DE10116502B4

DE10116502B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung eines Plasmastrahls

Info

Publication number: DE10116502B4
Application number: DE10116502A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Vioel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2021-04-04
Also published as: DE10116502A1

Abstract

Verfahren zur Ausbildung eines Plasmastrahls (14) aus freiem, kaltem Plasma, mit den Schritten:
– Ausbilden mindestens eines Gasführungskanals (1) in einem Formkörper (4) aus elektrisch isolierendem Material,
– Anbringen mindestens einer Elektrode (2) und mindestens einer Gegenelektrode (3) an dem Formkörper (4), wobei diese zumindest über einen Bereich parallel zu dem Gasführungskanal (1) verlaufen und wobei es keine direkte Verbindungslinie zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3) gibt, längs derer sich ausschließlich ein mit Gas gefüllter Raum zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3) befindet,
– Hervorrufen einer Gasströmung durch den Gasführungskanal (1) von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende und
– Anlegen einer Wechselhochspannung zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3),
– so dass an dem anderen Ende des Gasführungskanals der Plasmastrahl (14) austritt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung eines Plasmastrahls aus freiem, kaltem Plasma und auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 10.

Aus der DE 199 57 775 C1 des Anmelders ist ein Verfahren zur Modifizierung von Holzoberflächen durch elektrische Entladung bekannt. Hierbei wird eine Elektrode gegenüber der zu modifizierenden Holzoberfläche angeordnet, und eine Wechselhochspannung wird an die Elektrode angelegt, um unter Atmosphärendruck eine Entladung zwischen der Holzoberfläche und der Elektrode hervorzurufen. Im Detail wird eine dielektrische Schicht zwischen der Elektrode und der zu modifizierenden Holzoberfläche angeordnet, und die Wechselhochspannung wird mit einer Frequenz von mehr als 600 Hz angelegt. Bevorzugt ist eine Frequenz im Bereich von 10 bis 3000 kHz. Weiterhin ist es bei den bekannten Verfahren bevorzugt, die Wechselhochspannung in Form von elektrischen Pulsen wechselnder Polarität anzulegen. Zur Behandlung kontu rierter Holzoberflächen soll eine Elektrode verwendet werden, deren der Holzoberfläche zugewandte Fläche klein im Vergleich zu der zu modifizierenden Holzoberfläche ist. Diese Elektrode soll dann gegenüber der Holzoberfläche verfahren werden. Das bei dem bekannten Verfahren zu Modifizierung der Holzoberfläche vorgesehene Plasma bildet sich in der Praxis jedoch nur dann mit der gewünschten Gleichmäßigkeit aus, wenn der Abstand zwischen der Elektrode und der Holzoberfläche über die Ausdehnung der Elektrode konstant ist. Besondere Probleme mit der Ausbildung eines kalten Plasmas, welches zur Modifizierung der Holzoberfläche ohne deren thermische Beanspruchung erforderlich ist, treten bei stark konturierten Holzoberflächen auf. Hier gibt es immer Bereiche der Holzoberfläche, die relativ näher an der Elektrode liegen und einen relativ kleinen Krümmungsradius aufweisen, so daß sich das elektrische Feld zwischen der Holzoberfläche und der Elektrode und im Ergebnis auch die Entladung hier konzentriert, während andere Bereiche vernachlässigt werden.

Es geht vorliegend also darum, einen anderen Weg zur Oberflächenbehandlung, insbesondere von Holzoberflächen, beispielsweise aber auch von Kunststoff-, Glas-, Keramik- und Metalloberflächen, mit einem kalten Plasma aufzuzeigen, als dies in der DE 199 57 775 C1 geschieht.

Mit einem Plasmastrahl, d. h. einem Strahl von freiem Plasma sollten sich auch stark konturierte Oberflächen behandeln lassen. Mit einer Vielzahl von Plasmastrahlen nebeneinander sollte überdies auch eine Behandlung großer Oberflächen schnell und problemlos möglich sein.

Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 10 ist aus der US 5,198,724 bekannt. Eine zentrale Elektrode ist koaxial von einem Hohlzylinder aus elektrisch isolierendem Material und einer ebenfalls hohlzylinderförmigen Gegenelektrode umgeben. In seinem Inneren bildet der Hohlzylinder aus dem elektrisch isolierenden Material einen ringförmigen Gasführungskanal um die Elektrode herum aus.

Das durch den Gasführungskanal strömende Gas weist etwa Normaldruck auf und besteht zu nicht weniger als 70 % aus Helium und wird durch eine angelegte Wechselhochspannung von 13,56 MHz in ein Plasma umgewandelt, das an einem Ende des Gasführungskanals als freier Plasmastrahl austritt. Bei der bekannten Vorrichtung besteht die Gefahr, daß auch in einem Ringspalt zwischen dem Hohlzylinder aus dem elektrisch isolierenden Material und der hohlzylinderförmigen Gegenelektrode eine ungewollte Entladung erfolgt, zumal hier die Atmosphäre nicht durch Helium definiert ist und nicht durch eine Gasströmung ständig ausgetauscht wird. Darüberhinaus weist der Plasmastrahl unerwünschte Partikel aus der Elektrode auf, die den ringförmigen Gasführungskanal nach . innen begrenzt. Ein weiterer Nachteil ist, daß zur Erzeugung einer Wechselhochspannung von über 10 MHz keine Halbleiterbauteile ausreichen, sondern Röhren mit relativ hohen Kosten und vergleichsweise schlechtem Wirkungsgrad erforderlich sind.

Aus der DE 198 07 086 A1 ist eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Plasmastrahls bekannt, die bei Atmosphärendruck betrieben wird und bei der die Wechselhochspannungsquelle eine Wechselhochspannung mit einer Frequenz von 20 kHz zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode anlegt, die auf ihrer an eine Gasströmung angrenzenden Seite jeweils mit einem Dielektrikum abgedeckt sind. Diese Anordnung befindet sich innerhalb eines rohrförmigen Hohlkörpers. Aufgrund der geometrischen Anordnung besteht hier die besondere Gefahr, daß es auch außer in dem gewollten Bereich zwischen den vor den Elektroden angeordneten Dielektrika zu einer Entladung kommt. Besonders groß ist die Gefahr zwischen dem Hohlkörper und der Elektrode bzw. der Gegenelektrode.

Eine Vorrichtung zur plasmachemischen Bearbeitung von Schadstoffen und Materialien, insbesondere zur Zersetzung und/oder Vernichtung von Schadstoffen, wobei die Stoffe als gasförmige Reaktanden ein nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung arbeitenden Plasmareaktor durchlaufen, ist aus der DE 43 17 964 C2 bekannt. Bei der Vorrichtung führt ein Gasführungskanal durch einen zweiteiligen Formkörper aus elektrisch isolierendem Material. Eine Elektrode und mindestens eine Gegenelektrode sind an dem Formkörper so angebracht, dass sie mindestens über einen Bereich parallel zu dem Gasführungskanal verlaufen, ohne dass auf einer Verbindungslinie zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ein mit Gas gefüllter Raum zwischen dem Außenumfang der Elektrode und dem äußeren Rohr oder zwischen dem Außenumfang der Elektrode und dem inneren Rohr verbleibt. Durch den Gasführungskanal wird eine Gasströmung von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende hervorgerufen, die die gasförmigen Reaktanden mit sich führt, während eine Wechselhochspannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angelegt wird. Die DE 43 17 964 C2 befasst sich nicht mit der Ausbildung eines Plasmastrahls aus freiem, kaltem Plasma.

Aus der DE 195 18 970 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas bekannt, bei dem das Abgas einen Entladungsraum mit einem elektrischen Feld durchströmt, in dem dielektrische Entladungen erzeugt werden. Das elektrische Feld weist dabei einen oder mehrere räumlich inhomogene Bereiche auf. Auch die DE 195 18 970 C1 befasst sich nicht mit der Ausbildung eines Plasmastrahls aus freiem, kaltem Plasma.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ausbildung eines Plasmastrahls und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, bei denen sichergestellt ist, daß sich die Entladung zur Erzeugung des Plasmas auf den Bereich des Gasführungskanals beschränkt. Weiterhin sollen die Voraussetzungen für eine besondere Wirtschaftlichkeit gegeben sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Umsetzung dieses Verfahrens dient der Formkörper aus dielektrischem Material zur vollständigen Definition des Gasführungskanals und stellt das Dielektrikum vor beiden Elektroden, d. h. der Elektrode und der Gegenelektrode bereit. Gleichzeitig gibt es keinen Luft- bzw. Gasspalt zwischen der Elektrode und dem isolierenden Material, in dem eine uner wünschte Entladung stattfinden könnte. Die Entladung erfolgt vielmehr kontrolliert und ausschließlich in dem Gasführungskanal. Dabei bildet der Formkörper aus dem elektrisch isolierenden Material auch die Grundstruktur für die geometrische Anordnung und Lagerung der Elektroden aus. Eine Abtragung von Elektrodenmaterial durch die Entladung und Mitführung des Elektrodenmaterials in dem Plasmastrahl ist durch die ausschließliche Begrenzung des Gasführungskanals durch das elektrisch isolierende Material ausgeschlossen.

Bevorzugt ist es, wenn für die Anbringung der Elektrode an dem Formkörper eine in Umfangsrichtung geschlossene Ausnehmung in dem Formkörper ausgebildet und die Elektrode in diese Ausnehmung eingebracht wird. Auch hierbei ist sicherzustellen, daß kein Luft- bzw. Gasraum in der Richtung zwischen den beiden Elektroden in der Ausnehmung verbleibt.

Die Gegenelektrode kann auf gleiche Weise wie die Elektrode an dem Formkörper angebracht werden, d. h. durch Einbringen in eine zuvor ausgebildete Ausnehmung in dem Formkörper. Sie kann aber auch als Ummantelung des Formkörpers vorgesehen sein. In diesem Fall bietet es sich an, die Elektrode koaxial zu der Gegenelektrode im Zentrum des Formkörpers anzuordnen. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß kein Kurzschlußweg zwischen den Elektroden gegeben ist, in dem kein isolierendes Material vorliegt. Relativ einfach kann dies durch endseitig geschlossene Ausnehmungen in dem Formkörper und entsprechend isolierte Anschlüsse am gegenüberliegenden Ende der Elektroden realisiert werden.

Die Erfindung ist nicht auf nur einen Gasführungskanal in dem Formkörper aus elektrisch isolierendem Material beschränkt. Es kann auch eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen ausgebildet werden. In einer konkreten Ausführungsform können diese in einer ringförmigen Anordnung zwischen einer zentralen Elektrode und einer ringförmigen äußeren Gegenelektrode durch den Formkörper aus dem elektrisch isolierendem Material verlaufen.

Jeder der Gasführungskanäle kann mit einem anderen elektrisch isolierenden Material als demjenigen aus dem der Formkörper ausgebildet ist, ausgekleidet sein. Beispielsweise kann der Formkörper aus Kunststoff und die Auskleidung der Gasführungskanäle aus Glas oder Keramik bestehen.

Für die Erfindung ist es nicht entscheidend, daß der Formkörper aus dem elektrisch isolierenden Material einstückig ist. Vielmehr kann er auch durch Zusammenfügen von mehreren Teilformkörpern ausgebildet werden, solange die Forderung nach nicht vorhandenen Luft- bzw. Gasspalten zwischen den Elektroden und dem Formkörper gewährleistet ist.

Aus dem Formkörper kann unmittelbar im Anschluß an den Gasführungskanal eine Plasmadüse ausgebildet werden, um den austretenden Plasmastrahl an dem anderen Ende des Gasführungskanals zu formen.

Bevorzugt ist es bei dem neuen Verfahren, die Wechselhochspannung mit einer Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz anzulegen. In diesem Bereich können Wechselhochspannungen mit Halbleiterbauteilen kostengünstig und mit hohem Wirkungsgrad erzeugt werden. Der Spannungsverlauf der Wechselhochspannung kann sinusförmig sein oder zeitlich deutlich voneinander getrennte, unipolare oder bipolare Pulse aufweisen. Besonders bevorzugt sind bipolare Pulse. Eine äußere ringförmige Gegenelektrode kann auch dabei aus Sicherheitsgründen geerdet sein.

Als Gas zur Ausbildung des Plasmas kann reine Luft eingesetzt werden. Reaktive Gase oder reaktive Gasgemische auch mit Beimischungen von Edelgasen oder Stickstoff werden zum Beschichten von Oberflächen beispielsweise mit Polymeren, diamantähnlichen Schichten oder dgl. eingesetzt. Ansonsten ist der erzeugte Plasmastrahl zur Beschichtungsvorbehandlung verschiedenster Oberflächen oder auch zum Oberflächenätzen geeignet. Beim Oberflächenätzen können reaktive Gase, wie beispielsweise Acetylen, Methan, Wasserstoff, Tetrafluormethan, Silan und dgl., als Einzelgase oder in Gasgemischen von mehreren reaktiven Gasen oder auch als reaktive Beimischungen zu Trägergasen wie z.B. Luft, Stickstoff, Argon oder Helium eingesetzt werden.

Konkrete Anwendungsbeispiele umfassen Oberflächenbehandlungen zur Benetzbarkeits- und Haftungssteigerung von Kabeln, Schläuchen, Dichtungen, Rohren, Schaumstoffen beliebiger Dicke, Profilen nahezu beliebiger Kontur, Außenseiten von Form- und Hohlkörpern wie Bechern, Deckeln, Flaschen, Bällen, Innenseiten von Löchern und Bohrungen, Folien prinzipiell ohne Rückseiteneffekt, Noppenfolien, Formaten beliebigen Zuschnitts usw. Der mit der neuen Vorrichtung ausgebildete Plasmastrahl zeichnet sich insbesondere durch eine freie Führbarkeit, z.B. mit einem Roboter oder auch von Hand, aus. Eine große Variabilität wird durch die Verwendung verschiedener Arbeitsgase gewährleistet.

Gerade für den industriellen Einsatz bietet sich an, in den Formkörper aus elektrisch isolierendem Material neben dem Gasführungskanal auch Kühlkanäle zur Durchströmung mit einem Kühlmedium vorzusehen, beispielsweise zur Durchströmung mit entionisiertem Wasser. Auch in der Praxis der Erfindung kann der Plasmastrahl dann über lange Zeiträume hinweg mit einer Gastemperatur erzeugt werden, die kaum über Raumtemperatur liegt. So sind auch thermisch sehr empfindliche Oberflächen behandelbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Patentanspruchs 10 auf.

Dabei ist die Elektrode vorzugsweise in eine in Umfangsrichtung geschlossene Ausnehmung in dem Formkörper eingebracht. Dies kann auch für die Gegenelektrode der Fall sein. Sie kann aber auch den Formkörper ummanteln.

Neben der Möglichkeit nur eines Gasführungskanals kann auch eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen vorgesehen sein. Jeder der Gasführungskanäle kann mit Glas oder Keramik ausgekleidet sein, insbesondere wenn das elektrisch isolierende Material des Formkörpers ein Kunststoff ist.

Der Formkörper selbst kann mehrteilig sein und/oder an dem anderen Ende des Gasführungskanals eine Plasmadüse zur Formung des Plasmastrahls ausbilden.

Die Wechselhochspannungsquelle kann für eine Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz ausgelegt und als Transistorgerät mit hohem Wirkungsgrad ausgebildet sein.

Auch die weiteren im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Varianten sind entsprechend bei der Vorrichtung umsetzbar. Dies bezieht sich beispielsweise auf die zusätzliche Ausbildung von Kühlkanälen in dem Formkörper aus elektrisch isolierendem Material.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt

1 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,

2 die Anordnung gemäß 1 im Längsschnitt,

3 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,

4 die Anordnung gemäß 3 im Längsschnitt,

5 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,

6 die Anordnung gemäß 5 im Längsschnitt,

7 die Anordnung der Elektroden und einer Mehrzahl von Gasführungskanälen bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,

8 einen Querschnitt durch eine industrielle Apparatur zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

9 eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wasserkühlung.

Die in den 1 und 2 dargestellte Anordnung dient zur Ausbildung eines Plasmastrahls. Hierzu wird in einer Gasströmung durch einen Gasführungskanal 1 eine elektrische Entladung zwischen einer Elektrode 2 und einer Gegenelektrode 3 hervorgerufen. Diese Entladung ist dielektrisch behindert, indem der Gasführungskanal in einem Formkörper 4 aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist und die Elektroden 2 und 3 in diesen Formkörper eingebettet sind. Die Gasversorgung des Gasführungskanals 1 erfolgt über eine Gasversorgungsquelle 5. Das zur Verfügung gestellte Gas kann ein reines Gas oder ein Gasgemisch sein. Insbesondere ist es Luft. Die Wechselhochspannung zwischen den Elektroden 2 und 3 wird durch eine Wechselhochspannungsquelle 6 aufgebracht, die eine Wechselhochspannung im Bereich von 3 kHz bis 5 MHz liefert. Der Spannungsverlauf kann sinusförmig, aber auch komplizierter sein und beispielsweise zeitlich voneinander getrennte bipolare Spannungspulse aufweisen. Das dabei erzeugte Plasma zeichnet sich durch die gewünschte chemische Reaktivität aus, ohne eine gegenüber dem Ursprungsgas nennenswert erhöhte Gastemperatur aufzuweisen.

Während bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den 1 und 2 der Formkörper 4 aus keramischem Material besteht, besteht er bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den 3 und 4 aus Kunststoff. Er ist jedoch mit einem Glasrohr 7 ausgekleidet, das inerter gegenüber der Entladung zwischen den Elektroden 2 und 3 ist als der Kunststoff. Dasselbe gilt für ein statt des Glasrohrs 7 einsetzbares Keramikrohr.

Die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den 5 und 6, bei der die Gasversorgungsquelle und die Wechselhochspannungsquelle der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, unterscheidet sich von den bisherigen Ausführungsformen in den folgenden Punkten. Zunächst ist der Formkörper 4 mehrteilig. Darüber hinaus bildet er eine Plasmadüse 8 am freien Ende des Gasführungskanals 1 aus, wobei es sich hier tatsächlich um eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen 1 handelt. Weiterhin ist die Elektrode 2 auf der Seelenachse einer hohlzylinderförmigen Gegenelektrode 3 angeordnet und sie wird dort von einem Keramikrohr 9 umgeben, das über keramische Abstandhalter 10 im Zentrum einer Formkeramik 11 gehalten wird, wobei in tangentialer Richtung zwischen den Abstandhaltern 10 die parallel zueinander laufenden Gasführungskanäle 1 ausgebildet werden. Die Formkeramik 11 ist mit der hohlzylinderförmigen Gegenelektrode ummantelt. Wie bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 ist jeweils kein Luft- bzw. Gasspalt zwischen dem Formkörper 4 und den Elektroden 2 und 3 auf der direkten Verbindungslinie zwischen den Elektroden 2 und 3 vorhanden. Es gibt ausschließlich den gewollten Entladungsraum im Bereich der Gasführungskanäle 1. Ebenfalls wie bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 ist die Elektrode 2 in einer Ausnehmung in dem Formkörper 4 angeordnet, die endseitig geschlossen ist, um dort eine Isolierung der Elektrode zu der Gegenelektrode hin zu bewirken.

Bei der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 7, in der wieder die Gasversorgungsquelle und die Wechselhochspannungsquelle weggelassen sind, ist auch die Elektrode 2 hohlzylinderförmig und sie ist koaxial innerhalb der Gegenelektrode 3 angeordnet. Zwischen den Elektroden 2 und 3 ist eine Formkeramik 12 vorgesehen, die unmittelbar an beide Elektroden 2 und 3 anschließt und eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden und in der Summe ringförmig angeordneten Gasführungskanälen 1 aufweist. Die Plasmateilstrahlen, die in den einzelnen Gasführungskanälen 1 gemäß 7 ausgebildet werden, können an dem freien Ende der Gasführungskanäle 1 zu einem einzigen Plasmastrahl zusammengefaßt werden.

8 skizziert die Plasmabehandlung eines Fensterrahmenprofils 13 mit einer Mehrzahl von Plasmastrahlen 14, die jeweils aus einer Plasmadüse 8 austreten. Die gesamte Behandlung erfolgt in einem Behandlungsraum 15 innerhalb eines Gehäuses 16. Von den Vorrichtungen zur Erzeugung der Plasmastrahlen 14 ist außer den Düsen 8 nichts dargestellt. Von den Plasmastrahlen 14 werden alle Bereiche der Oberfläche 17 des Fensterrahmenprofils 13 erfaßt, um diese beispielsweise für eine Lackierung vorzubehandeln. Mit den Plasmastrahlen 14 können aber auch direkt Beschichtungen aufgebracht werden, wenn dem Gasstrom durch die hier nicht dargestellten Gasführungskanäle 1 reaktive Gase oder Beschichtungsmaterialien zugesetzt werden. Ein solcher Zusatz zu dem Plasma kann aber auch dem Behandlungsraum 15 direkt zugeführt werden.

9 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 18 von außen, deren Inneres einer der Ausführungsform gemäß den 1 bis 7 entsprechen kann. Hier sind eine Gasversorgungsleitung 19, zwei Hochspannungsanschlüsse 20 für die Elektrode und die Gegenelektrode sowie Kühlwasseranschlüsse 21 zur Versorgung von Kühlwasserkanälen vorgesehen, die bis durch den Formkörper 4 gemäß den 1 bis 7 verlaufen. Außen weist die Vorrichtung 18 ein geerdetes Gehäuse 22 auf, das in einem Düsenkopf 23 endet, dessen vorderster Punkt von der Plasmadüse 8 ausgebildet wird.

1: Gasführungskanal
2: Elektrode
3: Gegenelektrode
4: Formkörper
5: Gasversorgungsquelle
6: Wechselhochspannungsquelle
7: Glasrohr
8: Plasmadüse
9: Keramikrohr
10: Abstandhalter
11: Formkeramik
12: Formkeramik
13: Fernsterrahmenprofil
14: Plasmastrahl
15: Behandlungsraum
16: Gehäuse
17: Oberfläche
18: Vorrichtung
19: Gasversorgungsleitung
20: Hochspannungsanschluß
21: Kühlwasseranschluß
22: Gehäuse
23: Düsenkopf

Claims

Verfahren zur Ausbildung eines Plasmastrahls (14) aus freiem, kaltem Plasma, mit den Schritten: – Ausbilden mindestens eines Gasführungskanals (1) in einem Formkörper (4) aus elektrisch isolierendem Material, – Anbringen mindestens einer Elektrode (2) und mindestens einer Gegenelektrode (3) an dem Formkörper (4), wobei diese zumindest über einen Bereich parallel zu dem Gasführungskanal (1) verlaufen und wobei es keine direkte Verbindungslinie zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3) gibt, längs derer sich ausschließlich ein mit Gas gefüllter Raum zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3) befindet, – Hervorrufen einer Gasströmung durch den Gasführungskanal (1) von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende und – Anlegen einer Wechselhochspannung zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3), – so dass an dem anderen Ende des Gasführungskanals der Plasmastrahl (14) austritt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens der Elektrode (2) an dem Formkörper (4) die Schritte umfaßt: – Ausbilden einer in Umfangsrichtung des Formkörpers (4) geschlossenen Ausnehmung und – Einbringen der Elektrode (2) in die Ausnehmung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens der Gegenelektrode (3) an dem Formkörper (4) die Schritte umfaßt: – Ausbilden einer in Umfangsrichtung des Formkörpers (4) geschlossenen Ausnehmung, und – Einbringen der Gegenelektrode (3) in die weitere Ausnehmung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens der Gegenelektrode (3) an dem Formkörper (4) den Schritt umfaßt: – Ummanteln des Formkörpers (4) mit der Gegenelektrode (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ausbildens des mindestens einen Gasführungskanals (1) den Schritt umfaßt: – Ausbilden einer Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen (1) in dem Formkörper (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ausbildens jedes Gasführungskanals (1) den Schritt umfaßt: – Auskleiden des Gasführungskanals (1) mit Glas oder Keramik.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: – Ausbilden des Formkörpers (1) durch Zusammenfügen von mehreren Teilformkörpern (9–11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: – Ausbilden einer Plasmadüse (8) aus dem Formkörper (4) an dem anderen Ende des Gasführungskanals (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens der Wechselhochspannung den Schritt umfaßt: – Anlegen der Wechselhochspannung mit einer Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz.
Vorrichtung zur Ausbildung eines Plasmastrahls aus freiem, kaltem Plasma, mit einem Gasführungskanal, der in einem Formkörper aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist, mit mindestens einer Elektrode und mindestens einer Gegen elektrode, die zumindest über einen Bereich parallel zu dem Gasführungskanal verlaufen, mit einer Gasversorgungsquelle, um eine Gasströmung durch den Gasführungskanal von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende hervorzurufen, wobei das Gas an dem anderen Ende durch eine Plasmadüse aus der Vorrichtung austritt, und mit einer Wechselhochspannungsquelle, um eine Wechselhochspannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode anzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (2) und die Gegenelektrode (3) an dem Formkörper (4) derart angebracht sind, dass es keine direkte Verbindungslinie zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3) gibt, längs derer sich ausschließlich ein mit Gas gefüllter Raum zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (3) und dem Formkörper (4) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (2) in eine in Umfangsrichtung geschlossene Ausnehmung in dem Formkörper (4) eingebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (3) in eine in Umfangsrichtung geschlossene Ausnehmung in dem Formkörper (4) eingebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (4) mit der Gegenelektrode (3) ummantelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Gasführungskanälen (1) in dem Formkörper (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gasführungskanal (1) mit Glas oder Keramik ausgekleidet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (4) mehrteilig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmadüse (8) an dem anderen Ende des Gasführungskanals (1) aus dem Formkörper (4) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselhochspannung mit einer Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz anlegbar ist.