Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines atmosphärischen

Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks mit einem um eine Achse rotierenden Plasmastrahl, der bei einer Bewegung über die Oberfläche eine breite Behandlungsspur erzeugt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage mit mindestens einer Plasmavorrichtung, die um eine Achse rotiert und dabei mindestens einen Plasmastrahl zueinander in einer Kreisbewegung über die Oberfläche erzeugt. Bei einer Bewegung des mindestens einen Plasmastrahls über die Oberfläche kommt es ebenfalls zu einer breiten Behandlungsspur. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks unter Verwendung einer solchen Vorrichtung bzw. einer solchen Anordnung.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird unter einer Behandlung einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl insbesondere eine Oberflächenvorbehandlung verstanden, durch die die Oberflächenspannung verändert und eine bessere Benetzbarkeit der

Oberfläche mit Fluiden erreicht werden. Eine Behandlung der Oberfläche kann zudem auch eine Oberflächenbeschichtung verstanden werden, indem durch Zugabe von mindestens einem Precursor in den Plasmastrahl eine Oberflächenbeschichtung durch eine im Plasmastrahl und/oder auf der Oberfläche des Werkstücks stattfindenden chemische Reaktion erreicht wird, wobei zumindest ein Teil der chemischen Produkte abgeschieden werden. Des Weiteren kann eine Oberflächenbehandlung auch eine Reinigung, Desinfizierung oder Sterilisierung der Oberfläche bedeuten. Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls zur

Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks mit einem um eine Achse rotierenden Plasmastrahl ist aus der EP 1 067 829 Bl bekannt. Diese Vorrichtung weist auf ein rohrförmiges Gehäuse, das eine Achse A aufweist, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Innenelektrode, die vorzugsweise parallel zur Achse A verläuft bzw. die insbesondere in der Achse A angeordnet ist. Während des Betriebs der Vorrichtung wird eine elektrische Spannung an die Innenelektrode angelegt, durch die eine elektrische Entladung entsteht, die durch Wechselwirkung mit dem innerhalb des Gehäuses strömenden Arbeitsgas ein Plasma erzeugt, zusammen mit dem Arbeitsgas wird das Plasma weiter transportiert.

Weiterhin weist die Vorrichtung eine eine Düsenöffnung aufweisende

Düsenanordnung zum Auslassen eines im Gehäuse zu erzeugenden Plasmastrahls auf, wobei die Düsenanordnung bevorzugt am Ende der Entladungsstrecke angeordnet ist, geerdet ist und den ausströmenden Gas- und Plasmastrahl kanalisiert. Die Richtung der Düsenöffnung verläuft dabei unter einem Winkel zur Achse A, wobei die Richtung der Düsenöffnung parallel zur mittleren Richtung des austretenden Plasmastrahls angenommen werden kann und beispielsweise parallel zur Normalen der Öffnung definiert sein kann. Dazu verläuft ein Kanal innerhalb der Düsenanordnung

bogenförmig, um ausgehend vom Inneren des Gehäuses den Gas- und Plasmastrahl abzulenken. Schließlich ist die Düsenanordnung relativ um die Achse A drehbar, wobei die Düsenanordnung entweder drehbar gegenüber dem Gehäuse und der Innenelektrode ausgebildet ist oder drehfest mit Gehäuse verbunden ist, während sich das Gehäuse relativ zur Innenelektrode dreht. Für die Drehbewegung sind die

Düsenanordnung bzw. die Düsenanordnung und das Gehäuse über einen Motor angetrieben.

Eine Anlage zur Behandlung einer Oberfläche mit atmosphärischem Plasma ist aus der EP 0 986 939 Bl bekannt und weist auf zwei Vorrichtungen zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls, wobei jede der beiden Vorrichtungen aufweist ein rohrförmiges Gehäuse, das eine Achse A bzw. A' aufweist, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Innenelektrode und eine eine Düsenöffnung aufweisende

Düsenanordnung zum Auslassen eines im Gehäuse zu erzeugenden Plasmastrahls, wobei die beiden Vorrichtungen um eine gemeinsame Achse B drehbar miteinander verbunden sind und wobei ein Antrieb zum Erzeugen einer Drehbewegung der Vorrichtungen um die Achse (B) vorgesehen ist.

Mit beiden zuvor beschriebenen Vorrichtungen bzw. Anlagen ist es möglich, durch ein Bewegen der rotierenden Plasmastrahlen entlang der Oberfläche des zu

bearbeitenden Werkstücks eine relativ breite Behandlungsspur zu erzeugen. Daher werden diese Techniken vielfältig angewendet.

Auch wenn mehrere Spuren von Plasmabehandlung der Oberfläche parallel und sich teilweise überlappend dazu führen, dass größere Flächen plasmabehandelt werden können, ergeben sich quer zur Bewegungsrichtung der Vorrichtung bzw. der Anlage Unterschiede in der Intensität der Plasmabehandlung auf der Oberfläche. Dieser Effekt wird anhand der Fig. 1 näher erläutert. In Fig. la ist die Behandlungsspur eines Plasmastrahls einer oben beschriebenen Vorrichtung dargestellt, wobei die Trajektorie (Linie) den Auftreffpunkt der maximalen Plasmaintensität darstellt. Die Vorrichtung wird in y-Richtung, also in Fig. 1 nach oben bewegt, um fortlaufend den rotierenden Plasmastrahl über einen Streifen mit einer ungefähren Breite dx zur Anwendung zu bringen und die Oberfläche mit Plasma zu behandeln. Durch die Bewegungsrichtung (y) kommt es zu dem Effekt, dass die äußeren Bereiche der Behandlungsspur (dx) im Bereich der gestrichelten Linien intensiver mit dem Plasma behandelt werden, als es für die mittleren Bereiche der Behandlungsspur der Fall ist. Das führt zu der in Fig. lb dargestellten Intensitätsverteilung, die zwei Maxima aufweisen, die in den äußeren Bereichen der Behandlungsspur, angedeutet mit den gestrichelten Linien, auftreten. Dazwischen kommt es nur zu einer merklich

geringeren Intensität der Plasmabehandlung, so dass in der Mitte der

Behandlungsspur ein Intensitätsminimum entsteht. Aus diesem Grund wird die Oberfläche nur ungenügend und zudem in regelmäßigen Streifen nicht ausreichend plasmabehandelt. Somit muss regelmäßig die

Geschwindigkeit der Bewegung der Vorrichtung relativ zur Oberfläche verlangsamt werden, um auch in den mittleren Bereichen der Behandlungsspur in eine Sättigung der Plasmabehandlung zu gelangen. Die Anwendung der Vorrichtung ist somit eingeschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, die eingangs genannten Vorrichtung und Anlage sowie das Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks derart weiterzubilden, dass die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben werden und dass eine gleichmäßigere Behandlung der Oberfläche erreicht wird.

Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß zunächst durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Abschirmung die Düsenanordnung umgibt und dass die Abschirmung für ein

Verändern der Intensität der Wechselwirkung des zu erzeugenden Plasmastrahls mit der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Düse relativ zur Achse A vorgesehen ist.

Die beschriebene Abschirmung hat die Funktion, den rotierenden Plasmastrahl abhängig von der Winkelposition so zu beeinflussen, dass die Intensität des

Plasmastrahls auf der Oberfläche des Werkstücks eine azimutal variierende

Verteilung aufweist. Die Intensität der Plasmabehandlung hängt generell bei ansonsten konstanten Bedingungen von der Zeitdauer der Beaufschlagung, vom Abstand der Oberfläche von der Düsenöffnung und/oder vom Auftreffwinkel des Plasmastrahls auf die Oberfläche ab. Wenn die Abschirmung nun einen oder mehrere dieser Parameter in azimutal variierender Weise beeinflusst, so kann die Intensität der Plasmabehandlung der Oberfläche eine azimutale Verteilung aufweisen. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch

gekennzeichnet, dass die Abschirmung in azimutaler Richtung nur über einen

Teilabschnitt ausgebildet ist. Dadurch, dass die Abschirmung nur teilweise vorhanden ist, wird der Plasmastrahl nur über einen Teil einer Rotation abgeschirmt, also beeinflusst, und über einen weiteren Teil der Rotation nicht oder nur wenig

beeinflusst. Somit kann eine azimutale Intensitätsverteilung durch die Ausgestaltung der Abschirmung selbst eingestellt werden.

Vorzugsweise ist die zuvor erläuterte Abschirmung in azimutaler Richtung

symmetrisch zur Achse A über zwei Teilabschnitte ausgebildet. Somit wird eine symmetrische Intensitätsverteilung einer Plasmabehandlung erreicht, die

insbesondere bei einem Bewegen der Vorrichtung relativ zu der Oberfläche vorteilhaft eingesetzt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der erläuterten Abschirmung variiert die axiale Länge der Abschirmung in azimutaler Richtung. Somit steht die Abschirmung unterschiedlich weit in axialer Richtung vor und beeinflusst in Abhängigkeit von der Länge den Plasmastrahl unterschiedlich stark. In den Abschnitten, in denen die Länge maximal ist, wird der schräg auftreffende Plasmastrahl von der Innenseite der

Abschirmung zumindest teilweise reflektiert und somit nach innen umgelenkt. Dort wird also die Intensität der Plasmabehandlung durch das Umlenken des Plasmastrahls verändert und die Plasmabehandlung wird im Innenbereich der Abschirmung bzw. im Innenbereich des vom rotierenden Plasmastrahl umschlossenen Raumbereichs verstärkt.

Des Weiteren kann die Länge der Abschirmung in Stufen variieren. In diesem Fall wirkt die Abschirmung über einen ersten Abschnitt mit der vollen Länge auf den auftreffenden Plasmastrahl und über einen zweiten Abschnitt nicht oder nur wenig, weil in dem zweiten Abschnitt die Abschirmung kürzer ausgeführt ist. Bei einer symmetrischen Ausführung sind dann beispielsweise zwei gleich lange erste

Abschnitte und zwei gleich kurze zweite Abschnitte der Abschirmung vorgesehen. Eine Ausgestaltung in Stufen führt zu einer abrupten Änderung der Plasmaintensität in azimutaler Richtung, die insbesondere bei statischen Anwendungen geeignet ist, ein spezifisches Muster auf der Oberfläche zu erzeugen. Daneben kann die Länge der Abschirmung stetig, insbesondere in Form einer

Sinusfunktion variieren. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Abschirmung und damit die Veränderung der Intensität der Plasmabehandlung azimutaler Richtung nicht abrupt in Stufen, sondern in Form einer sich stetig verändernden Funktion variiert werden kann. Die dadurch entstehende Verteilung der Plasmaintensität führt dann zu einer gleichmäßigeren Behandlung der Oberfläche des Werkstücks während einer Bewegung der Vorrichtung relativ zu einer Oberfläche.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Innenfläche der Abschirmung azimutal variierende Winkel zur Achse A einnimmt. Somit wird der Grad der Ablenkung des Plasmastrahls durch die Abschirmung azimutal verändert. So kann die Innenfläche der Abschirmung beispielsweise an einer Stelle ein Winkel von 90° zur zu behandelnden Oberfläche einnehmen, während an einer anderen Stelle, ggf. um eine Rotation von 90° versetzt dazu, die Innenfläche unter einem Winkel von 70° nach außen gerichtet geneigt ist. Auch hier kann die Veränderung des Winkels der Innenfläche in Stufen oder stetig verändert werden.

Somit kann ebenfalls eine in azimutaler Richtung symmetrische Ausbildung der Abschirmung erreicht werden, bei der, beispielsweise bei 0° und 180° in Richtung einer Bewegungsrichtung der Vorrichtung über die Oberfläche, die Innenfläche der Abschirmung einen Winkel von 90° aufweist, während bei 90° und 270° ein Winkel der Innenfläche von 70° vorliegt.

Grundsätzlich kann der Winkel der Innenfläche sowohl nach innen als auch nach außen gerichtet sein. Je nach Anwendung kann also eine mehr oder weniger starke Umlenkung des Plasmastrahls gewählt werden. Die azimutale Änderung des Winkels der Innenfläche der Abschirmung kann im Übrigen auch mit einer zuvor beschriebenen azimutalen Variation der Länge der Abschirmung in axialer Richtung kombiniert werden. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der beschriebenen Vorrichtung zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines

Werkstücks weist eine Abschirmung auf, die in ihrer Position relativ zur

Düsenanordnung, insbesondere in Richtung der Achse A und/oder in radialer Richtung, verstellbar ausgebildet ist.

Somit kann beispielsweise die gesamte Abschirmung in axialer Richtung verschiebbar ausgebildet sein. Die Stärke und auch der azimutale Wirkungsbereich der

Abschirmung können in dieser Weise eingestellt werden. Je weiter der untere Rand der Abschirmung von der Düsenanordnung entfernt positioniert ist, desto stärker wird der austretende Plasmastrahl abgelenkt und beeinflusst. Ebenso wirkt bei einer stetig variierenden Länge der Abschirmung der den Plasmastrahl beeinflussende Abschnitt der Abschirmung über einen größeren azimutalen Bereich. Wird dagegen der untere Rand der Abschirmung weniger weit von der Düsenanordnung entfernt angeordnet, so ist die Stärke der Wechselwirkung und ggf. der azimutale

Wirkungsbereich der Abschirmung geringer.

Des Weiteren kann die Abschirmung mindestens zwei, vorzugsweise mehrere Abschirmungselemente aufweisen, die unabhängig voneinander verstellbar ausgebildet sind. Dabei können die Abschirmungselemente in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung verstellbar sein. Durch diese Ausgestaltung wird eine größere Variabilität der Einstellung der azimutalen Intensitätsverteilung des

Plasmastrahls möglich. Wenn jedes Abschirmungselement individuell in seiner Position einstellbar ist, dann kann auch die azimutale Verteilung individuell eingestellt werden. Insbesondere bei speziellen Anwendungen kann die Vorrichtung somit variabler eingesetzt werden. Des Weiteren kann - unabhängig von der azimutalen Variation der bisher

beschriebenen Abschirmung - eine Heizvorrichtung zum Erwärmung der

Abschirmung vorgesehen sein. Dieses Erwärmen hat den Vorteil, dass der auf die Abschirmung auftreffende Plasmastrahl in geringerem Umfang Wärmeenergie auf die Abschirmung überträgt und somit verlustfreier arbeitet. Gegebenenfalls kann die Abschirmung auf eine Temperatur höher als die Temperatur des Plasmastrahls erwärmt werden, so dass der Plasmastrahl durch die Abschirmung weiter mit thermischer Energie versorgt werden kann. Eine Heizvorrichtung kann als thermischer Strahler in Form eines äußeren

Heizmantels oder durch eine in der Abschirmung integrierte elektrische Heizung ausgebildet sein.

Jedenfalls kann die Heizvorrichtung auch bei rotationssymmetrischen Abschirmungen eingesetzt werden.

Das oben aufgezeigte technische Problem wird auch durch ein Verfahren zur

Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks gelöst, bei dem mittels einer einen atmosphärischen Plasmastrahl erzeugenden Vorrichtung mit einer Achse A und mit einer relativ um die Achse A rotierenden Düsenanordnung ein um die Achse A rotierender Plasmastrahl erzeugt wird, bei dem die Vorrichtung mit dem rotierenden Plasmastrahl entlang der zu behandelnden Oberfläche bewegt wird und bei dem mittels einer Abschirmung die Intensität der Wechselwirkung des Plasmastrahls mit der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Düse relativ zur Achse A verändert wird.

Durch die azimutale Veränderung der Intensität des Plasmastrahls kann die

Gleichmäßigkeit derEinwirkung des Plasmastrahls relativ zur Bewegungsrichtung über die Oberfläche verbessert werden, wenn die Vorrichtung eine Behandlungsspur erzeugt. Insbesondere dann, wenn der rotierende Plasmastrahl durch die Abschirmung längs der Bewegungsrichtung stärker als quer zur Bewegungsrichtung abgeschirmt, insbesondere nach innen reflektiert bzw. umgelenkt wird, wird eine gleichmäßigere Plasmabehandlung entlang der Behandlungsspur erreicht. Dieses wird in Fig. lc durch das Intensitätsprofil dargestellt, das im Gegensatz zu Fig. lb eine ebene, bzw. nur noch leicht wellige Form eines Plateaus einnimmt. Wenn nebeneinander liegende

Behandlungsspuren dann so überlappend auf die Oberfläche gebracht werden, dass in den Überlappungsbereichen aufsummiert die Intensität des Plateaus erreicht wird, dann wir die Oberfläche insgesamt gleichmäßiger durch den Plasmastrahl behandelt, als es bisher im Stand der Technik möglich gewesen ist.

Die Ausbildung der Abschirmung kann bei der Durchführung des Verfahrens in den verschiedenen zuvor für die Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein, ohne dass diese hier nochmals erläutert werden. Es ergeben sich die gleichen beschriebenen Vorteile.

Das oben aufgezeigte technische Problem wird auch durch eine Anlage zur

Behandlung einer Oberfläche mit atmosphärischem Plasma gelöst mit mindestens einer Vorrichtung zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls, wobei die mindestens eine Vorrichtung aufweist ein rohrförmiges Gehäuse, das eine Achse A bzw. A' aufweist, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Innenelektrode und eine eine Düsenöffnung aufweisende Düsenanordnung zum Auslassen eines im Gehäuse zu erzeugenden Plasmastrahls, wobei die mindestens eine Vorrichtung um eine, gegebenenfalls gemeinsame, Achse B drehbar ist und wobei ein Antrieb zum Erzeugen einer Drehbewegung der mindestens einen Vorrichtung um die Achse B vorgesehen ist. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Düsenöffnung der mindestens eine Vorrichtung unter einem Winkel zur Achse A bzw. A' verläuft, dass die Düsenanordnung der mindestens eine Vorrichtung relativ um die Achse A bzw. A' drehbar ist, dass jeweils ein Antrieb zum Erzeugen einer Drehbewegung der

Düsenanordnung der mindestens eine Vorrichtung um die jeweilige Achse A bzw. A' vorgesehen ist, dass die mindestens eine Vorrichtung unter einem Winkel zur Achse B ausgerichtet ist und dass der Antrieb zum Erzeugen einer Drehbewegung der mindestens einen Vorrichtung und der Antrieb zum Erzeugen einer Drehbewegung der Düsenanordnung der mindestens eine Vorrichtung derart miteinander synchronisiert sind, dass während einer Umdrehung der mindestens einen

Vorrichtung um die gemeinsame Achse B die Düsenanordnung der mindestens eine Vorrichtung zwei Umdrehungen um die jeweilige Achse A bzw. A' ausführt.

Zuvor wurde die Anlage allgemein mit mindestens einer Vorrichtung beschrieben. Bevorzugt ist dabei eine Anlage mit zwei Vorrichtungen, wobei auch Anlagen mit drei oder mehr Vorrichtungen möglich sind. Im Folgenden wird die Erfindung vorrangig anhand einer Anlage mit zwei Vorrichtungen beschrieben, jedoch soll das nicht die Erfindung auf zwei Vorrichtungen beschränken.

Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Anlage mit zwei Vorrichtungen weist während einer Umdrehung der beiden Vorrichtungen um die gemeinsame Achse B jeder der beiden Plasmastrahlen jeweils zwei Mal einen ersten Winkel, insbesondere einen steilen Winkel, vorzugsweise einen Winkel von 90° zur Oberfläche des

Werkstücks, und zweimal einen zweiten Winkel, insbesondere einen maximal flachen Winkel von beispielsweise 70° zur Oberfläche auf. In den dazwischen eingenommenen Winkeln der beiden Vorrichtungen relativ zur Achse B liegt der Plasmastrahlwinkel zwischen den beiden Extremwerten. Somit wird aufgrund der unterschiedlichen Plasmastrahlwinkel und zusätzlich durch den damit verbundenen größeren Abstand der Düsenanordnungen zur Oberfläche des Werkstücks die Intensität der

Plasmabehandlung der Oberfläche in azimutaler Richtung variiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform stimmt der Winkel der Düsenöffnungen zur jeweiligen Achse A bzw. A' im Wesentlichen mit dem Winkel der Vorrichtungen zur Achse B übereinstimmt. Somit wird in zwei Winkelstellungen der Vorrichtungen zur Achse B eine senkrechte Ausrichtung des jeweiligen Plasmastrahls erreicht. In weiter bevorzugter Weise wird die Drehbewegung der Düsenanordnungen über ein Planetengetriebe durch die Drehbewegung der Vorrichtungen um die Achse B übertragen. Dadurch wird rein mechanisch eine synchrone Bewegung erreicht.

Ebenso ist eine synchrone elektronische Ansteuerung von einzelnen Motoren möglich, ohne dass dann ein Planetengetriebe notwendig ist.

Des Weiteren wird das oben aufgezeigte technische Problem durch ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks gelöst, bei dem mittels einer zuvor beschriebenen Anlage mindestens ein rotierender Plasmastrahl erzeugt wird, bei dem die Anlage mit dem mindestens einen rotierenden Plasmastrahl entlang der zu behandelnden Oberfläche bewegt wird und bei dem der mindestens eine Plasmastrahl in zwei ersten Winkelstellungen von 0° bzw. 180° der Drehbewegung um die Achse B in einem steilen, vorzugsweise senkrechten, Winkel auf die Oberfläche des

Werkstücks gerichtet wird und bei dem der mindestens eine Plasmastrahl in zwei zweiten Winkelstellungen von 90° bzw. 270° der Drehbewegung um die Achse B in einem flachen, vorzugsweise unter einem Winkel des Zweifachen des Winkels der Düsenöffnungen relativ zu den Achsen A bzw. A', auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird. In bevorzugter Weise wird dabei die Anlage im Wesentlichen in Richtung einer der beiden ersten Winkelstellungen 0° bzw. 180° der Drehbewegung um die Achse B entlang der Oberfläche bewegt.

Somit wird die Plasmabehandlung in den Winkelstellungen 90° bzw. 270° durch die Schrägstellung des mindestens einen Plasmastrahls, bevorzugt der zwei

Plasmastrahlen und den damit verbundenen größeren Abstand der Düsenöffnungen zur Oberfläche abgeschwächt, während die Plasmabehandlung in Bewegungsrichtung bei 0° bzw. 180° maximal eingestellt ist, da hier der mindestens eine Plasmastrahl unter einem steilen Winkel auf die Oberfläche trifft und zudem ein kürzerer Abstand zwischen der Düsenöffnung und der zu behandelnden Oberfläche vorliegt. Bevorzugt wird das Verfahren mit einer Anlage mit zwei Vorrichtungen durchgeführt.

Auch bei diesem Verfahren wird eine deutlich gleichmäßigere Behandlung der Oberfläche erreicht, wie oben bereits anhand der Fig. lc erläutert worden ist. Die dortigen Ausführungen und Vorteile gelten auch für das hier beschriebene Verfahren.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 graphische Darstellungen zur Erläuterung der der Wirkungsweise im

Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Erfindung, eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls, ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls,

Fig. 4a-c ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls,

Fig. 5a-c ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls, Fig. 6a,b ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls,

Fig. 7a,b ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls, Fig. 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmastrahls,

Fig. 9a, b ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlag

Erzeugen eines Plasmastrahls und

Fig. 10a, b ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zum

Erzeugen eines Plasmastrahls. In der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiele werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, auch wenn die Bauteile bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen in ihrer

Dimension oder Form Unterschiede aufweisen können. Bevor auf ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eingegangen wird, soll zunächst eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Plasmadüsenanordnung anhand der Fig. 2 erläutert werden.

Die in Fig. 2 gezeigte und aus der EP 1 067 829 Bl bekannte Vorrichtung 2 zum Erzeugen eines Plasmastrahls weist ein rohrförmiges Gehäuse 10 auf, das in seinem in der Zeichnung oberen Bereich im Durchmesser erweitert und mit Hilfe eines Lagers 12 drehbar auf einem festen Tragrohr 14 gelagert ist. Im Inneren des Gehäuses 10 wird ein Düsenkanal 16 gebildet, der vom offenen Ende des Tragrohres 14 bis hin zu einer Düsenöffnung 18 führt.

In das Tragrohr 14 ist ein elektrisch isolierendes Keramikrohr 20 eingesetzt. Ein Arbeitsgas, beispielsweise Luft, wird durch das Tragrohr 14 und das Keramikrohr 20 in den Düsenkanal 16 zugeführt. Mit Hilfe einer in das Keramikrohr 20 eingesetzten Dralleinrichtung 22 wird das Arbeitsgas so verdrallt, dass es wirbeiförmig durch den Düsenkanal 16 zur Düsenöffnung 18 strömt, wie in der Zeichnung durch einen schraubenförmigen Pfeil symbolisiert wird. In dem Düsenkanal 16 entsteht so ein Wirbelkern, der längs der Achse A des Gehäuses 10 verläuft.

An der Dralleinrichtung 22 ist eine stiftförmige Innenelektrode 24 montiert, die koaxial in den Düsenkanal 16 ragt und an die mit Hilfe eines

Hochspannungsgenerators 26 eine hochfrequente Hochspannung angelegt wird. Unter einer hochfrequenten Hochspannung wird typischerweise eine Spannung von 1 bis 100 kV, insbesondere 1 bis 50 kV, bevorzugt 5 bis 50 kV, bei einer Frequenz von 1 bis 100 kHz, insbesondere 10 bis 100 kHz, bevorzugt 10 bis 50 kHz verstanden. Die hochfrequente Hochspannung kann eine hochfrequente Wechselspannung, aber auch eine gepulste Gleichspannung oder eine Überlagerung beider Spannungsformen sein.

Das aus Metall bestehende Gehäuse 10 ist über das Lager 12 und das Tragrohr 14 geerdet und dient als Gegenelektrode, so dass eine elektrische Entladung zwischen der Innenelektrode 24 und dem Gehäuse 10 erzeugt werden kann.

Die innerhalb des Gehäuses 10 angeordneten Innenelektrode 24 ist vorzugsweise parallel zu Achse A ausgerichtet, insbesondere ist die Innenelektrode 24 in der Achse A angeordnet.

Die Düsenöffnung 18 des Düsenkanals wird durch eine Düsenanordnung 30 aus Metall gebildet, das in eine Gewindebohrung 32 des Gehäuses 10 eingeschraubt ist und in dem ein sich zur Düsenöffnung 18 verjüngender und bogenförmiger und schräg in Bezug auf die Achse A verlaufender Kanal 34 ausgebildet ist. Auf diese Weise bildet der aus der Düsenöffnung 18 austretende Plasmastrahl 28 mit der Achse A des Gehäuses einen Winkel, der im gezeigten Beispiel etwa 45° beträgt. Durch

Auswechseln der Düsenanordnung 30 kann dieser Winkel nach Bedarf variiert werden.

Die Düsenanordnung 30 ist somit am Ende der Entladungsstrecke der hochfrequenten Bogenentladung angeordnet und über den metallischen Kontakt mit dem Gehäuse 10 geerdet. Die Düsenanordnung 30 kanalisiert somit den ausströmenden Gas- und Plasmastrahl, wobei die Richtung der Düsenöffnung 18 unter einem vorgegebenen Winkel zur Achse A verläuft. Dabei kann man die Richtung der Düsenöffnung 18 parallel zur Normalen der Düsenöffnung 18 definieren.

Da die Düsenanordnung 30 mit dem Gehäuse 10 drehfest verbunden ist und da das Gehäuse 10 wiederum über das Lager 12 gegenüber dem Tragrohr 14 drehbar befestigt ist, kann die Düsenanordnung 30 relativ um die Achse A rotieren. Auf dem erweiterten oberen Teil des Gehäuses 10 ist ein Zahnrad 36 angeordnet, das beispielsweise über einen Zahnriemen oder ein Ritzel mit einem nicht gezeigten Motor in Antriebsverbindung steht.

Während des Betriebs der Vorrichtung 2 durch die hochfrequenten Hochspannung wird aufgrund der hohen Frequenz der Spannung eine Bogenentladung zwischen der Innenelektrode 24 und dem Gehäuse 10 erzeugt. Der Lichtbogen dieser

hochfrequenten Bogenentladung wird durch das verdrallt einströmende Arbeitsgas mitgenommen und im Kern der wirbeiförmigen Gasströmung kanalisiert, so dass der Lichtbogen dann nahezu gradlinig von der Spitze der Innenelektrode 24 längs der Achse A verläuft und sich erst im Bereich des unteren Endes des Gehäuses 10 oder im Bereich des Kanals 34 radial auf die Gehäusewand bzw. auf die Wand der

Düsenanordnung 30 verzweigt. Auf diese Weise wird ein Plasmastrahl 28 erzeugt, der durch die Düsenöffnung 18 austritt.

Die Begriffe„Lichtbogen" bzw.„Bogenentladung" werden vorliegend als

phänomenologische Beschreibung der Entladung verwendet, da die Entladung in Form eines Lichtbogens auftritt. Der Begriff„Lichtbogen" wird anderweitig auch als Entladungsform bei Gleichspannungsentladungen mit im Wesentlichen konstanten Spannungswerten verwendet. Vorliegend handelt es sich jedoch um eine

Hochfrequenzentladung in Form eines Lichtbogens, also um eine hochfrequente Bogenentladung. Im Betrieb rotiert das Gehäuse 10 mit hoher Drehzahl um die Achse A, so dass der Plasmastrahl 28 einen Kegelmantel beschreibt, der die zu bearbeitende Oberfläche eines nicht gezeigten Werkstücks überstreicht. Wenn dann die Vorrichtung 2 an der Oberfläche des Werkstücks entlang bewegt wird oder umgekehrt das Werkstück an die Vorrichtung 2 entlang bewegt wird, so wird eine relativ gleichmäßige Behandlung der Oberfläche des Werkstücks auf einem Streifen erreicht, dessen Breite dem

Durchmesser des vom Plasmastrahl 28 beschriebenen Kegels auf der

Werkstückoberfläche entspricht. Durch Variieren des Abstands zwischen dem

Mundstück 30 und dem Werkstück lässt sich die Breite des vorbehandelten Bereiches beeinflussen. Durch den schräg auf die Werkstückoberfläche auftreffenden Plasm die astrahl 28, der seinerseits verdrallt ist, wird eine intensive Einwirkung des Plasmas auf die Werkstückoberfläche erreicht. Die Drallrichtung des Plasmastrahls kann dabei gleichsinnig oder gegensinnig zur Rotationsrichtung des Gehäuses 10 sein. Die Intensität der Plasmabehandlung durch den rotierenden Plasmastrahl 28 hängt einerseits vom Abstand der Düsenöffnung 18 zur Oberfläche und andererseits vom Auftreffwinkel des Plasmastrahls 28 auf der zu behandelnden Oberfläche ab.

Fig. 3a bis 3c zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung 4 mit einer Vorrichtung 2 mit einem gleichen Aufbau, wie er zuvor anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist. Erfindungsgemäß ist eine Abschirmung 40 vorgesehen, die die Düsenanordnung 30 umgibt. Die Form der Abschirmung 40 weist in dem den unteren Rand der Düsenanordnung 30 nach unten überragenden

Abschnitt eine zylindrische Innenfläche 42 auf, die abschnittsweise Stufen 44 aufweist. Somit bildet die Abschirmung 40 in azimutaler Richtung Abschnitte 46 mit einer größeren axialen Länge und Abschnitte 48 mit einer geringeren axialen Länge auf. Somit verändert die Abschirmung 40 die Intensität der Wechselwirkung des Plasmastrahls 28 mit der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Düsenanordnung 30 relativ zur Achse A. Wie in Fig. 3a gezeigt ist, trifft der Plasmastrahl 28 auf einen der längeren Abschnitte 46 der Abschirmung 40, so dass der Plasmastrahl 28 nach innen umgelenkt bzw. reflektiert wird. In Fig. 3b zeigt den unteren Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 in einer um 90° gegenüber der in Fig. 3a dargestellten Position. Hierbei ist der Plasmastrahl 28 auf einen der verkürzten Abschnitte 48 gerichtet und kann nahezu ohne Wechselwirkung mit der Abschirmung aus der Düsenanordnung 30 austreten. Die Abschirmung 40 bzw. die Anordnung der Abschnitte 46 und 48 sind in azimutaler Richtung symmetrisch zur Achse A ausgebildet ist. Der Aufbau der Abschirmung ist auch in Fig. 3c in einer Ansicht der Vorrichtung 2 von unten zu erkennen. Durch die unterschiedlichen dargestellten Formen des

Plasmastrahls 28 soll verdeutlicht werden, dass der Plasmastrahl 28 in Abhängigkeit von dem Winkel der Innenfläche 42 im Bereich des längeren Abschnittes 46 stärker beeinflusst wird, als es im Bereich des kürzeren Abschnittes 48 der Fall ist. Somit ergibt sich eine in azimutaler Richtung variierende Intensität der Wechselwirkung des Plasmastrahls 28 mit der Oberfläche des Werkstücks.

Wie in Fig. 3a bis 3c dargestellt ist die Abschirmung 40 so ausgebildet, dass diese die Düsenanordnung 30 über den gesamten Umfang umgibt, wobei jeweils zwei kürzere Abschnitte 46 und zwei längere Abschnitte 48 vorgesehen sind. Nicht dargestellt in der Fig. 3 ist eine Ausführungsform, bei der die Abschirmung in azimutaler Richtung nur über einen Teilabschnitt bzw. zwei Teilabschnitte ausgebildet ist.

Fig. 4a bis 4c zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 mit einer Vorrichtung 2. Im Unterschied zu den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Düsenanordnung 30 relativ zu einem stationären Gehäuse 10 drehbar. Das Gehäuse 10 ist hier an seinem auslassseitigen Ende konisch verjüngt und bildet ein Axial/ Radial-Lager für einen konisch

erweiterten stromaufwärtigen Teil der Düsenanordnung 30. Das Lager ist im gezeigten Beispiel als Magnetlager 38 ausgebildet. Die Düsenanordnung 30 wird durch den dynamischen Druck der ausströmenden Luft gegen die konische Lagerfläche des Gehäuses 10 angedrückt, wird jedoch durch das Magnetlager 38 berührungsfrei in dem Gehäuse gehalten, so dass es auf seinem gesamten Umfang einen schmalen Spalt mit einer Breite von nur etwa 0,1 bis 0,2 mm mit dem Gehäuse bildet. Die Erdung des Mundstücks 30 erfolgt durch Funkenüberschlag über diesen Spalt hinweg.

Als Drehantrieb für die Düsenanordnung 30 fungiert die Düsenöffnung 18, die nicht in exakt radialer Richtung ausgerichtet ist, sondern eine tangentiale Komponente aufweist, so dass ein aerodynamischer Antrieb durch die teilweise tangential austretende Luft zusammen mit dem Plasmastrahl 28 entsteht. Alternativ dazu kann der aerodynamische Antrieb auch durch im Inneren der Düsenanordnung 30 angeordnete Schaufeln oder Rippen (nicht dargestellt) erfolgen, die durch die drallförmig durch den Kanal 34 strömende Luft beaufschlagt werden. Diese Ausführungsform der Lagerung und des Antriebs hat den Vorteil, dass der

Drehantrieb konstruktiv vereinfacht wird und das Trägheitsmoment der rotierenden Massen auf ein Minimum begrenzt wird.

Im Unterschied zu Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 derart ausgebildet, dass die Variation der Länge der Abschirmung 40 nicht in Stufen, sondern stetig zumindest abschnittsweise in einer gekrümmten Form, insbesondere in Form einer Sinusfunktion erfolgt. Dadurch ergeben sich stetige und somit glattere Übergänge zwischen den längeren Abschnitten 46 und den kürzeren Abschnitten 48 und somit eine gleichmäßigere Variation der Intensität des Plasmastrahls 28 auf der zu behandelnden Oberfläche.

Des Weiteren ist in Fig. 4a zu erkennen, dass im Bereich der längeren Abschnitte 46 die Innenfläche 42 im Bereich der unteren Innenkante 50 nach innen ausgerichtet ist. Durch diese zusätzliche Maßnahme, die unabhängig von der Ausbildung der

Abschnitte 46 und 48 in gestufte oder stetig variierende Form ist, wird der Effekt der Reflexion und der Umlenkung des Plasmastrahls 28 verstärkt. In der Fig. 4a ist die Vorrichtung mit einem Drehwinkel der Düsenanordnung 30 dargestellt, bei der der Plasmastrahl 28 auf einen der längeren Abschnitte 46 auftrifft und somit reflektiert und umgelenkt wird. Dadurch wird die Intensität des

Plasmastrahls 28 stärker auf den inneren, von der Abschirmung 40 umgebenen Raum verteilt.

Fig. 4b zeigt die Vorrichtung mit einer um 90° gegenüber der in Fig. 4a dargestellten Position getreten Düsenanordnung 30. In dieser Position ist der Plasmastrahl 28 in Richtung eines der kürzeren Abschnitte 48 gerichtet und wird daher nicht oder nur unwesentlich durch die Abschirmung 40 beeinflusst.

Fig. 4c zeigt die Vorrichtung 2 in einer Ansicht von unten, aus der sich der

symmetrische Aufbau der Abschirmung ergibt. Durch die unterschiedlichen dargestellten Formen des Plasmastrahls 28 soll verdeutlicht werden, dass der

Plasmastrahl 28 in Abhängigkeit von dem Winkel der Innenfläche 42 im Bereich des längeren Abschnittes 46 stärker beeinflusst wird, als es im Bereich des kürzeren Abschnittes 48 der Fall ist. Somit ergibt sich erneut eine in azimutaler Richtung variierende Intensität der Wechselwirkung des Plasmastrahls 28 mit der Oberfläche des Werkstücks.

Fig. 5a bis c zeigen ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung 8 zum Erzeugen eines atmosphärischen

Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks, die ebenfalls eine Vorrichtung 2 und eine Abschirmung 40 aufweist.

Gemäß Fig. 5a weist die Innenfläche 42 der Abschirmung 40 im Bereich des distalen Randes 52 einen azimutal variierenden Winkel zur Achse A auf, wobei der austretende Plasmastrahl 28 auf den Abschnitt 52 auftrifft, der im Wesentlichen eine parallel zur Achse A verlaufender Innenfläche 42 aufweist. Somit wird der Plasmastrahl, wie es zuvor bereits für die anderen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, reflektiert und umgelenkt, so dass die Intensität des Plasmastrahls 28 stärker auf den Innenraum der Abschirmung 40 gelenkt wird.

Fig. 5b zeigt die Vorrichtung 8 in einer Winkelposition der Düsenanordnung 30, die um 90° gegenüber der in Fig. 5a dargestellten Position, so dass die Innenfläche 42 im Bereich 52 nach außen gerichtet ist. Die Abschirmung 40 erweitert somit den

Innenraum der Abschirmung 40 in dieser Winkelposition. Bei der dargestellten Position trifft der aus der Düsenanordnung 30 austretende Plasmastrahl 28 nur in geringem Maß auf den Bereich 52 der Abschirmung 40 und bleibt daher nahezu unbeeinflusst.

Fig. 5c zeigt die zuvor beschriebene Vorrichtung 8 in einer Ansicht von unten, in der die beiden verschiedenen Winkelpositionen der Fig. 5a und 5b veranschaulicht werden. Durch die unterschiedlichen dargestellten Formen des Plasmastrahls 28 soll verdeutlicht werden, dass der Plasmastrahl 28 in Abhängigkeit von dem Winkel der Innenfläche 42 im Bereich des unteren Bereichs 52 unterschiedlich stark beeinflusst wird. Somit ergibt sich eine in azimutaler Richtung variierende Intensität der

Wechselwirkung des Plasmastrahls 28 mit der Oberfläche des Werkstücks. Zuvor wurden Ausführungsbeispiele mit Abschirmungen 40 erläutert, bei denen entweder unterschiedlich langer Abschnitte 46 und 48 oder Abschnitte der

Innenfläche 42 mit unterschiedlichen Winkeln zur Achse A ausgebildet sind. Es sind aber auch Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung möglich, bei denen unterschiedlich lange Abschnitte mit Innenflächen mit unterschiedlichen Winkeln zur Achse A kombiniert werden.

Die bisher erläuterten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 4, 6 und 8 erzeugen ein in azimutaler Richtung verändertes bzw. veränderbares

Intensitätsprofil der Plasmabehandlung einer Oberfläche. Dieses Intensitätsprofil kann im stationären Zustand, also dann, wenn die Vorrichtung 4, 6 oder 8 nicht gegenüber der zu behandelnden Oberfläche bewegt wird, je nach Anwendung an bestimmten Positionen der Oberfläche zur Anwendung kommen. Wenn beispielsweise ein begrenzter, beispielsweise kreuzförmiger Flächenabschnitt der Oberfläche mit Plasma behandelt werden soll, so ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die

Abschirmung 40 in der zuvor beschriebenen Weise so auszubilden, dass sich unterhalb der Abschirmung 40 ein entsprechendes Muster der Plasmabehandlung ergibt, wenn die Düsenanordnung 30 um die Achse 40 rotiert.

Mit jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 4, 6 oder 8 gemäß den Fig. 3 bis 5 kann aber auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur

Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks wie folgt durchgeführt werden. Mittels einer einen atmosphärischen Plasmastrahl erzeugenden Vorrichtung 4, 6 oder 8 mit einer Achse A und mit einer relativ um die Achse A rotierenden Düsenanordnung 30 wird ein um die Achse A rotierender Plasmastrahl 28 erzeugt. Die Vorrichtung 4, 6 oder 8 mit dem rotierenden Plasmastrahl 28 wird entlang der zu behandelnden Oberfläche bewegt und mittels einer Abschirmung 40 mit Abschnitten 46 und 48 oder 50 oder 52, wird die Intensität der Wechselwirkung des Plasmastrahls 28 mit der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Düsenanordnung 30 relativ zur Achse A verändert. Somit kann ein bestimmtes Intensitätsprofil bei der Plasmabehandlung der Oberfläche eingestellt werden, so dass beispielsweise entweder ein möglichst homogenes

Intensitätsprofil erreicht wird oder ein im Stand der Technik bekanntes Profil, insbesondere Streifenprofil bei der Intensität der Plasmabehandlung verstärkt wird. In bevorzugter Weise wird das zuvor beschriebene Verfahren so durchgeführt, dass der rotierende Plasmastrahl 28 durch die Abschirmung 40 längs der

Bewegungsrichtung stärker als quer zur Bewegungsrichtung abgeschirmt,

insbesondere nach innen reflektiert bzw. umgelenkt wird. Bezogen auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele bedeutet dieses, dass die Bewegungsrichtung in den Fig. 3a, 4a und 5a senkrecht zur Zeichenebene nach oben oder unten ausgerichtet ist. In den Fig. 3c, 4c und 5c verläuft diese Richtung horizontal nach rechts oder links. Durch dieses Verfahren wird in den Bereichen, in denen ansonsten ein unbeeinflusster Plasmastrahl 28 auf die Oberfläche treffen würde, eine weniger intensive Behandlung der Oberfläche erreicht. Denn der Plasmastrahl 28 wird von der Abschirmung 40 reflektiert und umgelenkt und dadurch innerhalb des von der Abschirmung 40 umgebenen Volumens verteilt, wodurch die Intensität des

Plasmastrahls 28 pro Flächeneinheit insgesamt verringert wird. Dagegen tritt der Plasmastrahl 28 in Bewegungsrichtung jeweils nahezu ungehindert auf die Oberfläche und kann eine höhere Intensität der Vorbehandlung pro Flächeneinheit erreichen. In dieser Weise kann eine Intensitätsverteilung gemäß Fig. lc erreicht werden.

Des Weiteren zeigen Fig. 5a und 5b, dass eine Heizvorrichtung 60 zum Erwärmen der Abschirmung 40 vorgesehen ist. Vorliegend ist die Heizvorrichtung 60 als elektrisch beheizter Zylinder ausgebildet, der mittels Eigentemperatur und Wärmestrahlung die Abschirmung aufwärmt. Somit wird ein Energieverlust des auf die Abschirmung auftreffenden Plasmastrahls 28 verringert oder gar minimiert. Ganz allgemein kann das Heizelement auch unabhängig von einer azimutal variierenden Abschirmung für rotationssymmetrische Abschirmungen eingesetzt werden.

Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks, wie sie beispielweise im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden ist. Die dargestellte Abschirmung 40 hat daher eine azimutale Ausgestaltung, die ein Verändern der Intensität der Wechselwirkung des Plasmastrahls 28 mit der

Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Düsenanordnung 30 relativ zur Achse A durch eine variierende Länge ermöglicht.

Bei dem in Fig. 6a und b dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abschirmung 40 in ihrer Position relativ zur Düsenanordnung 30 in Richtung der Achse A verstellbar ausgebildet. Fig. 6a zeigt eine Anordnung der Abschirmung 40 mit axial

vorgeschobener Position, also mit einem größeren Abstand des unteren Randes der Abschirmung 40 zur Düsenanordnung 30, als es in Fig. 6b gezeigt ist. Die Abschirmung in Fig. 6b ist relativ zum unteren Rand der Düsenanordnung 30 zurückgezogen angeordnet und beeinflusst daher den austretenden Plasmastrahl 28 in geringerem Maß, als in der Position gemäß Fig. 6a. Fig. 7a und 7b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks, wie sie beispielweise im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden ist. Die dargestellte Abschirmung 40 weist am unteren Ende mehrere, jedoch mindestens zwei Abschirmungselemente 40a und 40b auf, die unabhängig voneinander verstellbar ausgebildet sind. Die Abschirmungselemente 40a und 40b können dabei entlang einer im Winkel zur Achse A verlaufenden Richtung sowohl axial als auch radial verstellt werden. Dazu sind die Abschirmungselemente 40a und 40b in Führungen (nicht dargestellt) angeordnet und können in einer von mehreren Positionen fixiert werden. Durch die Mehrzahl von umfangseitigen

Abschirmungselementen 40a, 40b kann somit eine spezifische azimutale Verteilung der Beeinflussung des Plasmastrahls 28 eingestellt werden.

Fig. 8a zeigt eine Abschirmung 40 eines weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Erzeugen eines atmosphärischen

Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks, wie sie grundsätzlich im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben worden ist. In der vorliegenden

Ausgestaltung ist der untere Rand der Abschirmung 40 mit einer Mehrzahl von einzelnen Ausnehmungen 52a des distalen Rands 52 versehen. Fig. 8b zeigt einen teilweisen Querschnitt der Vorrichtung 2, wobei der untere Rand 52 mit den Ausnehmungen 52a ein azimutal umlaufendes Muster von Abschnitten mit stärkerer und schwächerer Beeinflussung des Plasmastrahls 28 ausbilden. Durch geeignete Wahl der einzelnen Winkel γ und Höhen h der Ausnehmungen 52a kann eine spezifische Winkelverteilung der Intensität der Plasmabehandlung der

Oberfläche erreicht werden. In Fig. 9a und 9b ist eine erfindungsgemäße Anlage 100 zur Behandlung einer Oberfläche mit atmosphärischem Plasma dargestellt. Die Anlage 100 weist

zwei schematisch dargestellte Vorrichtungen 2 und 2' zum Erzeugen eines

atmosphärischen Plasmastrahls 28 und 28', wie sie beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt sind und oben anhand der Fig. 2 erläutert worden sind.

Jede der beiden Vorrichtungen 2, 2' weist ein rohrförmiges Gehäuse 10, 10' mit einer Achse A bzw. A', eine innerhalb des Gehäuses 10, 10' angeordnete Innenelektrode (nicht dargestellt) und eine eine Düsenöffnung 18, 18' aufweisende Düsenanordnung 30, 30' zum Auslassen eines im Gehäuse 10, 10' zu erzeugenden Plasmastrahls 28, 28' auf. Beide Vorrichtungen 2, 2' sind um eine gemeinsame Achse B drehbar miteinander über einen Rahmen 102 verbunden, wobei im Rahmen ein Antrieb (nicht dargestellt) zum Erzeugen einer Drehbewegung der Vorrichtungen 2, 2' um die Achse B

vorgesehen ist. Die Druckluftanschlüsse und Spannungsanschlüsse sind im Rahmen 102 angeordnet und nicht im Detail dargestellt.

Die Richtung der Düsenöffnungen 18, 18' verläuft jeweils unter einem Winkel a, a' zur Achse A, A' verläuft, wobei die Düsenanordnung 30, 30' relativ um die Achse A, A' drehbar sind. Jeweils ein Antrieb (nicht dargestellt), wie er anhand der Fig. 2 erläutert worden ist, ist zum Erzeugen einer Drehbewegung der Düsenanordnungen 30, 30' um die jeweilige Achse A, A' vorgesehen.

Des Weiteren sind die beiden Vorrichtungen 2, 2' unter einem Winkel ß, ß' zur Achse B ausgerichtet, wie Fig. 9a und 9b zeigen. Der Antrieb zum Erzeugen einer

Drehbewegung der Vorrichtungen 2, 2' und die Antriebe zum Erzeugen einer

Drehbewegung der Düsenanordnungen 30, 30' sind dabei derart miteinander synchronisiert, dass während einer Umdrehung der Vorrichtungen 2, 2' um die gemeinsame Achse B jede der Düsenanordnungen 30, 30' zwei Umdrehungen um die jeweilige Achse A, A' ausführt. Dabei ist es bevorzugt und in Fig. 9a und 9b dargestellt, dass der Winkel a, a' der Düsenöffnungen zur jeweiligen Achse A bzw. A' im Wesentlichen mit dem Winkel ß, ß' der Vorrichtungen 2, 2' zur Achse B übereinstimmt. Dadurch wird eine

Winkelanordnung erreicht, bei der in zwei azimutal gegenüberliegenden

Winkelpositionen der Vorrichtungen 2, 2' die Plasmastrahlen 28, 28' im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet sind (siehe Fig. 9a), während in zwei jeweils um 90° bzw. 270° dazu gedrehten Winkelpositionen die Plasmastrahlen 28, 28' im Wesentlichen in einem Winkel von 2* α, 2*ct' zur Oberfläche, also flacher ausgerichtet sind (siehe Fig. 9b). Die Intensität der Plasmabehandlung der Oberfläche variiert also zweifach zwischen einer maximalen und einer minimalen Intensität während eines Umlaufs der Vorrichtungen 2, 2' um die gemeinsame Achse B.

Eine Möglichkeit, die Drehbewegung der Anlage miteinander zu synchronisieren, besteht darin, die Drehbewegung der Düsenanordnungen 30, 30' über ein im Rahmen 102 angeordnetes und nicht näher dargestelltes Planetengetriebe durch die

Drehbewegung der Vorrichtungen 2, 2' um die Ache B übertragen wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die jeweiligen Antriebe elektronisch miteinander zu synchronisieren. In diesem Fall kann der mechanische Aufwand eines

Planetengetriebes vermieden werden

Ein weiteres Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Werkstücks kann einer zuvor beschriebenen Anlage durchgeführt werden, bei dem zwei rotierende

Plasmastrahlen erzeugt werden, bei dem die Anlage mit den rotierenden

Plasmastrahlen entlang der zu behandelnden Oberfläche bewegt wird und

bei dem die Plasmastrahlen in zwei ersten Winkelstellungen 0°, 180° der

Drehbewegung um die Achse B in einem steilen, vorzugsweise senkrechten, Winkel auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden (siehe Fig. 9a) und bei dem die Plasmastrahlen in zwei zweiten Winkelstellungen 90°, 270° der Drehbewegung um die Achse B in einem flachen, vorzugsweise unter einem Winkel des Zweifachen des Winkels der Düsenöffnungen relativ zu den Achsen A, A', auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden (siehe Fig. 9b). Das zuvor erläuterte Verfahren kann statisch durchgeführt werden, indem nur ein Teilbereich der Oberfläche mit dem Plasmastrahlen 28, 28' behandelt wird. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Anlage im Wesentlichen in Richtung einer der beiden ersten Winkelstellungen 0°, 180° der Drehbewegung um die Achse B entlang der Oberfläche bewegt. Somit wird in Bewegungsrichtung gesehen dann, wenn die beiden Plasmastrahlen 28, 28 drauf eine Ausrichtung im Wesentlichen in Bewegungsrichtung aufweisen, die Oberfläche intensiver mit Plasma behandelt als in den Winkelpositionen, die quer zur Bewegungsrichtung

eingenommen werden. Somit kann durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anlage eine Intensitätsverteilung gemäß Fig. lc erreicht werden.

Fig. 10 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel mit nur einer Vorrichtung 2, bei der die Achse B im Wesentlich in der Nähe des Schwerpunkts der Vorrichtung 2 verläuft. Bei der Drehung um die Achse B vollführt die Vorrichtung 2 eine Taumelbewegung, die durch einen nicht dargestellten Antrieb erzeugt wird. Die Ausrichtung des einzigen Plasmastrahls 28 vollführt dann eine gleiche azimutale Richtungsverteilung, wie sie zuvor anhand von Fig. 6a und 6b für die Vorrichtungen 2 und 2' erläutert worden ist. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 6 ist der Durchmesser des durch die Anlage mit Plasma behandelten Bereichs kleiner.