DE10303402A1

DE10303402A1 - Device for generating a broad jet of active gas based on a gas discharge plasma

Info

Publication number: DE10303402A1
Application number: DE2003103402
Authority: DE
Inventors: Rudolph Konavko; Serguei Goloviatinskii; Arkady Konavko; Hermann Dr. Schmid
Original assignee: PVA TePla AG
Current assignee: PVA TePla AG
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12
Also published as: EP1441578A2; EP1441578A3

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines breiten Aktivgasstrahls auf Basis eines Gasentladungsplasmas mit einer Vielzahl von Gasentladungskammern, insbesondere zur Aktivierung und/oder Reinigung von Oberflächen verschiedenster Materialarten. Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Erzeugung eines breiten Aktivgasstrahles zu finden, die eine gleichzeitige und möglichst gleichmäßige Behandlung großer Oberflächenbereiche gestattet, ohne dass Lebensdauer und Leistungsfähigkeit des Aktivgasgenerators gegenüber einer herkömmlichen Einzelvorrichtung vermindert sind, wird erfindungsgemäß gelöst, indem Entladungskammern (12) nebeneinander aufgereiht in einem kompakten linearen Block (1) aus elektrisch leitenden Material eingebracht werden und mit derart kleinem Kammerdurchmesser (D) ausgeführt sind, dass die Aktivgasstrahlen (21) in Richtung des linearen Blockes (1) beim Auftreffen auf der Materialoberfläche (2) einander überschneidende Strahldurchmesser (E) aufweisen, die Zentralelektroden (3) jeweils einen so geringen Elektrodendurchmesser aufweisen, dass innerhalb des ummantelnden Isolatorröhrchens (4) ein schmaler Zusatzgaskanal (52) zur Verfügung steht, der die Gasentladung wesentlich stärker in Richtung der Ausgangsdüse (13) der Entladungskammer (12) konzentriert, und ein Isolatorblock (5) zur Zuleitung der Hochspannungsanschlüsse (31), eines Erdungsanschlusses (11) für den linearen Block (1) sowie zur Prozessgaszuführung (51) vorhanden ist.Device for generating a broad jet of active gas based on a gas discharge plasma with a plurality of gas discharge chambers, in particular for activating and / or cleaning surfaces of different types of materials. According to the invention, the object of finding a new possibility for generating a broad active gas jet which allows simultaneous and as uniform as possible treatment of large surface areas without reducing the service life and performance of the active gas generator compared to a conventional single device is achieved by lacing discharge chambers (12) side by side are introduced in a compact linear block (1) made of electrically conductive material and are designed with such a small chamber diameter (D) that the active gas jets (21) in the direction of the linear block (1) when they strike the material surface (2) intersecting beam diameters (E), the central electrodes (3) each have such a small electrode diameter that a narrow additional gas channel (52) is available within the encapsulating insulator tube (4), which gas discharge is much stronger in the direction of A. Output nozzle (13) of the discharge chamber (12) concentrated, and an insulator block (5) for supplying the high-voltage connections (31), a ground connection (11) for the linear block (1) and for the process gas supply (51) is available.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen eines breiten Aktivgasstrahls auf Basis eines Gasentladungsplasmas mit einer Vielzahl von Entladungskammern, wobei die Entladungskammern jeweils eine Zentralelektrode, die von einem Isolatorröhrchen ummantelt ist und an der elektrisch isoliert von der Entladungskammer ein Hochspannungsanschluss angebracht ist, einen Gaseinlass und eine Ausgangsdüse aufweisen, insbesondere zur Behandlung von Materialoberflächen, die eine Aktivierung und/oder Reinigung von Oberflächen verschiedenster Materialarten bewirkt und beispielsweise die Adhäsion von Klebstoffen oder Lacken auf so behandelten Materialoberfläche erhöht.Device for generating a wide Active gas jet based on a gas discharge plasma with a large number of discharge chambers, each of the discharge chambers Central electrode, which is covered by an insulator tube and on a high-voltage connection that is electrically isolated from the discharge chamber is attached, have a gas inlet and an outlet nozzle, especially for the treatment of material surfaces that require activation and / or cleaning of surfaces causes different types of material and, for example, the adhesion of Adhesives or varnishes increased on the material surface treated in this way.

Aktivgasgeneratoren sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt. Aus der DE 195 32 412 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei denen ein Arbeitsgas durch eine elektrische Entladung hindurchgeleitet wird und am Ausgang der Vorrichtung ein Aktivgasstrahl (chemisch aktiver Gasstrom) austritt. Dieser Aktivgasstrahl ist zur Behandlung von Oberflächen bei linearer Fortbewegung des Materials lediglich auf einen schmalen Streifen der Oberfläche anwendbar. Die Breite des aktivierten Streifens entlang der Oberfläche liegt üblicherweise in der Größenordnung von bis zu 10 mm, nur in Ausnahmefällen darüber. Die zu behandelnde Materialoberfläche muss also mehrfach unter der Vorrichtung vorbeibewegt werden. Gleiches trifft für die beschriebenen Gestaltungsformen der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 101 45 131.8 , auf die hier ebenfalls gattungsgemäß Bezug genommen werden soll, zu.Active gas generators are known in a variety of configurations. From the DE 195 32 412 A1 a device is known in which a working gas is passed through an electrical discharge and an active gas jet (chemically active gas stream) emerges at the outlet of the device. This active gas jet can only be used to treat surfaces with linear movement of the material on a narrow strip of the surface. The width of the activated strip along the surface is usually of the order of up to 10 mm, only in exceptional cases more. The surface of the material to be treated must therefore be moved past several times under the device. The same applies to the described design forms of the unpublished patent application DE 101 45 131.8 , to which reference should also be made here.

Ein breiterer Abschnitt einer behandelten Oberfläche lässt sich gemäß Patent US 5,837,958 erzeugen, indem eine Reihenanordnung von Aktivgasgeneratoren verwendet wird. Der Körper des vorgeschlagenen Aktivgasgenerators hat jedoch einen Durchmesser von 30-40 mm gegenüber einer Breite der Behandlungszone von lediglich 10-15 mm für einen einzelnen Aktivgasgenerator. Beim Einsatz einer Einzelreihe von Aktivgasgeneratoren, die orthogonal zur Ausrichtung der Reihe relativ zur Materialoberfläche bewegt wird, könnte daher nur eine parallele Schar von behandelten Streifen auf der zu bearbeitenden Oberfläche erzeugt werden. Deshalb werden im Patent US 5,837,958 für eine durchgängig gleichmäßige Oberflächenbehandlung mindestens zwei versetzte Parallelreihen an Aktivgasgeneratoren eingesetzt. Bei Verwendung von nur einer Reihe von Aktivgasgeneratoren müsste ein spitzer Winkel (ca. 45°) zwischen den Richtungen von Aktivgasgeneratorreihe und relativer Oberflächenbewegung eingehalten werden. Daraus ergibt sich – neben einem erhöhten Kostenaufwand und einem relativ großen Volumen der Apparatur – der Hauptnachteil, dass Wiederablagerungen von abgetragenem Material auf der Oberfläche im Bereich des zuvor bearbeiteten, benachbarten Streifens möglich sind.A wider section of a treated surface can be patented US 5,837,958 generate using a series arrangement of active gas generators. However, the body of the proposed active gas generator has a diameter of 30-40 mm compared to a treatment zone width of only 10-15 mm for a single active gas generator. If a single row of active gas generators is used, which is moved orthogonally to the alignment of the row relative to the material surface, only a parallel group of treated strips could therefore be generated on the surface to be processed. That is why the patent US 5,837,958 at least two staggered parallel rows of active gas generators are used for a uniform surface treatment. When using only one row of active gas generators, an acute angle (approx. 45 °) between the directions of the active gas generator row and relative surface movement would have to be maintained. In addition to an increased cost and a relatively large volume of the apparatus, this results in the main disadvantage that re-deposits of removed material on the surface are possible in the area of the previously processed, adjacent strip.

Konstruiert man einen Aktivgasgenerator so, dass eine annähernde Gleichheit von Durchmesser der Gasentladungskammer und Breite des behandelten Oberflächenstreifens erreicht wird, stellen sich Probleme der Langzeitstabilität der Gasentladung ein, da sich Elektroden und Isolator bei geringen Abständen schneller verschleißen. So erreicht die in der DE 101 45 131.8 beschriebene Vorrichtung eine auf maximal 200 bis 300 Stunden begrenzte Betriebsdauer (Plasmazeit) auf Grund eines Isolatorverschleißes. Dies liegt hauptsächlich an einer Ablagerung von zerstäubtem Elektrodenmaterial, das im Plasmazündvorgang erodiert wird, auf der Isolatoroberfläche. Hierdurch wird die Isolatoroberfläche nach gewisser Zeit elektrisch leitend und die elektrische Entladung verlagert sich – zumindest teilweise – von der Zentralelektrode direkt über den Isolatorrand nach außen. Dadurch wird die Raumentladung in der Entladungskammer nach einer bestimmten Betriebsdauer erheblich geschwächt.If an active gas generator is constructed in such a way that the diameter of the gas discharge chamber and the width of the treated surface strip are approximately the same, problems arise in the long-term stability of the gas discharge, since electrodes and insulator wear out more quickly at short distances. This is how the in DE 101 45 131.8 Device described an operating time limited to a maximum of 200 to 300 hours (plasma time) due to insulator wear. This is mainly due to the deposition of atomized electrode material, which is eroded in the plasma ignition process, on the surface of the insulator. As a result, the insulator surface becomes electrically conductive after a certain time and the electrical discharge is shifted - at least in part - from the central electrode directly over the insulator edge to the outside. As a result, the space discharge in the discharge chamber is considerably weakened after a certain operating time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Erzeugung eines breiten Aktivgasstrahles zu finden, die eine gleichzeitige und möglichst gleichmäßige Behandlung großer Oberflächenbereiche gestattet, ohne dass Lebensdauer und Leistungsfähigkeit des Aktivgasgenerators gegenüber einer herkömmlichen Einzelvorrichtung vermindert sind.The invention has for its object a new possibility to generate a broad jet of active gas to find the one simultaneous and if possible even treatment greater surface areas allowed without reducing the life and performance of the active gas generator across from a conventional one Single device are reduced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Erzeugen eines breiten Aktivgasstrahls auf Basis eines Gasentladungsplasmas mit einer Vielzahl von Entladungskammern, wobei die Entladungskammern jeweils eine Zentralelektrode, die von einem Isolatorröhrchen ummantelt ist und an der elektrisch isoliert von einem Gehäuse der Entladungskammer ein Hochspannungsanschluss angebracht ist, mindestens eine tangential einlaufende Einlassdüse zur Verwirbelung eines Prozessgases außerhalb des Isolatorröhrchens und eine koaxiale Ausgangsdüse aufweisen, dadurch gelöst, dass die Entladungskammern nebeneinander aufgereiht in einem kompakten linearen Block aus elektrisch leitendem Material eingebracht und mit derart kleinem Kammerdurchmesser ausgeführt sind, dass die Aktivgasstrahlen in definierter Entfernung von einigen Millimetern (vorzugsweise 15 mm) vor den Ausgangsdüsen der Entladungskammern einen Durchmesser haben, der größer ist als der Kammerdurchmesser der einzelnen Entladungskammern, so dass die Aktivgasstrahlen beim Auftreffen auf der Materialoberfläche in Richtung des linearen Blockes einander überschneidende Strahldurchmesser aufweisen, dass die Zentralelektroden jeweils einen solch geringen Elektrodendurchmesser aufweisen, dass innerhalb des ummantelnden Isolatorröhrchens ein schmaler Zusatzgaskanal zusätzlich zu dem außerhalb des Isolatorröhrchens befindlichen Prozessgaswirbelströmung zur Verfügung steht, der die Gasentladung wesentlich stärker in Richtung der Ausgangsdüse der Entladungskammer konzentriert, und dass ein Isolatorblock zur Zuleitung der Hochspannungsanschlüsse für die Zentralelektroden und eines einheitlichen Erdungsanschlusses für den linearen Block sowie zur Zuführung von Prozessgas vorhanden ist, wobei der Isolatorblock an der den Ausgangsdüsen entgegengesetzten Seite des linearen Blockes angebracht ist.According to the invention, the object is achieved in a device for generating a broad active gas jet based on a gas discharge plasma with a plurality of discharge chambers, the discharge chambers each having a central electrode which is encased by an insulator tube and to which a high-voltage connection is attached, electrically insulated from a housing of the discharge chamber. Having at least one tangentially entering inlet nozzle for swirling a process gas outside the insulator tube and having a coaxial outlet nozzle, solved in that the discharge chambers are lined up side by side in a compact linear block made of electrically conductive material and are designed with such a small chamber diameter that the active gas jets are at a defined distance of a few millimeters (preferably 15 mm) in front of the outlet nozzles of the discharge chambers have a diameter which is larger than the chamber diameter of the individual discharge tion chambers, so that the active gas jets when they hit the material surface in the direction of the linear block have overlapping jet diameters that the central electrodes each have such a small electrode diameter that a narrow additional gas channel is available inside the encasing insulator tube in addition to the process gas vortex flow located outside the insulator tube who the gas ent Charge concentrated much more towards the outlet nozzle of the discharge chamber, and that there is an isolator block for supplying the high-voltage connections for the central electrodes and a uniform ground connection for the linear block and for supplying process gas, the isolator block on the opposite side of the linear block from the outlet nozzles is appropriate.

Vorteilhaft ist im Isolatorblock ein Zusatzgasverteiler zur Versorgung der Zusatzgaskanäle aller Entladungskammern mit Zusatzgas (welches vorzugsweise ebenfalls das verwendete Prozessgas ist) vorhanden, wobei der Zusatzgasverteiler die Zusatzgaskanäle aller Entladungskammern kreuzt.Is advantageous in the isolator block an auxiliary gas distributor for supplying the auxiliary gas channels of all discharge chambers with additional gas (which is preferably also the process gas used is present, the additional gas distributor the additional gas channels of all Discharge chambers crosses.

Zur Realisierung der kompakten Bauform der im linearen Block eingearbeiteten schlanken Entladungskammern weist die Zentralelektrode eine radiale Aussparung auf, die im Innern kurz vor dem Ende des Isolatorröhrchens beginnt und bis über das Ende des Isolatorröhrchens reicht. Dabei ist die Aussparung zweckmäßig zu einem größeren ersten Teil innerhalb des kegelförmigen Endes des Isolators und zu einem kleineren zweiten Teil außerhalb des Isolatorröhrchens angeordnet. Dadurch wird eine durch Elektrodenzerstäubung verursachte Metallisierung des Isolatorröhrchens erheblich verringert, die ansonsten zu einer verminderten Gasentladungseffektivität führen würde.To realize the compact design of the has slim discharge chambers incorporated into the linear block the central electrode has a radial recess on the inside shortly before the end of the insulator tube starts and over the end of the insulator tube enough. The recess is useful for a larger first Part inside the conical End of the insulator and to a smaller second part outside of the insulator tube arranged. This will cause one from electrode sputtering Metallization of the insulator tube considerably reduced, which would otherwise lead to reduced gas discharge effectiveness.

Es weist sich von Vorteil, wenn der Durchmesser der Aussparung um ein bis drei Zehntel des Durchmessers der übrigen Zentralelektrode kleiner ist.It is advantageous if the Diameter of the recess by one to three tenths of the diameter the rest Central electrode is smaller.

Die Zentralelektrode weist nach der Aussparung in Richtung der Ausgangsdüse der Entladungskammer vorzugsweise einen dritten Durchmesser auf, der größer ist als der übrige Durchmesser der Zentralelektrode.The central electrode points to the Recess in the direction of the outlet nozzle of the discharge chamber preferably a third diameter that is larger than the rest of the diameter the central electrode.

Eine weitere Verbesserung des Gasentladungsverhaltens der schlank gehaltenen Entladungskammern wird erreicht, dass das Isolatorröhrchen ein konisches Ende vorzugsweise in Form eines Kegelstumpfes mit Zentralloch und einem Kegelwinkel im Bereich von 20°-40° aufweist. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, dass das konische Ende des Isolatorröhrchens im Endbereich des Kegelstumpfes vom Zentralloch bis zur Mantelfläche des Kegelstumpfes abgerundet ist. Der abgerundete Rand des Kegelstumpfes sollte vorzugsweise einen Radius zwischen 0,15 und 0,4 mm aufweisen.Another improvement in gas discharge behavior The slender discharge chambers achieve that insulating tubes having a conical end, preferably in the form of a truncated cone Central hole and a cone angle in the range of 20 ° -40 °. It proves useful that the conical end of the insulator tube in the end area of the truncated cone from the central hole to the lateral surface of the Truncated cone is rounded. The rounded edge of the truncated cone should preferably have a radius between 0.15 and 0.4 mm.

Um einen homogenen Aktivgasstrahl über die gesamte Breite des linearen Blockes der Entladungskammern zu erreichen, wird den Ausgangsdüsen der Entladungskammern vorteilhaft eine entlang des linearen Blockes ausgerichtete spaltförmige Sammeldüse vorgelagert, die eingangsseitig an die Durchmesser der Ausgangsdüsen angepasst und an den Stirnseiten des linearen Blockes jeweils durch eine abnehmbare Abschlussblende abgeschlossen, die einen druckausgleichenden Abschluss des Spaltes der Sammeldüse darstellt. Zweckmäßig ist die spaltförmige Sammeldüse in Ausströmungsrichtung verjüngt ist, wobei sie eingangsseitig eine Spaltbreite hat, die gleich dem Durchmesser der Ausgangsdüsen der Entladungskammern ist, und ausgangsseitig eine Austrittsöffnung mit 1/6 bis 1/4 der eingangsseitigen Spaltbreite aufweist.To achieve a homogeneous active gas jet over the to reach the entire width of the linear block of the discharge chambers, becomes the exit nozzles of the discharge chambers advantageously one along the linear block aligned gap-shaped collecting nozzle upstream, on the inlet side adapted to the diameter of the outlet nozzles and on the end faces of the linear block each by a removable Final orifice plate completed, which is a pressure-equalizing conclusion the gap of the collecting nozzle represents. Is expedient the slit-shaped collecting nozzle is tapered in the outflow direction, where it has a gap width on the input side which is equal to the diameter of the exit nozzles of the discharge chambers, and an outlet opening on the output side Has 1/6 to 1/4 of the gap width on the input side.

Mit der Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines breiten Aktivgasstrahls zu realisieren, die eine gleichmäßige Behandlung großer Oberflächenbereiche gestattet, ohne dass Abstriche an der Leistungsfähigkeit und/oder der Lebensdauer des Aktivgasgenerators gegenüber einer herkömmlichen Einzelvorrichtung hingenommen werden müssen.With the invention, it is possible To implement a device for generating a broad jet of active gas, which is an even treatment greater surface areas allowed without sacrificing performance and / or durability of the active gas generator a conventional one Single device must be accepted.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:The invention is based on the following of embodiments are explained in more detail. The drawings show:

1: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktivgasgenerator mit einem linearen Block mit fünf Entladungskammern, 1 1 shows a longitudinal section through an active gas generator according to the invention with a linear block with five discharge chambers,

2: einen zu 1 orthogonalen Längsschnitt durch den Aktivgasgenerator, 2 : one too 1 orthogonal longitudinal section through the active gas generator,

3: einen Schnitt in einer zu 2 parallelen Ebene, 3 : a cut in one too 2 parallel plane,

4: eine Darstellung des Axialschnittes durch die Zentralelektrode mit bevorzugten Gestaltungen von Zentralelektrode und Isolatorröhrchen, 4 : a representation of the axial section through the central electrode with preferred designs of the central electrode and insulator tube,

5: einen Längsschnitt durch die Sammeldüse und die Ausgangdüsen, 5 : a longitudinal section through the collecting nozzle and the outlet nozzles,

6: einen Querschnitt durch die spaltförmige Sammeldüse und die Ausgangdüsen. 6 : a cross section through the slit-shaped collecting nozzle and the outlet nozzles.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines breiten Streifens einer Oberfläche 2 (nachfolgend Aktivgasgenerator genannt) hat – wie in 1 schematisch dargestellt – mehrere gleichzeitig und selbständig betriebene Aktivgaskanäle, die aus einzelnen Entladungskammern 12 gebildet werden. Jede der im Wesentlichen zylindrischen Entladungskammern 12 weist eine Zentralelektrode 3, ein die Zentralelektrode 3 umhüllendes Isolatorröhrchen 4, eine axialsymmetrische Ausgangsdüse 13 und einen Gaseinlass 14, der tangential zwischen Isolatorröhrchen 4 und Wand der Entladungskammer 12 ein erforderliches Prozessgas verwirbelt einleitet, auf. Die so aufgebauten einzelnen Aktivgaskanäle sind nebeneinander aufgereiht in einem linearen Block 1 untergebracht, der mechanisch aus einem Stück elektrisch leitenden Materials gefertigt ist. 1 zeigt dazu einen Längsschnitt durch den linearen Block 1.The device according to the invention for treating a wide strip of a surface 2 (hereinafter called active gas generator) has - as in 1 shown schematically - several simultaneously and independently operated active gas channels, which consist of individual discharge chambers 12 be formed. Each of the substantially cylindrical discharge chambers 12 has a central electrode 3 , a the central electrode 3 enveloping insulator tube 4 , an axially symmetrical outlet nozzle 13 and a gas inlet 14 that is tangent between the insulator tubes 4 and wall of the discharge chamber 12 initiates a required process gas swirls on. The individual active gas channels constructed in this way are lined up in a linear block 1 housed, which is mechanically made from a piece of electrically conductive material. 1 shows a longitudinal section through the linear block 1 ,

Der Block 1 hat für die gewählte Anzahl der Entladungskammern 12 (in diesem Beispiel fünf) einen gemeinsamen Prozessgasverteiler 15 (nur in 2 erkennbar), der das Prozessgas über die als Wirbeldüse gestalteten Gaseinlässe 14 in die Entladungskammern 12 jedes einzelnen Aktivgaskanals einleitet.The block 1 has for the selected number of discharge chambers 12 (five in this example) a common process gas distributor 15 (only in 2 recognizable), the process gas via the gas inlets designed as swirl nozzles 14 into the discharge chambers 12 of each active gas channel.

Der lineare Block 1 ist – wie aus den zueinander orthogonalen Schnittdarstellungen von 1 und 2 zu entnehmen – über eine Steckverbindung mit einem Isolatorblock 5 verbunden, der zugleich den hinteren Abschluss der Entladungskammern 12 dar stellt.The linear block 1 is - as from the mutually orthogonal sectional representations of 1 and 2 can be removed - via a plug connection with an isolator block 5 connected, which at the same time the rear end of the discharge chambers 12 represents.

Der Isolatorblock 5, der aus elektrisch isolierendem Material besteht, enthält die Hochspannungsanschlüsse 31 für die einzelnen Zentralelektroden 3 sowie einen Erdungsanschluss 11 für alle im Block 1 enthaltenen Entladungskammern 12 (als Gegenpotential). Weiterhin weist er eine einheitliche Prozessgaszuführung 51 (2) auf, die über den Prozessgasverteiler 15 im linearen Block 1 die Versorgung der einzelnen Entladungskammern 12 über deren Gaseinlässe 14 realisiert.The isolator block 5 , which is made of electrically insulating material, contains the high voltage connections 31 for the individual central electrodes 3 as well as an earth connection 11 for everyone in the block 1 contained discharge chambers 12 (as counter potential). Furthermore, it has a uniform process gas supply 51 ( 2 ) on the process gas distributor 15 in the linear block 1 the supply of the individual discharge chambers 12 about their gas inlets 14 realized.

Der Isolierblock 5 nimmt im hinteren Abschluss der Entladungskammern 12 das Isolatorröhrchen 4 sowie die Elektrode 3 auf. Zwischen Elektrode 3 und Isolatorröhrchen 4 sind im Isolierblock 5 für jede Entladungskammer 12 Zusatzgaskanäle 52 ausgeformt, die in Richtung der linearen Aneinanderreihung der Entladungskammern 12 von einem Zusatzgasverteiler 53 gekreuzt werden. Der Zusatzgasverteiler 53 für die Einbringung von Zusatzgas (vorzugsweise von zusätzlichem Prozessgas) in die Zusatzgaskanäle 52 wird über eine einheitliche Zusatzgaszuführung 54 realisiert, die ebenfalls im Isolatorblock 5 – jedoch in einer anderen Ebene (dargestellt in 3), die parallel zur Ebene der Schnittzeichnung von 2 verläuft, untergebracht ist. Somit wird an den Zentralelektroden 3 (über die engen Zusatzgaskanäle 52 in jeder Entladungskammer 12 ein schnelle ringförmig begrenzte Zusatzgasströmung erzeugt, die die Entstehung einer elektrischen Entladung im Bereich des Endes 41 des Isolatorröhrchens 4 behindert und eine beginnende Gasentladung zusätzlich in Richtung der Ausgangsdüse 13 verschiebt.The insulating block 5 takes in the rear end of the discharge chambers 12 the insulator tube 4 as well as the electrode 3 on. Between electrode 3 and insulator tubes 4 are in the isolation block 5 for each discharge chamber 12 Additional gas channels 52 shaped in the direction of the linear alignment of the discharge chambers 12 from an auxiliary gas distributor 53 to be crossed. The auxiliary gas distributor 53 for the introduction of additional gas (preferably additional process gas) into the additional gas channels 52 is via a uniform additional gas supply 54 realized that also in the isolator block 5 - but on a different level (shown in 3 ) parallel to the plane of the sectional drawing of 2 runs, is housed. Thus, on the central electrodes 3 (via the narrow additional gas channels 52 in every discharge chamber 12 a rapid ring-shaped flow of additional gas, which creates an electrical discharge in the area of the end 41 of the insulator tube 4 hindered and a beginning gas discharge in the direction of the outlet nozzle 13 shifts.

Die Gestaltung der gesamten Prozessgaseinleitung in jede der Entladungskammern 12 über Prozessgaszuführung 51, Prozessgasverteiler 15 und Gaseinlass 14 einerseits sowie Zusatzgaszuführung 54, Zusatzgasverteiler 53 und Zusatzgaskanal 52 andererseits ist am Deutlichsten in 3 zu erkennen. Lediglich die Prozessgaszuführung 51 ist hier nicht zu erkennen, da sie in einer anderen Ebene liegt, die in 2 dargestellt ist.The design of the entire process gas introduction into each of the discharge chambers 12 via process gas supply 51 , Process gas distributor 15 and gas inlet 14 on the one hand and additional gas supply 54 , Auxiliary gas distributor 53 and auxiliary gas duct 52 on the other hand, is most clearly in 3 to recognize. Only the process gas supply 51 cannot be seen here because it lies on a different level, which is in 2 is shown.

Des Weiteren ist in 3 eine Ausgestaltung gezeigt, die Konstanz der Strömungseigenschaften der Ausgangsdüsen 13 sichern soll. Dazu ist jede Ausgangsdüse 13 mindestens im Endbereich mit einem separaten, austauschbaren Metallröhrchen 18 ausgekleidet. Dadurch lässt sich der gesamte lineare Block 1 bei verschlissenen Ausgangsdüsen 13 weiter benutzen, indem einfach die eingesetzten Metallröhrchen 18 ausgewechselt werden.Furthermore, in 3 an embodiment shown, the constancy of the flow properties of the outlet nozzles 13 should secure. Each outlet nozzle is for this 13 at least in the end area with a separate, exchangeable metal tube 18 lined. This allows the entire linear block 1 with worn out nozzles 13 continue to use by simply inserting the metal tubes 18 to be replaced.

Erreichung einer gleichbleibend guten Leistungsfähigkeit des linear ausgedehnten Aktivgasstrahles 21 ist weiterhin eine definierte Formgebung der Zentralelektroden 3 und der Isolatorröhrchen 4 wesentlich. Dazu zeigt 4 zwei Maßnahmen, die einzeln oder gemeinsam angewendet, eine durch die Elektrodenzerstäubung der Zentralelektrode 3 verursachte Verringerung der Qualität der Aktivgasstrahlen 21 bzw. eine verkürzte Lebensdauer der Gesamtvorrichtung verhindert oder zumindest stark reduzieren.Achievement of a consistently good performance of the linearly expanded active gas jet 21 is still a defined shape of the central electrodes 3 and the insulator tube 4 essential. This shows 4 two measures, applied individually or together, one by sputtering the central electrode 3 caused reduction in the quality of the active gas jets 21 or prevents or at least greatly reduce a shortened service life of the overall device.

Zum einen hat das Isolatorröhrchen 4 ein konisches Ende 41, das die Form eines mit einem Zentralloch versehenen Kegelstumpfes mit einem Winkel α im Bereich zwischen 20° und 40° (bevorzugt 25°) aufweist. Das konische Ende 41 ist bezogen auf die Kegelstumpfform mit einem vom Zentralloch nach außen abgerundeten Rand 42 versehen, dessen Radius R im Bereich zwischen 0,15 und 0,4 mm (bevorzugt bei 0,2 mm) liegt.Firstly, the insulator tube 4 a conical end 41 , which has the shape of a truncated cone provided with a central hole with an angle α in the range between 20 ° and 40 ° (preferably 25 °). The conical end 41 is based on the truncated cone shape with an edge rounded off from the central hole 42 provided, the radius R is in the range between 0.15 and 0.4 mm (preferably 0.2 mm).

Obwohl die Gasentladung vornehmlich in Richtung der Ausgangsdüse 13 jeder Entladungskammer 12 ausgerichtet ist, Entladungen in radialer Richtung der Entladungskammern 12 wegen des geringen Kammerdurchmessers D der Entladungskammern 12 aber nicht vermieden werden können, wird durch das konische Ende 41 und den oben beschriebenen „zurückfliehenden" Rand 42 eine Metallisierung des Isolatorröhrchens 4 (die praktisch eine Verbreiterung der Zentralelektrode 3 darstellt) weitgehend unterdrückt.Although the gas discharge mainly towards the outlet nozzle 13 every discharge chamber 12 is aligned, discharges in the radial direction of the discharge chambers 12 because of the small chamber diameter D of the discharge chambers 12 but cannot be avoided by the conical end 41 and the "receding" edge described above 42 a metallization of the insulator tube 4 (which is practically a broadening of the central electrode 3 represents) largely suppressed.

Als zweite Maßnahme wird die Zentralelektrode 3 im Bereich des Randes 42 des Isolatorröhrchens 4 mit einer radialen Aussparung 32 versehen, die gegenüber dem Elektrodendurchmesser d₁ der Zentralelektrode 3 einen um wenige Zehntelmillimeter verringerten Aussparungsdurchmesser d₂ hat.The second measure is the central electrode 3 in the area of the edge 42 of the insulator tube 4 with a radial recess 32 provided opposite the electrode diameter d _{1 of} the central electrode 3 has a recess diameter d ₂ reduced by a few tenths of a millimeter.

Die Aussparung 32 weist zwei Teilbereiche mit den Längen L₁ und L₂ auf, von denen sich der größere Teilbereich der Länge L, innerhalb und der kürzere Teil der Länge L₂ außerhalb des Isolatorröhrchens 4 befindet. Die Zentralelektrode 3 wird zum Rand 42 des Isolatorröhrchens 4 so platziert, dass die Aussparung 32 (mit dem Durchmesser d₂) mit der Länge L₁ von nicht weniger als 2 mm vom Isolatorröhrchen 4 abgedeckt ist und auf der Länge L₂ von nicht weniger als 1 mm aus dem Isolatorröhrchen 4 herausragt.The recess 32 has two sections with lengths L ₁ and L ₂ , of which the larger section of length L is inside and the shorter section of length L _{2 is} outside the insulator tube 4 located. The central electrode 3 becomes the edge 42 of the insulator tube 4 placed so that the recess 32 (with diameter d ₂ ) with length L ₁ of not less than 2 mm from the insulator tube 4 is covered and on the length L ₂ of not less than 1 mm from the insulator tube 4 protrudes.

Durch die so angeordnete Aussparung 32 der Zentralelektrode 3, die bei einem Elektrodendurchmesser d₁ = 2 mm eine Durchmesserreduzierung um 0,2 bis 0,6 mm (bevorzugt 0,4 mm) aufweist, ist die Austrittswahrscheinlichkeit eines Entladungsbogens aus dem Bereich der Aussparung 32 und somit eine radiale Gasentladung über den Rand 42 des Isolatorröhrchens 4 deutlich reduziert. Dadurch wird im Zusammenwirken mit der Strömung des Prozessgases außerhalb sowie die Zusatzgasströmung innerhalb des Isolatorröhrchens 4 die Metallisierung der Oberfläche des Randes 42 des Isolatorröhrchens 4 wirksam verhindert.Through the recess so arranged 32 the central electrode 3 , which has a diameter reduction of 0.2 to 0.6 mm (preferably 0.4 mm) for an electrode diameter d ₁ = 2 mm, is the probability of a discharge arc emerging from the region of the cutout 32 and thus a radial gas discharge over the edge 42 of the insulator tube 4 significantly reduced. This is in cooperation with the flow of the process gas outside and the additional gas flow inside the insulator tube 4 the metallization of the surface of the edge 42 of the insulator tube 4 effectively prevented.

Zur Erhöhung der Lebensdauer der Zentralelektrode 3 kann außerdem noch der Endteildurchmesser d₃ des freien Endes 33 der Zentralelektrode 3 gegenüber dem sonstigen Elektrodendurchmesser d₁ vergrößert sein. Vorzugsweise wird der Endteildurchmesser d₃ in der Größenordnung des Innendurchmessers da des Isolatorröhrchens 4 liegen (oder geringfügig größer sein) und die Länge des Endteiles 33 der Zentralelektrode 3 zwischen 1d₁ und 5d₁ betragen.To increase the life of the central electrode 3 can also the end part through knife d _{3 of} the free end 33 the central electrode 3 be enlarged compared to the other electrode diameter d ₁ . The end part diameter d ₃ is preferably of the order of magnitude of the inner diameter da of the insulator tube 4 lie (or be slightly larger) and the length of the end part 33 the central electrode 3 be between 1d ₁ and 5d ₁ .

Mit dieser Konstruktion der Zentralelektrode 3 mit Aussparung 32 und verdicktem Ende 33 konnte im Dauertest eine Lebensdauer der Zentralelektrode 3 von mehreren tausend Stunden erreicht werden und das Isolatorröhrchen 4 brauchte selbst nach mehreren Elektrodenwechseln nicht ersetzt zu werden und hat damit praktisch eine unbegrenzte Lebensdauer.With this construction of the central electrode 3 with recess 32 and thickened end 33 could in the endurance test a lifetime of the central electrode 3 can be reached by several thousand hours and the insulator tube 4 It did not need to be replaced even after several electrode changes and thus has practically an unlimited service life.

Der erfindungsgemäße multible lineare Aktivgasgenerator kann – entsprechend der Ausführungsvariante gemäß den 5 und 6 – zusätzlich mit einer Sammeldüse 16 zur Verbesserung der Qualität der Oberflächenbehandlung ausgestattet werden. Die Aktivgasstrahlen 21 (nur in 1 dargestellt) aus den einzelnen Entladungskammern 12 werden dabei entlang des linearen Blockes 1 von einer durchgängigen spaltförmigen Sammeldüse 16 aufgenommen und zu einer im Wesentlichen eindimensional ausgedehnten, einheitlichen streifenförmigen Aktivgaszone geformt.The multible linear active gas generator according to the invention can - according to the variant according to the 5 and 6 - additionally with a collecting nozzle 16 be equipped to improve the quality of the surface treatment. The active gas jets 21 (only in 1 shown) from the individual discharge chambers 12 are along the linear block 1 from a continuous gap-shaped collecting nozzle 16 recorded and formed into a substantially one-dimensionally extended, uniform strip-shaped active gas zone.

Die Sammeldüse 16 ist zum Ausgang hin nochmals verjüngt, wie in der Schnittdarstellung von 6 (mit vergrößertem Detailausschnitt unten) zu erkennen. Dabei ist die Breite B_g des Eingangspaltes im Bereich der Aufnahme der Aktivgasstrahlen 21 in die Sammeldüse 16 gleich dem Durchmesser d der Ausgangsdüsen 13 der Entladungskammern 12. Die Breite B_a der verjüngten spaltförmigen Düsenöffnung am Ausgang der Sammeldüse 16 ist zwischen 1/6 bis 1/4 der Breite B_g des Eingangsspaltes bzw. des Durchmessers d der Ausgangsdüse 13 der Entladungskammern 12.The collecting nozzle 16 is tapered towards the exit again, as in the sectional view of 6 (with enlarged detail below). The width B _{g of} the entrance gap is in the area of the absorption of the active gas jets 21 into the collecting nozzle 16 equal to the diameter d of the outlet nozzles 13 the discharge chambers 12 , The width B _{a of} the tapered gap-shaped nozzle opening at the outlet of the collecting nozzle 16 is between 1/6 to 1/4 of the width B _{g of} the inlet gap or the diameter d of the outlet nozzle 13 the discharge chambers 12 ,

Die Sammeldüse 16 ist – wie aus 5 ergänzend zu entnehmen – so gestaltet, dass sie die gesamte Breite des linearen Blockes 1 umfasst und an beiden Enden mit abnehmbaren Abschlussblenden 17 geschlossen ist, die als Außenbegrenzung des linearen, in voller Breite über die Materialoberfläche 2 geführten Aktivgasstrahles wirken.The collecting nozzle 16 is - like from 5 can be seen in addition - designed so that they cover the entire width of the linear block 1 includes and removable ends at both ends 17 is closed, which is the outer boundary of the linear, in full width over the material surface 2 guided active gas jet act.

11: lineare Blockanordnunglinear block assembly
1111: Erdungsanschlussground connection
1212: Entladungskammerdischarge chamber
1313: Ausgangsdüseoutlet nozzle
1414: Gaseinlassgas inlet
1515: ProzessgasverteilerProcess gas distributor
1616: Sammeldüsecollecting nozzle
1717: AbschlussblendeEnd cover
1818: Metallröhrchenmetal tube
22: Materialoberflächematerial surface
2121: AktivgasstrahlActive gas jet
33: Zentralelektrodecentral electrode
3131: HochspannungsanschlussHigh voltage connection
3232: Aussparungrecess
3333: Endteil (der Zentralelektrode)end (the central electrode)
44: Isolatorröhrcheninsulating tubes
4141: konisches Endeconical The End
4242: abgerundeter Randrounded edge
55: Isolatorblockinsulator block
5151: ProzessgaszuführungThe process gas supply
5252: ZusatzgaskanalAdditional gas channel
5353: ZusatzgasverteilerAdditional gas distributor
5454: ZusatzgaszuführungAdditional gas supply
αα: Kegelwinkelcone angle
B_a B _a: Breite der Düsenöffnungwidth the nozzle opening
B_g B _g: Breite des Eingangsspalteswidth of the entrance slit
DD: KammerdurchmesserChamber diameter
dd: Durchmesser (der Ausgangsdüsen)diameter (the exit nozzles)
d₁ d ₁: ElektrodendurchmesserElectrode diameter
d₂ d ₂: AussparungsdurchmesserRecess diameter
d₃ d ₃: EndteildurchmesserEndteildurchmesser
d₄ d ₄: Innendurchmesser (des Isolatorröhrchens)Inner diameter (of the insulator tube)
Ee: Strahldurchmesser (des Aktivgasstrahls)Beam diameter (of the active gas jet)
L₁, L₂ L ₁ , L ₂: Länge (der Aussparung)Length (of recess)
RR: Radiusradius

Claims

Device for generating a broad active gas jet based on a gas discharge plasma with a plurality of discharge chambers, the discharge chambers each having a central electrode, which is encased by an insulator tube and to which a high-voltage connection is attached, which is electrically insulated from a housing of the discharge chamber, for at least one tangentially entering inlet nozzle Turbulence of the process gas outside the insulator tube and a coaxial outlet nozzle, characterized in that - the discharge chambers ( 12 ) lined up side by side in a compact linear block ( 1 ) made of electrically conductive material and designed with such a small chamber diameter (D) that the active gas jets ( 21 ) at a defined distance of less than 20 millimeters in front of the outlet nozzles ( 13 ) the discharge chambers ( 12 ) have a diameter (E) that is larger than the cam diameter (D) of the individual discharge chambers ( 12 ) so that the active gas jets ( 21 ) when hitting the material surface ( 2 ) in the direction of the linear block ( 1 ) have intersecting beam diameters (E), - the central electrodes ( 3 ) each have such a small electrode diameter (d ₁ ) that within the encasing insulator tube ( 4 ) a narrow auxiliary gas channel ( 52 ) in addition to the one outside the insulator tube ( 4 ) located process gas vortex flow is available, the gas discharge much more towards the outlet nozzle ( 13 ) the discharge chamber ( 12 ) concentrated, and - an isolator block ( 5 ) for uniform supply of the high-voltage connections ( 31 ) for the central electrodes ( 3 ) and an earth connection ( 11 ) for the linear block ( 1 ) and for the supply of process gas, the isolator block ( 5 ) at the exit nozzles ( 13 ) opposite side of the linear block ( 1 ) is attached.

Device according to claim 1, characterized in that an additional gas distributor ( 53 ) to supply the additional gas channels ( 52 ) of all discharge chambers ( 12 ) with additional gas in the isolator block ( 5 ) is present, with the additional gas distributor ( 53 ) the auxiliary gas channels ( 52 ) of all discharge chambers ( 12 ) crosses.

Device according to claim 1, characterized in that the central electrode ( 3 ) a radial recess ( 32 ), which is inside shortly before the end of the insulator tube ( 4 ) begins and continues over the end of the insulator tube ( 4 ) enough.

Device according to claim 3, characterized in that the recess ( 32 ) in the area of the end ( 41 ) of the insulator tube ( 4 ), the recess ( 32 ) to a larger first part (L ₁ ) within the conical end ( 41 ) of the isolator ( 4 ) and a smaller second part (L ₂ ) outside the insulator tube ( 4 ) lies.

Device according to claim 4, characterized in that the diameter (d ₂ ) of the recess ( 32 ) by 1/10 to 3/10 of the diameter (d ₁ ) of the remaining central electrode ( 3 ) is lower.

Device according to claim 4, characterized in that the central electrode ( 3 ) after the recess ( 32 ) towards the outlet nozzle ( 13 ) the discharge chamber ( 12 ) has a third diameter (d ₃ ) which is larger than the remaining diameter (d ₁ ) of the central electrode ( 3 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the insulator tube ( 4 ) a conical end ( 41 ) in the form of a truncated cone with a central hole and a cone angle (α) in the range from 20 ° - 40 °.

Device according to claim 7, characterized in that the conical end ( 41 ) of the insulator tube ( 4 ) is rounded in the end area of the truncated cone from the central hole to the outer surface of the truncated cone.

Device according to claim 8, characterized in that the rounded edge ( 42 ) of the truncated cone has a radius (R) between 0.15 mm and 0.4 mm.

Device according to claim 1, characterized in that the outlet nozzle ( 13 ) with a separately in the linear block ( 1 ) interchangeable metal tubes ( 18 ) is lined.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the outlet nozzles ( 13 ) the discharge chambers ( 12 ) one along the linear block ( 1 ) aligned gap-shaped collecting nozzle ( 16 ) is set in front of the diameter of the outlet nozzles ( 13 ) adapted and on the end faces of the linear block arrangement ( 1 ) each with a removable cover ( 17 ) is completed.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the gap-shaped collecting nozzle ( 16 ) is tapered in the outflow direction, where it has a gap width (B _g ) on the inlet side which is equal to the diameter of the outlet nozzles ( 13 ) the discharge chambers ( 12 ), and has an outlet opening (B _a ) with 1/6 to 1/4 of the inlet-side gap width (B _g ) on the outlet side.