WO2013156352A2 - Plasma roller - Google Patents

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WO2013156352A2
WO2013156352A2 PCT/EP2013/057415 EP2013057415W WO2013156352A2 WO 2013156352 A2 WO2013156352 A2 WO 2013156352A2 EP 2013057415 W EP2013057415 W EP 2013057415W WO 2013156352 A2 WO2013156352 A2 WO 2013156352A2
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WO
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electrode
high voltage
plasma
gas discharge
convex surface
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PCT/EP2013/057415
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WO2013156352A3 (en
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Wolfgang Viöl
Christian VIÖL
Stephan Wieneke
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Hochschule Für Angewandte Wissenschaft Und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2431—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes using cylindrical electrodes, e.g. rotary drums

Definitions

  • the invention relates to a method for plasma treatment of a surface of an object, in which a dielectrically impeded gas discharge is generated, and to an apparatus for carrying out such a method.
  • a device for plasma treatment is known from DE 10 2006 01 1 312 A1, in which an alternating high voltage is applied to an electrode which has a dielectric shield in order to generate a plasma by means of a dielectrically impeded gas discharge.
  • the plasma is generated in a volume adjoining the shield of the electrode, in which a gas which is at atmospheric pressure is arranged, without the apparatus being associated with a counterelectrode.
  • a surface of the electrode is provided with tips or needles around which forms a strong electric field due to their small radius of curvature.
  • the device can also generate plasma relative to weakly conductive or even insulating objects and without a counterelectrode assigned to the device.
  • the device may be designed as a handheld device, which is brought to treat a surface of an object at a suitable distance from the object.
  • US Pat. No. 5,711,188 discloses a method and an apparatus for forming a thin layer on a substrate by generating a plasma in a reaction gas and depositing the layer on the substrate.
  • the substrate is arranged between an electrode, to which the alternating high voltage for generating the plasma is applied, and a counterelectrode.
  • the electrode is spaced from the substrate, with between the electrode and the substrate, a reaction gas is present, in which the plasma is generated.
  • the electrode and the counter electrode are mutually adjustable to adjust their spacing to substrates of different thicknesses so that the remaining distance between the surface of the substrate and the electrode over which the plasma is generated remains substantially the same.
  • the electrode is rotatably mounted.
  • US 2009/009831 1 A1 discloses a method for forming a thin layer by deposition from a plasma, in which an electrical alternating voltage is applied to a rotating cylindrical electrode whose axis of rotation extends parallel to a substrate. The plasma is generated in a space between the rotating electrode and the substrate by applying a voltage in the range of 100 kHz to 1 MHz.
  • US 2009/0120782 A1 discloses a device for plasma treatment of the surface of a material web.
  • the material web is conveyed via electrically insulated conveyor rollers through a chamber in which the plasma is generated for the treatment of the surface.
  • an electrode to which the AC high voltage for generating the plasma is applied as formed by the conveyor rollers rotationally driven solid electrode roller, and the material web is conveyed at a distance from the solid electrode roller through the chamber.
  • a roller of electrically conductive material is arranged as a counter electrode.
  • the electrode roller is formed on its surface of a porous metal.
  • the surface of this porous electrode roller may abut the material web, being flushed with a process gas in which the plasma is formed.
  • the electrode and the surface to be treated which is arranged between the electrode and a counterelectrode, must either have a free distance from one another, which is controlled and suitable under given circumstances must be adjusted by the electrode is moved relative to the surface, or that an outer surface of the electrode must be structured so that due to their geometry sufficiently high electric fields are generated for a gas discharge, without a counter electrode is required.
  • the invention has for its object to provide a method for a plasma treatment of a surface of an object with the features of the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method, by adjusting the suitable for generating the gas discharge distance between the electrode and the treated surface is simplified and in which a dielectrically impeded gas discharge can be generated without counter electrode, without a complex structuring of the electrode is required.
  • the invention relates to a method for plasma treatment of a surface of an object, in which an electrode, which has a convex surface facing the object, is brought closer to the surface of the object to be treated in such a way that at least one plasma region adjoins a contact region between the surfaces is formed in the application of a high alternating voltage to the electrode, a dielectrically impeded gas discharge between the surfaces is generated.
  • this method is suitable for producing a dielectrically impeded gas discharge even with respect to insulating or weakly conducting surfaces without the need for a counterelectrode.
  • no particular distance between the electrode and the surface to be treated must be maintained, but the electrode is merely brought into contact with the surface, i. H.
  • the electrode is approximated with its convex surface to the surface of the object to be treated until the surfaces touch in the contact area. Adjacent to the contact region, due to the convexity of the convex surface of the electrode, regions having different distances between the surfaces of the electrode and the object are formed. It is thereby achieved that in at least one region, which is referred to here as the plasma region, the distance between the surfaces is suitable for generating a dielectrically impeded gas discharge when a high alternating voltage is applied to the electrode. This gas discharge can then produce a plasma in the plasma region.
  • the contact region is preferably punctiform or linear.
  • punctiform or linear is not to be understood in the strictly mathematical sense, but the punctiform contact region can also be a basically circular contact surface or the linear contact region can be a basically rectangular contact surface.
  • Adjacent to the point-shaped contact region the plasma region is then formed as a circular ring space.
  • plasma regions with a linear or rectangular projection are formed on the surface. It is understood that both a defined contact region and defined plasma regions are formed only in the case of a smoothly closed convex surface of the electrode. The electrode is therefore solid on its surface, at least not porous.
  • the plasma area can be moved relative to the surface of the object.
  • the object can be moved relative to a stationary electrode.
  • the electrode is moved across the surface of the object.
  • surfaces of fixed objects, such as house walls can be treated.
  • the electrode may be moved relative to the surface of the object by sliding the electrode with its convex surface over the surface of the object with the convex surface of the electrode sliding over the surface of the object.
  • the electrode is rolled over the surface of the object. This can be achieved in a simple manner that the contact area between the surfaces of the electrode and the object moves without the surfaces are damaged by a removal of material or scratching.
  • the surface and the diameter of the electrode are adapted so that it can be pushed or rolled over the entire surface of the object without forming a plasma region over a region of the surface to be treated; with the contact area itself, the surface must not be able to be traversed without gaps.
  • the surface of the electrode can also be elastically deformable and thus adapted in the contact area to the surface of the object.
  • the electrode does not have to be as wide as the object, but can be moved over the object in several tracks next to each other, in order to drive it as a whole.
  • the dielectrically impeded gas discharge is preferably generated in a gas which is in the plasma region under atmospheric pressure.
  • the Paschen curve ie the plot of the alternating high voltage across the electrode gap required to produce a dielectrically impeded gas discharge multiplied by the gas pressure, has a minimum at a distance of about 10 ⁇ m for a gas at atmospheric pressure.
  • This ideal distance is determined by the distance of the surface of the electrode from the upper area of the object, which increases steadily from zero in the contact area, in each case overlined.
  • the alternating high voltage which is applied to the electrode can be kept comparatively small, and conversely, when the alternating high voltage is comparatively small, the gas discharge forms exclusively within a defined range around the minimum of the Paschen curve.
  • the distance between the surfaces of the electrode and the object in the plasma region is typically between 5 and 20 ⁇ .
  • the width and the relative position of the plasma region to the contact region depend inter alia on the curvature of the convex surface of the electrode and the course of the surface of the object.
  • the invention further relates to a device for plasma treatment of a surface of an object, which has an electrode with a convex surface and an alternating high voltage source for applying a high AC voltage to the electrode.
  • the electrode is approachable with its convex surface to the surface of the object such that adjacent to a contact area between the surfaces forms at least one plasma region in which forms a dielectrically hindered gas discharge between the surfaces when applying the AC high voltage to the electrode.
  • electrode In order to generate the dielectric gas discharge, electrode is arranged so that its convex surface touches the surface of the object in the contact area. In adjacent areas, the surfaces are then increasingly spaced from each other, wherein in at least one area, the plasma area, the distance between the surfaces is suitable that when applying the AC voltage to the electrode, the dielectric barrier gas discharge is generated.
  • the plasma region typically includes even a larger area than that specified by the distance between the surfaces of the electrode and the object between 5 and 20 ⁇ .
  • the AC high voltage required for the dielectric gas discharge is applied to the electrode by the AC high voltage source of the device.
  • the alternating high voltage voltage pulses with rise times of not more than 5 s, a pulse duration of less than 10 s and amplitudes of at least 30 kV, wherein the voltage pulses may be bipolar.
  • the repetition frequency of the voltage pulses is preferably less than 50 kHz. This limits the power of the gas discharge so that it remains "cold", ie does not rise significantly above room temperature, and of course the power requirements of the device.
  • the device according to the invention can have a contact sensor.
  • the contact sensor applies a contact formation signal to a controller of the AC high voltage source, and the controller applies the AC high voltage required to generate the dielectric gas discharge to the electrode only when the contact formation signal is present.
  • the material of the object whose surface is treatable with the device may be weakly electrically conductive or even insulating.
  • the surface of the electrode may be electrically conductive.
  • the convex surface of the electrode preferably has a dielectric shield, so that a short circuit in the contact region is prevented.
  • the electrode may for example be formed of metal and provided with a silicone sheath. It can also be embodied as a hollow body formed of ceramic, which is filled with a metal powder, or as a glass body filled with a gas, such as a noble gas, in particular helium, with a central metal electrode. In any case, the surface of the electrode which comes to rest against the surface to be treated is closed, i. H. not porous.
  • the electrode of the device according to the invention is designed as a rotatably mounted rotary body whose lateral surface forms the convex surface of the electrode.
  • the electrode can be designed as a cylinder, which is rotatably mounted about its cylinder axis. This design is particularly for the treatment of largely flat or only in one direction curved surfaces advantageous.
  • the contact region is basically linear and on both sides of the line plasma regions are adjacent, in which the dielectric barrier gas discharge is generated.
  • the electrode in order to treat a strongly structured surface, such as, for example, a transition between two walls arranged perpendicular to one another, the electrode can, in a further embodiment, be designed as a ball, which is freely rotatably mounted.
  • the diameter of the ball can be adapted to the structuring of the surface.
  • the surface of the electrode can also be elastically deformable, regardless of its spatial configuration.
  • the AC high voltage When the AC high voltage is capacitively coupled to the electrode, the AC high voltage can be easily applied to the electrode without restricting or hindering the rotatable mounting of the electrode.
  • the device For the capacitive coupling of the alternating high voltage, the device may have a coupling electrode to which the alternating high voltage is applied.
  • the electrode is mounted in a housing made of electrically insulating material.
  • the electrode protrudes so far with its convex surface over the housing that the surfaces of the electrode and the object can touch in order to be able to form the contact area and the at least one adjacent contact area.
  • rotatable electrodes may protrude 10% to 33% of their diameter from the housing.
  • a handle may be provided on the housing so that the device can be carried over the handle and moved over the surface of the object, in particular the electrode can be rolled over the surface of the object. Furthermore, further components, such as the coupling electrode or a mounting for the electrode, may be arranged in the housing.
  • the device is designed in a preferred embodiment as a handheld device. In order to supply the device with a high AC voltage, a connectable to a voltage source cable can be provided on the handset. The handset can also be operated with a battery or a rechargeable battery, which is arranged in the handset.
  • FIG. 1 shows a cross section of an apparatus according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a spherical electrode.
  • FIG. 2 shows a cross-section of an apparatus according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a spherical and dielectrically isolated electrode.
  • FIG 3 shows a cross-section of a device according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a cylindrical and dielectrically insulated electrode and an alternating high-voltage contact.
  • FIG. 4 shows a cross-section of a device according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a cylindrical and dielectrically insulated electrode and a coupling electrode.
  • the device 1 shows a device 1 according to the invention for carrying out a method for a plasma treatment of a substantially planar surface 2 of an object 3.
  • the device has an alternating high voltage source 4 for a high alternating voltage, which is applied to an electrode 6 via a coupling electrode 5.
  • the electrode 6 is designed as a freely rotatable ball, which is mounted via a bearing 7, here a ball bearing, in a cup-shaped housing 8 made of an electrically insulating material. In this case, a part of the electrode 6 facing the object 3 projects out of the housing 8.
  • a handle 12 is arranged on the housing 8 of the device 1.
  • the spherical electrode 6 contacts, with its convex surface 9, the surface 2 of the object 3 in a punctiform contact region 10, and from there the distance between the convex surface 9 of the electrode 6 and the smoothly closed surface 2 of the object 3 increases steadily.
  • the contact area 9 adjacent to a plasma region 1 1 is formed, which is a circular space and in which the surfaces of the electrode 6 and the object 3 are spaced apart such that a dielectrically impeded gas discharge in the plasma region 1 1 is generated when the AC high voltage to the Electrode 6 is applied. Since the electrode 6 is freely rotatably mounted as a ball in the housing 8, the electrode 6 can be rolled over the surface 2 of the object 3 and so the plasma region 1 1 are moved over the entire surface 2 away.
  • Fig. 2 shows a device 1 according to the invention similar to that shown in Fig. 1, however, the electrode 6 in Fig. 2 on a dielectric shield 13, which surrounds the spherical electrode 6.
  • the electrode is formed for example of metal and coated with silicone.
  • FIG. 3 shows a further device 1 according to the invention for carrying out a method for a plasma treatment of a substantially planar surface 2 of an object 3.
  • the device here has an electrode 6, which is designed as a cylinder rotatable about its cylinder axis.
  • the cylindrical surface is provided with a dielectric shield 13, which forms the closed convex surface 9 of the electrode 6.
  • the electrode 6 can also be without a dielectric shield 13 if the surface 2 of the object 3 is a material which is only slightly electrically conductive or insulating.
  • the electrode 6 is mounted in a cup-shaped housing 8 via a bearing 7, here a stub axle forming bracket.
  • a bearing 7, here a stub axle forming bracket In this case, the application of the alternating high voltage via a galvanic contact between the electrode 6 and the electrically conductive bracket or by capacitive coupling via a dielectric away done.
  • the bracket made of metal can store a plastic cylinder on which the electrode 6 is arranged in the form of a metal foil with a dielectric shield 13 made of silicone.
  • a part of the cylindrical electrode 6 facing the object 3 protrudes from the housing 8 and the electrode touches with its convex surface 9 the surface 2 of the object 3 in a basically line-shaped contact area 10.
  • the distance increases between the surfaces 2 and 9 of the Contact area 10 starting on both sides steadily.
  • two plasma regions 1 1 Adjacent to the contact region 9, two plasma regions 1 1 are formed, in which the surface 9 of the electrode 6 and the surface 2 of the object 3 are spaced apart such that a dielectrically impeded gas discharge is generated in the plasma regions 11 when the alternating high voltage is applied to the Electrode 6 is applied.
  • Fig. 4 shows a device 1 according to the invention similar to that shown in Fig. 3, but the bearing 7, via which the electrode 6 is mounted in the housing 8, executed in Fig. 4 as a bracket made of an electrically insulating material.
  • the alternating high voltage is coupled capacitively to the electrode 6 via a coupling electrode 5 here.

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Abstract

For the plasma treatment of a surface (2) of an object (3), an electrode (6) having a convex surface (9) facing the object (3) is moved towards the surface (2) of the object (3) in such a way that, adjacent to a contact region (10) between the surfaces (2, 9), at least one plasma region (11) is formed, in which a dielectrically impeded gas discharge is generated between the surfaces (2, 9) when a high AC voltage is applied to the electrode (6).

Description

PLASMAROLLER  PLASMA ROLLER
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
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. The invention relates to a method for plasma treatment of a surface of an object, in which a dielectrically impeded gas discharge is generated, and to an apparatus for carrying out such a method.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Aus der DE 10 2006 01 1 312 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. A device for plasma treatment is known from DE 10 2006 01 1 312 A1, in which an alternating high voltage is applied to an electrode which has a dielectric shield in order to generate a plasma by means of a dielectrically impeded gas discharge. In this case, the plasma is generated in a volume adjoining the shield of the electrode, in which a gas which is at atmospheric pressure is arranged, without the apparatus being associated with a counterelectrode. In order to achieve the necessary for the generation of the plasma high electric field strengths, a surface of the electrode is provided with tips or needles around which forms a strong electric field due to their small radius of curvature. Thus, the device can also generate plasma relative to weakly conductive or even insulating objects and without a counterelectrode assigned to the device. The device may be designed as a handheld device, which is brought to treat a surface of an object at a suitable distance from the object.
Aus der US 5,71 1 ,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, u m 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 2009/009831 1 A1 offenbart. Auch aus der US 2009/009831 1 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, u nd 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. US Pat. No. 5,711,188 discloses a method and an apparatus for forming a thin layer on a substrate by generating a plasma in a reaction gas and depositing the layer on the substrate. For this purpose, the substrate is arranged between an electrode, to which the alternating high voltage for generating the plasma is applied, and a counterelectrode. The electrode is spaced from the substrate, with between the electrode and the substrate, a reaction gas is present, in which the plasma is generated. The electrode and the counter electrode are mutually adjustable to adjust their spacing to substrates of different thicknesses so that the remaining distance between the surface of the substrate and the electrode over which the plasma is generated remains substantially the same. In order to remove unwanted, generated by the plasma components in the reaction gas, the electrode is rotatably mounted. The rotation of the electrode results in a flow of the reaction gas through the region between the electrode and the substrate, whereby a continuous exchange of the reaction gas is achieved. Such a method and apparatus are also disclosed in US 2009/009831 1 A1. Also known from US 2009/009831 1 A1 is a method for forming a thin layer by deposition from a plasma, in which an electrical alternating voltage is applied to a rotating cylindrical electrode whose axis of rotation extends parallel to a substrate. The plasma is generated in a space between the rotating electrode and the substrate by applying a voltage in the range of 100 kHz to 1 MHz. US 2009/0120782 A1 discloses a device for plasma treatment of the surface of a material web. The material web is conveyed via electrically insulated conveyor rollers through a chamber in which the plasma is generated for the treatment of the surface. In the chamber, an electrode to which the AC high voltage for generating the plasma is applied as formed by the conveyor rollers rotationally driven solid electrode roller, and the material web is conveyed at a distance from the solid electrode roller through the chamber. Below the material web, a roller of electrically conductive material is arranged as a counter electrode. By the electrode and the counter electrode are arranged adjustable against each other, their distance for webs of different thicknesses can be adjusted so that the distance between the treated surface of the web and the electrode remains substantially constant.
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. In one embodiment of the device known from US 2009/0120782 A1, the electrode roller is formed on its surface of a porous metal. The surface of this porous electrode roller may abut the material web, being flushed with a process gas in which the plasma is formed. In the known methods and devices it turns out that in order to produce the gas discharge, the electrode and the surface to be treated, which is arranged between the electrode and a counterelectrode, must either have a free distance from one another, which is controlled and suitable under given circumstances must be adjusted by the electrode is moved relative to the surface, or that an outer surface of the electrode must be structured so that due to their geometry sufficiently high electric fields are generated for a gas discharge, without a counter electrode is required.
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. From DE 10 2010 003 284 A1 a method for the chemical activation of working gases in closed volumes is known. The activation takes place by a dielectrically impeded gas discharge between electrodes, which are placed on a cover of the respective closed volume.
AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION
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. The invention has for its object to provide a method for a plasma treatment of a surface of an object with the features of the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method, by adjusting the suitable for generating the gas discharge distance between the electrode and the treated surface is simplified and in which a dielectrically impeded gas discharge can be generated without counter electrode, without a complex structuring of the electrode is required.
LÖSUNG SOLUTION
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 7 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrich- tung sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6 bzw. 8 bis 16 zu entnehmen. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG The object of the invention is achieved by a method having the features of independent claim 1 and by an apparatus having the features of independent claim 7. Preferred embodiments of the method and the device can be found in the dependent claims 2 to 6 and 8 to 16 respectively. DESCRIPTION OF THE INVENTION
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 Kontakt- bereichs 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. The invention relates to a method for plasma treatment of a surface of an object, in which an electrode, which has a convex surface facing the object, is brought closer to the surface of the object to be treated in such a way that at least one plasma region adjoins a contact region between the surfaces is formed in the application of a high alternating voltage to the electrode, a dielectrically impeded gas discharge between the surfaces is generated. On the one hand, this method is suitable for producing a dielectrically impeded gas discharge even with respect to insulating or weakly conducting surfaces without the need for a counterelectrode. On the other hand, no particular distance between the electrode and the surface to be treated must be maintained, but the electrode is merely brought into contact with the surface, i. H. pressed against this, with a small contact force is sufficient, a larger contact force, as far as neither the electrode nor the surface are damaged, but also allowed. The electrode is approximated with its convex surface to the surface of the object to be treated until the surfaces touch in the contact area. Adjacent to the contact region, due to the convexity of the convex surface of the electrode, regions having different distances between the surfaces of the electrode and the object are formed. It is thereby achieved that in at least one region, which is referred to here as the plasma region, the distance between the surfaces is suitable for generating a dielectrically impeded gas discharge when a high alternating voltage is applied to the electrode. This gas discharge can then produce a plasma in the plasma region.
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. The contact region is preferably punctiform or linear. In this case, punctiform or linear is not to be understood in the strictly mathematical sense, but the punctiform contact region can also be a basically circular contact surface or the linear contact region can be a basically rectangular contact surface. Adjacent to the point-shaped contact region, the plasma region is then formed as a circular ring space. In the linear contact region, plasma regions with a linear or rectangular projection are formed on the surface. It is understood that both a defined contact region and defined plasma regions are formed only in the case of a smoothly closed convex surface of the electrode. The electrode is therefore solid on its surface, at least not porous.
Um die Plasmabehandlung von großen Bereichen der Oberfläche des Objekts vorzunehmen, die größer sind als der Plasmabereich, kann der Plasmabereich relativ zu der Oberfläche des Objekts bewegt werden. Dazu kann das Objekt gegenüber einer feststehenden Elektrode bewegt werden. Vorzugsweise wird jedoch die Elektrode über die Oberfläche des Objekts hinweg bewegt. So können insbesondere Oberflächen von feststehenden Objekten, wie beispielsweise Hauswände, behandelt werden. Die Elektrode kann relativ zu der Oberfläche des Objekts bewegt werden, indem die Elektrode mit ihrer konvexen Oberfläche über die Oberfläche des Objekts geschoben wird, wobei die konvexe Oberfläche der Elektrode über die Oberfläche des Objekts gleitet. In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Elektrode über die Oberfläche des Objekts gerollt. Damit kann in einfacher Weise erreicht werden, 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. In order to perform the plasma treatment of large areas of the surface of the object, which are larger than the plasma area, the plasma area can be moved relative to the surface of the object. For this purpose, the object can be moved relative to a stationary electrode. Preferably, however, the electrode is moved across the surface of the object. In particular, surfaces of fixed objects, such as house walls, can be treated. The electrode may be moved relative to the surface of the object by sliding the electrode with its convex surface over the surface of the object with the convex surface of the electrode sliding over the surface of the object. In an advantageous embodiment of the method, the electrode is rolled over the surface of the object. This can be achieved in a simple manner that the contact area between the surfaces of the electrode and the object moves without the surfaces are damaged by a removal of material or scratching.
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 μηη auf. Dieser Idealabstand wird durch Abstand der Oberfläche der Elektrode von der Ober- fläche 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 Mini- mum der Paschenkurve aus. So beträgt der Abstand zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts in dem Plasmabereich typischerweise zwischen 5 und 20 μηη. 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. Depending on the structuring of the surface, the surface and the diameter of the electrode are adapted so that it can be pushed or rolled over the entire surface of the object without forming a plasma region over a region of the surface to be treated; with the contact area itself, the surface must not be able to be traversed without gaps. However, the surface of the electrode can also be elastically deformable and thus adapted in the contact area to the surface of the object. The electrode does not have to be as wide as the object, but can be moved over the object in several tracks next to each other, in order to drive it as a whole. In the method according to the invention, the dielectrically impeded gas discharge is preferably generated in a gas which is in the plasma region under atmospheric pressure. The Paschen curve, ie the plot of the alternating high voltage across the electrode gap required to produce a dielectrically impeded gas discharge multiplied by the gas pressure, has a minimum at a distance of about 10 μm for a gas at atmospheric pressure. This ideal distance is determined by the distance of the surface of the electrode from the upper area of the object, which increases steadily from zero in the contact area, in each case overlined. Thus, the alternating high voltage which is applied to the electrode can be kept comparatively small, and conversely, when the alternating high voltage is comparatively small, the gas discharge forms exclusively within a defined range around the minimum of the Paschen curve. Thus, the distance between the surfaces of the electrode and the object in the plasma region is typically between 5 and 20 μηη. The width and the relative position of the plasma region to the contact region depend inter alia on the curvature of the convex surface of the electrode and the course of the surface of the object.
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. The invention further relates to a device for plasma treatment of a surface of an object, which has an electrode with a convex surface and an alternating high voltage source for applying a high AC voltage to the electrode. The electrode is approachable with its convex surface to the surface of the object such that adjacent to a contact area between the surfaces forms at least one plasma region in which forms a dielectrically hindered gas discharge between the surfaces when applying the AC high voltage to the electrode.
Um die dielektrische Gasentladung zu erzeugen , ist 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 μηη vorgegeben wird. In order to generate the dielectric gas discharge, electrode is arranged so that its convex surface touches the surface of the object in the contact area. In adjacent areas, the surfaces are then increasingly spaced from each other, wherein in at least one area, the plasma area, the distance between the surfaces is suitable that when applying the AC voltage to the electrode, the dielectric barrier gas discharge is generated. When the dielectrically impeded gas discharge is generated in the gas under atmospheric pressure, the plasma region typically includes even a larger area than that specified by the distance between the surfaces of the electrode and the object between 5 and 20 μηη.
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 s, einer Pulsdauer von unter 10 s und Amplituden von mindestens 30 kV auf, wobei die Spannungs- pulse 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. The AC high voltage required for the dielectric gas discharge is applied to the electrode by the AC high voltage source of the device. Typically, the alternating high voltage voltage pulses with rise times of not more than 5 s, a pulse duration of less than 10 s and amplitudes of at least 30 kV, wherein the voltage pulses may be bipolar. The repetition frequency of the voltage pulses is preferably less than 50 kHz. This limits the power of the gas discharge so that it remains "cold", ie does not rise significantly above room temperature, and of course the power requirements of the device.
Um die Wechselhochspannung nur an die Elektrode anzulegen und somit eine Gasentladung in dem Plasmabereich zu erzeugen, wenn der Kontaktbereich und entsprechend auch der Plas- mabereich zwischen den Oberflächen der Elektrode und des Objekts gebildet ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kontaktsensor aufweisen. N u r 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 Kontakt- ausbildungssignal vorliegt. In order to apply the alternating high voltage only to the electrode and thus to generate a gas discharge in the plasma region, when the contact region and correspondingly also the plasma region is formed between the surfaces of the electrode and the object, the device according to the invention can have a contact sensor. When the surfaces touch, the contact sensor applies a contact formation signal to a controller of the AC high voltage source, and the controller applies the AC high voltage required to generate the dielectric gas discharge to the electrode only when the contact formation signal is present.
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 Kurz- schluss 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 ausge- führt sein. In jedem Fall ist die Oberfläche der Elektrode, di an die zu behandelnde Oberfläche zur Anlage kommt geschlossen, d. h. nicht porös. The material of the object whose surface is treatable with the device may be weakly electrically conductive or even insulating. In this case, the surface of the electrode may be electrically conductive. However, in order to be able to generate the dielectrically impeded gas discharge with respect to an object with good electrical conductivity, the convex surface of the electrode preferably has a dielectric shield, so that a short circuit in the contact region is prevented. The electrode may for example be formed of metal and provided with a silicone sheath. It can also be embodied as a hollow body formed of ceramic, which is filled with a metal powder, or as a glass body filled with a gas, such as a noble gas, in particular helium, with a central metal electrode. In any case, the surface of the electrode which comes to rest against the surface to be treated is closed, i. H. not porous.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Elektrode der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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. In an advantageous embodiment, the electrode of the device according to the invention is designed as a rotatably mounted rotary body whose lateral surface forms the convex surface of the electrode. As a result, the surface of the object to be treated can be unrolled with the electrode so that the plasma region can easily be moved relatively over the surface of the object. Thus, even with a small electrode, which forms only a small plasma area with the surface to be treated, a surface can be treated over a large area.
Die Elektrode kann als ein Zylinder, der um seine Zylinderachse drehbar gelagert ist, ausge- bildet 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 angeord- neten 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. The electrode can be designed as a cylinder, which is rotatably mounted about its cylinder axis. This design is particularly for the treatment of largely flat or only in one direction curved surfaces advantageous. The contact region is basically linear and on both sides of the line plasma regions are adjacent, in which the dielectric barrier gas discharge is generated. In contrast, in order to treat a strongly structured surface, such as, for example, a transition between two walls arranged perpendicular to one another, the electrode can, in a further embodiment, be designed as a ball, which is freely rotatably mounted. The diameter of the ball can be adapted to the structuring of the surface. As already stated above, the surface of the electrode can also be elastically deformable, regardless of its spatial configuration. When the AC high voltage is capacitively coupled to the electrode, the AC high voltage can be easily applied to the electrode without restricting or hindering the rotatable mounting of the electrode. For the capacitive coupling of the alternating high voltage, the device may have a coupling electrode to which the alternating high voltage is applied.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Elektrode 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. In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the electrode is mounted in a housing made of electrically insulating material. However, the electrode protrudes so far with its convex surface over the housing that the surfaces of the electrode and the object can touch in order to be able to form the contact area and the at least one adjacent contact area. For example, rotatable electrodes may protrude 10% to 33% of their diameter from the housing.
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 erfin- dungsgemäßen 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. A handle may be provided on the housing so that the device can be carried over the handle and moved over the surface of the object, in particular the electrode can be rolled over the surface of the object. Furthermore, further components, such as the coupling electrode or a mounting for the electrode, may be arranged in the housing. The device is designed in a preferred embodiment as a handheld device. In order to supply the device with a high AC voltage, a connectable to a voltage source cable can be provided on the handset. The handset can also be operated with a battery or a rechargeable battery, which is arranged in the handset. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and may be effective as an alternative or cumulatively without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.
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. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. If, on the other hand, only the exact number of a feature is to be specified, the adjective "exactly" before the respective feature is used. These features may be supplemented by other features or be the only features that make up the process or product.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
I m Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. 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. In the following, the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures. shows a cross section of an apparatus according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a spherical electrode. Fig. 2 shows a cross-section of an apparatus according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a spherical and dielectrically isolated electrode.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasma- behandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer zylinderförmigen und dielektrisch isolierten Elektrode und einem Wechselhochspannungskontakt. 3 shows a cross-section of a device according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a cylindrical and dielectrically insulated electrode and an alternating high-voltage contact.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer zylinderförmigen und dielektrisch isolierten Elektrode und einer Kopplungselektrode. 4 shows a cross-section of a device according to the invention for the plasma treatment of a surface of an object with a cylindrical and dielectrically insulated electrode and a coupling electrode.
FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES
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 1 1 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 1 1 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 1 1 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. 1 shows a device 1 according to the invention for carrying out a method for a plasma treatment of a substantially planar surface 2 of an object 3. The device has an alternating high voltage source 4 for a high alternating voltage, which is applied to an electrode 6 via a coupling electrode 5. The electrode 6 is designed as a freely rotatable ball, which is mounted via a bearing 7, here a ball bearing, in a cup-shaped housing 8 made of an electrically insulating material. In this case, a part of the electrode 6 facing the object 3 projects out of the housing 8. To hold the device 1, a handle 12 is arranged on the housing 8 of the device 1. The spherical electrode 6 contacts, with its convex surface 9, the surface 2 of the object 3 in a punctiform contact region 10, and from there the distance between the convex surface 9 of the electrode 6 and the smoothly closed surface 2 of the object 3 increases steadily. The contact area 9 adjacent to a plasma region 1 1 is formed, which is a circular space and in which the surfaces of the electrode 6 and the object 3 are spaced apart such that a dielectrically impeded gas discharge in the plasma region 1 1 is generated when the AC high voltage to the Electrode 6 is applied. Since the electrode 6 is freely rotatably mounted as a ball in the housing 8, the electrode 6 can be rolled over the surface 2 of the object 3 and so the plasma region 1 1 are moved over the entire surface 2 away. Thus, the entire surface 2 can be treated by the device 1. Fig. 2 shows a device 1 according to the invention similar to that shown in Fig. 1, however, the electrode 6 in Fig. 2 on a dielectric shield 13, which surrounds the spherical electrode 6. Thus, in the event that the surface 2 of the object 3 to be treated has a good electrical conductivity, a short circuit between the electrode 6 and the object 3 via the contact region 10 is prevented, which would prevent the generation of the dielectrically impeded gas discharge. For this purpose, the electrode is formed for example of metal and coated with silicone.
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. 3 shows a further device 1 according to the invention for carrying out a method for a plasma treatment of a substantially planar surface 2 of an object 3. The device here has an electrode 6, which is designed as a cylinder rotatable about its cylinder axis. The cylindrical surface is provided with a dielectric shield 13, which forms the closed convex surface 9 of the electrode 6. In principle, however, the electrode 6 can also be without a dielectric shield 13 if the surface 2 of the object 3 is a material which is only slightly electrically conductive or insulating.
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. The electrode 6 is mounted in a cup-shaped housing 8 via a bearing 7, here a stub axle forming bracket. In this case, the application of the alternating high voltage via a galvanic contact between the electrode 6 and the electrically conductive bracket or by capacitive coupling via a dielectric away done. For example, the bracket made of metal can store a plastic cylinder on which the electrode 6 is arranged in the form of a metal foil with a dielectric shield 13 made of silicone.
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 zylinder- förmigen 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 1 1 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 1 1 erzeugt wird, wenn die Wechselhochspannung an die Elektrode 6 angelegt wird. A part of the cylindrical electrode 6 facing the object 3 protrudes from the housing 8 and the electrode touches with its convex surface 9 the surface 2 of the object 3 in a basically line-shaped contact area 10. Along the circumference of the cylindrical electrode 6 the distance increases between the surfaces 2 and 9 of the Contact area 10 starting on both sides steadily. Adjacent to the contact region 9, two plasma regions 1 1 are formed, in which the surface 9 of the electrode 6 and the surface 2 of the object 3 are spaced apart such that a dielectrically impeded gas discharge is generated in the plasma regions 11 when the alternating high voltage is applied to the Electrode 6 is applied.
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. Fig. 4 shows a device 1 according to the invention similar to that shown in Fig. 3, but the bearing 7, via which the electrode 6 is mounted in the housing 8, executed in Fig. 4 as a bracket made of an electrically insulating material. The alternating high voltage is coupled capacitively to the electrode 6 via a coupling electrode 5 here.
BEZUGSZEICHENLISTE Vorrichtung zur Plasmabehandlung REFERENCE LIST Plasma treatment device
Oberfläche surface
Objekt object
Wechselhochspannungsquelle AC high voltage source
Kopplungselektrode coupling electrode
Elektrode electrode
Lager camp
Gehäuse casing
Oberfläche surface
Kontaktbereich contact area
Plasmabereich plasma region
Handgriff handle
Abschirmung shielding

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche (3) eines Objekts (2), bei dem eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugt wird, indem an eine eine dem Objekt (2) zuge- wandte konvexe Oberfläche (9) aufweisende Elektrode (6) eine Wechselhochspannung ange- legt wird, 1 . Method for the plasma treatment of a surface (3) of an object (2), in which a dielectrically impeded gas discharge is generated by applying an alternating high voltage to an electrode (6) facing the object (2) becomes,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die konvexe Oberfläche der Elektrode (6) mit 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 (1 1 ) ausbildet, in dem beim Anlegen der Wech- selhochspannung an die Elektrode (6) die dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen (2, 9) erzeugt wird. the convex surface of the electrode (6) is approximated to the surface (3) of the object (2) to be treated in such a way that at least one plasma region (11) forms adjacent to a contact region (10) between the surfaces (2, 9), in which, when the alternating high voltage is applied to the electrode (6), the dielectrically impeded gas discharge is generated between the surfaces (2, 9).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (10) punkt- oder linienförmig ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the contact region (10) is punctiform or linear.
3. 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 (1 1 ) über die Oberfläche (2) des Objekts (3) verschoben wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode (6) over the surface (2) of the object (3) is moved away, that the at least one plasma region (1 1) over the surface (2) of the Object (3) is moved.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) mit Ihrer konvexen Oberfläche (9) über die Oberfläche (2) des Objekts (3) gerollt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the electrode (6) with its convex surface (9) over the surface (2) of the object (3) is rolled.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrisch behinderte Gasentladung in einem bei Atmosphärendruck befindlichen Gas erzeugt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the dielectrically impeded gas discharge is generated in a gas at atmospheric pressure.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Elektrode (6) geschlossen ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the electrode (6) is closed.
7. 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 7. A device (1) for the plasma treatment of a surface (2) of an object (3) according to the method according to one of claims 1 to 5, wherein the device (1) comprises: an electrode (6) with a convex surface (9) and
- eine Wechselhochspannungsquelle (4) zum Anlegen einer Wechselhochspannung an die Elektrode (6), um eine dielektrisch behinderte Gasentladung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) mit ihrer konvexen Oberfläche (9) derart an die Oberfläche (2) des Objekts (3) annäherbar ist, dass sich einem Kontaktbereich (10) zwi- sehen den Oberflächen (2, 9) benachbart mindestens ein Plasmabereich (1 1 ) ausbildet, in dem sich beim Anlegen der Wechselhochspannung an die Elektrode (6) die dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen (2, 9) ausbildet. - A alternating high voltage source (4) for applying a high voltage alternating to the electrode (6) to produce a dielectrically impeded gas discharge, characterized in that the electrode (6) with its convex surface (9) to the surface (2) of the object (3) it can be approached that a contact region (10) between the surfaces (2, 9) adjacent at least one plasma region (1 1) is formed, in which when applying the AC high voltage to the electrode (6) the dielectrically impeded gas discharge between the surfaces (2, 9) is formed.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, 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. The device (1) according to claim 7, characterized in that a contact sensor outputs a contact formation signal to a controller of the AC high voltage source (4) when the contact area (10) is formed between the surfaces (2, 9), and the controller Alternating high voltage only then applies to the electrode (6) when it has the contact formation signal.
9. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (6) eine dielektrische Abschirmung (13) an ihrer konvexen Oberfläche (9) aufweist. 9. Device (1) according to claim 7 or 8, characterized in that the electrode (6) has a dielectric shield (13) on its convex surface (9).
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Oberfläche (9) geschlossen ist. 10. Device (1) according to one of claims 7 to 19, characterized in that the convex surface (9) is closed.
1 1 . Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Oberfläche (9) eine Mantelfläche eines drehbar gelagerten Rotationskörpers ist. 1 1. Device (1) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the convex surface (9) is a lateral surface of a rotatably mounted rotary body.
12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskörper ein um seine Zylinderachse drehbar gelagerter Zylinder oder eine frei drehbar gelagerte Kugel ist. 12. Device (1) according to claim 1 1, characterized in that the rotary body is a cylinder rotatably mounted about its cylinder axis or a freely rotatably mounted ball.
13. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselhochspannung über eine Kopplungselektrode (5) kapazitiv an die Elektrode (6) angekoppelt ist. 13. Device (1) according to one of claims 7 to 12, characterized in that the alternating high voltage via a coupling electrode (5) is capacitively coupled to the electrode (6).
14. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass 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. 14. Device (1) according to one of claims 7 to 13, characterized in that the electrode (6) is mounted in a housing (8) made of electrically insulating material, wherein the convex surface (9) of the electrode (6) protrudes at least so far beyond the housing (8) that the contact region (10) between the surface (9) of the electrode (6) and a planar surface (2) of the object (3) can be trained.
15. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (8) ein Handgriff (12) zum Bewegen der Elektrode (6) gegenüber dem Objekt (3) vorgesehen ist. 15. Device (1) according to claim 14, characterized in that on the housing (8) a handle (12) for moving the electrode (6) relative to the object (3) is provided.
16. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 15, ausgebildet als batterie- oder akku- mulatorbetriebenes Handgerät. 16. Device (1) according to one of claims 7 to 15, designed as a battery or Akku- mulatorbetriebenes handset.
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