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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis einer Plasmabehandlung unter Verwendung eines Plasmaindikators.
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Es ist bekannt, Plasmaindikatoren in Plasmakammern zu geben, um eine Plasmabehandlung eines Werkstücks nachzuweisen. Bekannte Plasmaindikatoren beruhen in der Regel auf einer chemischen Reaktion, die durch das Plasma hervorgerufen wird, wobei das Reaktionsprodukt optisch leicht identifizierbar ist. Derlei bekannte Plasmaindikatoren werden vornehmlich zum Nachweis von Niederdruckplasmen eingesetzt.
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Bei Atmosphärendruckplasmen bzw. Normaldruckplasmen wird der Nachweis einer Plasmabehandlung erschwert. Plasmaindikatoren für solche Plasmen reagieren oftmals ähnlich stark auf Wärme wie auf eine Plasmabehandlung. Erwärmt sich ein mit einem Plasmaindikator versehenes Werkstück, schlägt der Plasmaindikator an, obwohl nicht zwingend eine Plasmabehandlung durchgeführt wurde.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Nachweis einer Plasmabehandlung bereit zu stellen, das selektiv Plasmaeinwirkung, insbesondere bei Normaldruck, detektiert.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch ein Verfahren zum Nachweis einer Plasmabehandlung mit den Verfahrensschritten:
- B) Anordnen eines Plasmaindikators in einer Plasmaanlage, wobei der Plasmaindikator ein dünnes Blatt mit einer Blattstärke von weniger als 1 mm aufweist;
- C) Zünden eines Plasmas in der Plasmaanlage, wobei das Blatt zumindest abschnittsweise in Kontakt mit dem Plasma kommt, wobei in dem Blatt ein Loch zum optischen Nachweis der Plasmabehandlung hervorgerufen wird.
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Vor, nach und/oder zwischen den Verfahrensschritten B) und C) können weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden.
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Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Behandlungsstärke einer Plasmaanlage getestet werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit durch ein dünnes, folienartiges Material gelöst, das während der Plasmabehandlung verändert, insbesondere optisch detektierbar beschädigt, wird. Das Material weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 0,5 mm, insbesondere von weniger als 0,3 mm, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 mm, auf.
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Das Blatt kann in Form eines Papiers oder einer Folie ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das Blatt in Form eines Textils ausgebildet. Textilien haben sich überraschenderweise besonders resistent gegenüber Erwärmung und besonders anfällig gegenüber einer Plasmabehandlung herausgestellt. Wird ein Blatt in Form eines Textils eingesetzt, ist das Verfahren daher besonders sensitiv gegenüber Plasmabehandlungen. Ein Textil kann insbesondere im erfindungsgemäßen Kontext auch einen oder mehrere Einzelfäden umfassen.
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Besonders bevorzugt ist das Textil dabei zumindest teilweise durchlässig für die im Plasmaprozess eingesetzte Plasmagasströmung.
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Das Textil kann miteinander verbundene Fasern aufweisen. Das Textil kann in Form eines Gewirks, eines Gewebes bzw. Gestricks ausgebildet sein. Das Textil kann in Form eines Non-woven-Textils ausgebildet sein. Besonders bevorzugt wird ein gestricktes Textil eingesetzt.
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Das Textil kann Seidenfasern oder andere Naturfasern, insbesondere Spinnenfasern, aufweisen.
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Weiter bevorzugt kann das Textil Kunststoff, insbesondere Kunststofffasern, aufweisen. Kunststoff kann insbesondere in Form von Polypropylen (PP), Polyester, z. B. Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA) oder Polyurethane (PU) vorliegen. Als besonders empfindlich hat sich überraschenderweise reines Polyamid erwiesen.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das Textil Polyamid auf. Polyamidtextilien werden in der Textilindustrie in großen Mengen für Feinstrumpfwaren, Filter, EMV-Abschirmungen und dergleichen in hoher Güte hergestellt. Die Verwendung solcher Textilien reduziert daher die Herstellungskosten für den Plasmaindikator signifikant.
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Die Empfindlichkeit des Plasmaindikators kann durch die Fadenstärke des Textils gewählt werden. Ein besonders sensitiver Plasmaindikator wird erhalten, wenn das Textil weniger als 100 den, insbesondere weniger als 50 den, vorzugsweise weniger als 25 den, aufweist. Dabei entspricht die Einheit „den” dem Gewicht eines 9000 m langen Fadens in g. Je höher die Empfindlichkeit, desto kürzere Plasmaprozesse bzw. desto schnellere „Überfahrzeiten” mit einem Plasmastrahl können mit dem Verfahren nachgewiesen werden.
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Der Plasmaindikator kann einen Halterahmen aufweisen, in dem das Blatt gehalten wird.
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Der Halterahmen kann eine erste Folie mit einer ersten Durchgangsausnehmung aufweisen, wobei das Blatt zumindest abschnittsweise in der ersten Durchgangsausnehmung angeordnet ist. Das Blatt ist dabei im Bereich der ersten Durchgangsausnehmung für das Plasma zugänglich. Die erste Durchgangsausnehmung ist bevorzugt mit einem Stanzwerkzeug, insbesondere einem Papierlocher, hergestellt.
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Darüber hinaus kann der Halterahmen eine zweite Folie mit einer zweiten Durchgangsausnehmung aufweisen, wobei die zweite Durchgangsausnehmung mit der ersten Durchgangsausnehmung fluchtet. Das Blatt kann dadurch zwischen den beiden Folien gehalten werden, wobei das Blatt im Bereich der beiden Durchgangsausnehmungen für das Plasma zugänglich ist. Die zweite Durchgangsausnehmung ist bevorzugt mit einem Stanzwerkzeug, insbesondere einem Papierlocher, hergestellt.
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Besonders bevorzugt ist das Blatt abschnittsweise freitragend im Halterahmen des Plasmaindikators angeordnet, um die Empfindlichkeit des Plasmaindikators zu erhöhen.
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Der Plasmaindikator wird besonders kosteneffektiv und materialsparend gefertigt, wenn die erste Folie in Form einer Kunststofffolie, insbesondere in Form einer Laminierfolie, ausgebildet ist und/oder die zweite Folie in Form einer Kunststofffolie, insbesondere in Form einer Laminierfolie, ausgebildet ist.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Plasmaindikator eine Klebeschicht zum Befestigen des Plasmaindikators an einem Werkstück und/oder der Plasmaanlage auf. Besonders bevorzugt ist die Klebeschicht Teil eines Klebeetiketts des Plasmaindikators.
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Vorzugsweise wird das Blatt zumindest abschnittsweise gespannt gehalten. Das Blatt reagiert wesentlich empfindlicher auf Plasma, wenn es mechanisch vorgespannt ist, da in diesem Fall bei der Plasmabehandlung schnell Risse entstehen.
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In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Plasmaindikator zumindest zwei, zumindest abschnittsweise aufeinander geklebte Klebeetiketten auf, zwischen den das Blatt gehalten ist. Zumindest ein Klebeetikett weist im Bereich des Blatts eine Durchgangsausnehmung auf. Vorzugsweise weisen beide Klebeetiketten im Bereich des Blatts eine Durchgangsausnehmung auf. Das zweite Klebeetikett kann kleiner ausgebildet sein als das erste Klebeetikett und nur einen Teil des ersten Klebeetiketts bedecken. In diesem Fall können die zumindest zwei Klebeetiketten durch ihre Klebeflächen an einer Schutzfolie angeordnet werden.
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Weiter bevorzugt ist zumindest eine Durchgangsausnehmung, die einen Zugang zu dem Blatt bildet, in Form eines Langlochs ausgebildet, sodass die Breite des Strahls leichter bestimmbar ist.
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Der Plasmaindikator kann auf ein Werkstück aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, werden, um einen Nachweis einer Plasmabehandlung zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Plasmaindikator auf eine Platte, insbesondere eine Metallplatte, aufgebracht, vorzugsweise aufgeklebt, werden, um die Leistungsfähigkeit eines Plasmastrahls (Plasmajets) zu testen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zum Nachweis eines Plasmas mit einem Gasdruck oberhalb typischer Niederdruckplasmaprozesse. Das Plasma brennt insbesondere bei einem Gasdruck von mehr als 0,5 bar absolut, vorzugsweise bei Normaldruck, d. h. bei Atmosphärendruck.
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Das im Plasmaprozess eingesetzte Gas kann in Form von Luft vorliegen. Alternativ dazu können höhere Anteile von Sauerstoff oder Stickstoff eingesetzt werden.
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Weiter bevorzugt wird das Plasma mittels einer Plasmadüse gezündet, wobei die Plasmadüse das Plasma in Form eines Plasmastrahls zumindest abschnittsweise über das Blatt führt. Bislang war es praktisch unmöglich, solch einen Plasmastrahl zuverlässig zu detektieren, ohne einen Plasmaindikator zu verwenden, der auch auf Erwärmung reagiert.
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Der Plasmastrahl kann mit einer Geschwindigkeit von mehr als 50 mm/s, insbesondere von mehr als 250 mm/s, vorzugsweise von mehr als 1000 mm/s, zumindest abschnittsweise über das Blatt geführt werden. Typische Geschwindigkeiten betragen zwischen 50 mm/s und 10000 mm/s.
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Um die Empfindlichkeit des Plasmaindikators zu erhöhen, kann das Verfahren den Verfahrensschritt
- A) Plasmabehandeln des Plasmaindikators in einer Plasmaanlage zum Altern des Plasmaindikators
vor dem Verfahrensschritt B) aufweisen.
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Die dem Plasma ausgesetzte Größe des Blattes beträgt vorzugsweise zwischen 1 mm2 und 1000 cm2. Mittels großer, dem Plasma aussetzbarer Bereiche des Blattes können Spuren eines Plasmastrahls nachgewiesen werden. Kleine, dem Plasma aussetzbare Bereiche des Plasmas ermöglichen einen kleinen Plasmaindikator, der kostengünstig produzierbar ist und durch den wenig zu entsorgender Müll entsteht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
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Es zeigen:
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1a eine schematische Draufsicht auf einen Plasmaindikator vor einer Plasmabehandlung;
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1b eine schematische Schnittansicht des Plasmaindikators aus 1a während einer Plasmabehandlung;
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1c den Plasmaindikator aus 1b nach der Plasmabehandlung;
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2a eine schematische Schnittansicht eines weiteren Plasmaindikators; und
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2b eine schematische Draufsicht auf den Plasmaindikator aus 2a.
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1a zeigt einen erfindungsgemäß verwendeten Plasmaindikator 10. Der Plasmaindikator 10 weist ein Blatt 12 auf. Das Blatt 12 ist in einem Halterahmen 14 angeordnet. Das Blatt 12 wird außerhalb einer ersten Durchgangsausnehmung 16 des Halterahmens 14 durch den Halterahmen 14 verdeckt. Das Blatt 12 ist dadurch nur in der ersten Durchgangsausnehmung 16 durch ein Plasma behandelbar.
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Das Blatt 12 ist in Form eines Textils bzw. Stoffes, hier eines Gewebes, ausgebildet. Das Gewebe weist insbesondere, wie in 1a schematisch dargestellt, eine gitterförmige Struktur auf. Der Plasmaindikator 10 kann in eine Plasmaanlage gebracht werden, um eine Plasmabehandlung zu detektieren.
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1b zeigt eine Plasmaanlage 18 während einer Plasmabehandlung. Die Plasmaanlage 18 weist eine Plasmadüse 20 auf. Aus der Plasmadüse 20 tritt ein Plasmastrahl 22 zur Plasmabehandlung eines Werkstücks 24. In der Plasmaanlage 18 herrscht Atmosphärendruck bzw. Umgebungsdruck vor.
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Der Plasmaindikator 10 ist auf dem Werkstück 24 angeordnet, insbesondere fest auf dem Werkstück 24 aufgebracht. Der Plasmaindikator 10 kann dabei auf das Werkstück 24 aufgeklebt sein. Alternativ dazu kann der Plasmaindikator 10 getrennt vom Werkstück 24 in der Plasmaanlage 18 angeordnet werden. Vorteilhafterweise wird jedoch der Plasmaindikator 10 auf dem Werkstück 24 angeordnet, da hier die unmittelbare Wirkung des Plasmas, hier des Plasmastrahls 22, auf das Werkstück 24 überprüfbar ist. Dies ist insbesondere bedeutsam, da der Abstand A des Ausgangs der Plasmadüse 20 zum Werkstück 24 eine entscheidende Rolle in der Plasmabehandlung des Werkstücks 24 spielt.
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Der Plasmaindikator 10 weist ein Klebeetikett 26 auf. Das Klebeetikett 26 weist eine Trägerfolie 28, eine Klebeschicht 30 und eine Schutzfolie 32 auf. Im in 1b gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Plasmaindikator 10 auf das Werkstück 24 aufgelegt. Nach Abziehen der Schutzfolie 32 kann der Plasmaindikator 10 demgegenüber durch die Klebeschicht 30 auf das Werkstück 24 aufgeklebt werden.
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Die Trägerfolie 28 ist insbesondere in Form einer Kunststofffolie ausgebildet. Das Blatt 12 ist zwischen die Trägerfolie 28 und einer Deckfolie 34 befestigt. Im vorliegenden Fall kann das Blatt 12 durch eine Klebeschicht 35 an dem Klebeetikett 26 befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Deckfolie 34 mit einer Klebeschicht 36 versehen sein, um die Deckfolie 34 mit dem Klebeetikett 26 und dem Blatt 12 zu verbinden.
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Wie aus 1b ersichtlich ist, durchdringt der Plasmastrahl 22 das Blatt 12 zumindest teilweise im Bereich der ersten Durchgangsausnehmung 16. Das Klebeetikett 26 weist eine optionale zweite Durchgangsausnehmung 38 auf, sodass der Plasmastrahl 22 zumindest abschnittsweise durch den Plasmaindikator 10 zum Werkstück 24 gelangt. Die erste Durchgangsausnehmung 16 fluchtet mit der zweiten Durchgangsausnehmung 38. Die Durchgangsausnehmungen 16, 38 ermöglichen einen freitragenden Abschnitt des Blattes 12 zur Detektion des Plasmastrahls 22.
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1c zeigt – in analoger Ansicht zu 1a – den Plasmaindikator 10 nach der Plasmabehandlung. Das Blatt 12 weist dabei ein Loch 40 auf, das durch den Plasmastrahl 22 (siehe 1b) hervorgerufen wurde. Das Loch 40 kann dadurch als optischer Nachweis der Plasmabehandlung (siehe 1b) herangezogen werden.
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2a zeigt einen weiteren Plasmaindikator 10, der zwei Klebeetiketten 26, 26' aufweist. Die Klebeetiketten 26, 26' weisen jeweils eine Trägerfolie 28, 28' und eine Klebeschicht 30, 30' auf. Die Klebeetiketten 26, 26' sind derart aufeinander geklebt, dass die Klebeschicht 30 des ersten Klebeetiketts 26 unmittelbar auf die Trägerfolie 28' des zweiten Klebeetiketts 26' geklebt ist. Eine gemeinsame Schutzfolie 32 verdeckt die ansonsten unverdeckten Teile der Klebeschichten 30, 30'. Ein Abziehen der Schutzfolie 32 ermöglicht das Aufkleben des Plasmaindikators 10 durch die Klebeschichten 30, 30'.
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Ein Blatt 12 ist zwischen den Klebeetiketten 26, 26' befestigt. Insbesondere ist das Blatt 12 gespannt befestigt. Bevorzugt ist das Blatt 12 durch die Klebeschicht 30 des ersten Klebeetiketts 26 befestigt. Die Klebeetiketten 26, 26' weisen im Bereich des Blatts 12 Durchgangsausnehmungen 16, 38 auf.
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2b zeigt den Plasmaindikator 10 in einer Draufsicht, wobei aus 2b ersichtlich ist, dass die Durchgangsausnehmung 16 in Form eines Langlochs ausgebildet ist, sodass die Breite des Plasmastrahls bestimmbar ist.
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Versuche mit einem Plasmastrahl mit einem Behandlungsdurchmesser von ca. 10 mm haben bei einer Geschwindigkeit von 600 mm/s und einer Plasmaleistung von ca. 300 W zur sichtbaren Beschädigung des Blatts 12 (in 2b nicht gezeigt) geführt.
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Es versteht sich, dass die in den Figuren gezeigten Schichten nur zur Illustration dick dargestellt sind. Die Schichten können demgegenüber deutlich dünner und flexibler ausgebildet sein.
