DE10116502B4

DE10116502B4 - Method and device for forming a plasma jet

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.Method for forming a plasma jet (14) from free, cold plasma, with the steps:
- Forming at least one gas guide channel (1) in a molded body (4) made of electrically insulating material,
- Attaching at least one electrode (2) and at least one counter electrode (3) to the shaped body (4), these running at least over a region parallel to the gas duct (1) and wherein there is no direct connecting line between the electrode (2) and the Counter electrode (3) along which there is only a gas-filled space between the electrode (2) and the counter electrode (3)
- causing a gas flow through the gas guide channel (1) from one end to its other end and
- applying an alternating high voltage between the electrode (2) and the counter electrode (3),
- So that the plasma jet (14) emerges at the other end of the gas duct.

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.The invention relates to a Process for forming a plasma jet from free, cold Plasma and on a device with the features of the preamble of claim 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.From the DE 199 57 775 C1 a method for modifying wooden surfaces by electrical discharge is known to the applicant. Here, an electrode is placed opposite the wooden surface to be modified and an alternating high voltage is applied to the electrode to cause a discharge between the wooden surface and the electrode under atmospheric pressure. In detail, a dielectric layer is placed between the electrode and the wooden surface to be modified, and the high alternating voltage is applied at a frequency of more than 600 Hz. A frequency in the range from 10 to 3000 kHz is preferred. Furthermore, it is preferred in the known methods to apply the alternating high voltage in the form of electrical pulses of alternating polarity. For the treatment of contoured wood surfaces, an electrode should be used whose surface facing the wood surface is small compared to the wood surface to be modified. This electrode should then be moved against the wooden surface. In practice, however, the plasma provided in the known method for modifying the wooden surface is only formed with the desired uniformity if the distance between the electrode and the wooden surface is constant over the extent of the electrode. Particular problems with the formation of a cold plasma, which is necessary for modifying the wood surface without its thermal stress, occur with strongly contoured wood surfaces. There are always areas of the wooden surface that are relatively closer to the electrode and have a relatively small radius of curvature, so that the electric field between the wooden surface and the electrode and, as a result, the discharge are concentrated here, while other areas are neglected.

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.In the present case, it is therefore a matter of using a cold plasma to show a different way of surface treatment, in particular of wooden surfaces, but also, for example, of plastic, glass, ceramic and metal surfaces, than in the DE 199 57 775 C1 happens.

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.With a plasma jet, i.e. H. one Beams of free plasma should also treat heavily contoured surfaces to let. With a large number of plasma jets next to each other, moreover, should also a treatment great surfaces quickly and easily possible his.

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.A device with the features of the preamble of claim 10 is known from the US 5,198,724 known. A central electrode is coaxially surrounded by a hollow cylinder made of electrically insulating material and a likewise hollow cylindrical counter electrode. In its interior, the hollow cylinder made of the electrically insulating material forms an annular gas guide channel around the electrode.

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.That through the gas duct flowing gas has about normal pressure and is no less than 70% made of helium and is applied by an alternating high voltage of 13.56 MHz converted into a plasma at one end of the gas duct emerges as a free plasma jet. In the known device there is a risk that too in an annular gap between the hollow cylinder from the electrical insulating material and the hollow cylindrical counter electrode unwanted discharge occurs, especially since the atmosphere does not pass through here Helium is defined and is not constantly exchanged by a gas flow. Furthermore points the plasma beam undesirable Particles from the electrode that follow the annular gas duct. limited inside. Another disadvantage is that Generation of an alternating high voltage of over 10 MHz, no semiconductor components sufficient, but tubes with relatively high costs and comparatively poor efficiency required are.

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.From the DE 198 07 086 A1 A device for forming a plasma jet is known, which is operated at atmospheric pressure and in which the alternating high voltage source applies an alternating high voltage with a frequency of 20 kHz between an electrode and a counter electrode, each of which is covered with a dielectric on its side adjacent to a gas flow. This arrangement is located within a tubular hollow body. Because of the geometric arrangement, there is a particular risk that a discharge will occur, except in the desired area between the dielectrics arranged in front of the electrodes. The danger between the hollow body and the electrode or the counter electrode is particularly great.

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.A device for the plasma-chemical processing of pollutants and materials, in particular for the decomposition and / or destruction of pollutants, the substances as gaseous reactants passing through a plasma reactor working on the principle of dielectric barrier discharge, is from the DE 43 17 964 C2 known. In the device, a gas guide channel leads through a two-part molded body made of electrically insulating material. An electrode and at least one counter electrode are attached to the molded body in such a way that they run at least over a region parallel to the gas guide channel, without a space filled with gas on a connecting line between the electrode and the counter electrode remains between the outer periphery of the electrode and the outer tube or between the outer periphery of the electrode and the inner tube. A gas flow from its one end to its other end is caused by the gas guide channel, which carries the gaseous reactants with it while an alternating high voltage is applied between the electrode and the counter electrode. The DE 43 17 964 C2 is not concerned with the formation of a plasma jet from free, cold 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.From the DE 195 18 970 C1 A method and a device for treating exhaust gas are known in which the exhaust gas flows through a discharge space with an electric field, in which dielectric discharges are generated. The electric field has one or more spatially inhomogeneous areas. Also the DE 195 18 970 C1 is not concerned with the formation of a plasma jet from free, cold 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.The invention is based on the object Method of forming a plasma jet and an apparatus of the type described at the outset, where ensured is that itself the discharge to generate the plasma on the area of the gas duct limited. Furthermore, the prerequisites for special economy should be be given.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a Method with the features of claim 1 solved.

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.When implementing this procedure serves the shaped body Made of dielectric material for the complete definition of the gas duct and places the dielectric in front of both electrodes, i.e. H. the electrode and the counter electrode. At the same time there is no air or gas gap between the electrode and the insulating material, in which an unwanted Discharge could take place. The unloading is rather controlled and exclusively in the gas duct. The molded body forms from the electrically insulating material also the basic structure for the geometric arrangement and storage of the electrodes. A deduction of electrode material by discharging and carrying the Electrode material in the plasma beam is by the exclusive limitation of the gas duct excluded by the electrically insulating material.

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.It is preferred if for the attachment of the Electrode on the molded body a recess closed in the circumferential direction is formed in the shaped body and the electrode is inserted into this recess. Here too ensure that no Air or gas space in the direction between the two electrodes remains in the recess.

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.The counter electrode can be the same How the electrode is attached to the molded body, i.e. H. by inserting it into a previously formed recess in the Moldings. But it can also be provided as a casing of the molded body. In this In this case, the electrode is coaxial with the counter electrode in the center of the molded body to arrange. In any case, make sure that there is no short circuit between the electrodes, in which there is no insulating material. This can be done relatively easily by recesses closed at the ends in the molded body and correspondingly insulated connections on the opposite End of the electrodes.

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.The invention is not in only one Gas duct in the molded body limited from electrically insulating material. It can also be a variety are formed by mutually parallel gas guide channels. In a concrete embodiment can these in an annular arrangement between a central electrode and an annular outer counter electrode through the molded body run from the electrically insulating material.

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.Each of the gas routing channels can be electrically connected to a different one insulating material than that of which the molded body is formed is to be lined. For example, the molded body can be made of Plastic and the lining of the gas duct made of glass or ceramic.

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.For the invention it is not critical that the molded body made of the electrically insulating material one piece is. Rather, it can also be formed by joining several partial molded bodies as long as the demand for non-existent air or Gas gaps between the electrodes and the molded body is guaranteed.

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.From the molded body can immediately after the Gas duct a plasma nozzle be trained to the exiting plasma jet at the other End of the gas duct to shape.

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.It is preferred in the new method that Apply alternating high voltage with a frequency of 3 kHz to 5 MHz. Alternating high voltages can occur in this area with semiconductor components inexpensively and be generated with high efficiency. The course of tension the alternating high voltage can be sinusoidal or clear in time have separate, unipolar or bipolar pulses. Bipolar pulses are particularly preferred. An outer annular counter electrode can also doing so for security reasons be grounded.

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.Pure air can be used as the gas for the formation of the plasma. Reactive gases or reactive gas mixtures, also with admixtures of noble gases or nitrogen, are used for coating surfaces, for example with polymers, diamond-like layers or the like. On Otherwise, the plasma jet generated is suitable for coating pretreatment of various surfaces or also for surface etching. In surface etching, reactive gases such as acetylene, methane, hydrogen, tetrafluoromethane, silane and the like can be used as individual gases or in gas mixtures of several reactive gases or as reactive admixtures with carrier gases such as air, nitrogen, argon or helium.

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.Specific application examples include surface treatments to increase the wettability and adhesion of cables, hoses, seals, Pipes, foams of any thickness, profiles of almost any Contour, outsides of shaped and hollow bodies such as cups, lids, bottles, balls, insides of holes and Bores, foils in principle without rear effect, knobbed foils, Formats of any size, etc. The one with the new device trained plasma beam is characterized in particular by a free manageability, e.g. with a robot or by hand. A great variability is through ensures the use of different working gases.

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.Especially for industrial use lends itself to the molded body Made of electrically insulating material next to the gas duct also cooling channels to flow through a cooling medium to be provided, for example for the flow of deionized water. In the practice of the invention, the plasma jet can then last for a long time periods generated with a gas temperature that is barely above room temperature lies. This means that surfaces that are very thermally sensitive can also be treated.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Patentanspruchs 10 auf.The device according to the invention has the features of claim 10.

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.The electrode is preferred introduced into a recess closed in the circumferential direction in the molded body. This can also be for the counter electrode should be the case. But it can also encase the molded body.

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.In addition to the possibility of only one gas duct can also be provided a plurality of gas guide channels running parallel to each other his. Each of the gas ducts can be used Glass or ceramic must be lined, especially if that is electrical insulating material of the molded body is a plastic.

Der Formkörper selbst kann mehrteilig sein und/oder an dem anderen Ende des Gasführungskanals eine Plasmadüse zur Formung des Plasmastrahls ausbilden.The molded body itself can consist of several parts be and / or at the other end of the gas duct a plasma nozzle for molding of the plasma jet.

Die Wechselhochspannungsquelle kann für eine Frequenz von 3 kHz bis 5 MHz ausgelegt und als Transistorgerät mit hohem Wirkungsgrad ausgebildet sein.The AC high voltage source can for one Frequency designed from 3 kHz to 5 MHz and as a transistor device with high Efficiency be trained.

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.The others in context with the method according to the invention The variants described can be implemented accordingly in the device. This relates, for example, to the additional formation of cooling channels in the moldings made of electrically insulating material.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigtThe invention is explained below of embodiments explained in more detail and described. It shows

1 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, 1 the arrangement of the electrodes and the gas guide channel in a first embodiment of the device according to the invention in cross section,

2 die Anordnung gemäß 1 im Längsschnitt, 2 the arrangement according to 1 in longitudinal section,

3 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, 3 the arrangement of the electrodes and the gas guide channel in a second embodiment of the device according to the invention in cross section,

4 die Anordnung gemäß 3 im Längsschnitt, 4 the arrangement according to 3 in longitudinal section,

5 die Anordnung der Elektroden und des Gasführungskanals bei einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, 5 the arrangement of the electrodes and the gas guide channel in a third embodiment of the device according to the invention in cross section,

6 die Anordnung gemäß 5 im Längsschnitt, 6 the arrangement according to 5 in longitudinal section,

7 die Anordnung der Elektroden und einer Mehrzahl von Gasführungskanälen bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt, 7 the arrangement of the electrodes and a plurality of gas guide channels in a further embodiment of the device according to the invention in cross section,

8 einen Querschnitt durch eine industrielle Apparatur zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und 8th a cross section through an industrial apparatus for applying the method according to the invention and

9 eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wasserkühlung. 9 an external view of a device according to the invention with water cooling.

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.The in the 1 and 2 The arrangement shown serves to form a plasma jet. This is done in a gas flow through a gas duct 1 an electrical discharge between an electrode 2 and a counter electrode 3 caused. This discharge is hampered dielectrically by the gas duct in a molded body 4 is formed from electrically insulating material and the electrodes 2 and 3 are embedded in this molded body. The gas supply to the gas duct 1 takes place via a gas supply source 5 , The gas provided can be a pure gas or a gas mixture. In particular, it is air. The alternating high voltage between the electrodes 2 and 3 is powered by an alternating high voltage source 6 applied, which provides an alternating high voltage in the range of 3 kHz to 5 MHz. The voltage curve can be sinusoidal, but also more complicated and, for example, have bipolar voltage pulses separated from one another in time. The plasma generated in this way is distinguished by the desired chemical reactivity, without having a gas temperature that is appreciably higher than that of the original gas.

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.While in the embodiment of the device according to the 1 and 2 the molded body 4 consists of ceramic material, it consists of the Embodiment of the device according to the 3 and 4 made of plastic. However, it is with a glass tube 7 lined the inert against the discharge between the electrodes 2 and 3 is than the plastic. The same applies to one instead of the glass tube 7 usable ceramic tube.

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.The embodiment of the device according to the 5 and 6 , in which the gas supply source and the AC high-voltage source are not shown for the sake of simplicity, differs from the previous embodiments in the following points. First is the molded body 4 several parts. In addition, it forms a plasma nozzle 8th at the free end of the gas duct 1 from, which is actually a plurality of gas guide channels running parallel to one another 1 is. Furthermore, the electrode 2 on the core axis of a hollow cylindrical counter electrode 3 arranged and it is there by a ceramic tube 9 surrounded by ceramic spacers 10 in the center of a molded ceramic 11 is held, being in the tangential direction between the spacers 10 the gas ducts running parallel to each other 1 be formed. The molded ceramic 11 is covered with the hollow cylindrical counter electrode. As with the embodiments according to FIGS 1 to 4 is no air or gas gap between the molded body 4 and the electrodes 2 and 3 on the direct connection line between the electrodes 2 and 3 available. There is only the desired discharge space in the area of the gas duct 1 , As with the embodiments according to FIGS 1 to 4 is the electrode 2 in a recess in the molded body 4 arranged, which is closed at the end in order to bring about an insulation of the electrode to the counter electrode.

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.In the embodiment of the device according to 7 , in which the gas supply source and the alternating high voltage source are again omitted, is also the electrode 2 hollow cylindrical and it is coaxial inside the counter electrode 3 arranged. Between the electrodes 2 and 3 is a molded ceramic 12 provided directly to both electrodes 2 and 3 connects and a multiplicity of gas guide channels that run parallel to one another and are arranged in a ring 1 having. The partial plasma jets in the individual gas ducts 1 according to 7 can be formed at the free end of the gas guide channels 1 can be combined into a single plasma jet.

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. 8th outlines the plasma treatment of a window frame profile 13 with a plurality of plasma jets 14 each from a plasma nozzle 8th escape. The entire treatment takes place in a treatment room 15 inside a housing 16 , From the devices for generating the plasma beams 14 is out of the nozzles 8th nothing shown. From the plasma rays 14 will be all areas of the surface 17 of the window frame profile 13 recorded in order to pretreat them for painting, for example. With the plasma jets 14 But coatings can also be applied directly when the gas flow through the gas guide channels, not shown here 1 reactive gases or coating materials can be added. Such an addition to the plasma can also be used in the treatment room 15 can be fed directly.

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. 9 shows a device according to the invention 18 from the outside, the interior of one of the embodiment according to the 1 to 7 can correspond. Here is a gas supply line 19 , two high-voltage connections 20 for the electrode and the counter electrode as well as cooling water connections 21 Provided for the supply of cooling water channels through the molded body 4 according to the 1 to 7 run. The outside of the device 18 a grounded case 22 on that in a nozzle head 23 ends, its foremost point from the plasma nozzle 8th is trained.

11: GasführungskanalGas duct
22: Elektrodeelectrode
33: Gegenelektrodecounter electrode
44: Formkörpermoldings
55: GasversorgungsquelleGas supply source
66: WechselhochspannungsquelleAC high voltage source
77: Glasrohrglass tube
88th: Plasmadüseplasma nozzle
99: Keramikrohrceramic tube
1010: Abstandhalterspacer
1111: Formkeramikform ceramic
1212: Formkeramikform ceramic
1313: FernsterrahmenprofilRemote Sterr imitate Profile
1414: Plasmastrahlplasma jet
1515: Behandlungsraumtreatment room
1616: Gehäusecasing
1717: Oberflächesurface
1818: Vorrichtungcontraption
1919: GasversorgungsleitungGas supply line
2020: HochspannungsanschlußHigh voltage terminal
2121: KühlwasseranschlußCooling water connection
2222: Gehäusecasing
2323: Düsenkopfnozzle head

Claims

Process for forming a plasma jet ( 14 ) from free, cold plasma, with the steps: - forming at least one gas guide channel ( 1 ) in a molded body ( 4 ) made of electrically insulating material, - attaching at least one electrode ( 2 ) and at least one counter electrode ( 3 ) on the molded body by ( 4 ), at least over an area parallel to the gas duct ( 1 ) and there is no direct connecting line between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) along which there is only a gas-filled space between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ), - causing a gas flow through the gas guide channel ( 1 ) from one end to its other end and - applying an alternating high voltage between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) - so that at the other end of the gas duct the plasma jet ( 14 ) exit.

A method according to claim 1, characterized in that the step of attaching the electrode ( 2 ) on the molded body ( 4 ) comprises the steps: - forming a circumferential direction of the shaped body ( 4 ) closed recess and - insertion of the electrode ( 2 ) in the recess.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the step of attaching the counter electrode ( 3 ) on the molded body ( 4 ) comprises the steps: - forming a circumferential direction of the shaped body ( 4 ) closed recess, and - insertion of the counter electrode ( 3 ) in the further recess.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the step of attaching the counter electrode ( 3 ) on the molded body ( 4 ) the step comprises: - sheathing the molded body ( 4 ) with the counter electrode ( 3 ).

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the step of forming the at least one gas guide channel ( 1 ) the step comprises: forming a plurality of gas guide channels running parallel to one another ( 1 ) in the molded body ( 4 ).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step of forming each gas guide channel ( 1 ) includes the step: - lining the gas duct ( 1 ) with glass or ceramics.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized by the additional step: - forming the shaped body ( 1 ) by joining several partial moldings ( 9 - 11 ).

Method according to one of claims 1 to 7, characterized by the additional step: - forming a plasma nozzle ( 8th ) from the molded body ( 4 ) at the other end of the gas duct ( 1 ).

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the step of applying the AC high voltage the step comprising: - Invest the alternating high voltage with a frequency of 3 kHz to 5 MHz.

Device for forming a plasma jet from free, cold plasma, with a gas guide channel, which is formed in a molded body made of electrically insulating material, with at least one electrode and at least one counter electrode, which run at least over a region parallel to the gas guide channel, with a gas supply source to cause gas flow through the gas guide channel from one end to its other end, the gas exiting the device through a plasma nozzle at the other end, and with an alternating high voltage source to apply an alternating high voltage between the electrode and the counter electrode that the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) on the molded body ( 4 ) are attached in such a way that there is no direct connecting line between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) along which there is only a gas-filled space between the electrode ( 2 ) and the counter electrode ( 3 ) and the molded body ( 4 ) is located.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the electrode ( 2 ) in a circumferentially closed recess in the molded body ( 4 ) is introduced.

Device according to claim 10 or 11, characterized in that the counter electrode ( 3 ) in a circumferentially closed recess in the molded body ( 4 ) is introduced.

Device according to claim 10 or 11, characterized in that the shaped body ( 4 ) with the counter electrode ( 3 ) is covered.

Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that a plurality of gas guiding channels running parallel to one another ( 1 ) in the molded body ( 4 ) is provided.

Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that each gas guide channel ( 1 ) is lined with glass or ceramics.

Device according to one of claims 10 to 15, characterized in that the shaped body ( 4 ) is in several parts.

Device according to one of claims 10 to 16, characterized in that the plasma nozzle ( 8th ) at the other end of the gas duct ( 1 ) from the molded body ( 4 ) is trained.

Device according to one of claims 10 to 17, characterized in that that the alternating high voltage with a frequency of 3 kHz to 5 MHz can be applied.