IfU GmbH Privates Institut für Umweltanalysen


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Geförderte Projekte: 1


Modul zur Echtzeitanalyse und -steuerung von gepulsten Plasmaprozessen


Gesamtansicht Messmodul (links: optischer Eingang, rechts: Anschlüsse für Videosignal und Langmuirsonde)
Gesamtansicht Messmodul (links: optischer Eingang, rechts: Anschlüsse für Videosignal und Langmuirsonde)

Projektidee

Das vorliegende Projekt befasst sich mit der Entwicklung eines Bausteins, der im online- Betrieb die dynamische Plasmawolke ausreichend charakterisiert und anschließend den elektrischen Puls entsprechend aufbaut bzw. nachregelt. Dieser Baustein wird hardwaremäßig an alle gepulsten Plasmaprozesse angedockt und durch die Modifizierung der Software bzw. der Algorithmen den speziellen Beschichtungsprozess steuern.

Es wird erwartet, dass in einigen Jahren solch eine neue Schichttechnologie Einzug findet. Kernstück für solch eine Entwicklung ist ein Modul, dass das Plasma charakterisiert und im Echtzeitregime die Pulsform gesteuert wird. Dazu muss vorher das Know-how über den Zusammenhang von Schichtparametern (insbesondere bei Verbundschichten) und der dynamischen Plasmawolke bekannt sein. Hilfreich ist auch eine insitu-Kontrolle ausgewählter Parameter der wachsenden Schicht. Es wurde deshalb im Rahmen des Projektes das Modul zur Charakterisierung und Echtzeitregelung des Plasmas entwickelt und aufgebaut. Die Entwicklung setzt sich aus folgenden prinzipiellen Bausteinen zusammen:

  1. Detektoren zur Charakterisierung des Plasmas. Hier stehen uns folgende Bausteine zur Verfügung
    Schnelles Videospektrometer
    Das schnelle Videospektrometer würde in der Lage sein, durch die räumliche und zeitliche Messung der von den Spezies ausgesendeten Emissionslinien das Plasma hinreichend zu charakterisieren.
    Langmuirsondeneinheit
    Die Langmuirsondeneinheit liefert zusätzliche Informationen über die Energie der Teilchen.
  2. Schnelle Auswertungseinheit, die mit den oben genannten Sensoren erfassten Signale auswertet. Diese müssen in elektrische Signale umgewandelt, digitalisiert und entsprechend gespeichert werden.
  3. Verarbeitungs- und Rechnereinheit
  4. In diesem Modul muss auf der Basis der Signale und des Know-hows über den Zusammenhang Plasmaparameter - Pulsform - Schichtparameter eine Entscheidung für die Modifizierung des elektrischen Pulses erarbeitet werden.
  5. Modul zur Entwicklung eines Algorithmus zur Messung und Steuerung der Ausgangsimpulse.

Kundennutzen

Die Zielgruppen der Entwicklung sind fast alle Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionseinrichtungen, die gepulste Plasmatechnologien anwenden. Diese befinden sich in Europa, insbesondere in den Staaten Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, England, Niederlande, Schweden, Polen und teilweise in der Türkei. Dabei handelt es sich um Universitäten (ca. 25), Forschungseinrichtungen (insgesamt ca. 40 Forschungseinrichtungen, wie beispielsweise Fraunhofer Institute [8 Fraunhofer Institute sind potentielle Anwender]) und ähnlich gelagerte Institute in Frankreich (4), England (5), Spanien (1), Italien (2), Polen (1), Türkei (1).

Des Weiteren sind potentielle Anwender die Nutzer der Plasmatechnologie, insbesondere für Beschichtungsproblematiken. Solche Beschichtungen sind Solarzellen, optische Schichten, Schichten für sensorische Anwendungen (aktiv und passiv) sowie Oberflächenveredelungen von unterschiedlichen Materialien. Hierbei sind die eigentliche Anwendergruppe die Hersteller von entsprechenden Anlagen (bspw. Hauzer Techno Coating BV - Niederlande; Sulzer Metaplas GmbH – Deutschland, Sulzer – Schweiz, von Ardenne Anlagentechnik GmbH – Deutschland, Roth & Rau – Deutschland, etc.). Im begrenzten Maße werden auch Besitzer von Anlagen, die im Entwicklungsbereich arbeiten (insbesondere bei der Entwicklung von speziellen Schichtsystemen), potentielle Anwender unserer Echtzeitanalyse und Steuerungstechnik sein.

Damit ergibt sich eine potentielle Nutzerbreite von etwa 100 Modulen über den gesamten Vermarktungszeitraum sowie entsprechende Messdienstleistungen. Gegenwärtig können wir davon ausgehen, dass es nur einen potentiellen Hersteller und Besitzer des Know hows dieser Technologie im kommerziellen Bereich gibt (im Entwicklungsbereich besitzen das Fraunhofer IST in Braunschweig sowie die belgische, katholische Universität in Leuven entsprechendes Know how). Einzelne Unternehmen, die Leistungselektronik herstellen, arbeiten an der Entwicklung des entsprechenden Know hows. Wir können demzufolge davon ausgehen, dass wir etwa 40-50% des Marktsegmentes potentiell beliefern könnten.

Wir gehen davon aus, dass zum gegenwärtigen Zeitpunkt der Fokus unserer gesamten Marketing- und Vertriebsaktivitäten auf Europa gerichtet sind, punktuell wird auch der russische Markt mit einbezogen. Der hochinteressante amerikanische, chinesische und japanische Markt soll ab 2014 über entsprechende Partnerunternehmen realisiert werden.
Gegenwärtig erfolgt folgende Vertriebskonzeption:

  1. Vertrieb über unsere eigene Abteilung, insbesondere Präsentation auf den Fachmessen, durch Veröffentlichung von Fachliteratur sowie durch konkrete Bearbeitung von Experten. Es sei angemerkt, dass der Markt potentiell relativ begrenzt ist, siehe obige Ausführung, so dass wir in der Lage sind, die wesentlichen Experten sowie Kunden konkret zu bearbeiten.
  2. Das Unternehmen Plasus Ingenieurbüro wurde offiziell als Vertriebspartner für die entwickelte Gerätetechnik in Europa gewonnen.
  3. Zu den potentiellen Partnern, welche die Leistungselektronik herstellen und ein Steuerregelungssystem benötigen, werden konkrete Kontakte und Kooperationen aufgebaut:
    MAGPULS GmbH, Deutschland
    Hauzer Techno Coating BV, Niederlande
    MELEC GmbH, Deutschland
  4. über die Mitgliedschaft in der entsprechenden Gesellschaft "Dünne Schichten" werden wir entsprechende Aktivitäten zur Vermarktung und Steuerung der Regelungstechnik aufbauen.
  5. Es werden Fachmessen PSE (International Conference on Plasma Surface Engineering) in Garmisch-Partenkirchen besucht, um entsprechende Ergebnisse praxisnah zu propagieren.
  6. Im Rahmen der Mitarbeit im Netzwerk "Algenbehandlung mit Ultraschall, Mikrowellen und Licht", werden ebenfalls die Ergebnisse propagiert und eine Applikation bei konkreten Partnern vorbereitet.

Insgesamt können wir von dem oben gestellten Umsatz von einem Gewinn von 20-25% ausgehen. Damit ergibt sich eine Amortisierung der Projektkosten in etwa 3 Jahren.

Stand: 30.04.2013
Projektdaten aktualisiert: 05.12.2012

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