Trompeter, Franz-josef (Jupp-Müller-Strasse 9 Aachen, 52072, DE)
Franken, Oliver (Laurentiusstrasse 11 Eschweiler, 52249, DE)
Pochner, Klaus (Am Flurgraben 11 Rüsselsheim, 65428, DE)
Neff, Willi (Joseph-Olbertz-Strasse 40 Kelmis, B-4721, BE)
Trompeter, Franz-josef (Jupp-Müller-Strasse 9 Aachen, 52072, DE)
Franken, Oliver (Laurentiusstrasse 11 Eschweiler, 52249, DE)
Pochner, Klaus (Am Flurgraben 11 Rüsselsheim, 65428, DE)
| 1. | Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Objekten, insbesondere von bahnförmigem oder tiefgezogenem Material, bei dem die zu behandelnde Oberfläche (2) des Objektes (1) in einem mit einem ersten Gas oder Gasgemisch befüllten Entladungsraum (3) einer Barriereentladung ausgesetzt wird, die zwischen einer ersten (4) und einer zweiten flächigen Elektrode (5) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Elektrode (5) ein plasmaangeregtes zweites Gas oder Gasgemisch eingesetzt wird, das WStrahlung emittiert, der die zu behandelnde Oberfläche (2) zusätzlich ausgesetzt wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das plamaangeregte zweite Gas oder Gasgemisch unter einem Druck von zumindest 100*102 Pa steht. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als plamaangeregtes zweites Gas oder Gasgemisch ein in plasmaangeregtem Zustand Excimere bildendes Gas oder Gasgemisch eingesetzt wird. |
| 4. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere zusätzliche Gase in den Entladungsraum (3) eingeleitet werden, die die Wirkung der Oberflächenbehandlung und/oder die Homogenität der Barriereentladung verbessern. |
| 5. | Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Gase Helium, Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Ozon, Wassergas, Wasserdampf, Wasserstoffperoxidgas oderdampf oder Kombinationen dieser Gase in den Entladungsraum (3) eingeleitet werden. |
| 6. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass gepulste Spannungen an die Elektroden (4,9) angelegt werden. |
| 7. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine planare erste Elektrode (4) eingesetzt wird, die metallisch oder objektseitig mit einer dielektrischen Schicht versehen sein kann. |
| 8. | Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (4) und zweite Elektrode (5) derart großflächig ausgebildet sind, dass sie bei der Oberflächenbehandlung eines bahnförmigen Materials zumindest in einer Dimension eine größere Ausdehnung als die Breite des bahnförmigen Materials aufweisen. |
| 9. | Verfahren nach einem der Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste (4) und zweite Elektroden (5) nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet werden, um gleichzeitig einen größeren Ober flächenbereich zu behandeln. |
| 10. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Objekt (1) während der Barriereentladung durch den Entladungsraum bewegt wird. |
| 11. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Reinigung und/oder Desinfektion und/oder Sterilisation und/oder Aktivierung von Oberflächen, insbesondere zur Entkeimung oder Sterilisation von Packmaterial. |
| 12. | Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von flachen Objekten, insbesondere von bahnförmigem oder tiefgezogenem Material, mit einem Entladungsraum (3), der zwischen einer ersten flächigen Elektrode (4,9a) und einer mit einem Gas befüllten Kammer (6) gebildet ist, die zumindest auf einer zur ersten Elektrode (4,9a) gerichteten ersten Seite (7) aus einem für WStrahlung durchlässigen dielektrischen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (6) auf einer von der ersten Elektrode (4,9a) abgewandten zweiten Seite (8) an eine weitere flächige Elektrode (9,9b) angrenzt oder durch diese abgeschlossen wird und mit einem in plasmaangeregtem Zustand WStrahlung emittierenden Gas oder Gasgemisch befüllt ist. |
| 13. | Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases bzw. Gasgemisches in der Kammer (6) zumindest 100*102 Pa beträgt. |
| 14. | Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (4,9a) und weitere Elektrode (9, 9b) sowie die erste (7) und zweite Seite (8) der Kammer (6) planar ausgebildet sind. |
| 15. | Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (4,9a) und weitere Elektrode (9, 9b) sowie die erste (7) und zweite Seite (8) der Kammer (6) dreidimensional, insbesondere gekrümmt, ausgebildet sind. |
| 16. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsraum (3) mit Luft, feuchter Luft, Sauerstoff oder Argon befüllt oder durch strömt ist. |
| 17. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (6) mit einem in plasmaangeregtem Zustand Excimere bildenden Gas oder Gasgemisch, beispielsweise Xe oder KrCl, befüllt ist. |
| 18. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material der Kammer (6) Quarzglas, insbesondere ein synthetisches Quarzglas ist. |
| 19. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Entladungsraum (3) und der ersten Elektrode (9a) eine Kammer (6) aus einem dielektrischen Material angeordnet ist, die mit einem Gas oder Gasgemisch befüllt ist, das in plasmaangeregtem Zustand UVStrahlung emittiert. |
| 20. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (4,9a) einen Abstand zwischen 0,1 und 5 mm von der ersten Seite (7) der Kammer (6) aufweist. |
| 21. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsraum (3) auf zumindest zwei Seiten offen ist. |
| 22. | Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1221, bei dem zwischen der ersten (4,9a) und weiteren Elektrode (9,9b) eine Zündspannung angelegt wird, die nur zur Zündung einer Entladung in der Kammer (6), nicht jedoch zur Zündung einer Entladung im Entladungsraum (3) ausreicht, so dass im Entladungsraum (3) angeordnete Objekte nur mit W Strahlung aus der Kammer (6) beaufschlagt werden. |
Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten, insbesondere von bahnförmigem oder tief- gezogenem Material, bei dem die zu behandelnde Oberfläche des Objektes in einem mit einem ersten Gas oder Gasgemisch befüllten Entladungsraum einer Barriereentladung ausgesetzt wird, die zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode erzeugt wird.
Die Behandlung von Oberflächen, insbesondere deren Reinigung, Entkeimung, Sterilisation, Desinfektion oder Aktivierung, spielt in vielen technischen Bereichen eine wesentliche Rolle. So muss bspw. bahnförmiges Packmaterial vor der weiteren Verwendung an der Oberfläche entkeimt oder sterilisiert werden. Eine derartige Entkeimung oder Sterilisation lässt sich beispielsweise mit dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung in vorteilhafter Weise durchführen.
Stand der Technik Aus der DE 41 13 524 A1 sowie der EP 510 503 A2 sind Verfahren und Vorrichtungen für die Reinigung von Oberflächen bekannt. In beiden Fällen ist eine Hochleistungs-Entladungsröhre deutlich beabstandet von einem zu reinigenden Substrat vorgesehen. Das Substrat
wird im ersten Fall von der W-Bestrahlung photo- chemisch verändert, um Beschichtungsmaterial besser zu verankern. Im zweiten Fall des Standes der Technik werden durch die UV-Bestrahlung Radikale gebildet. Die W-Strahlung wird durch eine Barriereentladung in der Hochleistungs-Entladungsröhre erzeugt. Eine derartige Barriereentladung, in der Literatur auch als dielek- trisch behinderte Entladung oder stille Entladung bezeichnet, tritt in einem zwischen zwei Elektroden gebildeten Entladungsraum, von denen zumindest eine Elektrode vom Entladungsraum durch eine dielektrische Barriere getrennt ist, dann auf, wenn die Zündspannung bzw. die Zündfeldstärke im Entladungsraum überschritten wird. Je nach Druckbereich und Gaszusammensetzung bildet sich ein homogenes Plasma aus oder es entstehen dünne Ladungskanäle, sog. Filamente, die jeweils nur für wenige Nanosekunden existieren. Durch derartige Barriereentladungen wird bei Einsatz eines geeigneten Gases im Entladungsraum W-Strahlung hoher Intensität freigesetzt, so dass derartige Vorrichtungen als W- Hochleistungsstrahler eingesetzt werden können. Hierzu müssen jedoch zumindest eine der Elektroden sowie das Dielektrikum für UV-Strahlung transparent sein.
Die DE 43 02 465 Cl zeigt eine Vorrichtung, bei der eine der Elektroden durch ein spannungsangeregtes Plasma in einem Gas gebildet wird, dessen Druck um mindestens zwei Potenzen niedriger ist, als der Gasdruck im Entladungsraum. Das Gas des als Elektrode eingesetzten spannungsangeregten Plasmas ist in einer Kammer aus einem dielektrischen Material einge- schlossen, dessen senkrecht zur ersten Elektrode verlaufende Seiten eine oder mehrere weitere Elektroden
zur Anregung dieses Niederdruckplasmas aufweisen. Das dielektrische Material der Kammer ist für W-Strahlung durchlässig und bildet gleichzeitig die dielektrische Barriere im Entladungsraum. Das Gas in der Kammer ist derart gewählt, dass es, insbesondere im plasma- angeregtem Zustand, für die im Entladungsraum erzeugte W-Strahlung transparent ist. Auf diese Weise wird eine für W-Strahlung transparente Elektrode realisiert. Die in dieser Druckschrift angeführten Anwendungen der im Entladungsraum erzeugten UV-Strahlung beziehen sich auf die Induzierung chemischer Reaktionen, die Anregung von Farbstoffen sowie die Homogenisierung von Mittel-und Hochdruckplasmen in Lasern und bei der plasmaunterstützten Stoffabscheidung aus der Gasphase.
Aus der DE 43 32 866 C2 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten bekannt, bei denen die zu behandelnde Oberfläche des Objektes in einem mit einem ersten Gas befüllten Entladungsraum einer Barriereentladung ausgesetzt wird, die zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode erzeugt wird. Zu behandelndes bahnförmiges Material bildet hierbei direkt die dielektrische Barriere zwischen einer der Elektroden und dem Entladungsraum. In einer weiteren Ausgestaltung des offenbarten Verfahrens wird das Objekt außerhalb des Entladungsraums in unmittelbarer Nachbarschaft der als Gitterelektrode ausgebildeten zweiten Elektrode angeordnet, so dass die Barriereentladung durch die Gitterelektrode hindurch auf die Oberfläche des Objektes wirken kann. Durch die direkte Einwirkung der Barriereentladung wird eine Reinigung der Oberfläche aufgrund plasmachemischer Zersetzung erreicht.
In einer weiteren in dieser Druckschrift offenbarten Ausgestaltung ist der Entladungsraum zwischen einer ersten flächigen Elektrode und einer mit einem Gas befüllten Kammer gebildet, die aus einem für W-Strahlung durchlässigen dielektrischen Material besteht. Diese aus der DE 43 02 465 Cl bekannte Vorrichtung wird als UV-Strahler betrieben, wobei die zu behandelnde Oberfläche hier außerhalb des Entladungsraums mit der durch die zweite Elektrode hindurch tretenden W-Strahlung beaufschlagt wird.
Durch die Einwirkung dieser im Entladungsraum erzeugten W-Strahlung wird durch photochemische Prozesse ebenfalls eine Reinigung der bestrahlten Oberfläche erreicht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten anzugeben, die eine höhere Effizienz sowie eine Steigerung der Prozessgeschwindigkeit bei der Oberflächenbehandlung ermöglichen. Insbesondere sollen die Vorrichtung und das Verfahren eine schnelle Ent- keimung von Oberflächen, insbesondere von bahnförmigen Materialien, sowie eine vollständige Sterilisation die bisher mit einer W-Behandlung nicht erreichbar ist, ermöglichen.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unter- ansprüche. Anspruch 22 gibt schließlich noch eine
alternative Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen an.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird die zu behandelnde Oberfläche des Objektes in einem mit einem ersten Gas oder Gasgemisch befüllten Entladungsraum einer Barriereentladung ausgesetzt, die zwischen einer ersten und einer zweiten flächigen Elektrode erzeugt wird. Als zweite Elektrode wird ein plasmaangeregtes zweites Gas oder Gasgemisch eingesetzt, das UV- Strahlung emittiert. Insbesondere wird dieses zweite plasmaangeregte Gas oder Gasgemisch vorzugsweise ebenfalls über eine Barriereentladung angeregt. Durch diese zweistufige Entladung, einerseits die Barriere- entladung des ersten Gases oder Gasgemisches im Entladungsraum und andererseits die Entladung bzw.
Barriereentladung des zweiten Gases oder Gasgemisches, wird eine effiziente und schnelle Oberflächenbehandlung erreicht. Die direkte Einwirkung der Barriereentladung im Entladungsraum, in der das Objekt angeordnet oder durch den es hindurch geführt wird, bewirkt eine plasmachemische Oberflächenbehandlung durch Radikale, während gleichzeitig durch das als zweite Elektrode dienende plasmaangeregte zweite Gas bzw. die Barriereentladung in diesem Gas eine intensive UV- Bestrahlung der Oberfläche erzielt wird.
Die zweite Elektrode kann hierbei ähnlich wie die durch ein plasmaangeregtes Gas gebildete zweite Elektrode der DE 43 02 465 Cl ausgestaltet sein.
Während bei dieser Druckschrift die homogenisierende Wirkung und die UV-Transparenz der Elektrode ausgenutzt werden, werden bei dem vorliegenden Verfahren Gase oder Gasgemische, wie bspw. Edelgase oder Edelgashalogenid-
gemische, in die für das zweite Gas vorgesehene Kammer eingefüllt, die selbst in der darin stattfindenden Barriereentladung effektiv W-Strahlung erzeugen. Diese stark W-strahlende Gasentladung stellt gleichzeitig die zweite Elektrode für die direkt auf die zu behandelnde Oberfläche wirkende Barriereentladung des Entladungsraums dar. Die im Folgenden als Plasma- elektrode bezeichnete zweite Elektrode ist damit von der direkten Gasentladung auf der Oberfläche des Objekts getrennt und kann auch im Über-oder im Unterdruck, bspw. bei 500*102 Pa (500 mbar), betrieben werden. Die wesentlich nähere und direktere UV- Exposition der zu behandelnden Oberfläche ohne eine abschattende Metallelektrode sowie die gleichzeitige Behandlung durch die zweite direkte Barriereentladung verbessern die Effizienz der Oberflächenbehandlung, insbesondere die Reinigungswirkung oder entkeimende Wirkung auf die Oberfläche. Über die Qualität einer reinen UV-Behandlung hinaus ist durch die zusätzliche plasmachemische Wirkung auch eine vollständige Sterilisation und damit die Anwendung im aseptischen Verpackungsbereich bei Temperaturen < 70°C möglich.
Vorzugsweise wird das plasmaangeregte zweite Gas oder Gasgemisch unter einem Druck von zumindest 100*102 Pa (100 mbar) gesetzt. Durch geeignete Wahl dieses zweiten Gases oder Gasgemisches kann eine starke und optimierte W-und VUV-Emission erreicht werden.
Hierfür sind insbesondere bekannte Excimergase, wie bspw. Xe oder KrCl, geeignet.
Das Gas im Entladungsraum kann bspw. Luft oder feuchte Luft sein, die unter Atmosphärendruck steht.
Vorzugsweise werden jedoch während der Behandlung Gase, Gasgemische oder Dämpfe zusätzlich in den Entladungs- raum eingeleitet, die eine Verbesserung der für die Oberflächenbehandlung beabsichtigten Wirkung herbei- führen. So kann bspw. eine Verbesserung der Ent- keimungswirkung durch verschiedene, die Entkeimung begünstigende Wirkmechanismen hervorgerufen werden. Ein Beispiel ist die Erhöhung der UV-Emission in der Barriereentladung des Entladungsraumes durch Zuführen von Argon oder Stickstoff oder durch die Zumischung von Wasserstoff. Ebenso wird der Einfluss von Teilchen- beschuss, z. B. Ionen, auf die zu reinigende Oberfläche durch die Zumischung leichter Gase, wie bspw. Wasser- stoff, erhöht. Eine Verstärkung der Reinigungswirkung, insbesondere der Desinfektion und Sterilisation der Oberfläche, durch zusätzliche chemische bzw. plasma- chemische Oxidation wird durch die Zumischung oxidativ wirkender Gaskomponenten, wie bspw. Sauerstoff, Ozon, Wassergas, Wasserdampf, Wasserstoffperoxidgas oder- dampf zum Gasgemisch in der Barriereentladung des Entladungsraums erreicht. Darüber hinaus erlaubt eine Zumischung von Edelgasen, wie z. B. Helium oder Argon eine Homogenisierung der Barriereentladung. Durch eine homogenisierte Flächenerfassung der Gasentladung wird die Reinigung, insbesondere die Sterilisation, der Oberfläche verbessert. Der Entladungsraum kann für die zusätzliche Zuführung derartiger Gase tunnelartig ausgebildet sein, so dass die zusätzlich zugeführten Gase, Gasgemische oder Dämpfe die Umgebungsluft verdrängen. Die tunnelartige Ausgestaltung wird durch eine geeignete geometrische Form der Elektroden erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird die Barriereentladung im Entladungsraum zur Erzielung einer höheren Dichte der Entladungsfilamente oder zur Erzielung einer homogenen Gasentladung auf der zu entkeimenden Oberfläche gepulst angeregt. Diese gepulste Anregung, wie sie bspw. aus der DE 196 43 925 AI bekannt ist, deren Offenbarungsgehalt zur gepulsten Anregung in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen wird, erfolgt durch Beaufschlagung der Elektroden mit steilen Spannungsanstiegen, wodurch die Zündfeldstärke der Entladungsfilamente erhöht wird. Bei Spannungsanstiegen ab 1 kV/s-bei Atmosphärendruck besser lOkV/ns- werden die Homogenität der Filamentierung sowie die W- Ausbeute in beiden Gasentladungen deutlich erhöht. Die hiermit verbundene bessere Oberflächenerfassung der Entladungsfilamente verbessert die Wirkung und-die Effizienz der Reinigung.
Vorzugsweise werden bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens großflächige plane Elektroden eingesetzt, so dass gleichzeitig eine größere Oberfläche mit der Barriereentladung und der UV- Strahlung beaufschlagt wird. Auch eine Anordnung mehrerer derartiger Elektroden hinter-und/oder nebeneinander zur Abdeckung einer größeren Oberfläche bietet Vorteile, insbesondere eine Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit.
Bei der Oberflächenbehandlung von bahnförmigem Material wird dieses vorzugsweise zwischen Plasma- elektrode und geerdeter Elektrode durch den Entladungs- raum bewegt. In Transportrichtung dieses bahnförmigen Materials können hierbei wiederum mehrere derartige
Elektrodenpaare angeordnet sein, um gleichzeitig eine größere Oberfläche mit Barriereentladungen und W- Strahlung beaufschlagen zu können.
Die vorliegende Vorrichtung weist einen Entladungsraum auf, der zwischen einer ersten flächigen Elektrode und einer mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllten, vorzugsweise geschlossenen, Kammer gebildet ist, die zumindest auf einer zur ersten Elektrode gerichteten ersten Seite aus einem für W-Strahlung durchlässigen dielektrischen Material besteht. Die Kammer grenzt auf einer von der ersten Elektrode abgewandten zweiten Seite an eine weitere flächige Metallelektrode oder wird durch diese abgeschlossen, und ist mit einem im plasmaangeregten Zustand W- Strahlung emittierenden Gas befüllt. Zum Betrieb der Vorrichtung werden die erste und die weitere Elektrode mit einer Wechselspannung bzw. gepulsten Spannung beaufschlagt, die zur Zündung der beiden Plasmen führt.
Im Gegensatz zu einer Vorrichtung wie die der DE 43 32 866 C2 oder der DE 43 02 465 Cl ist somit keine Elektrode an einer Seitenwandung der Kammer senkrecht zur ersten oder zweiten Seite vorgesehen. Auch die Befüllung der Kammer mit W-Strahlung emittierendem Gas bei Plasmaanregung und der höhere Druck des Gases in der Kammer unterscheiden die vorliegende Vorrichtung von den bekannten Vorrichtungen. Vorzugsweise beträgt der Druck des Gases in der Kammer zumindest 100*102 Pa (100 mbar), kann jedoch auch deutlich darüber liegen.
Vorzugsweise sind die erste und die weitere Elektrode sowie die erste und zweite Seite der Kammer
plan und parallel zueinander ausgebildet. Das dielektrische Material der Kammer kann hierbei bspw. aus Quarzglas bestehen. Die zweite Seite der Kammer kann entweder ebenfalls aus Quarzglas bestehen oder direkt durch die weitere Elektrode gebildet sein.
Selbstverständlich kann auch die erste Elektrode als Plasmaelektrode, d. h. in Form eines plasmaangeregten Gases in einer entsprechenden Kammer ausgebildet sein.
Für die Bearbeitung von nicht planen Objekten, beispielsweise von tiefgezogenen Objekten, können die Elektroden auch eine entsprechend an die Form der Objekte angepasste dreidimensionale Form aufweisen.
Die vorliegende Vorrichtung eignet sich insbesondere für flache bzw. dünne Objekte, da der Abstand zwischen der ersten Seite der Kammer und der ersten Elektrode in der Regel im Bereich zwischen ein und fünf Millimeter liegt, so dass nur entsprechend dünne Materialien durch diesen Entladungsraum hindurch geführt oder in diesem Entladungsraum angeordnet werden können. Bei der Oberflächenbearbeitung von bahnförmigem Material wird dieses kontinuierlich oder schrittweise durch den Entladungsraum geführt, während die beiden Entladungen aufrecht erhalten werden. Der Ent- ladungsraum muss hierbei selbstverständlich beidseitig Öffnungen für die Zuführung dieses bahnförmigen Materials aufweisen.
Das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung lassen sich insbesondere zur Reinigung, Entkeimung, Sterilisierung, Desinfektion oder Aktivierung von Oberflächen einsetzen. Eine besonders
vorteilhafte Anwendung betrifft die Entkeimung von bahnförmigem Packmaterial, die durch das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit und Effizienz durchgeführt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung betrifft die Reinigung von Wafern, insbesondere die Feinst-Reinigung oder Entfettung. Auch eine Folienvorbehandlung oder Oberflächenaktivierung von Folien lässt sich mit dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung sehr vorteilhaft durchführen.
Die vorliegende Vorrichtung lässt sich auch in einer Weise betreiben, bei der an die erste und weitere Elektrode lediglich die Zündspannung angelegt wird, bei der das Plasma in der Kammer zündet, im Entladungsraum unter Atmosphärendruck jedoch nicht. Auf diese Weise wird ein W-Flachstrahler ohne abschattende Netz- elektrode realisiert, über den die zu behandelnde Oberfläche in unmittelbarer Nähe mit UV-Strahlung beaufschlagt wird, um eine photochemische Oberflächen- behandlung zu bewirken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Aus- führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen : Fig. 1 ein Beispiel für den Aufbau der vorliegenden Vorrichtung sowie deren Betrieb ;
Fig. 2 ein weiteres Beispiel für die Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung und deren Betrieb ; und Fig. 3 ein drittes Beispiel für die Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung und deren Betrieb.
Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung sowie deren Betriebsweise.
In der Figur ist der Entladungsraum 3 zu erkennen, der zwischen einer ersten flächigen Elektrode 4 und einer Kammer 6 aus einem W-transparenten Dielektrikum gebildet ist. Auf der der ersten Elektrode 4 abgewand- ten Seite 8 der Kammer 6 ist eine weitere Elektrode 9 angeordnet, die mit Hochspannung aus einem Hoch- spannungsgenerator 13 beaufschlagt wird. Diese Hoch- spannung liegt typischerweise in einer Größenordnung von ca. 15 kV und wird als Wechselspannung mit 50 Hz bis 200 kHz eingespeist. Die Kammer 6 ist mit einem Excimeredelgas befüllt. Zwischen der ersten Seite 7 der Kammer 6 und der ersten Elektrode 4 befindet sich feuchte Luft im Entladungsraum 3. Das im vorliegenden Fall zu entkeimende Material, in diesem Beispiel eine Kunststofffolie 1, wird nahe der ersten Elektrode 4 in Pfeilrichtung durch den Entladungsraum 3 geführt.
Bei der Oberflächenbehandlung der Kunststofffolie wird durch die zwischen den beiden Elektroden 4,9 anliegende Hochspannung sowohl in dem Edelgas innerhalb der Kammer 6 als auch in der Luft des Entladungsraumes 3 eine Barriereentladung gezündet, die in der vorliegenden Darstellung durch die angedeuteten
Entladungsfilamente 10 veranschaulicht wird. Die Barriereentladung im Entladungsraum 3, im Folgenden als erste Entladung bezeichnet, wirkt hierbei direkt auf die Oberfläche 2 der Kunststofffolie 1, so dass eine plasmachemische Reinigung erzielt wird. Die Barriere- entladung innerhalb der Kammer 6, im Folgenden als zweite Entladung bezeichnet, führt aufgrund des gewählten Excimergases zu einer starken W-Emission, die durch das UV-transparente dielektrische Material der Seite 7 der Kammer 6 hindurch tritt und gleich- zeitig mit der ersten Barriereentladung auf die Oberfläche 2 der Kunststofffolie 1 einwirkt, so dass die plasmachemische durch eine photochemische Reinigungswirkung unterstützt wird.
Diese kaskadierte Barriereentladung ermöglicht eine Entkeimung der Oberfläche der Kunststofffolie 1 mit hoher Effizienz und Geschwindigkeit. So konnte bspw. durch Messungen gezeigt werden, dass eine Keimreduktion der Oberfläche einer PET-Folie um 99,999% in weniger als 2 s erreicht wird.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung, bei der zusätzlich Gaszuführungen 11 für die Zuführung von den Oberflächenbehandlungsprozess unterstützenden Gasen am Rand des Entladungsraums 3 zu erkennen sind. In diesem Beispiel ist auch auf der Seite der ersten Elektrode 9a eine weitere Kammer 6 mit einem UV-strahlenden plasmaangeregten Gas angeordnet, die aus einem dielektrischen Material besteht. Der Entladungsraum 3 befindet sich zwischen den beiden Kammern 6, die wiederum an die flächigen Elektroden 9a, 9b angrenzen. Beide Kammern 6 sind in diesem Beispiel identisch ausgestaltet und mit Excimergas befüllt. Bei
dieser Anordnung wird die Folie 1 beidseitig von Barriereentladungen und UV-Strahlung beaufschlagt, so dass eine beidseitige Oberflächenbehandlung erfolgt.
Die Folie 1 wird während der Oberflächenbehandlung über Auf-und Abwickelrollen 12 durch den Entladungsraum 3 geführt.
Figur 3 zeigt schließlich eine Weiterbildung der Vorrichtung nach Figur 2, bei der die Elektroden 9a, 9b mit Hochspannungsimpulsen 14 beaufschlagt werden, so dass eine dichtere Verteilung der Filamente innerhalb der Gasentladungen erreicht wird. Diese dichtere Verteilung der Filamente erhöht die Homogenität der Oberflächenbehandlung und verbessert die W-Kon- versionseffizienz der Barriereentladung in Kammer 6, beispielsweise von 30% auf 60% in Xe.
Bezugszeichenliste 1 Objekt 2 Oberfläche des Objektes 3 Entladungsraum 4 erste Elektrode 5 zweite Elektrode 6 Kammer 7 erste Seite der Kammer 8 zweite Seite der Kammer 9 weitere Elektrode 9a erste Elektrode 9b weitere Elektrode 10 Filamente 11 Gaszufiihrungen 12 Auf-bzw. Abwickelrolle 13 Hochspannungsgenerator 14 Hochspannungsimpulse
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