DE102010030294A1 - Cold high frequency-excited plasma beam producing device for e.g. medical purpose, has high frequency generator, resonance coil, insulating body and high-voltage electrode arranged in housing so that components are circulated by process gas - Google Patents

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Abstract

The device has a metal housing (7) functioning as a grounded electrode (2) in a region of an emergent plasma (1). A high frequency (HF) generator (8), a HF resonance coil (5), an insulating body (4) and a high-voltage electrode (3) are arranged in the housing in such a manner that the generator, the coil, the body and the high-voltage electrode are permeated or circulated by a process gas (6). The resonance coil has a closed ferrite core suitable for the high frequency. The insulating body functions as a gas nozzle, and the high-voltage electrode is mounted in the insulating body.

Description

Die Patentanmeldung stellt eine Zusatzpatentanmeldung gemäß § 16(2) Patentgesetz zur anhängigen Patentanmeldung DE 10 2009 028 190.8 vom 03.08.2009 dar.The patent application is an additional patent application according to § 16 (2) Patent Act to the pending patent application DE 10 2009 028 190.8 from 03.08.2009 dar.

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas gemäß Patentanmeldung DE 10 2009 028 190.8 vom 03.08.2009, nachfolgend Hauptanmeldung genannt. Die Verbesserung gegenüber der Hauptanmeldung besteht erstens aus einer elektrisch leitenden Kappe (12) die im vorderen Bereich einen Schlitz (11) aufweist. Diese Kappe ist elektrisch mit dem Gehäuse (7) verbunden und damit auch geerdet. Das Plasma endet im Bereich des Schlitzes und kann, bedingt durch die Geometrie des Schlitzes, nicht heraustreten.The invention relates to an improved apparatus for producing a non-thermal plasma according to patent application DE 10 2009 028 190.8 dated 03.08.2009, hereinafter referred to as parent application. The improvement over the parent application consists firstly of an electrically conductive cap ( 12 ) in the front area a slot ( 11 ) having. This cap is electrically connected to the housing ( 7 ) connected and thus grounded. The plasma ends in the region of the slot and can not escape due to the geometry of the slot.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, wie in 6 dargestellt, die Plasmadüse von der Hochspannungsquelle abzukoppeln und über ein geeignetes, möglichst kurzes Hochspannungskabel sowie über einen entsprechenden Prozessgas-Schlauch extern zu speisen.Another object of the invention is as in 6 shown to decouple the plasma nozzle from the high voltage source and to feed via a suitable, shortest possible high voltage cable and a corresponding process gas hose externally.

Der Stand der Technik entspricht dem der Patentanmeldung DE 10 2009 028 190.8 vom 03.08.2009. Wie in 1 der Hauptanmeldung dargestellt, wird an einer Hochspannungselektrode (3) ein Plasma (1) erzeugt, das durch das Prozessgas (6) aus der Gasdüse (4) ausgetrieben wird. Mit diesem Plasma erfolgt dann eine Behandlung der gewünschten Oberfläche in Medizin, Kosmetik etc.The prior art corresponds to that of the patent application DE 10 2009 028 190.8 from 03.08.2009. As in 1 of the parent application is applied to a high voltage electrode ( 3 ) a plasma ( 1 ) generated by the process gas ( 6 ) from the gas nozzle ( 4 ) is expelled. This plasma is then used to treat the desired surface in medicine, cosmetics, etc.

In diesem Plasma werden insbesondere reaktive Spezies (Radikale) und Strahlung (VUV/UV) erzeugt, die wichtig für den Behandlungseffekt sind. Zum anderen wird das Plasma durch Verlustprozesse aufgeheizt und die Temperatur in der Spitze beträgt etwa 50°C, was unter Plasmabedingungen als „kalt” zu betrachten ist. Bei Anwendungen auf der menschlichen Haut führt jedoch die permanente lokale Behandlung der Haut mit einem Plasma dieser Temperatur zu einer lokalen Verbrennung. Zur Vermeidung derartiger Verbrennungen wird derzeit das Plasma mit einer gewissen Geschwindigkeit über die zu behandelnde Stelle bewegt.In particular, reactive species (radicals) and radiation (VUV / UV) are generated in this plasma, which are important for the treatment effect. On the other hand, the plasma is heated by loss processes and the temperature in the tip is about 50 ° C, which is considered to be "cold" under plasma conditions. However, in human skin applications, permanent topical treatment of the skin with a plasma of this temperature results in localized combustion. To avoid such burns, the plasma is currently being moved over the site to be treated at a certain rate.

Eine weitere Reizung (Irritation) der Haut, die sich in einem unangenehmen ”Kribbeln” äußert, wird durch den elektrischen Strom hervorgerufen, der von der Hochspannungselektrode (3) über das leitende Plasma zur Hautoberfläche fließt. Normalerweise ist dies unbedenklich und mehr oder weniger erträglich. In sensibleren Bereichen des Körpers, wie beispielsweise in der Mundhöhle (im Fall einer Behandlung des Zahnfleisches), ist dies schmerzhaft und nicht mehr zu vertreten.Further irritation (irritation) of the skin, which manifests itself in an unpleasant "tingling sensation", is caused by the electric current that is generated by the high voltage electrode ( 3 ) flows over the conductive plasma to the skin surface. Normally, this is safe and more or less bearable. In more sensitive areas of the body, such as in the oral cavity (in the case of gum treatment), this is painful and unacceptable.

Wie in der Hauptanmeldung beschrieben, besteht ein Vorteil vor allem darin, dass durch die Integration von Plasmadüse, Hochspannungsspule und HF-Generator in einem handlichen Plasmawerkzeug die Kabelverbindung zwischen Plasmaquelle(-„Plasmadüse”) und Hochspannungsquelle entfällt und somit das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit gelöst wird. Andererseits bietet sich durch die Miniaturisierung des Plasmawerkzeugs die Möglichkeit der Anwendung für punktgenaue, lokale Mikroplasmabehandlungen.As described in the parent application, there is an advantage in particular that the integration of plasma nozzle, high voltage coil and RF generator in a handy plasma tool eliminates the cable connection between plasma source (- "plasma nozzle") and high voltage source and thus solves the problem of electromagnetic compatibility becomes. On the other hand, the miniaturization of the plasma tool offers the possibility of application for pinpoint, local micro-plasma treatments.

Die Erfindung stellt es sich einerseits zur Aufgabe, die genannten Nachteile (Reizung der Haut) zu beseitigen und andererseits eine Alternative zur Integration von Plasmadüse, Hochspannungsspule und HF-Generator gemäß Hauptanmeldung bereitzustellen.On the one hand, the object of the invention is to eliminate the mentioned disadvantages (irritation of the skin) and, on the other hand, to provide an alternative to the integration of plasma nozzle, high voltage coil and HF generator according to the parent application.

Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.The problem has been solved according to the features of the claims.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung im Bereich der erzeugten Spezies ein feldfreies Gebiet erzeugt, d. h. Elektronen und Ionen weitgehend „abgesaugt” wurden. Außerdem ist es gelungen, die Plasmadüse weiter zu miniaturisieren und damit auch an schwer zugänglichen Stellen eine lokale Plasmabehandlung vornehmen zu können.Surprisingly, it has been found that with the solution according to the invention in the area of the species produced, a field-free region is produced, ie. H. Electrons and ions were largely "sucked off". In addition, it has been possible to further miniaturize the plasma nozzle and thus be able to perform a local plasma treatment even in hard to reach places.

Die im Stand der Technik erwähnten Irritationen durch zu hohe Temperaturen und durch den elektrischen Strom wurden erfindungsgemäß wie folgt unterbunden:The irritations due to excessively high temperatures and the electric current mentioned in the prior art were prevented according to the invention as follows:

In 1 ist nochmals der Kopf aus 1 der Hauptanmeldung dargestellt. Die Neuerung gegenüber der Hauptanmeldung besteht aus einer elektrisch leitenden Kappe (12) die im vorderen Bereich einen Schlitz oder ein Loch (11) aufweist. Der Schlitz oder das Loch sollte höchstens 0,7 mm breit, der Schlitz kann vorzugsweise 8 mm lang sein. Diese Kappe ist elektrisch mit dem Gehäuse (7) verbunden und damit auch geerdet. Das Plasma endet im Bereich des Schlitzes und kann, bedingt durch die Geometrie des Schlitzes, nicht heraustreten, nach dem Prinzip eines Faradayschen Käfigs. Diese Kappe wirkt wie eine dritte Elektrode und leitet den elektrischen Strom zur Erde ab. Damit ist eine Feldfreiheit in unmittelbarer Umgebung des Schlitzes gegeben.In 1 is the head again 1 the parent application. The innovation compared to the parent application consists of an electrically conductive cap ( 12 ) in the front area a slot or a hole ( 11 ) having. The slot or hole should be at most 0.7 mm wide, the slot preferably being 8 mm long. This cap is electrically connected to the housing ( 7 ) connected and thus grounded. The plasma ends in the area of the slit and, due to the geometry of the slit, can not emerge, according to the principle of a Faraday cage. This cap acts as a third electrode and conducts the electrical current to earth. This is a field freedom given in the immediate vicinity of the slot.

Die zur Behandlung notwendigen Spezies und die Strahlung stehen jedoch, wenn auch etwas gemindert, hinter dem Spalt zur Verfügung. Die antimikrobielle Wirkung konnte nachgewiesen werden.However, the species and radiation necessary for treatment are available, albeit somewhat diminished, behind the cleft. The antimicrobial effect could be proven.

Gleichzeitig wird durch diese Kappe die thermische Energie aufgenommen und die Temperaturen sind so gering, dass eine permanente Behandlung auf der Haut, auch in sensiblen Bereichen, erfolgen kann.At the same time the thermal energy is absorbed by this cap and the temperatures are so low that a permanent Treatment on the skin, even in sensitive areas, can be done.

Der entscheidende Vorteil ist, dass eine solche annehmbare Kappe eine Option für den Anwender darstellt. Benötigt er ein „kräftigeres” Plasma, dann arbeitet er ohne Kappe. Die Kappe wird – je nach Anwendungsgebiet – einfach aufgeschoben oder abgezogen.The key advantage is that such an acceptable cap is an option for the user. If he needs a "stronger" plasma, then he works without a cap. The cap is - depending on the application - simply pushed or peeled off.

Die Alternative zur Integration von Plasmadüse, Hochspannungsspule und HF-Generator gemäß Hauptanmeldung besteht darin, dass man, wie in 2 dargestellt, die Plasmadüse von der Hochspannungsquelle abkoppelt und über ein geeignetes, vorzugsweise kurzes Hochspannungskabel sowie über einen entsprechenden Prozessgas-Schlauch extern speist.The alternative to the integration of plasma nozzle, high voltage coil and RF generator according to the parent application is that, as in 2 represented, the plasma nozzle decoupled from the high voltage source and fed via a suitable, preferably short high voltage cable and via a corresponding process gas hose externally.

Diese Anordnung ermöglicht es, die Plasmadüse weiter zu miniaturisieren und damit auch an schwer zugänglichen Stellen eine lokale Plasmabehandlung vornehmen zu können.This arrangement makes it possible to further miniaturize the plasma nozzle and thus be able to make a local plasma treatment even in hard to reach places.

In diesem Fall müssen allerdings zusätzliche Maßnahmen zur Vermeidung einer erhöhten elektromagnetischen Störabstrahlung ergriffen werden.In this case, however, additional measures must be taken to avoid increased electromagnetic interference radiation.

Diese Anordnung bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die Plasmadüse durch eine andere, an das zu behandelnde Objekt angepasste, externe Plasmaquelle zu ersetzen.This arrangement also offers the possibility to replace the plasma nozzle by another, adapted to the object to be treated, external plasma source.

3 zeigt als Beispiel eine Anordnung mit einer, speziell für die Plasmabehandlung von isolierten oder nicht isolierten Drähten geeigneten, Plasmaquelle. 3 shows as an example an arrangement with a, especially for the plasma treatment of insulated or non-insulated wires suitable plasma source.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Plasmaplasma
22
Elektrode (geerdetes Gehäuse)Electrode (grounded case)
33
Hochspannungs-ElektrodeHigh-voltage electrode
44
Isolierkörper/GasdüseInsulator / gas nozzle
55
HF-ResonanzspuleRF resonance coil
66
Prozessgasprocess gas
77
Gehäuse (Metall)Housing (metal)
88th
HF-Generator/LeiterplatteRF generator / PCB
99
dc-Spannungsanschlussdc-voltage connection
1010
Steckkontaktplug contact
1111
Schlitzslot
1212
Kappecap
1313
HochspannungsleitungHigh-voltage line
1414
zu behandelndes, leitfähiges Material (z. B. Draht: mit oder ohne Isolation)Conductive material to be treated (eg wire: with or without insulation)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009028190 [0001, 0002, 0004] DE 102009028190 [0001, 0002, 0004]

Claims (4)

Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas gemäß Patentanmeldung DE 10 2009 028 190.8 vom 03.08.2009, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektrisch leitende abnehmbare Kappe (12) umfasst, die im vorderen Bereich einen Schlitz oder ein Loch (11) aufweist.Apparatus for producing a non-thermal plasma according to patent application DE 10 2009 028 190.8 of 03.08.2009, characterized in that it comprises an electrically conductive removable cap ( 12 ), which in the front region a slot or a hole ( 11 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz oder das Loch höchstens 0,7 mm breit ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the slot or the hole is at most 0.7 mm wide. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe elektrisch mit dem Gehäuse (7) verbunden ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the cap is electrically connected to the housing ( 7 ) connected is. Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen Plasmas gemäß Patentanmeldung DE 10 2009 028 190.8 vom 03.08.2009, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse von der Hochspannungsquelle abgekoppelt ist und über ein Hochspannungskabel sowie über einen Prozessgas-Schlauch extern gespeist wird.Apparatus for producing a non-thermal plasma according to patent application DE 10 2009 028 190.8 from 03.08.2009, characterized in that the gas nozzle is disconnected from the high voltage source and is powered externally via a high voltage cable and a process gas hose.
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R003 Refusal decision now final