DE102019110814A1

DE102019110814A1 - Vorrichtung zum Behandeln von Textilien mit einem physikalischen Plasma

Info

Publication number: DE102019110814A1
Application number: DE102019110814.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Viöl; Stephan Wieneke; Christian Viöl
Original assignee: Hochschule fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim Holzminden Gottingen
Current assignee: Hochschule fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim Holzminden Gottingen
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-29
Also published as: EP3959946A2; WO2020216675A3; WO2020216675A2

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum Behandeln von Textilien (18) mit einem physikalischen Plasma (17) mit zwei walzenförmigen Elektroden (2, 3), die um ihre Walzenachsen (4, 5) drehbar gelagert sind, die jeweils einen elektrisch leitfähigen Kern (6, 7) und einen den Kern (6, 7) umschließenden Walzenmantel (8,9) aus einem Dielektrikum aufweisen und deren Walzenmäntel (8, 9) einander gegenüber liegen, und mit einem Wechselhochspannungsgenerator (12), dessen beiden Ausgänge (13, 14) im Betrieb der Vorrichtung (1) an die elektrisch leitfähigen Kerne (6, 7) der beiden Elektroden (2,3) angeschlossen sind und der dazu ausgebildet ist, eine Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden (2,3) hervorzurufen, ist der Walzenmantel (8, 9) mindestens einer der beiden Elektroden (2,3) mindestens 2 mm dick und aus einem elastisch verformbaren dielektrischen Material (10) ausgebildet und sind die beiden Elektroden (2, 3) zum direkten Einführen der Textilien (18) zwischen die beiden Elektroden (2, 3) im Betrieb der Vorrichtung (1) frei zugänglich.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln von Textilien mit einem physikalischen Plasma mit zwei walzenförmigen Elektroden, die um ihre Walzenachsen drehbar gelagert sind, die jeweils einen elektrisch leitfähigen Kern und einen den Kern umschließenden Walzenmantel aus einem Dielektrikum aufweisen und deren Walzenmäntel einander gegenüberliegen, und mit einem Wechselhochspannungsgenerator, dessen beiden Ausgänge im Betrieb der Vorrichtung an die elektrisch leitfähigen Kerne der beiden Elektroden angeschlossen sind und der dazu ausgebildet ist, eine Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden zu erzeugen, die bei Atmosphärendruck eine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den beiden Elektroden hervorruft.
STAND DER TECHNIK
Eine Vorrichtung zum Behandeln von Textilien mit einem physikalischen Plasma, die die oben angegebenen Merkmale nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus der US 2009/0120782 A1 bekannt. Hier ist eine um einen Walzenspalt zwischen den beiden walzenförmigen Elektroden gebildete Entladungskammer durch je eine vor und hinter dem Walzenspalt angeordnete Andruckwalze begrenzt, deren Walzenachse parallel zu den Walzenachsen der Elektroden verläuft und die mit der einen Elektrode in Kontakt steht, während sie im Betrieb der bekannten Vorrichtung vor bzw. hinter dem Walzenspalt zwischen den beiden Elektroden einen weiteren Walzenspalte gegenüber der anderen Elektrode ausbildet. Die Abstützwalzen können einen leitfähigen oder nichtleitfähigen Kern aufweisen, der von einem Walzenmantel aus einem nichtleitfähigen nachgiebigen Material, wie beispielsweise einem geeigneten Hochtemperaturgummimaterial, zum Beispiel Silikongummi, umschlossen ist. Die Abstützwalzen können angetrieben oder frei drehbar sein. Das Dielektrikum der Walzenmäntel der beiden Elektroden, zwischen denen die dielektrisch behinderte Gasentladung hervorgerufen wird, besteht aus einem hitzebeständigen dielektrischen Material, wie beispielsweise einer geeigneten Keramik. Die eine walzenförmige Elektrode ist zusammen mit den an ihr anliegenden Andruckwalzen mit Aktuatoren, wie beispielsweise pneumatischen Zylindern, gegenüber der anderen walzenförmigen Elektrode verfahrbar, um den Walzenspalt zwischen den Elektroden auf eine Größe einzustellen, die an die Dicke der zu behandelnden Textilien angepasst ist. Die bekannte Vorrichtung ist zur Behandlung von Textilien nur dann geeignet, wenn diese in Form von endlosem Bahnenmaterial vorliegen.
Aus der WO 2013/156352 A2 ist eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung einer Oberfläche eines Objekts bekannt, die eine walzenförmige Elektrode und eine Wechselhochspannungsquelle zum Anlegen einer Wechselhochspannung an die Elektrode, um eine dielektrisch behinderte Gasentladung zu erzeugen, aufweist. Die walzenförmige Elektrode ist mit ihrer konvexen Oberfläche derart an die Oberfläche des Objekts annäherbar, dass sich in der Nachbarschaft eines Kontaktbereichs zwischen den Oberflächen mindestens ein Plasmabereich ausbildet, in dem sich beim Anlegen der Wechselhochspannung an die Elektrode eine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Oberflächen ausbildet. Die Elektrode weist einen elektrisch leitfähigen Kern und einen den Kern umschließenden Walzenmantel aus einem Dielektrikum auf. Dabei kann die Oberfläche der Elektrode elastisch verformbar sein und sich so in dem Kontaktbereich an die Oberfläche des Objekts anpassen. Die bekannte Vorrichtung ist insbesondere als batterie- oder akkumulatorbetriebenes Handgerät mit einem Handgriff zum Bewegen der Elektrode gegenüber dem Objekt ausgebildet. Der Handgriff ist an ein Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material angesetzt, in dem die Elektrode um ihre Walzenachse frei drehbar gelagert ist und über das die Elektrode zumindest soweit vorsteht, dass sie mit dem Objekt in Kontakt treten kann.
Aus der DE 10 2011 100 751 A1 ist ein Verfahren zur Inaktivierung von geruchsrelevanten Molekülen durch Erzeugen eines Plasmas bekannt, bei dem heiße Elektronen des Plasmas auf die zu inaktivierenden Moleküle einwirken sollen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des bekannten Verfahrens weist ein Gehäuse, eine dem Gehäuse zugeordnete Plasmaquelle und einen Abstandhalter auf, der einen Abstand zwischen der Plasmaquelle und einer zu behandelnden Oberfläche einhält, bei welchem an der zu behandelnden Oberfläche angelagerte Moleküle durch die heißen Elektronen des Plasmas inaktiviert werden. Dabei kann die Oberfläche der Plasmaquelle flexibel oder elastisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann mit dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung Kleidung von üblen Gerüchen befreit werden.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Behandeln von Textilien mit einem physikalischen Plasma aufzuzeigen, die zur vollflächigen Behandlung von Kleidungsstücken und anderen komplexer geformten Textilien geeignet ist, um in den Textilien enthaltene Bakterien abzutöten.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 16 definiert. Patentanspruch 17 betrifft einen Bügelautomat mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln von Textilien mit einem physikalischen Plasma mit zwei walzenförmigen Elektroden, die um ihre Walzenachsen drehbar gelagert sind, die jeweils ein elektrisch leitfähigen Kern und einen den Kern umschließenden Walzenmantel aus einem Dielektrikum aufweisen und deren Walzenmäntel einander gegenüberliegen, und mit einem Wechselhochspannungsgenerator, dessen beiden Ausgänge im Betrieb der Vorrichtung an die elektrisch leitfähigen Kerne der beiden Elektroden angeschlossen sind und der dazu ausgebildet ist, eine Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden zu erzeugen, die bei Atmosphärendruck eine dielektrisch beinhaltete Gasentladung zwischen den beiden Elektroden hervorruft, ist der Walzenmantel mindestens einer der beiden Elektroden mindestens 2 mm dick und aus einem elastisch verformbaren dielektrischen Material ausgebildet und sind die beiden Elektroden zum direkten Einführen der Textilien zwischen die beiden Elektroden im Betrieb der Vorrichtung frei zugänglich. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln auch von kleinteiligen Textilien nicht uniformer Dicke ertüchtigt, um in den Textilien enthaltene Bakterien mithilfe des durch die dielektrisch behinderte Gasentladung entstehenden physikalischen Plasmas bzw. der darin enthaltenen reaktiven Spezies abzutöten. Eine Befreiung der Textilien von unangenehmen Gerüchen geht einher, da Geruchsmoleküle dissoziiert werden.
Dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beide Elektroden walzenförmig sind und darüber hinaus weitere übereinstimmende Merkmale aufweisen, bedeutet nicht, dass die beiden Elektroden insgesamt gleich oder gar identisch ausgebildet sein müssen. Typischerweise weisen sie jedoch eine gleiche Länge in Richtung ihrer Walzenachsen auf. Wenn hier im Folgenden von einer Länge der Walzenachse die Rede ist, ist diese übereinstimmende Länge bzw. bei nicht gleich langen Elektroden die Länge der kürzeren Elektrode gemeint, die die Länge des Bereichs eines kleinsten Abstands der Walzenmäntel der beiden Elektroden begrenzt, in dem sich die Walzenmäntel der beiden Elektroden gegenüberliegen.
Dass die walzenförmigen Elektroden jeweils einen elektrisch leitfähigen Kern und einen den Kern umschließenden Walzenmantel aus einem Dielektrikum aufweisen bedeutet, dass unter dem Walzenmantel von typischerweise uniformer Dicke über den wesentlichen Walzenumfang der jeweiligen Elektrode elektrisch leitfähiges Material angeordnet ist, an das der jeweilige Ausgang des Wechselhochspannungsgenerators im Betrieb der Vorrichtung angeschlossen ist. Der elektrisch leitfähige Kern der jeweiligen Elektrode muss dazu weder massiv noch in Umfangsrichtung um die Walzenachse oder längs der Walzenachse durchgängig sein. Eine Segmentierung des elektrisch leitfähigen Kerns der jeweiligen Elektrode in Umfangsrichtung kann beispielsweise genutzt werden, um die Wechselhochspannung des Wechselhochspannungsgenerators nur in dem Bereich des kleinsten Abstands der beiden Walzenmäntel an die jeweilige Elektrode anzulegen. Eine Segmentierung des elektrisch leitfähigen Kerns der jeweiligen Elektrode in Richtung längs der Walzenachse kann hingegen genutzt werden, um die von der angelegten Wechselhochspannung hervorgerufene dielektrisch behinderte Gasentladung über unterschiedliche Materialien zwischen den Elektroden hinweg über die gesamte Länge der Elektroden aufrechtzuerhalten und möglichst gleichmäßig auszubilden.
Dass die Walzenmäntel der beiden Elektroden einander gegenüberliegen impliziert, dass die Walzenachsen der beiden Elektroden parallel zueinander ausgerichtet sind und dass sich beide Elektroden in Richtung längs der Walzenachsen auf gleicher Höhe befinden bzw. möglichst vollständig überlappen. Dabei können die Walzenmäntel in einer Grundstellung, in der sich keine zu behandelnde Textilien zwischen ihnen befinden, direkt aneinander anliegen oder einen Walzenspalt ausbilden. Die Höhe dieses Walzenspalts sollte dabei nicht größer als die minimale Dicke der zu behandelnden Textilien sein, damit die Elektroden an zwischen die beiden Elektroden eingeführte Textilien anliegen. Vorzugsweise ist der Walzenspalt in dem Grundzustand sogar kleiner als die minimale Dicke der Textilien oder die beiden Elektroden werden nach dem Einführen der Textilien zwischen sie im Sinne einer Reduzierung des Walzenspalts gegeneinander beaufschlagt, um sicher an den zu behandelnden Textilien anzuliegen. Diese sichere Anlage der Elektroden an den zu behandelnden Textilien wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass der Walzenmantel der mindestens einen der beiden Elektroden in einer Dicke von mindestens 2 mm aus einem elastisch verformbaren dielektrischen Material ausgebildet ist. So kann sich der Außenumfang der mindestens einen der beiden Elektroden zur Anpassung an unterschiedliche Dicken der zu behandelnden Textilien verformen. Im Ergebnis können auch nichtkompressible Bestandteile der Textilien, wie beispielsweise Reißverschlüsse oder Knöpfe, zwischen den beiden Elektroden hindurchtreten, ohne dass der Abstand der beiden Elektroden über ihre gesamte Länge an die nur lokal erhöhte Dicke der Textilien angepasst werden muss, wodurch der direkte Kontakt der Elektroden mit den Textilien im Wesentlichen verloren ginge.
Die von dem Wechselhochspannungsgenerator erzeugte Wechselhochspannung ruft die dielektrisch behinderte Gasentladung bei Atmosphärendruck zwischen den beiden Elektroden an den Oberflächen der zu behandelnden Textilien hervor. Diese Oberflächen der Textilien umfassen nicht nur die äußeren, sondern auch innere Oberflächen der Textilien, die an Gas, d. h. insbesondere Luft, angrenzen. An all diesen Oberflächen anhaftende Bakterien werden durch das in der Gasentladung entstehende Plasma bzw. die darin enthaltenen reaktiven Spezies abgetötet und Geruchsmoleküle zerstört.
Dass die Elektroden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum direkten Einführen der Textilien zwischen die beiden Elektroden im Betrieb der Vorrichtung frei zugänglich sind bedeutet, dass durch einen Bedienenden der Vorrichtung die Textilien manuell dem Bereich des kleinsten Abstands zwischen den beiden Elektroden so zugeführt werden können, dass die Textilien zwischen die beiden Elektroden gelangen. Dies ist insbesondere bei kleinteiligen und unregelmäßig geformten Textilien Voraussetzung dafür, sie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandeln zu können.
Vorzugweise ist der Walzenmantel der mindestens einen der beiden Elektroden aus dem elastisch verformbaren dielektrischen Material mindestens 4 mm dick. Hierdurch wird eine noch höhere Verformbarkeit des Walzenmantels erreicht. Alternativ oder zusätzlich kann eine noch höhere Verformbarkeit des Walzenmantels dadurch erreicht werden, dass der elektrisch leitfähige Kern der mindestens einen Elektrode verformbar ausgeführt ist, indem er beispielsweise aus einem Metallgewebe ausgebildet ist, das in das verformbare dielektrische Material des Walzenmantels eingebettet ist. Dabei kann der elektrisch leitfähige Kern eine eigene Elastizität aufweisen oder durch die Elastizität des elastisch verformbaren Materials des Walzenmantels zurückgeformt werden. Es versteht sich, dass auch beide Walzenmäntel beider walzenförmigen Elektroden elastisch verformbar ausgebildet sein können. Dies ist in der Regel bevorzugt, um eine besonders große Anpassbarkeit der Elektroden an eine variierende Dicke der zu behandelnden Textilien sicherzustellen.
Ein geeignetes elastisches verformbares Material für den Walzenmantel der mindestens einen der beiden Elektroden weist typischerweise ein Elastizitätsmodul im Bereich von 0,3 bis 30 MPa oder eine Shore-Härte im Bereich von 10 bis 70 Shore A auf. Wie schon durch die Angabe der Shore-Härte angedeutet, ist als dielektrisches Material für den Walzenmantel insbesondere ein Elastomer geeignet. Dabei kann es sich um einen Naturkautschuk, einen Silikonkautschuk, ein Silikonelastomer oder ein anderes Elastomer handeln, das die gewünschten dielektrischen Eigenschaften aufweist und gegenüber den reaktiven Bedingungen in den durch die Gasentladung erzeugten physikalischen Plasma in ausreichendem Maße inert ist.
Auch wenn bei ausreichender Verformbarkeit des Walzenmantels der mindestens einen Elektrode die Vorrichtung grundsätzlich auch so ausgebildet sein könnte, dass die Walzenachsen der beiden walzenförmigen Elektroden in einem festen Abstand zueinander gehalten werden, ist vorzugsweise eine Beaufschlagungseinrichtung vorgesehen, die die Walzenachsen der beiden Elektroden mit einer definierten Kraft zueinander hin beaufschlagt, so dass sich die beiden Walzenachsen so lange aneinander annähern, bis zwischen den Walzenmänteln der Elektroden eine entsprechende Reaktionskraft durch elastische Verformung aufgebaut ist. Damit kann sich Abstand der beiden Walzenachsen und auch ein zwischen den Walzenmänteln zur Aufnahme der Textilien verbleibender Walzenspalt an die jeweiligen Textilien anpassen. Die von der Beaufschlagungseinrichtung zwischen den Elektroden aufgebrachte Kraft kann bezogen auf die Länge der Elektroden von 10.000 bis 50.000 N/m betragen. Die Beaufschlagungseinrichtung kann diese Kraft zum Beispiel mit einer Masse als Gewichtskraft und/oder mit einer Feder als Federkraft und/oder pneumatisch aufbringen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird regelmäßig einen Drehantrieb aufweisen, um mindestens eine der beiden Elektroden um ihre Walzenachse herum anzutreiben. Es kann auch günstig sein, dass der Drehantrieb beide Elektroden derart synchron antreibt, dass ihre Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich ihres kleinsten Abstands nach Betrag und Richtung übereinstimmen. Für die Behandlung kleinteiliger Textilien mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn ihr Drehantrieb bezüglich seiner Drehrichtung umkehrbar ist. Damit ist auch ein Hin- und Herbewegen der Textilien zwischen den Elektroden für eine anhaltende Behandlung mit dem physikalischen Plasma möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin eine Heizung aufweisen, um den Walzenmantel mindestens einer der beiden Elektroden und/oder einen anderen mit den Textilien in Kontakt kommenden Bestandteil der Vorrichtung und/oder die Textilien selbst zu erwärmen. Diese Erwärmung kann die keimabtötende Wirkung des Plasmas unterstützen. Diese Unterstützung kann bei temperaturempfindlichen Keimen direkter Natur sein oder auch zur Verdampfung von Feuchtigkeit aus den Textilien führen. Dann wird das Plasma durch Gasentladung in einem Gas mit erhöhtem Wassergehalt ausgebildet, so dass das Plasma einen hohen Gehalt an reaktiven Spezies aufweist.
Es versteht sich, dass die Heizung der Vorrichtung nicht zu einer solchen Erwärmung der zu behandelnden Textilien führen darf, dass die Textilien thermisch beschädigt werden. Die Heizung sollte daher einen Temperatursensor aufweisen und dazu ausgebildet sein, den Walzenmantel der mindestens einen der beiden Elektroden und/oder den anderen mit den Textilien in Kontakt kommenden Bestandteil der Vorrichtung und/oder die Textilien geregelt auf eine Temperatur von nicht mehr als 105 °C zu erwärmen. Vorzugsweise wird die Erwärmung auf 30 bis 40 °C begrenzt. Derartige, relativ niedrige Temperaturen beschädigen auch Textilien aus Kunstfaser, aus denen viele Funktionsmaterialien für Sport- und Sanitätsartikel ausgebildet sind, nicht. Zudem verhindern diese begrenzten Temperaturen Verbrennungen, wenn Bedienende der Vorrichtung mit dem jeweiligen Bestandteil der Vorrichtung oder den erwärmten Textilien in Berührung kommen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Befeuchtungseinrichtung aufweisen, um die Textilien vor ihrem Eintreten in den Bereich des kleinsten Abstands der beiden Elektroden oder innerhalb dieses Bereichs mit Wasserdampf und/oder Wassertröpfchen zu befeuchten. Wie schon angemerkt bildet sich dann das physikalische Plasma aufgrund der Gasentladung in einem mit Wasser angereicherten Gas aus und weist entsprechend viele hochreaktive Spezies auf.
Dadurch ist die Abtötungswirkung die auf in den Textilien enthaltenen Bakterien ebenfalls erhöht. Es versteht sich, dass die Textilien in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise nur so befeuchtet werden, dass sie entweder schon direkt nach ihrer Behandlung oder nach kurzem Auslüften eine für eine Lagerung ausreichend geringe Restfeuchtigkeit aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so betrieben werden, dass sich die reaktiven Spezies in dem Plasma nicht weit über den Bereich des kleinsten Abstands der beiden Elektroden hinaus ausbreiten, weil sie zuvor reagieren oder rekombinieren. Dennoch kann eine Absaugeinrichtung vorgesehen sein, die eine den Bereich des kleinsten Abstands der beiden Elektroden benachbarte und sich über die Länge der beiden Elektroden erstreckende Absaugöffnung aufweist, wobei diese Absaugöffnung auch in untereinander beabstandete Teilöffnungen unterteilt sein kann. Das durch die Absaugöffnung abgesaugte Gas kann zum Beispiel durch einen Ozonfilter oder einen anderen geeigneten Filter hindurchgeführt werden, der reaktive Spezies möglichst vollständig abbaut oder zurückhält.
Der Wechselhochspannungsgenerator der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, die Wechselhochspannung symmetrisch zur elektrischen Erde zwischen den beiden Elektroden hervorzurufen. Dabei kann die Polarität der Elektroden gleich bleiben oder alternieren. Um vollständig zu verhindern, dass die Textile gegenüber der elektrischen Erde aufgeladen werden, kann benachbart zu dem Bereich des kleinsten Abstands der beiden Elektroden eine Textilabstützeinrichtung der Vorrichtung angeordnet sein, die in Entfernung zu dem Bereich des kleinsten Abstands der beiden Elektroden einen elektrisch geerdeten und leitfähigen Oberflächenbereich aufweist. Die Entfernung dieses Oberflächenbereichs zu dem Bereich des kleinsten Abstands der beiden Elektroden sollte möglichst so groß sein, dass eine Gasentladung zwischen jeder der Elektroden und diesem Oberflächenbereich verhindert ist.
Der Wechselhochspannungsgenerator der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Wechselhochspannung als sinusförmige Wechselhochspannung oder in Form von Wechselspannungspulsen oder als gepulste Gleichspannung erzeugen. Dabei liegt eine Periodendauer bzw. Pulslänge vorzugsweise in einem Bereich von 1/3.000.000 s bis 1/200.000 s, wodurch relativ steile Spannungsanstiege resultieren, selbst wenn die Pulsfolgefrequenz viel kleiner als der Bereich zwischen den entsprechenden Kehrwerten von 3 MHz und 200 kHz ist. Ein Puls-Pause-Verhältnis einer solchen Wechselhochspannung ist so einzustellen, dass keine thermische Belastung der Textilien zu erwarten ist. Die Amplitude der Wechselhochspannung ist so abzustimmen, dass sie bei den genannten Periodendauern bzw. Pulslängen ausreichend ist, nicht nur irgendeine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den Elektroden hervorzurufen, sondern eine solche mit einer Elektronenenergie von mindestens 4,5 eV, d. h. mindestens ungefähr 5 eV. Diese Elektronenenergie stellt sicher, dass möglichst effektiv atomarer Sauerstoff als reaktive Spezies des Plasmas erzeugt wird. Die für die Elektronenenergie von mindestens 4,5 eV notwendige Amplitude der Wechselhochspannung hängt von der geometrischen Anordnung der Elektroden und dem dadurch resultierenden elektrischen Feld und auch der Zusammensetzung des Gases, in dem die Gasentladung hervorgerufen wird, ab, weil hierdurch die freien Weglängen bestimmt werden, über die die Elektronen maximal beschleunigt werden können Absolut kann die Amplitude der Wechselhochspannung im Bereich von 1 bis 40 kV liegen.
Als vorteilhaft erweist sich, wenn der Wechselhochspannungsgenerator dazu ausgebildet ist, Pulsabstände der Wechselspannungspulse oder der gepulsten Gleichspannung stochastisch zu variieren. Dadurch wird bei Pulsfolgefrequenzen im hörbaren Bereich eine unerwünschte Schallabstrahlung von der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert.
Konkret kann der Durchmesser jeder der beiden walzenförmigen Elektroden im Bereich von 0,02 bis 0,4 m liegen. Die Länge der beiden walzenförmigen Elektroden kann von 0,4 bis 3,2 m betragen.
Konkret kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Bügelautomat für Textilien ausgebildet sein, der auch für das Bügeln von Textilien aus empfindlichen Kunstfasern geeignet ist. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass beim Hindurchführen der Textilien zwischen den beiden Elektroden nicht zwingenderweise eine die Textilien dehnende Kraft in der Haupterstreckungsebene der Textilien auftritt, die die Textilien stark beansprucht. Dies schließt aber nicht aus, dass der erfindungsgemäße Bügelautomat nach Art einer Mangel zum Glätten der Textilien verwendet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Feder oder einer Masse die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Feder bzw. eine Masse, zwei Federn bzw. zwei Massen oder mehr Federn bzw. mehr Massen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Dabei können die Merkmale der in den Figuren dargestellten verschiedenen Ausführungsbeispiele in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert werden, soweit der jeweiligen Kombination nicht irgendwelche konkreten Hinderungsgründe entgegenstehen. Insbesondere wird durch die einzelnen Ausführungsbeispiele auch eine solche Ausführungsform der Erfindung offenbart, die alle Merkmale aller Ausführungsbeispiele zusammenfasst.

1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Beaufschlagungseinrichtung.
2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Heizung, einer Befeuchtungseinrichtung, einer Absaugeinrichtung und Textilabstützeinrichtungen; und
3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Heizung und einem in seiner Drehrichtung umkehrbaren Drehantrieb.

FIGURENBESCHREIBUNG
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist zwei walzenförmige Elektroden 2 und 3 auf, die um zueinander parallel verlaufende Walzenachsen 4 und 5 drehbar gelagert sind. Die Elektroden umfassen jeweils einen elektrisch leitfähigen Kern 6 bzw. 7 und einen den Kern 6 bzw. 7 umschließenden Walzenmantel 8 bzw. 9. Dabei bestehen die Walzenmäntel aus einem elastisch verformbaren dielektrischen Material 10, und sie sind jeweils etwa 4 mm dick. Dadurch sind die Walzenmäntel 8 und 9, d. h. die Elektroden 2 und 3 an ihren Außenumfängen, verformbar. Von einer in 1 nur durch einen Pfeil angedeuteten Beaufschlagungseinrichtung 11 wird die hier obere Elektrode 2 in Richtung des Abstands der Walzenachsen 4 und 5 auf die hier bezüglich ihrer Walzenachse 5 ortsfest gelagerte untere Elektrode 3 hin mit einer definierten Kraft beaufschlagt. Diese Kraft kann auch kleiner als die Gewichtskraft der Elektrode 2 sein, so dass die Beaufschlagungseinrichtung 11 tatsächlich einen Teil der Gewichtskraft der Elektrode 2 kompensiert. Mit einem Wechselhochspannungsgenerator 12, dessen beiden Ausgänge 13 und 14 an die Kerne 6 und 7 der Elektroden 2 und 3 angeschlossen sind, wird zwischen den Elektroden 2 und 3 eine gegenüber der elektrischen Erde symmetrische Wechselhochspannung hervorgerufen. Diese Wechselhochspannung ruft im Bereich 15 eines kleinsten Abstands der beiden Elektroden 2 und 3 eine durch das Material 10 dielektrisch behinderte Gasentladung 16 hervor, so dass im Bereich der Gasentladung 16 ein physikalisches Plasma 17 entsteht. Die Vorrichtung 1 ist dazu vorgesehen, Textilien 18 mit diesem physikalischen Plasma 17 zu behandeln. Um auch kleinteilige Textilien behandeln zu können, sind die beiden Elektroden 2 und 3 bzw. ist der Bereich 15 ihres kleinsten Abstands zum direkten Einführen der Textilien 18 zwischen die beiden Elektroden 2 und 3 für Bedienende des Vorrichtung 1 frei zugänglich. Die Elastizität der Walzenmäntel 8 und 9 stellt sicher, dass die Elektroden 2 und 3 über die gesamte Breite des zwischen ihnen hindurchgeführten Textilien an den Textilien 18 anliegen. Die Gasentladung 16 bildet sich so über den inneren und äußeren Oberflächen der Textilien 18 aus, und die in dem Plasma 17 enthaltenen reaktiven Spezies töten an diesen Oberflächen vorliegende Bakterien ab. Dies erfolgt bei Atmosphärendruck und bei Temperauren, die gegenüber Raumtemperatur nur so wenig erhöht sind, dass auch temperaturempfindliche Textilien 18 mit dem Plasma 17 behandelt werden können. Insbesondere kann es dabei darum gehen, Bakterien abzutöten, die für eine Geruchsentwicklung verantwortlich sind und die beim normalen Waschen der Textilien 18 bei niedriger Temperatur nicht abgetötet werden. Die Elastizität der Walzenmäntel 8 und 9 erlaubt es auch, Textilien mit Reißverschlüssen und/oder Knöpfen zwischen den walzenförmigen Elektroden 2 und 3 für die Behandlung mit dem Plasma 17 hindurchzuführen.
In 2 ist eine zusätzliche Heizung 19 für die Walzenmäntel 8 und 9 angedeutet, um diese beispielsweise auf eine solche Temperatur zu erhöhen, dass die von den Walzenmänteln kontaktierten Textilien18 auf knapp unter 40 °C erwärmt werden. Die Heizung 19 ist hier so dargestellt, dass sie einen Teil des Kerns 6 bzw. 7 der jeweiligen Elektrode 2 bzw. 3 ausbildet. Konkret kann die Heizung 19 als von einem Gleich- oder Wechselstrom durchflossene Widerstandsheizung ausgebildet sein. Weiterhin zeigt 2 eine Befeuchtungseinrichtung 20, die die Textilien 18 vor ihrem Eintreten in den Bereich 15 des kleinsten Abstands der Elektroden 2 und 3, in dem das Plasma 17 ausgebildet wird, befeuchtet. Dadurch wird das Gas, in dem die Gasentladung 16 hervorgerufen wird, mit Wasser angereichert, um bestimmte reaktive Spezies in dem Plasma 17 zu erzeugen. Weiterhin ist in 2 eine Absaugeinrichtung 21 angedeutet, die aus der Umgebung des Bereichs 15 absaugt, um zu verhindern, dass sich reaktive Spezies aus dem Plasma 17 unkontrolliert verbreiten. Zudem zeigt 2 Textilabstützeinrichtungen 22 für die Textilien 18 vor und hinter dem Bereich 15, die in Entfernung zu dem Bereich 15 elektrisch leitfähige und mit der elektrischen Erde 23 verbundene Oberflächenbereiche 24 aufweisen. Hiermit wird zusätzlich zu der symmetrischen Ausbildung der Wechselhochspannung mit dem Wechselhochspannungsgenerator 12 gegenüber der elektrischen Erde 23 ein Aufladen der Textilien 18 gegenüber der elektrischen Erde 23 verhindert bzw. eine etwaige Aufladung abgeleitet.
3 zeigt eine andere Ausführungsform der Heizung 19 mit Infrarotstrahlern 25 die von einer Heizungsregelung 26 abhängig von dem Temperatursignal eines Temperatursensors 27 angesteuert werden. Weiterhin zeigt 3 einen Drehantrieb 28, der über ein Synchronisationsgetriebe 29 beide walzenförmigen Elektroden 2 und 3 um ihre Walzenachsen 4 und 5 derart synchron antreibt, dass ihre Umfangsgeschwindigkeiten in den Bereich 15 gleich sind. Dabei ist die Drehrichtung des Drehantriebs 28 mithilfe eines Umschalters 30 umkehrbar. So können die in den Bereich 15 eingeführten Textilien 18 durch den Bereich 15 hin und her bewegt werden, um sie wiederholt mit dem Plasma 17 zu behandeln. Anschließend können sie an der Seite des Bereichs 15 wieder ausgeworfen werden, auf der sie in dem Bereich 15 eingeführt wurden.
Die an den Elektroden 2 und 3 anliegende Wechselhochspannung ist aufgrund ihrer Form und Frequenz angesichts der dielektrischen Abschirmung durch das Material 10 für Bedienende der Vorrichtung 1 ungefährlich, selbst wenn sie die Elektroden 2 und 3 anfassen. Auch wenn in 2 die Absaugeinrichtung 21 angedeutet ist, treten aus dem Bereich 15 typischerweise keine reaktiven Spezies in einer solchen Konzentration in die Umgebung aus, dass sie für Bedienende der Vorrichtung 1 gefährlich wären.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Elektrode
3: Elektrode
4: Walzenachse
5: Walzenachse
6: Kern
7: Kern
8: Walzenmantel
9: Walzenmantel
10: dielektrisches Material
11: Beaufschlagungseinrichtung
12: Wechselhochspannungsgenerator
13: Ausgang
14: Ausgang
15: Bereich des kleinsten Abstands der Elektroden 2 und 3
16: Gasentladung
17: Plasma
18: Textilien
19: Heizung
20: Befeuchtungseinrichtung
21: Absaugeinrichtung
22: Textilabstützeinrichtung
23: elektrische Erde
24: Oberflächenbereich
25: Infrarotstrahler
26: Temperaturregelung
27: Temperatursensor
28: Drehantrieb
29: Synchronisationsgetriebe
30: Umschalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0120782 A1 [0002]
WO 2013/156352 A2 [0003]
DE 102011100751 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zum Behandeln von Textilien (18) mit einem physikalischen Plasma (17) mit - zwei walzenförmigen Elektroden (2, 3), - die um ihre Walzenachsen (4, 5) drehbar gelagert sind, - die jeweils einen elektrisch leitfähigen Kern (6, 7) und einen den Kern (6, 7) umschließenden Walzenmantel (8, 9) aus einem Dielektrikum aufweisen und - deren Walzenmäntel (8, 9) einander gegenüber liegen, und - einem Wechselhochspannungsgenerator (12), - dessen beiden Ausgänge (13, 14) im Betrieb der Vorrichtung (1) an die elektrisch leitfähigen Kerne (6, 7) der beiden Elektroden (2, 3) angeschlossen sind und - der dazu ausgebildet ist, eine Wechselhochspannung zwischen den beiden Elektroden (2, 3) zu erzeugen, die bei Atmosphärendruck eine dielektrisch behinderte Gasentladung zwischen den beiden Elektroden (2, 3) hervorruft, dadurch gekennzeichnet, - dass der Walzenmantel (8, 9) mindestens einer der beiden Elektroden (2, 3) mindestens 2 mm dick ist und aus einem elastisch verformbaren dielektrischen Material (10) ausgebildet ist und - dass die beiden Elektroden (2, 3) zum direkten Einführen der Textilien (18) zwischen die beiden Elektroden (2, 3) im Betrieb der Vorrichtung (1) frei zugänglich sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenmantel (8, 9) der mindestens einen der beiden Elektroden (2, 3) mindestens 4 mm und höchstens 20 mm dick ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare dielektrische Material (10) des Walzenmantels (8, 9) der mindestens einen der beiden Elektroden (2, 3) einen Elastizitätsmodul im Bereich von 0,3 bis 30 MPa und/oder eine Shore-Härte im Bereich von 10 bis 70 Shore A aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare dielektrischen Material (10) des Walzenmantels (8, 9) der mindestens einen der beiden Elektroden (2, 3) ein Naturkautschuk, ein Silikonkautschuk, ein Silikonelastomer oder ein anderes Elastomer ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beaufschlagungseinrichtung (11) der Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, die Walzenachsen (4, 5) der beiden Elektroden (2, 3) mit einer auf eine Länge der Elektroden (2, 3) bezogenen Kraft im Bereich von 10.000 bis 50.000 N/m zueinander hin zu beaufschlagen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungseinrichtung (11) die Kraft mit einer Masse als Gewichtskraft und/oder mit einer Feder als Federkraft und/oder pneumatisch aufbringt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bezüglich seiner Drehrichtung umkehrbarer Drehantrieb (28) der Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, mindestens eine der beiden Elektroden (2, 3) um ihre Walzenachse (4, 5) herum anzutreiben.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung (19) der Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, den Walzenmantel (8, 9) mindestens einer der beiden Elektroden (2, 3) und/oder einen anderen mit den Textilien (18) in Kontakt kommenden Bestandteil der Vorrichtung (1) und/oder die Textilien (18) direkt zu erwärmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Heizung (19) einen Temperatursensor (27) aufweist und dazu ausgebildet ist, den Walzenmantel (8, 9) der mindestens einen der beiden Elektroden (2, 3) und/oder den anderen mit den Textilien (18) in Kontakt kommenden Bestandteil der Vorrichtung (1) und/oder die Textilien (18) geregelt auf eine Temperatur im Bereich von nicht mehr als 105 °C oder im Bereich von 30 bis 40 °C zu erwärmen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befeuchtungseinrichtung (20) der Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, die Textilien (18) vor und/oder innerhalb eines Bereichs (15) eines kleinsten Abstands der beiden Elektroden (2, 3) mit Wasserdampf und/oder Wassertröpfchen zu befeuchten.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung (21) der Vorrichtung (1) eine einem Bereich (15) eines kleinsten Abstands der beiden Elektroden (2, 3) benachbarte und sich über eine Länge der beiden Elektroden (2, 3) erstreckende Absaugöffnung aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselhochspannungsgenerator (12) dazu ausgebildet ist, die Wechselhochspannung symmetrisch zur elektrischen Erde zwischen den beiden Elektroden (2, 3) hervorzurufen, wobei die Polarität der Elektroden (2, 3) gleich bleibt oder alterniert.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu einem Bereich (15) eines kleinsten Abstands der beiden Elektroden (2, 3) eine Textilabstützeinrichtung (22) der Vorrichtung (1) angeordnet ist, die in Entfernung zu dem Bereich (15) des kleinsten Abstands der beiden Elektroden (2, 3) einen elektrisch geerdeten und leitfähigen Oberflächenbereich (24) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselhochspannungsgenerator (12) dazu ausgebildet ist, die Wechselhochspannung als sinusförmige Wechselhochspannung oder in Form von Wechselspannungspulsen oder als gepulste Gleichspannung mit einer Periodendauer oder einer Pulslänge im Bereich von 1/3.000.000 s bis 1/200.000 s und mit einer solchen Amplitude zwischen den beiden Elektroden (2, 3) hervorzurufen, dass in der dielektrisch behinderten Gasentladung zwischen den Elektroden (2, 3) eine mittlere Elektronenenergie im Bereich von 4,5 eV bis 15 eV erreicht wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselhochspannungsgenerator (12) dazu ausgebildet ist, Pulsabstände der Wechselspannungspulse oder der gepulsten Gleichspannung stochastisch zu variieren.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser jeder der beiden walzenförmigen Elektroden (2, 3) im Bereich von 0,02 bis 0,4 m und die Länge der beiden walzenförmigen Elektroden (2, 3) im Bereich von 0,4 bis 3,2 m liegt.
Bügelautomat mit einer Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.