Messsystem für die Analyse von Plasma und Spurengasen in Echtzeit

Ein Gründerteam vom Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik in Greifswald (INP) entwickelte ein Messsystem für die Analyse von Plasma und Spurengasen in Echtzeit. Damit erreichte das Team den dritten Platz beim Ideenwettbewerb Mecklenburg-Vorpommern. Das Messsystem funktioniert über eine spezielle Lasertechnologie, die es kompakt macht und den Industrieeinsatz ermöglicht, z.B. zur Verbesserung von Abgasreinigung oder zur Überwachung von Plasmaprozessen. Das Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Was die Bedienfreundlichkeit des Systems, Messgenauigkeit und Auswertungsgeschwindigkeit betrifft, ist Q-MAX derzeit Weltspitze. Dabei kann das Messsystem vielseitig eingesetzt werden: Zum Beispiel in der Umwelttechnik zur Verbesserung von Abgasreinigungsverfahren oder zur Überwachung von Plasmaprozessen in Industrieanlagen. Der Prototyp wurde erfolgreich in Plasmabeschichtungsanlagen getestet.

Plasmaverfahren zur Beschichtung unterschiedlicher Werkstoffe werden in der Industrie viel eingesetzt, weil sie kostengünstig, umweltfreundlich und exakt sind. Die Feinsteuerung des Plasmaprozesses macht der Industrie allerdings noch einige Sorgen, weiß Privatdozent Jürgen Röpcke, Leiter der Forschungsgruppe Plasmadiagnostik im INP: „Wir arbeiten mit einer Firma zusammen, die Motorenteile veredelt. Im Plasma werden die Oberflächen gehärtet. Wenn der Plasmaprozess nicht ordentlich läuft, wird die Schicht ungleichmäßig, zu dick oder sie platzt ab. Solche Probleme entstehen meist aufgrund ungeplanter Wechselwirkungen zwischen den Reaktionsprodukten im Plasma. Eine verbesserte Prozesskontrolle kann das verhindern.“

Besser beschichten dank Q-MAX und DFG

„Bei unseren Industriepartnern haben wir oft Messungen durchgeführt, um deren Plasmaanlagen zu optimieren. Die geeignete und in Laboren gängige Methode ist die Laserspektroskopie. Trotzdem gab es auf dem Markt kein mobiles und bedienfreundliches System, bei dem alle Teile harmonieren: Laserquelle, Optik- und Steuereinheit sowie Auswertungssoftware. Das hat uns geärgert, denn gerade bei so feinen Messmethoden wie der Laserspektroskopie ist das Zusammenspiel der Komponenten entscheidend, weil sich sonst Störquellen einschleichen, die zu erheblichen Messfehlern führen“, beschreibt Jürgen Röpcke die Motivation der Wissenschaftler.

Im Rahmen eines DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft)?geförderten Projektes entwickelte sein Team das bedienfreundliche Kompaktsystem Q-MAX: Der verwendete Halbleiterlaser läuft bei Raumtemperatur, muss also nicht, wie bei den Vorgängerverfahren, aufwändig mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Daher ist Q-MAX auch für Langzeitmessungen bestens geeignet. Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten wurde optimal aufeinander abgestimmt und die Auswertungssoftware an die Bedürfnisse der Industriepartner angepasst.

Kosten senken und Qualität sichern

Im Q-MAX-System wird ein Infrarotstrahl mit genau justierten Spiegel durch das Plasma oder Gas hin und hergeleitet. Trifft der Strahl auf Gasmoleküle, zeigen sich am Auswertungsbildschirm die für dieses Gas typischen Spektrallinien. Während des laufenden Betriebs kann so die Gaskonzentration an verschiedenen Punkten des Behandlungsraumes genauestens gemessen werden. Entspricht sie nicht dem Sollwert, kann der Anlagenfahrer eingreifen bzw. die Korrekturautomatik starten.

„Mit Q-MAX können wir unser Dienstleistungsangebot erweitern,“ betont INP-Direktor Prof. Dr. Klaus-Dieter Weltmann. „Bisher waren unsere Experten unterwegs, um vor Ort zu messen und Strategien für eine bessere Prozesssicherheit zu erarbeiten. Jetzt können wir eine kundenspezifische Anpassung des System anbieten, inklusive Schulung der Mitarbeiter. Ein gelungenes Beispiel für den Auftrag des INP: Die Plasmatechnologie für die Bedürfnisse der Industrie weiter zu entwickeln. In diesem Falle helfen wir konkret Kosten zu senken und Qualität zu sichern. „Projektleiter Röpcke freut sich über den Preis beim Ideenwettbewerb M-V: „Das Preisgeld werden wir für eine Marktstudie einsetzen, um die Bedürfnisse unserer Kunden noch besser kennen zu lernen und eine Vermarktungsstrategie für Q-MAX zu entwickeln.?“

Kontakt:

Prof. Dr. K.-D. Weltmann oder
PD Dr. Jürgen Röpcke (roepcke@inp-greifswald.de)
INP Greifswald
Friedrich-Ludwig-Jahn-Str. 19
17489 Greifswald
Tel. (03834) 554-300, Fax -301