DE10108717C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Entladung von dielektrischen Oberflächen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zumindest teilweisen elektrischen Entladung von dielektrischen Oberflächen (30), insbesondere von Oberflächen von Kunststofffolien, Papierbahnen oder Kunststofffäden, vorgeschlagen. Dabei wird zunächst mit einer Plasmaeinrichtung (1) ein Plasma durch Mikrostrukturentladungen in mindestens einem Plasmabereich (12, 40) erzeugt. Weiter wird die dielektrische Oberfläche (30) mit einer Zufuhreinrichtung (2) in den Plasmabereich (12, 40) eingeführt und dabei dem erzeugten Plasma zur elektrischen Entladung zeitweilig ausgesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zumindest teilweisen elektrischen Entladung von dielek­ trischen Oberflächen nach der Gattung der unabhängigen An­ sprüche.

Stand der Technik

Nichtleitende Stoffe wie Oberflächen von Kunststofffolien, Papierbahnen oder Kunststofffäden können durch Kontakt mit anderen Stoffen oder auch durch eine schnelle Trennung von­ einander oberflächlich elektrisch aufgeladen werden, wobei die entstehenden elektrischen Spannungen an solchen Oberflä­ chen bis hin zu einigen Megavolt reichen. Eine "natürliche" Ent­ ladung ohne Hilfsmittel dauert dann, abhängig von Luftfeuch­ tigkeit, Material und Ausmaß der elektrischen Aufladung, ei­ nige Stunden bis Tage.

Durch die elektrische Aufladung der Oberflächen kann es wei­ ter bei deren Herstellung bzw. Bearbeitung zu einer Störung der eingesetzten Anlagen sowie auch zu einer gesundheitli­ chen Beeinträchtigung der daran beschäftigten Mitarbeiter kommen. Zudem ist deren Handhabung durch die elektrische Aufladung der Oberfläche und die dadurch hervorgerufenen elektrostatischen Kräfte insbesondere bei Kunststofffolien, Papierbahnen oder Kunststofffäden, wie sie vielfach in der Verpackungsindustrie eingesetzt werden, erheblich erschwert.

Zur Minimierung der Oberflächenaufladung ist aus dem Stand der Technik der Einsatz von Entladegeräten bekannt, die die jeweilige Oberfläche mit ionisierter Luft beströmen. Durch die dadurch hervorgerufene Erhöhung der Leitfähigkeit der Luft wird eine rasche Entladung mit, je nach Randbedingun­ gen, resultierenden Restspannungen von typischerweise weni­ gen kV erreicht. Die Grenze von einigen kV liegt dabei in dem jeweils eingesetzten Verfahren begründet, da für die Io­ nisation von Luft bzw. von alternativ eingesetzten Prozessgasen Spannungen von mehreren kV erforderlich sind.

In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 199 43 953 A1 wurde bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas und insbesondere zur Behandlung oder Aktivierung von Oberflächen vorgeschlagen, bei der über eine Einkoppelung von Mikrowel­ len in einen mit Durchbohrungen versehenen Hohlleiter unter Zufuhr eines Gases Mikrostrukturentladungen erzeugt werden. Dadurch liegt in einer Umgebung der Durchbohrungen in zuge­ ordneten Plasmabereichen ein lokal begrenztes bzw. flachiges Gasplasma vor.

Aus DE 32 35 874 C2 ist ein Ladungsableiter für eine Rohr­ leitung bekannt, in der ein elektrisch geladenes Gut beför­ dert wird, wobei einem Hauptrohrleitungsabschnitt eine Plas­ maionenquelle zugeordnet ist, mit der über Wechselstrom- Koronaentladungen ein aktives Plasma erzeugt wird, das die elektrische Ladung des beförderten Gutes neutralisiert. Die Plasmaionenquelle ist dabei mit einem dielektrischen Körper mit zwei einander gegenüber liegenden Oberflächen versehen, so dass zwischen einer Koronaelektrode und einer Anregungse­ lektrode ein flachenförmiges Plasma entsteht.

In AT 388 072 B ist eine Elektrode, insbesondere für elek­ trostatische Anwendungen wie zum Entladen elektrostatisch aufgeladener Materialien beschrieben, die flächig als Sand­ wichelement ausgebildet ist. Das Sandwichelement weist dabei eine Mittelschicht aus einer elektrisch leitenden Folie auf, die beidseitig mit einer elektrisch isolierenden Folie ver­ sehen ist. Daneben besitzt das Sandwichelement eine Vielzahl von Ausnehmungen.

Aus US 2,916,620 ist schließlich eine Vorrichtung zur elek­ trostatischen Entladung eines Gewebes bekannt, wobei einer geerdeten Transportrolle für das Gewebe eine Anordnung von eng benachbarten Rohren zugeordnet ist, die derart mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, dass sich zwischen der Transportrolle und den Rohren eine Koronaentladung ein­ stellt, die eine elektrostatische Entladung des zwischen der Transportrolle und den Rohren im Bereich des Plasmas geführ­ ten Gewebes bewirkt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit eine optimierte Entladung von dielektrischen Oberflächen, insbesondere Oberflächen von Kunststofffolien, Papierbahnen oder Kunststofffäden, hinsichtlich Große der elektrischen Restspannung bzw. der oberflächlich verbleiben­ den elektrischen Ladungen, und damit eine deutliche verbes­ serte Fertigungsstabilität und eine vereinfachte Handhabung derartiger dielektrischer Materialien erreicht werden. Inso­ fern eignen sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren besonders zum Einsatz in der Ver­ packungsindustrie.

In diesem Zusammenhang werden im Rahmen der Erfindung unter einer dielektrischen Oberfläche bzw. einem dielektrischen Material eine Oberfläche bzw. ein Material verstanden, die oder das elektrisch nicht oder bezüglich der Ableitung ober­ flächlich aufgebrachter Ladungen schlecht leitend ist.

Dadurch, dass die dielektrische Oberfläche zeitweilig einem Plasma in einer unmittelbaren Umgebung der Oberfläche der Plasmaeinrichtung oder zumindest des Wirkungsbereichs des Plasmas hinsichtlich des Auftreffens von durch das Plasma erzeugten elektrischen Ladungen ausgesetzt wird, werden die elektrischen Restspannungen auf der zumindest teilweise zu entladenden dielektrischen Oberfläche auf weniger als ein kV, insbesondere weniger als 500 Volt reduziert, was gegen­ über den im Stand der Technik erreichbaren Restspannungen auf derartigen Oberflächen von wenigen Kilovolt eine erheb­ liche Verbesserung bedeutet.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat daneben den Vorteil, dass typische, gegenüber dem Stand der Technik deutlich verkürzte Behandlungszeiten von 0,1 s bis 10 s, insbesondere 0,5 s bis 2 s, ausreichend sind, um eine ausreichende elektrische Ent­ ladung der zu behandelnden dielektrischen Oberfläche zu ge­ währleisten. Insbesondere ist auch eine kontinuierliche Be­ handlung von durchlaufenden Folien oder Bahnen aus einem dielektrischen Material mit der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung möglich.

Im Übrigen wird durch die erfindungsgemäß vorgenommene elek­ trische Entladung von dielektrischen Oberflächen gleichzei­ tig auch eine Aktivierung dieser Oberflächen, insbesondere hinsichtlich Oberflächenenergie und Sauberkeit, erreicht, was sich beispielsweise in einer verbesserten Bedruckbarkeit und einer gesteigerten Hydrophilie äußert.

Schließlich hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil eines einfachen und modularen Aufbaus, so dass sie mit ge­ ringem apparativem Aufwand in bestehende Fertigungseinrich­ tungen integrierbar ist. Zudem ist das erfindungsgemäße Ver­ fahren auch an Luft bei Atmosphärendruck einsetzbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn Mikrostrukturentladungen, d. h. durch Mikrostrukturen hervorgerufene Plasmaentladungen eingesetzt werden, die durch Einkoppeln einer elektrischen Spannung mit einer Amplitude von 100 Volt bis 2000 Volt, insbesondere 200 Volt bis 700 Volt, hervorgerufen werden. Derart niedrige Spannungen führen dazu, dass einerseits durch die Leitfähigkeit des darüber erzeugten Plasmas die elektrischen Ladungen bzw. elektrischen Spannungen auf der dielektrischen Oberfläche insbesondere über eine der Elek­ troden der Plasmaeinrichtung abgesaugt bzw. abgebaut werden können, und andererseits keine hohen bzw. relevanten Aufla­ dungen durch das Plasma neu hervorgerufen werden.

Hinsichtlich einer optimierten Homogenität des erzeugten Plasmas und einer verbesserten Effizienz der erreichten elektrischen Entladung der dielektrischen Oberfläche ist es zudem vorteilhaft, wenn bei einem geringen Unterdruck von insbesondere 100 mbar bis 900 mbar gearbeitet wird. Daneben ist es vorteilhaft, wenn an Stelle von Luft Stickstoff oder, besonders vorteilhaft, Argon oder Helium als Gas zur Erzeu­ gung eines möglichst homogenen und stabilen Plasmas einge­ setzt wird.

Zur Erzeugung des Plasmas in den Plasmabereichen der Plas­ maeinrichtung kommt bevorzugt eine Gleichspannung oder eine hochfrequente Wechselspannung mit einer Frequenz von bevor­ zugt 1 kHz bis 100 MHz, insbesondere 1 MHz bis 20 MHz, bei­ spielsweise 13,45 MHz, in Frage. Darüber hinaus kann das Plasma vorteilhaft auch durch Einkoppeln von Mikrowellen in die Plasmaeinrichtung erzeugt werden. Bei der Erzeugung des Plasmas mit einer Wechselspannung besteht zudem vorteilhaft die Möglichkeit, die Elektroden mit einer dünnen, dielektri­ schen Schutzschicht zu versehen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ei­ ne Prinzipskizze einer ersten Plasmaeinrichtung, Fig. 2 ei­ ne alternative Ausführungsform einer Plasmaeinrichtung, Fig. 3 eine Prinzipskizze einer Entladevorrichtung als erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Entladevorrichtung, Fig. 5 eine weitere, zu Fig. 1 oder 2 alternative Ausführungsform einer Plasmaeinrichtung, und Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Entlade­ vorrichtung mit der Plasmaeinrichtung gemäß Fig. 5.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt eine Plasmaeinrichtung 1 mit einer dielek­ trischen Platte 22, die beispielsweise aus einem verlustar­ men, durchschlagfesten Dielektrikum wie Siliziumdioxid oder einem Aluminiumoxid besteht. Die dielektrische Platte 22 ist weiter auf einer ihrer Oberflächen mit einer flächigen er­ sten Elektrode 11 und auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer flächigen zweiten Elektrode 21 versehen. Die Elek­ troden 11, 21 bestehen beispielsweise aus einem Metall wie Kupfer, Edelstahl, Gold oder Silber, und sind mit einer Dicke von 10 µm bis 200 µm in Form einer Beschichtung auf die Oberfläche der typischerweise ca. 0,05 mm bis 2 mm dicken dielektrischen Platte 22 aufgebracht.

In der Einrichtung nach Fig. 1 ist weiter vorgesehen, dass die Elektroden 11, 21 und die dielektrische Platte 22 mit einer Vielzahl von ge­ meinsamen Durchbohrungen 26 versehen sind. Diese Durchboh­ rungen 26 sind bevorzugt regelmäßig angeordnet und weisen einen typischen Durchmesser von ca. 40 µm bis 1 mm auf. Ins­ gesamt ist somit die dielektrische Platte 22 mit mikrostruk­ turierten, planaren Elektroden 11, 21 versehen.

Zur Erzeugung eines Plasmas ist vorgesehen, dass die Elek­ troden 11, 21 in Fig. 1 mit einer nicht dargestellten Span­ nungsquelle verbunden sind, die die Elektroden 11, 21 mit einer Gleichspannung oder einer hochfrequenten Wechselspan­ nung mit einer Frequenz von 1 kHz bis 100 MHz, insbesondere 13,45 MHz, beaufschlagt. Bevorzugt wird eine Gleichspannung eingesetzt. Die eingekoppelte elektrische Spannung liegt zwischen 100 Volt und 2000 Volt, insbesondere 200 Volt bis 700 Volt.

Durch die eingekoppelte elektrische Spannung wird in dem Be­ reich der Durchbohrungen 26 ein Plasma gezündet und auf­ rechterhalten, so dass sich dort lokal begrenzte Plasmabe­ reiche 12 ausbilden. Diese Plasmabereiche 12 erstrecken sich in den Bereich der Durchbohrungen 26 sowie auch in eine Um­ gebung der Durchbohrung 26. Insbesondere erheben sie sich zumindest einseitig über die Oberfläche der Plasmaeinrich­ tung 1.

Durch eine geeignete Anordnung und einen geeigneter Abstand der Durchbohrungen 26 ist es weiter möglich und bevorzugt vorgesehen, dass sich die Plasmabereiche 12 durch Überspre­ chen zu einem größeren, flächigen Plasmabereich 40 vereinigen, der sich beispielsweise einseitig über die gesamte Oberfläche der Plasmaeinrichtung 1 erstreckt und eine typische Dicke von 0,5 mm bis 3 mm aufweist (siehe Fig. 3).

Optional kann gemäß Fig. 1 weiter vorgesehen sein, dass die Innenwände 23 der Durchbohrungen 26 mit einer dielektri­ schen, insbesondere keramischen Beschichtung als Schutz­ schicht versehen sind, die beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid besteht.

Die Fig. 2 erläutert eine alternative Ausführungsform der Plasmaeinrichtung 1, wobei auf der dielektrischen Platte 22 aus Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid nunmehr voneinander beabstandete Streifen in Form eines ersten Streifenleiters 24 und eines zweiten Streifenleiters 27 verlaufen. Diese Streifenleiter 24, 27 bilden somit, analog zur Anordnung nach Fig. 1, mi­ krostrukturierte, planare Elektroden.

Die Fig. 2 zeigt weiter, dass zwischen den Streifenleitern 24, 27 eine Mehrzahl von Durchbohrungen 26 vorgesehen ist, so dass durch diese ein Gas wie beispielsweise Pressluft, Stickstoff, Argon oder Helium in den Bereich zwischen den Streifenleitern 24, 27 einführbar ist. Die Bestromung kann jedoch ebenso, wie in Fig. 4 erläutert, parallel zu der Oberfläche der Plasmaeinrichtung 1 erfolgen.

Durch Anlegen einer elektrischen Spannung analog zur Anordnung nach Fig. 1 wird nun zwischen den Streifenleitern 24, 27 ein Plasma ge­ zündet, so dass sich zwischen den Streifenleitern 24, 27 zu­ mindest in einer Umgebung der Durchbohrungen 26, insbesonde­ re zwischen den Streifenleitern 24, 27, Plasmabereiche aus­ bilden. Durch geeignete Anordnung der Durchbohrungen 26 und einen entsprechend angepassten Abstand der Streifenleiter 24, 27 ist es auch hier analog Fig. 1 möglich und bevorzugt vorgesehen, dass sich die Plasmabereiche zu einem flächig ausgedehnten Plasmabereich 40 vereinigen.

Die Streifenleiter 24, 27 gemäß Fig. 2 bestehen beispiels­ weise aus Bahnen aus Kupfer oder Gold, die optional auf ei­ ner galvanischen Verstärkung, beispielsweise aus Nickel, aufgebracht sind.

Ein weiteres, nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Plasmaeinrichtung 1 sieht vor, flächige Elektroden durch be­ reichsweise dazwischen befindliche isolierende Schichten voneinander zu beabstanden und mit einer elektrischen Span­ nung zu beaufschlagen, so dass in dem verbleibenden Zwi­ schenraum zwischen den Elektroden, der mit Gas gefüllt ist bzw. wie erläutert mit diesem bestromt wird, ein Plasma zün­ det und aufrechterhalten wird, das dann für eine elektrische Entladung dielektrischer Oberflächen genutzt wird. Insbeson­ dere ist im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels vorgesehen, eine Vielzahl gleichartiger, beispielsweise mit einer zen­ tralen Bohrung versehener metallischer Scheiben mit einem Durchmesser von 5 mm bis 30 mm und einer Dicke von 0,1 mm bis 2 mm auf einer gemeinsamen Achse aufgereiht nebeneinan­ der anzuordnen, und diese jeweils über gleichartige, insbe­ sondere ebenfalls mit einer zentralen Bohrung auf der Achse aufgereihte dielektrische Scheiben, beispielsweise aus Alu­ miniumoxid, mit kleinerem Durchmesser und einer Dicke von beispielsweise 0,1 mm bis 3 mm voneinander zu beabstanden. In diesem Fall brennt durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die me­ tallischen Scheiben mit jeweils abwechselnder Polarität zwi­ schen diesen in den jeweils nicht von den dielektrischen Scheiben eingenommenen Zwischenräumen ein Plasma. Auf diese Weise bildet sich ein Entladungsstab als Plasmaein­ richtung 1 aus, der über eine zu entladende dielektrische Oberfläche geführt bzw. an dem eine solche Oberfläche vor­ beigeführt werden kann. Die erwähnte Achse ist beispielsweise ein keramischer Stab mit einem der zentralen Bohrung ent­ sprechenden Durchmesser, der abwechselnd die metallischen und dielektrischen Scheiben trägt.

Schließlich kann die Plasmaeinrichtung 1 auch in Form eines Hohlleiters für Mikrowellen ausgebildet sein, der bevorzugt in seinem Inneren mit einer dielektrischen Platte aus Sili­ ziumdioxid gefüllt ist. In diesem Fall sind ebenfalls Durch­ bohrungen analog den Anordnungen nach Fig. 1 bzw. 2 vorgesehen, die in den Hohlleiter bzw. die dielektrische Platte eingebracht sind. Zu Einzelheiten zu einer derartigen Plasmaeinrichtung mit einem Hohlleiter für Mikrowellen sei auf die DE 199 43 953 A1 verwiesen.

Auf das Füllen des Hohlleiters mit der dielektrischen Platte kann auch verzichtet werden, da aufgrund von Feldinhomogeni­ täten bevorzugt an den Kanten der Durchbohrungen stets Ent­ ladungen entstehen.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, Mikrowellen über Streifenleiter, wie sie beispielsweise in Fig. 2 darge­ stellt sind, einzukoppeln, und damit ein Plasma für die ge­ wünschte elektrische Entladung zu erzeugen.

Allen erläuterten Plasmaeinrichtungen 1 ist gemein, dass durch Zuleiten eines Gases und über eine eingekoppelte elek­ trische Gleich- oder Wechselspannung Entladungen, insbeson­ dere Mikrostrukturentladungen, hervorgerufen und aufrechter­ halten werden, so dass sich voneinander isolierte oder zu­ sammenhängende Plasmabereiche 12 bzw. 40 in einer Umgebung der Oberfläche der Plasmaeinrichtung 1 ausbilden. Insbeson­ dere tritt, wenn die Durchbohrungen 26 und die Anordnung der mikrostrukturierten Elektroden 11, 21, 24, 27 geeignet ge­ wählt sind, ein Überkoppeln der in den lokalen Plasmaberei­ chen 12 jeweils erzeugten Plasmen auf, so dass sich ein lateral homogenes Plasma in einem flächigen Plasmabereich 40 ausbildet.

Im übrigen sei betont, dass für eine elektrische Entladung von dielektrischen Oberflächen vielfach auch ein inhomogenes und/oder instabiles Plasma ausreichend ist, da über Diffusi­ on von durch das Plasma erzeugten, elektrisch geladenen Teil­ chen und/oder zeitliche Mittelung ein ausreichender Kontakt mit dem Plasma und damit ein Entladungsprozess für die die­ lektrische Oberfläche sichergestellt ist.

Insbesondere ist zu betonen, dass die dielektrische Oberflä­ che bei dem gewünschten elektrischen Entladungsprozess nicht notwendigerweise mit dem erzeugten Plasma in direktem Kon­ takt stehen bzw. direkt in die Plasmabereiche 12, 40 einge­ bracht werden muss. Vielfach genügt es bereits, wenn die zu entladende Oberfläche lediglich in den Wirkungsbereich des Plasmas bzw. in den Diffusionsbereich der in dem Plasma io­ nisierten Gase bzw. elektrisch geladenen Teilchen einge­ bracht wird. In diesem Wirkungsbereich kommt es zu einer Diffusion der mit Ionen angereicherten Gase aus dem eigent­ lichen Plasmabereich heraus hin auf die in die Nahe der Plasmaeinrichtung 1 angeordnete dielektrische Oberfläche, wodurch ebenfalls eine, gegenüber dem direkten Plasmabereich 12, 40 allerdings weniger effektive Entladung erreicht wird. In Einzelfallen wird bei einer räumlichen Ausdehnung des ei­ gentlichen Plasmabereiches von typischerweise wenigen mm in einer Dimension eine Ausdehnung des Wirkungsbereiches durch Gasdiffusion bzw. Teilchendiffusion von bis zu 10 cm beob­ achtet.

Die Fig. 3 erläutert ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur zumindest teilweise elek­ trischen Entladung von dielektrischen Oberflächen am Bei­ spiel der Entladung einer Kunststofffolie 30. Dabei ist vorgesehen, dass die Kunststofffolie 30 über eine nicht darge­ stellte Transporteinrichtung über einen Gleittisch 42 gezo­ gen wird, wobei die dielektrische Oberfläche der Kunststoff­ folie 30 auf ihrer dem Gleittisch 42 abgewandten Seite mit einer Plasmaeinrichtung 1 gemäß Fig. 1 oder gemäß Fig. 2 mit einem Plasma beaufschlagt wird. Dazu beträgt der Abstand der Plasmaeinrichtung 1 von der daran vorbeigeführten Ober­ fläche der Kunststofffolie 30 typischerweise 0,1 mm bis 5 mm, insbesondere 0,5 mm bis 2 mm.

Bei der Entladung der Oberfläche der Kunststofffolie 30 mit der Plasmaeinrichtung 1 gemäß Fig. 3 ist bevorzugt vorgese­ hen, die der Kunststofffolie 30 zugewandte Elektrode der Plasmaeinrichtung 1 zu erden und, im Fall einer Gleichspan­ nungsanregung, die dieser abgewandte Elektrode mit einer po­ sitiven Spannung zu beaufschlagen, so dass in dem Plasmabe­ reich 40 eine besonders intensive Entladung brennt. Weiter­ hin stellt sich dort dann ein elektrisches Potential ein, das nahe dem Erdpotential liegt. Damit wird eine besonders effektive Entladung der Oberfläche der Kunststofffolie 30 erreicht.

In Fig. 3 ist weiter vorgesehen, dass der Plasmaeinrichtung 1 von ihrer der Kunststofffolie 30 abgewandten Seite über eine Gaszuführung 31 ein Gas, beispielsweise Pressluft, Stickstoff, Argon oder Helium, zugeführt wird, das die Durchbohrungen 26 durchströmt. Auf diese Weise bildet sich besonders auf der der Kunststofffolie 30 zugewandten Seite der Plasmaeinrichtung 1 ein lateral homogenes Plasma aus, dass sich über eine Umgebung der Oberfläche der Plasmaein­ richtung 1 in dem Plasmabereich 40 erstreckt. Da weiter durch die Anordnung der Plasmaeinrichtung 1 und durch den Gleit­ tisch 42, der im erläuterten Beispiel als Zuführeinrichtung 2 dient, die dielektrische Oberfläche der Kunststofffolie 30 diesem Plasma in dem Plasmabereich 40 ausgesetzt wird, wird eine zumindest teilweise elektrische Entladung der dielek­ trischen Oberfläche erreicht.

Bevorzugt wird gemäß Fig. 3 die Kunststofffolie 30 kontinu­ ierlich in Form einer Bahn über den Gleittisch 42 gezogen, so dass ihre Oberfläche zeitweilig einseitig mit dem erzeug­ ten Plasma beaufschlagt wird.

Als typische Zeit zur zumindest teilweisen elektrischen Ent­ ladung der dielektrischen Oberfläche der Kunststofffolie hat sich eine Zeit von 0,1 bis 10 s, insbesondere 0,5 s bis 2 s herausgestellt, die in einfacher Weise über die Transportge­ schwindigkeit einstellbar ist, mit der die Kunststofffolie über den Gleittisch 42 gezogen wird. Ebenso können jedoch auch mehrere Module der Plasmaeinrichtung 1 hintereinander­ geschaltet werden, um bei fester Transportgeschwindigkeit eine ausreichende elektrische Entladung sicherzustellen.

Im Übrigen kann die Plasmaeinrichtung 1 gemäß Fig. 3 bzw. auch gemäß den weiteren Fig. 4 und 5 sowohl wie darge­ stellt planar, als auch gekrümmt oder, je nach Erfordernis der Zuführeinrichtung 2, an deren gegebenenfalls komplexe Geometrie angepasst ausgeführt sein.

Die Fig. 4 erläutert ein zu Fig. 3 alternatives Ausfüh­ rungsbeispiel an Stelle des Gleittisches 42 Transport­ rollen 41 vorgesehen sind, die als Zuführeinrichtung 2 zur Zufuhr der Kunststofffolie 30 in den Plasmabereich 40 des von der Plasmaeinrichtung 1 hervorgerufenen Plasmas dienen. Weiter ist gemäß Fig. 4 vorgesehen, dass die Gaszuführung 31 ein Gas in den Zwischenraum zwischen Plasmaeinrichtung 1 und Kunststofffolie 30 einbläst. Auf diese Weise ist eben­ falls ein kontinuierliches Bearbeiten einer durchlaufenden Kunststofffolie 30 gewährleistet.

Die Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Plas­ maeinrichtung 1, die sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 lediglich durch die Anordnung der Durchbohrungen 26 und die Struktur der planare, mikrostrukturierten Elektro­ den unterscheidet. Im Einzelnen ist gemäß Fig. 5 vorgese­ hen, dass auf der Oberfläche der dielektrischen Platte 22 ein erster Kamm 32 und ein zweiter Kamm 33 angeordnet sind, die eine ineinandergreifende Kammstruktur bilden, wobei zwi­ schen den einzelnen langgestreckten Zähnen der Kämme 32, 33 die Durchbohrungen 26 angeordnet sind. Der Abstand der Zähne der Kämme 32 bzw. 33 gemäß Fig. 5 liegt bevorzugt zwischen 20 µm und 200 µm, beispielsweise bei 100 µm. Ansonsten sind die Kämme 32, 33 analog den Streifenleitern 24, 27 ausgebil­ det.

Durch die Kammstruktur gemäß Fig. 5 wird ein flächiger, be­ sonders homogener Plasmabereich 40 auf der Oberfläche der Plasmaeinrichtung 1 erzeugt, der sich bis in eine Entfernung von ca. 0,5 mm bis 3 mm von der Oberfläche der Plasmaein­ richtung 1 erstreckt.

Die Fig. 6 zeigt schließlich ein drittes Ausführungsbei­ spiel einer Vorrichtung zur Entladung einer Kunststofffolie 30 mit einer Plasmaeinrichtung 1 gemäß Fig. 5. Dabei ist vorgesehen, dass sich die Kammstruktur mit den Kämmen 32, 33 auf der der Kunststofffolie 30 zugewandten Seite der Plas­ maeinrichtung 1 befindet. Weiter ist dort vorgesehen, dass die Kunststofffolie 30 über Transportrollen 41 an der Ober­ fläche der Plasmaeinrichtung 1 in einem Abstand von etwa 1 mm vorbeigeführt wird, so dass die Oberfläche der Kunst­ stofffolie 30 kontinuierlich in den Plasmabereich 40 einge­ führt und dem dort vorliegenden Plasma ausgesetzt wird. Zu­ dem zeigt Fig. 6, dass von der der Kunststofffolie 30 abge­ wandten Seite der Plasmaeinrichtung 1 dieser über eine Gas­ zuführung 31 ein Gas, beispielsweise Helium, zugeführt wird.

Die Gaszuführung 31, beispielsweise in Form einer geeignet ausgeführten Gasdusche, bewirkt dabei eine Zufuhr dieses Ga­ ses zu den Durchbohrungen 26 gemäß Fig. 5. Schließlich ist in der Anordnung nach Fig. 6 noch vorgesehen, dass das mit der Gaszuführung 31 zugeführte Gas über eine Gasabsaugeinrichtung 34 wieder ab­ geführt wird. Diese Gasabsaugeinrichtung 34 ist besonders dann relevant, wenn das zugeführte Gas Luft ist, da in die­ sem Fall in der beschriebenen Vorrichtung Ozon entsteht.

Die Anordnung nach Fig. 6 eignet sich besonders zum endlosen Vorbeiführen von Papierbahnen oder Kunststofffolien an der Oberfläche der Plasmaeinrichtung 1. Dabei wird über das flächig erzeugte Plasma eine Absaugung von Oberflächenladungen auf der der Plasmaeinrichtung 1 zugewandten Seite der Kunststofffolie 30 erreicht.

Abschließend sei noch erwähnt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl bei Atmosphärendruck als auch bei Unter­ druck betrieben werden kann, wobei ein Unterdruck von bei­ spielsweise 100 mbar bis 900 mbar zur Verbesserung der Homo­ genität des erzeugten Plasmas und der Effizienz der Plasma­ erzeugung führt. Andererseits bedeutet das Arbeiten unter Unterdruck einen erhöhten apparativen Aufwand, da dazu in der Regel eine geeignete Bearbeitungskammer mit einer Pump­ einrichtung erforderlich ist.

Zudem sei betont, dass die Durchbohrungen 26 gemäß den er­ läuterten Ausführungsbeispielen neben den dargestellten kreisförmigen Löchern auch als Schlitze, längliche Ausneh­ mungen, halbkreisförmige Ausnehmungen usw. ausgeführt sein können.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur zumindest teilweisen elektrischen Entladung von dielektrischen Oberflächen, insbesondere von Oberflächen von Kunststofffolien, Papierbahnen oder Kunst­ stofffäden, mit einer Plasmaeinrichtung (1) zur Erzeugung eines Plasmas mit elektrisch geladenen Teilchen in minde­ stens einem Plasmabereich (12, 40) mittels Mikrostrukturen, sowie mit einer Zuführeinrichtung (2), mit der die dielek­ trische Oberfläche (30) in den Plasmabereich (12, 40) oder zumindest in dessen Wirkungsbereich einführbar und dort von dem Plasma erzeugten elektrisch geladenen Teilchen zeitwei­ lig aussetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaeinrichtung (1) eine dielektrische Platte (22), eine erste, einem Gas ausgesetzte Elektrode (11, 24, 32) und eine davon beabstandete, zweite, dem Gas ausgesetzte Elektrode (21, 27, 33), sowie Mittel zur Zündung und Auf­ rechterhaltung des Plasmas in dem Plasmabereich (12, 40) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Platte (22) zumindest bereichsweise planare, mikrostrukturierte Elektroden (11, 21, 24, 27, 32, 33) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrostrukturierten Elektroden (11, 21, 24, 27, 32, 33) zumindest bereichsweise als voneinander beabstandete Streifen oder Streifenleiter (24, 27) und/oder als voneinan­ der beabstandete Kämme (32, 33) einer Kammstruktur ausgebil­ det sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Platte (22) auf zwei einander gegen­ über liegenden Seiten mit planaren Elektroden (11, 21) mit mikrostrukturierten Ausnehmungen, insbesondere Löchern, Durchbohrungen (26) oder Schlitzen, versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaeinrichtung (1) mindestens einen Hohlleiter oder eine Anordnung von Streifenleitern für Mikrowellen auf­ weist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Platte (22) mindestens eine Durchbohrung (26), insbesondere eine Viel­ zahl von Durchbohrungen (26), mit einem Durchmesser von 10 µm bis 300 µm, aufweist, wobei die Durchbohrung (26) auch die mikrostrukturierte Ausnehmung der Elektroden (11, 21) bildet und/oder in einer Umgebung der mikrostrukturierten Elektrode (24, 27, 32, 33) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszuführung (31) zur Zu­ fuhr des Gases in den Plasmabereich (12, 40) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (2) Mit­ tel (41, 42) zum insbesondere kontinuierlichen Vorbeiführen der dielektrischen Oberfläche (30) an der Oberfläche der Plasmaeinrichtung (1) derart aufweist, dass die dielektrische Oberfläche (30) zeitweilig dem Plasma in dem Plasmabe­ reich (40, 12) oder zumindest dem Wirkungsbereich der von dem Plasma erzeugten elektrisch geladenen Teilchen ausge­ setzt ist.

10. Verfahren zur zumindest teilweisen elektrischen Ent­ ladung von dielektrischen Oberflächen, insbesondere mit ei­ ner Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspruche, wo­ bei mit einer Plasmaeinrichtung (1) in mindestens einem Plasmabereich (12, 40) ein Plasma erzeugt wird und die dielektrische Oberfläche (30) dem Plasma in diesem Plas­ mabereich (12, 40) oder zumindest in dessen Wirkungsbereich zeitweilig ausgesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von lokal begrenzten Plasmen in einem je­ weils zugeordneten Plasmabereich (12) in einer Umgebung der Oberfläche der Plasmaeinrichtung (1) erzeugt wird, oder dass ein flachiges Plasma in einem Plasmabereich (40) in einer Umgebung der Oberfläche der Plasmaeinrichtung (1) erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Plasma durch Einkoppeln einer elektri­ schen Spannung mit einer Amplitude von 100 Volt bis 2000 Volt, insbesondere 200 Volt bis 700 Volt, in die Plas­ maeinrichtung (1) in dem Plasmabereich (12, 40) gezündet und aufrechterhalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichspannung oder eine hochfrequente Wech­ selspannung, insbesondere mit einer Frequenz von 1 kHz bis 100 MHz, vorzugsweise 13,45 MHz, eingekoppelt wird.

14. Verfahren nach einem der Anspruche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise zu entladende dielektrische Oberfläche (30) dem Plasma in dem Plasmabe­ reich (12, 40) über einen Zeitraum von 0,1 sec bis 10 sec, insbesondere 0,5 sec bis 2 sec, ausgesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Anspruche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasmabereich (12, 40) ein Gas, insbesondere Luft, Stickstoff, Argon oder Helium, zugeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Anspruche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Oberfläche (30) in einem Abstand von 100 µm bis 5 mm, insbesondere 500 µm bis 2 mm, an einer Oberfläche der Plasmaeinrichtung (1) vorbei­ geführt und dabei in dem Plasmabereich (12, 40) mit dem Plasma beaufschlagt wird.

17. Verfahren nach einem der Anspruche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Unterdruck, insbesondere 100 mbar bis 900 mbar, durchgeführt wird.