WO2012097987A1

WO2012097987A1 - Vorrichtung zur plasma-behandlung von hohlkörpern

Info

Publication number: WO2012097987A1
Application number: PCT/EP2012/000225
Authority: WO
Inventors: Matthias Bicker; Manfred Lohmeyer; Hartmut Bauch
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-07-26
Also published as: DE102011009056B4; DE102011009056A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Plasma-Behandlung von Werkstücken, insbesondere Hohlkörpern, mit einer Behandlungszone (19), in der das Werkstück (7) mittels einer Haltevorrichtung (6) aufgenommen wird und eine an ein elektromagnetisches Feld angeschlossene Elektrodenanordnung (11) zur Erzeugung eines Plasmas und mit einer Einrichtung zur Einleitung eines Prozessgases in einen Plasmabereich innerhalb der Behandlungszone beschrieben. Die Elektrodenanordnung (11) weist zumindest an ihrer dem Plasmabereich zugewandten Oberfläche ein dielektrisches Schutzelement (41) zur Vermeidung von Oberflächenbeeinträchtigungen des zu behandelnden Werkstücks (7) bei dessen Einführung, Lagerung während der Behandlung und Entnahme auf. Die Vorrichtung zeichnet sich durch wenigstens ein aus einem dielektrischen Kunststoff gebildetes, an der Haltevorrichtung vorgesehenes Fixierelement zur Festlegung des Werkstücks darin aus.

Description

Vorrichtung zur Plasma-Behandlung von Hohlkörpern

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasma- Behandlung von Hohlkörpern, die insbesondere zur Aufnahme von Pharmazieprodukten zum Einsatz kommen. Derartige Hohlkörper sind Spritzen, Karpulen sowie Flaschen und dergleichen. Eine Plasma-Behandlung von derartigen Hohlkörpern wird in der Regel zur Erzeugung

verschiedenartiger Beschichtungen auf Innen- und auch

Außenseiten der Hohlkörper eingesetzt. So wird durch eine Plasma-Behandlung eine Barriereschicht an Wandungen der Hohlkörper aufgebracht, die ein Ein- oder Austreten von Gasen wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Kohlendioxid

verhindern oder zumindest für einen Gebrauchszeitraum des Hohlkörpers ausreichend verzögern. Auch werden

Barrierebeschichtungen aufgebracht, die eine Diffusion von Substanzen aus dem Hohlkörpermaterial in den Innenraum des Hohlkörpers, in dem sich pharmazeutische Produkte befinden, verhindern oder zumindest deutlich reduzieren. Im Falle von Hohlkörpern aus Glas wird durch

Barriereschichten eine Auslaugung von Ionen aus den Gläsern weitestgehend reduziert beziehungsweise verhindert. Bei Hohlkörpern, die aus Kunststoff bestehen, kann durch

Barriereschichten ein Lösen oder teilweises Lösen von

Polymeren aus dem Behälter mit anschließendem Eintritt insbesondere in den vom Hohlköper umgebenen Innenraum derart reduziert werden, dass ein in dem Hohlkörper befindliches pharmazeutisches Produkt innerhalb der

vorgegebenen Lagerungs- beziehungsweise Aufbewahrungszeit als unbeeinträchtigt eingestuft werden kann. Ferner können über Plasma-Behandlungen auch

Außenbeschichtungen auf Hohlkörper aufgebracht werden, die Schutz der Außenwandung vor Verkratzen oder anderen

mechanischen Beschädigungen bieten. Daneben sind

Beschichtungen denkbar, die in bestimmten Bereichen des optischen Spektrums absorbierend oder reflektierend wirken. Neben einer dadurch erzielbaren dekorativen Wirkung ist insbesondere ein Schutz des Hohlkörpermaterials vor

Alterung durch Lichteinstrahlung von Interesse. Durch derartige Beschichtungen soll insbesondere bei Kunststoff- Hohlkörpern einer Materialalterung, etwa durch

ultraviolettes Licht, vorgebeugt werden. Daneben hat das Aufbringen von derartigen optischen Funktionsschichten eine große Bedeutung hinsichtlich des Schutzes der in den

Hohlkörpern aufbewahrten pharmazeutischen Produkte. Durch derartige Funktionsschichten können durch Einstrahlung von Licht in den pharmazeutischen Produkten hervorrufbare chemische Veränderungen ausgeschlossen beziehungsweise weitestgehend reduziert werden. Werden pharmazeutische Produkte zu Sterilisationszwecken durch Gamma-Strahlung in den Hohlkörpern behandelt, so treten Verfärbungen der Kunststoff- oder Glashohlkörper auf. Damit sich derartige Verfärbungen beim Handel mit derartigen Pharmaprodukten nicht negativ auswirken, werden die Hohlkörper dazu mit entsprechend kompensierenden

Farbstoffen versetzt, die in Form einer optischen Funktionsschicht über eine Plasma-Behandlung aufgebracht werden können.

Schließlich werden Plasma-Behandlungen an immer

verbreiteter auftretenden und Glas zurückdrängenden

Hohlkörpern aus Kunststoff eingesetzt, um deren gegenüber Glas mindere Eigenschaften zu verbessern. Dementsprechend werden Beschichtungen eingesetzt, um Hohlkörper aus

Kunststoff leichter bedruckbar oder mit weiteren

Beschichtungen versehbar auszuführen. Hierzu werden

unterschiedlichste Materialien der organischen Chemie eingesetzt .

Aus der WO 2007/022976 A2 ist ein Verfahren zur Plasma- Behandlung von hohlkörperförmigen Werkstücken und eine entsprechende Vorrichtung dazu bekannt, die sich

insbesondere mit der Beschichtung von Spritzen oder

Karpulen sowohl im Inneren als auch an deren Außenflächen beschäftigen. Hierbei werden zum Teil aufwendige

Halterungen beziehungsweise insgesamt Positionierungen der Hohlkörper benutzt, um eine ausreichende Beschichtung der Hohlkörper zu erreichen.

In der WO 2009/118360 AI und WO 2009/118361 AI sind

Vorrichtungen zur Gasphasenbeschichtung von Spritzenkörpern in einem Plasma-Reaktor beschrieben. Die Spritzen werden dabei von einer Halterung so aufgenommen, dass sie mit ihren freien Wänden in entsprechende Öffnungen in oberhalb beziehungsweise unterhalb der Halterung befindliche

Elektroden eingesetzt werden. Zwischen der Halterung und einer der Elektroden sind isolierende Abstandshalter zur Abstandsanpassung der Elektroden an die Hohlkörper angebracht. Als Nachteil ergibt sich bei den Vorrichtungen der beiden WO-Schriften eine teilweise Inhomogenität der Beschichtung aufgrund inhomogener Plasmaverteilung. Ferner kann ein Einsetzen der Spritzen in die Elektroden zu

Verkratzungen an den Spritzen führen.

Aus der Patentanmeldung US 2007/0235427 AI ist eine

Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken mittels eines Gasplasmas mit Atmosphärendruck bekannt. In der Vorrichtung wird das Werkstück von einer äußeren

Elektrode aufgenommen und in einen Hohlraum des Werkstückes eine innere Elektrode so eingesetzt, dass eine Gasströmung und somit eine Plasmazündung zwischen innerer Elektrode und Innenwandung des rohrförmigen Werkstückes entsteht. Dabei wird ein Dielektrikum an einer Oberfläche der äußeren

Elektrode zur Vermeidung eines Überschlags mit der inneren Elektrode eingesetzt. Werden Spritzenkörper behandelt, kann es durch ein Aufschieben der Spritzenkörper auf die innere Elektrode beziehungsweise Einsetzen des Spritzenkörpers in die Ausnehmung der äußeren Elektrode zu einem Verkratzen oder einer sonstigen Beschädigung des gläsernen oder aus Kunststoff gefertigten Spritzenkörper durch die metallenen Elektroden führen. In einigen bekannten Vorrichtungen zur Plasmabehandlung von Werkstücken ist versucht worden, eine Beschädigung von hohlkörperartigen Werkstücken in Form von Verkratzen bei der Plasmabehandlung zumindest teilweise zu vermeiden. So ist aus der US 2010/0096393 AI eine solche Vorrichtung bekannt, bei der eine äußere, eine Werkstück umgebende

Elektrode einen Mantel aus einem dielektrischen Material wie etwa Kunststoff, z.B. Polyfluorethylen aufweist. Auch das US 5,702,770 beschreibt eine Vorrichtung zur

Plasma-Behandlung von Werkstücken, deren äußere Elektroden eine Gummitülle aufweisen, die zwischen dem zu behandelnden röhrenartigen Gegenstand und den äußeren Elektroden

angebracht ist. Das Material zum Dichten der Vakuumkammer benutzte Material kann gleichzeitig beim Aufsetzen und Halten der Werkstücke eine Beeinträchtigung von deren

Oberflächen vermeiden.

Schließlich offenbart die DE 198 19 909 AI eine Vorrichtung mit einer inneren, zur Behandlung von Hohlkörpern

bestimmten Elektrode, die mit einem dielektrischen Material beschichtet ist. Das dielektrische Material dient hier allerdings einem Erzielen einer dielektrisch behinderten Entladung .

Der Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine

Vorrichtung zur Plasma-Behandlung von Werkstücken zu schaffen, bei der beim Einsetzen, bei einer Lagerung und bei einer Entnahme der Werkstücke eine Beschädigung von deren Außen- und/oder Innenflächen vermieden wird. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäß sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Plasma- Behandlung von Werkstücken, insbesondere Hohlkörpern, mit einer Behandlungszone, in der das Werkstück mittels einer Haltevorrichtung aufgenommen wird und eine an ein

elektromagnetisches Wechselfeld angeschlossene Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines Plasmas vorgesehen ist, und mit einer Einrichtung zur Einleitung eines

Prozessgases in einen Plasmabereich innerhalb der

Behandlungszone vor, wobei die Elektrodenanordnung

zumindest an Teilen ihrer dem Plasmabereich zugewandten Oberfläche mit einem dielektrischen Schutzelement zur

Vermeidung von Oberflächenbeeinträchtigungen des zu

behandelnden Werkstücks bei dessen Einführung, Lagerung und Entnahme versehen ist. Die Vorrichtung zeichnet sich durch wenigstens ein aus einem dielektrischen Kunststoff

gebildetes, an der Haltevorrichtung vorgesehenes

Fixierelement zur Festlegung des Werkstücks darin aus.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Plasma-Behandeln von Oberflächen von Werkstücken geeignet. Im Rahmen der

Erfindung umfasst der Begriff Plasma-Behandeln ein Plasma- Aushärten, ein Plasma-Vernetzen, ein Plasma-Polymerisieren sowie ein Plasma-Funktionalisieren. Ebenso kann durch den Vorgang einer Plasma-Behandlung durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Gleitschicht auf

Werkstücken hergestellt werden. Eine Gleitschicht ist insbesondere bei als Spritzen ausgeführten Werkstücken für das Gleiten eines Kolbens in dem Spritzenkörper von

Vorteil. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird insbesondere zur Plasma-Behandlung von bevorzugt im medizinischen

Bereich und im pharmazeutischen Bereich eingesetzten, bevorzugt hohlkörperartig ausgeführten Werkstücken

eingesetzt. Derartige Werkstücke wie Spritzen oder Karpulen weisen aus Glas, vorzugsweise aus einem Borosilikat-Glas oder einem Polymer, wie beispielsweise Zykloolefin-Polymer (COP) oder einem Zykloolefin-Copolymer (COC) gebildete Außen- und/oder Innenflächen auf. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Plasma-Behandlung zu unterziehendes bzw. unterzogenes Werkstück sicher und frei von Oberflächenbeschädigungen, d.h. im Wesentlichen frei von Kratzspuren oder Abriebrückständen gehalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist darunter zu

verstehen, dass die behandelten Werkstücke an Ihren äußeren beziehungsweise inneren Flächen keine Kratzspuren oder Fremdstoffe aufweisen, die vor der Behandlung an den

Werkstücken nicht vorhanden waren. Insbesondere bedeuten Kratzspuren linienförmige Kratzspuren und zu vermeidende Fremdstoffe sind im Wesentlichen polymere Fremdstoffe. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können bei einer Plasma- Behandlung von Spritzen- und Karpulen-artigen Werkstücken linienförmige Kratzspuren, die insbesondere parallel zur Längsachse des Spritzen- oder Karpulenkörpers verlaufen, vermieden werden. Dadurch dass das Fixierelement elektrisch nicht-leitend ist, wird das Plasma nicht gestört und ein elektrischer Überschlag vermieden.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das wenigstens eine Fixierelement über ein Gelenk, das vorzugsweise als Drehgelenk ausgeführt ist, an der

Haltevorrichtung vorgesehen. Das wenigstens eine

Fixierelement kann so auf komfortable zum Einführen und zur Entnahme des Werkstücks weggedreht oder weggeschwenkt werden. Denkbar ist aber auch, das Fixierelement auf andere Weise an der Haltevorrichtung anzubringen. So kann es etwa mittels einer Schiebeführung an der Haltevorrichtung gelagert werden. Es können auch diametral gegenüberliegend zwei Fixierelemente zum Halten bzw. Fixieren des Werkstücks vorgesehen sein. Schließlich ist es auch möglich, mehrere Fixierelemente an der Haltevorrichtung vorzusehen,^" die dann das Werkstücks entlang des Umfangs seines

Flanschabschnittes halten bzw. fixieren. Es versteht sich, dass das Fixierelement auch automatisiert in die jeweils notwendige Position gebracht werden kann.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgibt die Elektrodenanordnung einen Hohlraum, der zur Aufnahme des zu behandelnden Werkstücks bestimmt ist.

Erfindungsgemäß kann die Elektrodenanordnung wenigstens zwei Elektroden umfassen, die den Hohlraum umgebend

angeordnet sind. Hier sind die Elektroden mit im

Wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt vorteilhaft für als Spritzenkörper ausgeführte Werkstücke.

In einer Ausführung der Vorrichtung wird die

Elektrodenanordnung aus einer Hohlelektrode, in deren

Hohlraum das zu behandelnde Werkstück aufgenommen wird, und einer weiteren, in dem Hohlraum vorgesehenen Elektrode gebildet. In einer weiteren Ausführung ist die als

Innenelektrode fungierende weitere Elektrode zumindest teilweise an ihrer innerhalb des Plasmabereichs

befindlichen Außenseite mit einem dielektrischen

Schutzelement versehen.

Umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine bevorzugt stabartig ausgeführte Innenelektrode, die in einem

Funktionszustand der Vorrichtung von einem

hohlkörperartigen, den Plasmabereich bildenden Werkstück zumindest teilweise umgeben ist, so kann durch ein Anlegen einer Wechselspannung bei entsprechender Zufuhr von

Prozess-Gas beziehungsweise Einstellung einer

Druckbedingung durch den Einsatz einer Einrichtung zum Evakuieren ein Plasma gezündet werden, mit dem Innenflächen des Werkstücks entsprechend behandelt werden können.

Erfindungsgemäß wird der Plasmabereich vorzugsweise durch das hohlkörperartige Werkstück gebildet, in das durch eine erste Öffnung das Prozessgas eingeleitet werden kann und das durch eine zweite Öffnung evakuiert werden kann.

Sofern die Vorrichtung mit einer bevorzugt als

hohlzylinderartig ausgeführten Elektrode, die das Werkstück umgibt, und einer in dessen Hohlraum vorgesehenen

Innenelektrode ausgestattet ist, kann durch Anlegen einer von einem Generator erzeugten Wechselspannung, vorzugsweise im Hochfrequenzbereich, ein Plasma zwischen der

Innenelektrode und der außerhalb des Körpers befindlichen Elektrode gezündet werden. So kann auf erfindungsgemäße Weise sowohl eine Außenfläche des Werkstücks als auch eine Innenfläche davon mit Hilfe des Plasmas behandelt oder beschichtet werden.

Die erfindungsgemäße Plasma-Behandlung von Hohlkörpern findet in der Regel bei einem Gasdruck im

Atmosphärenbereich statt. Sofern dieser Druck reduziert werden soll, ist eine Einrichtung zum Evakuieren des

Plasmabereiches in der Vorrichtung vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Schutzelement ist bevorzugt aus einem reibungsmindernden Material gebildet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung beträgt der Reibungs-Koeffizient des Schutzelements gegenüber Stahl weniger als 0,5. Das Schutzelement kann die Elektrodenanordnung, d.h. die den Hohlraum umgebende Elektrode oder Elektroden und die weitere Elektrode auch vollständig umgeben. Das Schutzelement kann aus unterschiedlichen Materialien wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) ,

Polyetheretherketon (PEK) oder bevorzugt Polyoxymethylen (POM) gebildet sein. Derartige Materialien bringen mit Vorteil in dem medizinisch-pharmazeutischen

Verwendungsbereich notwendige Reinheitsvoraussetzungen mit. Das Schutzelement stellt eine Art Vergütung der

Elektrodenoberflächen dar und weist entsprechend eine nicht-poröse geschlossene Oberfläche mit einer geringen Oberflächenenergie auf.

Ferner kann das Schutzelement aus einer Keramik gebildet sein. Ist das Schutzelement aus einem organischen Material gebildet, so können auch Fluor-organische oder Siliziumorganische Materialen verwendet werden. Daneben sieht die Erfindung auch ein Elastomer als Schutzelement vor.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das

Schutzelement in Abhängigkeit von den eingesetzten

Materialien auf unterschiedliche Weisen ausgeführt und auf die Elektrodenanordnung aufgebracht bzw. darin

eingearbeitet sein. Das Schutzelement kann als Beschichtung ausgeführt sein. Dabei wird unter einer Beschichtung insbesondere eine dünne Schicht mit einer Schichtdicke < lOOym, bevorzugt mit einer Schichtdicke < 50μπι, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke < 20μιη verstanden.

Beispielsweise kann das Schutzelement ein Gleitlack sein, der etwa über Sprühverfahren, durch Rollen- oder Pinselauftrag auf die Elektrodenanordnung aufgebracht werden kann.

Das Schutzelement kann aber auch als Überzug ausgeführt sein, wobei unter Überzug die Aufbringung eines Materials mit einer Wanddicke von wenigstens größer als ΙΟΟμπι, vorzugsweise von wenigstens größer als 200pm, besonders bevorzugt wenigstens größer als 250μπι verstanden wird.

Alternativ kann das Schutzelement aus einem in die

Elektroden-Anordnung eingepressten Material bestehen.

Das Schutzelement muss nicht zwangsläufig mit der oder den Elektroden der Elektrodenanordnung fest verbunden sein muss. Der Vorteil liegt hierbei allerdings in einer

leichteren Austauschbarkeit des Schutzelements. Dennoch ist die bevorzugte Ausführungsform ein Schutzelement, das direkt mit der Elektrode fest verbunden ist.

Besonders bevorzugt wird das Schutzelement dazu durch

Einarbeiten des verwendeten Materials von einer Oberfläche der Elektrodenanordnung her mit dieser verbunden,

vorzugsweise eingepresst. Dies verhindert auch Ablagerungen von Rückständen zwischen der Elektrodenanordnung und dem Schutzelement. Ein zusätzlicher Vorteil liegt bei einem fest mit der Elektrodenanordnung verbundenen Schutzelement darin, dass sich dieses bei einer Bestückung der

Vorrichtung mit einem Werkstück oder bei dessen Entnahme aus der Vorrichtung nicht löst, wodurch Undefinierte oder instabile Prozessbedingungen entstehen können. Für das Einpressen kann ein Kunststoffkörper verwendet werden, welcher in eine entsprechend ausgebildete Öffnung der Elektrode eingepresst wird. Neben einem Einpressen kommen auch andere Verfahren zur Fixierung des Schutzelements in Frage, wie etwa ein Einkleben anstelle eines Einpressens eines Kunststoffkörpers . In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasma-Behandlung befindet sich das die

Elektrodenanordnung zumindest teilweise bedeckende

Schutzelement mit Vorteilen hinsichtlich der Plasma- Einkopplung bzw. -Zündung außerhalb der Plasma- Entladungszone. Das Schutzelement kann in seiner Außenform ferner einer Außenkontur des zu behandelnden Werkstücks weitestgehend angepasst gewählt werden.

Das zur Verhinderung bzw. weitestgehenden Vermeidung einer Oberflächenbeschädigung wie Verkratzen der mit dem Plasma zu behandelnden Werkstücke geeignete Schutzelement ist vorzugsweise aus einem abriebbeständigen Material

aufgebaut. Das Material kann dabei so gewählt sein, dass einhundert Zu- und Abführvorgänge von Werkstücken lediglich zu einer Dickenänderung des Schutzelements von 5% führen. Es kann sogar ein noch beständigeres Material gewählt werden, so dass tausend Hübe zu einer Dickenreduzierung des Schutzelements von weniger als 2% gegenüber dem

Ausgangszustand führen.

Sofern das Schutzelement als Überzug über die

Elektrodenanordnung ausgeführt ist oder fest mit der

Elektrodenanordnung verbunden ist, ist eine Stirnseite, die in einem Funktionszustand einem Flanschabschnitt des zu behandelnden Werkstücks zugeordnet ist, nicht von dem

Schutzelement umgeben. Dann ist die Elektrodenanordnung an der Stirnseite mit einem weiteren Schutzelement mit einer oder mehreren der vorab genannten Eigenschaften umgeben. Der Vorteil liegt hierbei in einer Vermeidung einer

Beschädigung eines Flanschabschnitts eines zur Plasma- Behandlung in die Vorrichtung einzubringenden Werkstücks.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Werkstück mit Außen- beziehungsweise Innenflächen derart beabstandet zu den Schutzelementen der das Werkstück umgebenden Elektrode bzw. Elektroden der Elektrodenanordnung eingebracht, dass nur ein spaltartiger Abstand zwischen den entsprechenden Flächen des Hohlkörpers und den Schutzelementen besteht. Bevorzugt besteht zwischen dem Schutzelement der Hohlelektrode und der Außenfläche des Werkstücks in einem Funktionszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Spaltabstand im Bereich von weniger als 1 Millimeter, vorzugsweise von weniger als 0,2 Millimetern.

In bevorzugten Ausführungen der erfindungsgemäßen

Vorrichtung kann ein Werkstück auch derart aufgenommen werden, dass es von der dieses umgebenden

Hohlkörperelektrode wenigstens teilweise berührt wird. Dann kann die Elektrodenanordnung eine Positionierung des

Werkstücks in einer die Symmetrieachse der Vorrichtung umgebenden Position unterstützen. Einerseits ist die

Elektrodenanordnung dem Werkstück derart anpassbar, dass zwischen dem Schutzelement und der Außenfläche des

Werkstücks nur ein spaltartiger Abstand gebildet wird.

Andererseits bedingen die Größenverhältnisse

handelsüblicher Werkstücke und der Vorrichtungen ein eine gegenseitige Berührung einschließendes Einsetzen der

Werkstücke, so dass eine Vermeidung von Kratzspuren und dergleichen eine hohe Priorität erhält. Die Erfindung sieht schließlich eine Anlage zur Plasma- Behandlung von Werkstücken, insbesondere Hohlkörpern vor, die aus zwei oder mehreren der zuvor beschriebenen

Vorrichtungen aufgebaut ist.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit den beigefügten, in unterschiedlichen Maßstäben gehaltenen Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. In zum Teil stark vereinfachter Darstellung zeigen:

Fig. 1 eine aus mehreren erfindungsgemäßen

Vorrichtungen zur Plasma-Behandlung von Werkstücken

aufgebaute Anlage zur Plasma-Behandlung in Teilen;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Anlage mit weiteren zur Plasma-Behandlung notwendigen Funktionselementen; Fig. 3a die in Fig.l gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtungs zur Plasma-Behandlung von Hohlkörpern;

Fig. 3b eine weitere Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasma-Behandlung von Werkstücken .

Eine in Fig. 1 gezeigte Anlage 1 zur Plasma-Behandlung von Werkstücken wird aus vier erfindungsgemäßen Vorrichtungen 2 bis 5 zur Plasma-Behandlung von Werkstücken gebildet. Jede der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 2 bis 5 umfasst eine Haltevorrichtung 6 zur Aufnahme mittels eines Gas-Plasmas zu behandelnder, als Spritzenkörper 7 ausgeführter

Werkstücke. Die Spritzenkörper 7 werden von der

Haltevorrichtung 6 jeweils mit Hilfe eines Fixierelementes 8 innerhalb der jeweiligen Vorrichtung 2 bis 5 gehalten. Dazu greift das im und gegen den Uhrzeigersinn drehbare Fixierelement 8 mit einer Oberseite 8a unter eine

Unterseite 9b eines Flanschabschnitts 9 des Spritzenkörpers 7 (siehe Fig. 3a) . Innerhalb der Haltevorrichtungen 6 sind in deren Innenräumen 10 hohlzylinderartige Elektroden 11 aus Metall angebracht. Innenflächen Iii der Elektroden 11 sind mit einer Beschichtung 14 aus einem reibmindernden Material, dessen Reib-Koeffizient gegenüber einer

Stahlplatte kleiner als 0,5 ist, versehen.

Der Spritzenkörper 7 wird von der Haltevorrichtung 6 wie in Fig. 3a gezeigt zu einer Plasma-Behandlung derart

aufgenommen, dass zwischen der Beschichtung 14 der

Elektrode 12 und einem Außenmantel 7m des Spritzenkörpers 7 ein geringer, bevorzugt weniger als etwa 0,2 mm breiter Spalt 15 besteht. Bei einer hierbei erfolgenden zumindest teilweisen Berührung des Spritzenkörpers 7 mit der

Elektrode 11, trägt die Elektrode 11 zu einer stabilen, koaxialen Positionierung des Spritzenkörpers 7 in der

Vorrichtung 55 bei. Die Spritzenkörper 7 sind nach Fig. 1 derart in die Vorrichtungen 2 bis 5 der Anlage 1

eingeführt, dass sie mit ihren Hohlräumen 16 über

stabartige Innenelektroden 17 geschoben sind. Die ebenfalls aus Metall gebildeten stabartigen Innenelektroden 17 weisen erfindungsgemäß zur Bildung eines Schutzelements einen aus organischen Materialien wie Polytetrafluorethylen (PTFE) , Polyetheretherketon (PEE ) oder Polyoxymethylen (POM) bestehenden, in Fig. 1 nur ausschnittsweise angedeuteten Überzug 18 auf. Erfindungsgemäß wird durch den Überzug 18 auf den stabartigen Innenelektroden 17 und durch die

Beschichtung 14 der Elektroden 11 verhindert, dass beim Einsetzen der Spritzenkörper 7 in die Vorrichtungen 2 bis 5, bei einem erfindungsgemäßen Plasma-Behandlungsvorgang und einer anschließenden Entnahme der Spritzenkörper 7 aus den Vorrichtungen 2 bis 5 der Anlage 1 eine Beschädigung der inneren und äußeren Flächen der Spritzenkörper 7 in Form von Verkratzungen oder Ablagerungen etwa von

metallenen Partikeln der Elektroden 11 beziehungsweise 17 auftritt .

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, sind die in jeder der Vorrichtungen 2 bis 5 gebildeten Paare aus

hohlzylinderartiger Elektrode 11 und Innenelektrode 17 über leitende Verbindungen 20e an Spannungsquellen 20 gelegt, welche die Elektroden 11 und 17 jeweils mit einer

hochfrequenten Wechselspannung zur Erzeugung eines Plasmas in einem jeweils von der Elektrode 11 umgebenen

Plasmabereich, der sich innerhalb der von den

Haltevorrichtungen 6 umgebenen Behandlungszone 19 befindet, versorgt. Die Feld- bzw. Plasmaverteilung ist dabei derart, dass die Innenflächen des Spritzenkörpers 7 Plasmabehandelt bzw. Plasma-beschichtet werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Anlage 100 wird zur Plasma-Behandlung eingesetztes Prozessgas über eine gemeinsame

Versorgungsleitung 21, die jeweils über einen Luerkonus 23 der Spritzenkörper 7 mit Hilfe von Dichtelementen 24 druck- beziehungsweise vakuumdicht angelegt ist, in die

Spritzenkörper 7 eingeführt. Die Einfuhr des Prozessgases wird dabei über eine hier vereinfacht dargestellte

elektronische Steuerungseinrichtung 26 überwacht

beziehungsweise von dieser geregelt. Die

Steuerungseinrichtung 26 ist dabei zur Steuerung von in der Fig. 2 nicht gezeigten Regelventilen und Auslassventilen an entsprechenden, das Prozessgas beinhaltenden, ebenfalls nicht gezeigten Gasbehältern ausgebildet.

Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Anlage 1 wird die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung hier durch zwei einander gegenüberliegend vorgesehene Elektroden 12 mit im Wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt gebildet. Nach Fig. 2 bilden die Spritzenkörper 7 jeweils die

Plasmabereiche 16 bei der Plasma-Behandlung, wozu von den Luerkonussen 23 jeweils gegenüberliegend angebrachten, von den Flanschabschnitten .9 umgebenen Öffnungen 27 der

Spritzenkörper 7 her Absaugleitungen 28 in diese eingesetzt sind. Die Absaugleitungen 28 sind gegenüber den

Flanschabschnitten 9 der Spritzenkörper 7 mit Hilfe von Dichtungsringen 29 nach außen abgedichtet. Die

Absaugleitungen 28 münden in eine mit einer nicht näher gezeigten Pumpeinheit 30 verbundene Sammelabsaugleitung 31 ein. Über die von der Steuerungseinrichtung 26 eingestellte Zufuhr von Prozessgas beziehungsweise die durch eine

Pumpleistung der Pumpeinheit 30 vorgegebenen

Druckverhältnisse innerhalb der den Plasmabereich 16 umgebenden, d.h. bildenden, Spritzenkörper 7 wird eine geeignete Bedingung für die Zündung und Aufrechterhaltung eines Niederdruckplasmas eingestellt. Durch entsprechende Versorgung der Elektroden 12 mit einer elektrischen

Wechselspannung wird ein Plasma gezündet . ' Dies kann auch unter Zuhilfenahme einer nicht näher gezeigten

Zündeinrichtung geschehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, sind die Fixierelemente 8 der Vorrichtungen 22, 33, 44, 55 in einer Grundplatte 34 derart festgelegt, dass eine Bewegung zur Aufnahme der

Spritzenkörper 7 in den Vorrichtungen 22, 33, 44, 55 möglich ist. Ein Einsetzen des Spritzenkörpers 7 in eine erfindungsgemäße Vorrichtung 22 ist anhand der Fig. 3b veranschaulicht. Dazu wird das Fixierelement 8 in einer dem Uhrzeigersinn entgegensetzten Richtung bzgl . eines das Fixierelement 8 an der Haltevorrichtung 6 festlegenden Drehgelenks 35 bewegt. Der Spritzenkörper 7 wird dann mit seinem Luerkonus 23 voran in Richtung des Pfeils h in die von den beschichteten Elektroden 12 umgebene

Behandlungszone 19 so eingeführt, dass er oberseitig bündig mit einer Oberseite 12a der Elektroden 12 abschließt und lediglich der Luerkonus 23 aus den Elektroden 12 und der

Haltevorrichtung 6 nach oben vorsteht. Der Flanschabschnitt 9 des Spritzenkörpers 7 wird in einem innerhalb der

Haltevorrichtung 6 frei gelassenen ringförmigen Hohlraum 37 unterhalb der Elektroden 12 aufgenommen. Das Fixierelement 8 wird anschließend bezüglich des Drehgelenks 35 im

Uhrzeigersinn gedreht bzw. geschwenkt und festgelegt, so dass die Unterseite 9b des Flanschabschnitts 9 des

Spritzenkörpers 7 auf dem Fixierelement 8 aufliegt. Dadurch wird eine ausreichend stabile Halterung des Spritzenkörpers 7 erreicht. Diese wird dadurch unterstützt, dass zwischen Mantelfläche 7m des Spritzenkörpers 7 und der

Beschichtungsaußenfläche 14m der Beschichtung 14 der Elektroden 12 nur ein hier der Vereinfachung halber

vergrößert gezeigter Spalt 15 in einer Größe von < 1 mm besteht . In die Vorrichtungen 2 bis 5 der Anlage 1 werden die

Spritzenkörper 7 entsprechend eingebracht, wobei aber die Innenelektroden 17 erst nach Einbringen der Spritzenkörper 7 an die zum Betrieb der Anlage 100 notwendigen Positionen gebracht werden.

Bei der in Fig. 3b gezeigten weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 weisen die im Querschnitt halbkreisförmigen Elektroden 12 an ihren Innenmänteln 12i ein durch einen Pressvorgang fest mit den Elektroden 12 verbundenes Schutzelement 41 auf. Dase Schutzelement 41 kann insbesondere durch einen eingepressten

Kunststoffkörper gebildet werden. An einem dem

Fixierelement 8 zugewandten unteren Rand der Elektroden 12 ist ein festkörperartiger Schutzring 42 aus einem

reibmindernden Material ebenfalls mit den Elektroden 12 fest verbunden vorgesehen. Der Schutzring 42 dient ebenso wie das eingearbeitete Schutzelement 41einer Vermeidung von Verkratzungen oder ähnlichen mechanischen Beschädigungen des in die. Vorrichtung 40 eingebrachten Spritzenkörpers 7 an dem Flanschabschnitt 9. Der Schutzring 42 steht in einen von den Elektroden 12 bzw. deren Beschichtung 14 umgebenen Hohlraum 43 vor, sodass er eine Führungsfläche für den Spritzenkörper 7 an dessen Außenmantel 7m bereitstellt. Schließlich liegt der Flanschabschnitt 9 des

Spritzenkörpers 7 mit seiner Oberseite 9a an einer

Unterseite 42b des Schutzrings 42 an, was gleichzeitig einer stabilen Aufnahme des Spritzenkörpers 7 innerhalb der Vorrichtung 40 dient. Der oberhalb des Flanschabschnitts 9 zwischen dem Außenmantel 7m und dem Außenmantel 4 Im des Schutzelements 41 gebildete Spalt kann hier kleiner als 0,2 mm sein.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasma-Behandlung von Werkstücken umgibt das Schutzelement 41 dagegen nur

Mantelflächen der hohlzylinderartigen Elektrode 11. Hier wird einerseits durch eine Berührung von Schutzelement 41 und Spritzenkörper 7 und andererseits durch ein Übersteigen des Längenmaßes der Elektroden 11 durch den Spritzenkörper 7 verhindert, dass der Spritzenkörper 7 beim Einbringen mit seinem Flanschabschnitt 9 gegen die Unterseite der

Elektrode 11 stößt.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Plasma-Behandlung von Werkstücken, insbesondere Hohlkörpern, mit einer Behandlungszone (19), in der das Werkstück (7) mittels einer Haltevorrichtung (6) aufgenommen wird und eine mit einem elektromagnetischen Wechselfeld versorgte Elektrodenanordnung (11, 17; 12) zur Erzeugung eines Plasmas vorgesehen ist, und mit einer

Einrichtung (21, 26) zur Einleitung eines Prozessgases in einen Plasmabereich (19, 16) innerhalb der Behandlungszone (19), wobei die Elektrodenanordnung (11, 17; 12) zumindest an Teilen ihrer dem Plasmabereich (19, 16) zugewandten Oberfläche (12m) mit einem dielektrischen Schutzelement

(14; 41) zur Vermeidung von Oberflächenbeeinträchtigungen des zu behandelnden Werkstücks (7) bei dessen Einführung, Lagerung und/oder Entnahme versehen ist, wobei ein an der Haltevorrichtung (6) vorgesehenes, aus einem dielektrischen Kunststoff gebildetes Fixierelement (8) zur Festlegung des Werkstücks (7) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (11; 12) einen Hohlraum umgibt, der zur Aufnahme des zu behandelnden Werkstücks (7) bestimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung wenigstens zwei Elektroden (12) umfasst, die den Hohlraum umgebend angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung aus einer Hohlelektrode (11), in deren Hohlraum das zu behandelnde Werkstück (7) aufgenommem wird, und einer weiteren, in dem Hohlraum vorgesehenen Elektrode (17) gebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Elektrode (17) an ihrer innerhalb des Plasmabereichs (19, 16) befindlichen Außenseite wenigstens teilweise mit einem dielektrischen Schutzelement (18) umgeben ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabereich (16) durch ein hohlkörperartiges Werkstück (7) gebildet wird, in das durch eine erste Öffnung (23) das Prozessgas einleitbar ist und durch eine zweite Öffnung (27) abführbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (14; 18; 41) aus einem reibungsmindernden Material gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungs-Koeffizient des

Schutzelements (14; 18; 41) gegenüber Stahl weniger als 0,5 beträgt .

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (14) aus

Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEK) oder Polyoxymethylen (POM) gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement aus einem Fluororganischen oder Silizium-organischen Material gebildet ist .

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement aus einer Keramik gebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (41) an der

Oberfläche der Elektrodenanordnung (12m) eingearbeitet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (18) als Überzug ausgeführt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (14) als

Beschichtung ausgeführt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement aus einem Gleitlack gebildet wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (12) an einer einem Flanschabschnitt (9) des Werkstücks (7) zugewandten Stirnseite mit einem weiteren Schutzelement (42) nach einem der Ansprüche 6 bis 16 umgeben ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (11; 12) dem Werkstück (7) derart anpassbar ist, dass zwischen dem

Schutzelement (14; 41) und einer Außenfläche (7m) des

Werkstücks (7) ein spaltartiger Abstand (15) gebildet wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zum Evakuieren eines Plasmabereiches innerhalb der Behandlungszone.

19. Anlage zur Plasma-Behandlung von Werkstücken,

insbesondere Hohlkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei oder mehreren Vorrichtungen (2, 3, 4, 5; 22, 33, 44, 55) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 aufgebaut ist.