfläche (2) des Objekts (3) ausbildbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktsensor ein Kontaktausbildungssignal an eine Steuerung der Wechselhochspannungsquelle (4) gibt, wenn der Kontaktbereich (10) zwischen den Oberflächen (2, 9) ausgebildet ist, und dass die Steuerung die Wechselhochspannung erst dann an die Elektrode (6) anlegt, wenn ihr das Kontaktausbildungssignal vorliegt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Oberfläche (9) geschlossen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper ein um seine Zylinderachse drehbar gelagerter Zylinder oder eine frei drehbar gelagerte Kugel ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (8) ein Handgriff (12) zum Bewegen der Elektrode (6) gegenüber dem Objekt (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, ausgebildet als batterie- oder akkumulatorbetriebenes Handgerät.