CN107926106B - 用于体的表面处理的电极装置和等离子处理设备 - Google Patents

Abstract

一种用于体(11)以物理等离子体的表面处理的电极装置(18)，所述电极装置具有用于连接到产生交流高压的交流高压源的输出端(6)的高压连接端(19)，多个线形电极体(2)和邻接所述电极体(2)的处理空间(9)。所述电极体(2)如此共同连接到高压连接端(19)，使得在所有的电极体(2)处存在相同的交流高压。所述电极体(2)分别包括一个弧形区域(10)，在所述区域中所述相应的线形电极体(2)改变所述电极体的方向至少90°；并且所述电极体(2)以介质(4)包罩和/或分别电容式地在所述高压连接端(19)处耦合。所述处理空间(9)至少部分地处于所述电极体(2)的弧形区域(10)之间，在所述处理空间中引入用于以物理等离子体表面处理的所述体(11)。

Description

用于体的表面处理的电极装置和等离子处理设备

技术领域

本发明涉及一种用于以物理等离子体对体

进行表面处理的电极装置，所述电极装置具有独立权利要求1的前序部分的特征，以及涉及一种具有交流高压发生器和所述电极装置的等离子处理装置。

以物理等离子体处理表面可以由不同的原因实现。为了更好地粘附连接的涂层(Beschichtung)的目的可以物理地活化相应的表面，或者可以杀死在表面处的病菌或害虫。相应地，其表面被处理的体可以是完全不同的自然体(Natur)。尤其地，所述自然体可以涉及无生命的体或活体。

本发明不涉及以每个物理等离子体的等离子处理，而是涉及以所谓的冷等离子体的等离子处理，所述等离子体的气体温度在100℃以下并且优选保持在周围环境温度附近，使得等离子体的效果至少主要不是热自然体。为了通过气体放电产生冷的等离子体，介电地阻挡气体放电，以便限制流经气体放电的电流。用于介电地阻挡气体放电的介质阻挡平面可以要么布置在邻接放电路径的电极前——在所述电极处存在引发气体放电的交流高压电，要么布置在电极和产生交流高压的交流高压发生器之间。

背景技术

由DE 10 2011 050 631 A1已知一种具有独立权利要求1的前序部分的特征的电极装置和相应的等离子处理设备。在交流高压源的输出端处分别电容式地耦合多个由金属构成的延伸的电极体。延伸的电极体彼此平行地以其主延伸方向延伸，并且所述电极体如此处于平面中，使得所述电极体的远侧的末端布置在具有稳定走向的线上。如果以交流高压源将交流高压施加到电极体处，可以相对于接地对象引起电荷，所述电荷尤其从电极体的远侧的末端发出。根据DE 10 2011 050 631 A1还可以设置延伸的电极体的第二排，所述电极体连接到交流高压源的其他的连接端，使得交流高压源在电极体的两个V形的彼此布置的排之间引发交流高压。由此，在两排的交替地彼此跟随的远侧的末端的区域上引发集中的放电。如果头发虱子和其幼虫出现在电极体的远侧的末端之间的放电路径的区域中，以这种方式可以例如杀死头发虱子和其幼虫。

已知的电极装置和已知的等离子处理设备不适用于体的快速大面积的表面处理。

由DE 10 2009 060 627 A1已知一种电极装置，其用于导电体的用作对应电极的不规律的三维成型的表面的介质阻挡的等离子处理。所述电极装置具有平面的电极和介质，所述介质构造用于以相对于待处理的表面的定义的距离布置用于形成冷等离子体。如果所述介质存在于待处理的表面上，介质通过灵活的面的材料构成，所述材料在其指向待处理的表面的侧上设有结构，以便构成空气引导区域。面的电极灵活地构造并且如此固定在介质处，使得介质层屏蔽待处理的表面的电极。通过在待处理的表面处的介质的设备区域不处理具有所述已知的电极装置的表面的主要的部分。

由DE 10 2007 030 915 A1已知一种等离子处理设备，其用于以借助电极在固体介质上通过介质阻挡的气体放电产生的等离子体对表面进行处理。在此，固体介质具有灵活的有效表面，所述有效表面在处理期间直接邻接等离子体。为此介质通过灵活的空心纤维构成，在所述空心纤维中布置有电极。空心纤维平行于待处理的表面布置，尤其与呈纤维形式的基座元件连接，所述支撑元件与空心纤维构成纺织类的元件。在源于相同申请者的DE 10 2009 060 627 A1中已经指出，由DE 10 2007 030 915 A1已知的电极装置在制造中是开销高的。

由US 6,494,881 B1已知一种用于以局部绝缘的电极进行电外科组织移除的设备和方法。在交流高压源处连接的电极的其他区域不是电绝缘的。由交流高压源产生的交流高压存在于所述电极与另一同样仅局部绝缘的电极之间。以已知的设备电外科地移除组织，这在两个U形弯曲的电极之间完成。

由US 8,979,838 B2已知一种电外科装置，其具有由导电材料构成的两个以相反的方向弯曲的U形弯曲的电极。在两个电极之间存在由交流高压源产生的交流高压。

由DE 10 2012 103 362 A1已知一种尤其用于处理人类身体的销钉形构造的等离子处理设备，其中，第一电极设置在销钉部分中并且销钉部分在电极的区域中接地。第一电极在销钉部分的尖端处弧形地弯曲，使得其远侧的末端延伸回到销钉部分中。电极以介质包围。在电极体处存在由交流高压源相对于地产生的交流高压。在地电势上的第二环形的电极可以环绕以等离子处理设备处理的区域支承在皮肤面上。

由DE 691 30 110 T2已知一种用于产生活化的物类(Spezies)的发生器，所述发生器包括介质涂层的小孔径的电极。在由气体流经的扼流圈空间中伸入介质涂层的电极线，所述电极线连接到交流高压源的不同的高压连接端处，并且在所述电极线之间存在由交流高压源产生的交流高压。由此在流经发生器的气体中引发在电极线之间的介质阻挡的放电。

由DE 10 2009 028 190 A1已知一种用于产生非热的(nichtehermisch)气氛压力等离子体的设备。所述设备包括在溢出的等离子体的区域中的用作接地的电极的金属壳体，在所述金属壳体中以所述方式布置有高频发生器、具有适用于高频的闭合的铁氧体铁芯的高频谐振线圈、用作气体喷嘴的绝缘体以及支承在绝缘体中的高压电极，使得过程气体流经高压电极。

由WO 2009/074546 A1已知一种用于以在气氛压力的情况下产生的等离子处理表面的方法和设备。所述设备构造为可携带的手持式设备并且包括用于产生等离子体束的等离子体喷嘴，所述等离子体喷嘴包括喷嘴开口和至少一个从喷嘴开口逆流而上地布置的电极对和对应电极对，所述电极对和对应电极的有效的电极表面分别具有介电涂层。在所述电极和对应电极之间定义一个工作空间，在所述工作空间中工作气体可以借助介质阻挡的气体放电至少部分地被离子化。此外，所述设备在手持式设备中包括高压发生器、运输工具和电网独立的能量源，所述高压发生器与电极对和对应电极对电连接，所述运输工具产生工作气体的从工作气体源到工作区域中并且通过喷嘴开口的气体流，其中，工作气体源是环境空气，所述能量源用于给高压发生器和运输工具供电。

发明内容

本发明基于以下任务：阐明一种电极装置和以所述电极装置构型的等离子处理设备，所述等离子处理设备在较少的制造费用的情况下能够实现快速大面积的表面处理。

本发明的任务通过具有独立权利要求1的特征的电极装置和具有并列权利要求14的特征的等离子处理设备14解决。在从属权利要求中定义电极装置和等离子处理设备的优选的实施方式。

本发明涉及一种用于以物理等离子体对体进行表面处理的电极装置，所述电极装置具有用于连接到产生交流高压的交流高压源的输出端处的高压连接端以及多个连接到高压连接端处的线形电极体。电极体如此共同地连接到高压连接端处，使得在所有电极体处存在相同的交流高压，并且电极体以介质包罩和/或分别电容式地耦合到高压连接端处。电极体由于线形的缘故分别基本上沿着线延伸，所述线的情况不涉及直线。根据本发明，电极体其实分别包括一个弧形的区域，在所述区域中相应的线形电极体以至少90°改变其方向。邻接电极体的处理空间至少部分地处于所述电极体的弧形区域之间，体置于所述处理空间中用于以物理等离子体进行表面处理。如果在高压连接端处并且因此在电极体处存在相对于地或接地的交流高压，并且如果设置用于表面处理的体接地或者所述体具有足够大的电容，在电极体的弧形区域与待处理的体之间形成气体放电。在此，放电路径沿着线形电极体的弧形区域分布，因为最大的电场分布在弧形区域上并且例如不集中在电极体的指向相应的待处理的体的自由的尖端处，所述最大的电场出现在电场体的最小表面曲率半径的区域中。转向所述待处理的体的最小表面曲率半径是线形电极体的横截面的表面的表面曲率半径，所述横截面在每个电极体的弧形区域上优选是恒定的。通过沿着弧形的电极体的放电路径的分布，以根据本发明的电极装置通过介电地阻挡的气体放电产生的物理等离子体大面积地存在于待处理的体的表面上。如此快速完整地处理所述表面。

电极体在其弧形的区域中尤其可以具有具有倒圆角的或圆形的横截面的外表面，所述横截面的表面曲率半径在相应的电极体的周边上至少基本上相等。基本上，电极体但是也可以具有例如具有星形的横截面的外表面，以便在星的尖角的尖端处有针对性地引发相对于待处理的体的电场的场峰值，但是所述场峰值沿着线形电极体分布。

曲率可以基本上是恒定的，相应的线形电极体以所述曲率在弧形区域中改变其方向，但是所述曲率也可以变化。典型地，所述曲率的曲率半径处于3mm至300mm之间。经常地，所述曲率半径处于5mm至200mm之间。所述曲率半径无论如何明显地大于优选地在相应的线形电极体的弧形区域上保持不变的最小表面曲率半径。所述最小表面曲率半径典型地处于0.3mm至30mm之间的范围内。通常，所述最小表面曲率半径是在0.5mm至5mm之间。弧形区域的曲率半径与线形电极体的最小表面曲率半径之间的区别至少是因子3，经常是因子5或10或更大。

相应的线形电极体可以在弧形的区域中以明显大于90°、尤其以大约180°、也就是说150°或者更大改变其方向。因此，电极体越来越变得环形或回线形。电极体在此尤其可以从由电绝缘材料构成的底座延伸并且延伸直至由电绝缘材料构成的底座。也就是说，电极体不具有自由的末端，而是两侧地在相应的由电绝缘材料构成的底座中结束，在所述底座中电极体也可以连接到高压连接端。因此，避免电极体的自由远侧的末端处的每个场集中以及的与此相关地从电极体的远侧的末端发出仅逐点地形成气体放电。

处理空间——在所述处理空间中以根据本发明的电极装置实现表面处理——可以至少部分地处于两个平面之间，在所述平面中两个彼此相邻的电极体延伸成弧形的区域。所述处理空间可以例如相对于具有电极装置的叶片形的

体移动，以便以物理等离子体处理叶片形的体的两个彼此相对置的表面。因此，例如可以以物理等离子处理植物被寄生物或微生物感染的叶子，以便杀死所述寄生物或微生物。

处理空间至少部分地也在电极体的两个组之间延伸，所述电极体的弧形区域以彼此相反地指向的曲率半径相对置。在这种情况下，在根据本发明的电极装置的情况下也是如此的：所有的电极体——也就是说，两个组的电极体——在共同的高压连接端处连接，并且气体放电相应地不在电极体的两个组之间引发，而是相对于引入处理空间中的体引发。

每个组的电极体的弧形区域可以在彼此平行的平面中延伸。由此实现电极体的均匀并且紧密的分布和由此引发的气体放电。电极体可以不仅在组内而且越过两个组接触，而这不必中断电极装置的功能，因为在所有的电极体处存在相同的交流高压。

至少在电极体的弧形区域中——也就是说，也共同地——电极体可以能够抵抗回复力变形。因此，如果将待处理的体引入处理空间中，所述待处理的体将限界处理空间的电极体彼此分离地如此远，使得所述电极体适合与处理空间准确配合。因此，电极体紧邻待处理的体的表面。

如果例如所述处理的体又从处理空间中移除，电极体的可变形能力可以抵抗弹性力和/或重力地给定，使得电极体自主地恢复变形。

电极体可以布置在部分地包围处理空间的壳体中。通过壳体的剩余的开口可以将分别待处理的体引入处理空间中。在其中布置有电极体的壳体可以出于安全原因接地。

根据本发明的具有交流高压发生器的等离子处理设备具有连接到交流高压发生器的输出端处的根据本发明的电极装置，所述交流高压发生器在输出端处产生相对于地的交流高压。

交流高压发生器可以产生大约5kV至50kV之间、5kV至30kV之间的交流高压。

在根据本发明的设备的所述实施例和另外的实施例中，交流高压发生器可以产生具有大约100kHz至大约3MHz之间或150kHz至大约1MHz之间或200kHz至600kHz之间的频率的交流高压。通过所述交流高压的频率保证提高根据本发明的设备的运行安全性，因为基于集肤效应在无意碰触设备的部分(在所述部分处存在交流高压)的情况下，所引起的电流仅仅沿着触碰的人的身体的表面流动并且不深地置于处于下面的组织中。如此可以将根据本发明的设备的使用者的危险排除。

附加地，可以给交流高压加时钟信号，以便限制热量进入待处理的体中并且也进入碰触交流高压的人的身体中。在此，交流高压的时钟理解为根据各一组交替极性的高压脉冲中断交流高压。这种组可以包括例如交替极性的几个至几十个高压脉冲。尽管交流高压的频率大于100kHz，通过交流高压的时钟调节尤其在3kHz至50kHz的范围内的高压脉冲的平均脉冲重复频率。

在给交流高压加时间信号的情况下，通过每组中的高压脉冲的数量的变化和组序列频率——高压脉冲的各个组以所述频率彼此跟随——的数量的变化将通过交流高压引发的气体放电的电功率调节到期望值、尤其所处理的对象的表面的每单位面积的期望值。所述面积功率密度可以处于0.1至10W/cm²之间。

交流高压发生器的总输出功率可以处于5W至500W的典型范围内。

高压脉冲的组的组序列频率可以超过可被人听见的频率范围，也就是说，是至少16kHz，使得设备的运行不引起具有重复频率的噪声。组序列频率也可以明显地高于可听见的范围的界限，也就是说，是至少20kHz或至少30kHz，使得设备与绝对不被人察觉的振荡激励器相关联。

本发明有利的扩展方案由权利要求、说明书和附图得出。特征或多个特征的组合的在说明书中提及的优点仅仅是示例性的并且可以交替地或累积地实现，而不必强制地由根据本发明的实施例实现。由此不必改变所附的权利要求的主题，鉴于原始的申请材料和专利的公开内容适用如下：从附图——尤其从示出的几何图形和多个构件彼此的相对尺寸以及所述构件的相对布置和有效连接——提取其他特征。本发明的不同的实施方式的特征的组合或不同的权利要求的特征的组合同样可能偏离权利要求的所选择的引用，并且以此启发。这也涉及在分开的附图中示出的或在其说明中提及的特征。所述特征也可以与不同的权利要求的特征组合。同样可以取消在权利要求中提出的对于本发明的另外的实施例的特征。

在权利要求或描述中提及的特征关于其数量可以如此理解：存在恰好所述数量或比所提及的数量更大的数量，而不需要明确地使用副词“至少”。如果例如提及元素，可以如此理解：存在恰好一个元素、两个元素或多个元素。在权利要求中提出的元素可以通过另外的元素补充或者是唯一的元素，相应的结果由所述元素构成。

在权利要求中包含的附图标记没有描述通过权利要求保护的主题的范围的限制。所述附图标记仅仅用于使权利要求更容易理解的目的。

附图说明

以下根据在附图中描述的优选的实施例进一步阐述和描述本发明。

图1：示出一种构造为手持式设备的根据本发明的具有两个电极体的等离子处理设备。

图2：示出一种根据本发明的等离子处理设备的实施方式，所述等离子处理设备具有多个彼此并排地布置的弧形电极体。

图3：示出一种根据本发明的等离子处理设备的实施方式，所述等离子处理设备具有多个彼此并排地布置的回线形电极体；

图4：示出一种根据本发明的等离子处理设备的实施方式，所述等离子处理设备具有弧形电极体的两个彼此相对置的组。

具体实施方式

在图1中描述的等离子处理设备1包括具有两个弧形电极体2的电极装置18，所述电极体分别在由电绝缘材料构成的底座3中开始并且结束，并且在两个彼此平行地延伸的平面中首先笔直地从底座3离开，然后经过180°的弧并且最后笔直地延伸回到底座3。两个相应的以介质4包罩的电极体2的横截面在此是圆形的。曲率半径20——电极体2以所述曲率半径在其弧形区域10中改变其方向——在此是其基于其圆形横截面的最小表面曲率半径21的大约五倍。在所述电极体的从底座3和至底座3的总延伸上的电极体2具有所述最小表面曲率半径21。手持式设备的闭合的壳体5中的电极体2通过高压连接端19共同地电连接到交流高压发生器7的输出端6处，所述交流高压发生器由蓄电池8供应能量。交流高压发生器7产生存于输出端6处的相对于其电接地的交流高压。如果将电接地的或者具有足够的电容的对象引入两个电极体2之间的处理空间9中，通过存在于电极体2处的交流高压引发相对于体的表面的气体放电，所述气体放电导致以物理等离子体对体进行表面处理，所述等离子体由于气体放电产生。气体放电在底座3外的电极体2的整个长度上分布，因为所述电极体在其整个长度上具有最小表面曲率半径21，所述表面曲率半径确定相对于待处理的体的最大电场。

在根据图2的等离子处理设备1的实施方式的情况下，多个——也就是说多于两个电极体2在彼此平行地延伸的平面中彼此并排地布置，其中，所述电极体分别在相同的底座3中开始并且结束并且通过相同的高压连接端19连接到交流高压发生器7的相同的输出端6处。在此，处理空间9在电极体2之间延伸并且延伸至其弧形区域10前。图解是两个体11，所述体的表面12在其与电极体2相对置的区域中由于在那里形成的气体放电13以物理等离子体进行处理。

图3示出一种根据图2的等离子处理设备1的变型方案。在此，电极体2分别是环形的或回线形的

其中，所述电极体2完全由其弧形区域10构成并且在所述弧形区域上以恒定的曲率半径20在360°上改变其方向。在此，处理空间9也在电极体2前延伸并且在电极体2之间延伸。

在图4中描述的等离子处理设备1具有电极体2的两个组14和15，所述电极体分别端侧地支承在底座3中。两个组14和15的电极体2以其弧形区域10相对置，其中，两个组的电极体2——如在图4中描述的那样——也可以处于彼此紧挨或者甚至彼此嵌接。等离子处理设备1的在电极体2之间的处理空间也容纳用于表面处理的更大的体，其方式是：电极体2连同其具有介质4的包罩部在内能够抵抗回复力地变形地构造。因此，例如待消毒的手可以通过侧面的开口17移进部分打开的壳体16中，在所述壳体中布置有电极体2的两个组14和15。持续地或者由于体移进壳体16中通过高压连接端19施加交流高压，更确切地说将相同的交流高压施加到所有电极体2处，使得不在电极体2之间、而是在待处理的体的表面与相对置的或贴靠的电极体2之间引发最终的气体放电。因此，在图4中的示出不可以如此理解：两个交流高压发生器7在其输出端6处产生相对于地的独立的交流高压。邻接相应的体的电极体2的紧密的分布和电极体2的在线形电极体2的纵向延伸上保持不变的最小表面曲率半径负责在相应的体与电极体2之间形成的放电路径的大面积的分布。如此实现以通过气体放电产生的物理等离子体对体2进行快速全面的表面处理。

附图标记列表

1 等离子处理设备

2 电极体

3 底座

4 介质

5 壳体

6 输出端

7 交流高压发生器

8 蓄电池

9 处理空间

10 弧形区域

11 体

12 表面

13 气体放电

14 组

15 组

16 壳体

17 开口

18 电极装置

19 高压连接端

20 曲率半径

21 表面曲率半径

Claims (17)

1.一种电极装置(18)，其用于以物理等离子体对体(11)进行表面处理，所述电极装置具有：

高压连接端(19)，其用于连接到产生交流高压的交流高压源的输出端(6)处；

多个线形电极体(2)，所述多个线形电极体如此共同连接到高压连接端(19)处，使得在所有的电极体(2)处存在相同的交流高压，并且所述多个线形电极体以介质(4)包罩和/或分别电容式地耦合到所述高压连接端(19)处；

邻接所述电极体(2)的处理空间(9)，所述体(11)置于所述处理空间中用于以所述物理等离子体进行表面处理；

其特征在于，所述电极体(2)分别包括弧形区域(10)，在所述弧形区域中，相应的线形电极体(2)以至少90°改变其方向，其中，所述处理空间(9)至少部分地处于所述电极体(2)的弧形区域(10)之间。

2.根据权利要求1所述的电极装置(18)，其特征在于，曲率半径(20)是在3mm至300mm之间，所述相应的线形电极体(2)在所述弧形区域(10)中以所述曲率半径改变其方向。

3.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述相应的线形电极体(2)在所述弧形区域(10)中具有0.3mm至30mm之间的保持不变的最小表面曲率半径(21)。

4.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述电极体(2)在所述弧形区域(10)中具有如下外表面：所述外表面具有倒圆角的或圆形的横截面。

5.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述相应的线形电极体(2)在所述弧形区域(10)中以至少150°改变其方向。

6.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述相应的线形电极体(2)从由电绝缘材料构成的底座(3)延伸并且延伸直至所述由电绝缘材料构成的底座。

7.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述处理空间(9)至少部分地处于如下两个平面之间：在所述平面中，两个彼此相邻的电极体(2)延伸成弧形区域(10)。

8.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述处理空间(9)至少部分地在所述电极体(2)的两个组(14，15)之间延伸，所述电极体的两个组的弧形区域(10)以彼此相反地指向的曲率半径相对置。

9.根据权利要求8所述的电极装置(18)，其特征在于，每个组(14，15)的电极体(2)的弧形区域(10)在彼此平行的平面中延伸。

10.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述电极体(2)在所述弧形区域(10)中能够变形。

11.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述电极体(2)能够抵抗弹力和/或重力变形。

12.根据权利要求1或2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述电极体(2)布置在部分地包围所述处理空间(9)的壳体(16)中。

13.根据权利要求12所述的电极装置(18)，其特征在于，所述壳体(16)是接地的。

14.根据权利要求2所述的电极装置(18)，其特征在于，所述曲率半径(20)是在5mm至200mm之间，所述相应的线形电极体(2)在所述弧形区域(10)中以所述曲率半径改变其方向。

15.根据权利要求3所述的电极装置(18)，其特征在于，所述相应的线形电极体(2)在所述弧形区域(10)中具有0.5mm至5mm之间的保持不变的最小表面曲率半径(21)。

16.一种等离子处理设备(1)，其具有交流高压发生器(7)以及根据权利要求1至15中任一项所述的电极装置(18)，所述交流高压发生器在输出端(6)处产生相对于地或接地的交流高压，所述电极装置连接到所述交流高压发生器(7)的输出端(6)处。

17.根据权利要求16所述的等离子处理设备(1)，其特征在于，所述交流高压发生器(7)产生5kV至30kV的交流高压，所述交流高压呈具有3kHz至50kHz的脉冲重复频率和具有5W至500W的电功率的高压脉冲对的形式。

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