DE102020100823B4

DE102020100823B4 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas und Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung

Info

Publication number: DE102020100823B4
Application number: DE102020100823.6A
Authority: DE
Inventors: Amnon Lam; Eliezer FUCHS; Betsalel Rechav; Robert Krumphals; Markus Puff; Thomas Koidl; Aviad HARHOL
Original assignee: TDK Electronics AG; Nova Plasma Ltd
Current assignee: TDK Electronics AG; Nova Plasma Ltd
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: WO2021144260A1; US20230026797A1; DE102020100823A1; EP4090275A1

Abstract

Vorrichtung (100) zum Erzeugen eines Plasmas (21, 22) über einem Behandlungsobjekt (T), wobei die Vorrichtung aufweist:- ein plasmaerzeugendes Element (10), wobei während des Betriebs das Plasma durch das plasmaerzeugende Element erzeugt wird, und- ein Dichtungselement (30), das am plasmaerzeugenden Element befestigt ist, wobei das Dichtungselement einen Hohlraum (35) aufweist und so eingerichtet ist, dass es mit einem Teil des Behandlungsobjekts ein geschlossenes Volumen (40) ausbildet, so dass zumindest ein Teil des Hohlraums Teil des geschlossenen Volumens ist und während des Betriebs der Vorrichtung das Plasma im geschlossenen Volumen erzeugt wird,wobei das Dichtungselement zumindest teilweise eine becherartige oder rohrartige Form mit einer Öffnung (34), einem Montageteil (32) und einem Seitenteil (31) aufweist, das das Montageteil mit der Öffnung verbindet, wobei das plasmaerzeugende Element oder zumindest ein Teil davon am Montageteil befestigt ist,wobei das Seitenteil einen teilweise elastischen und teilweise unelastischen Faltenbalg aufweist.

Description

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas und auf ein Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen piezoelektrischen Transformator als plasmaerzeugendes Element aufweisen.
Piezoelektrische Transformatoren in Geräten zur Plasmaerzeugung können verwendet werden, um eine niedrige Eingangsspannung in eine hohe Ausgangsspannung umzuwandeln. Aufgrund der hohen elektrischen Felder, die durch die hohe Ausgangsspannung verursacht werden, können das umgebende Gas ionisiert und somit ein Plasma erzeugt werden. Auch andere Anwendungen mit einer elektromagnetischen Elektrode, die ein hohes elektrisches Feld erzeugt, sind möglich, um ein Plasma zu erzeugen. Das Plasma kann beispielsweise zur Reinigung und/oder Modifikation der Oberfläche eines Objekts verwendet werden. Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn sich sowohl das Gerät zur Plasmaerzeugung als auch das zu behandelnde Objekt in einer Gaskammer befinden, so dass die Gasatmosphäre und der Gasdruck eingestellt und optimiert werden können, da beispielsweise die Zündung eines Plasmas bei reduziertem Gasdruck erleichtert werden kann. Weiterhin wird beispielsweise in einem atmosphärischen Plasma Ozon erzeugt. In einer Gaskammer kann das Ozon eingeschlossen und so von der Umgebung getrennt werden. Zudem kann das Ozon aus der Gaskammer gepumpt und zu einem Filter oder Katalysator geleitet werden. Allerdings ist beispielsweise im Zusammenhang mit der Behandlung von Teilen des menschlichen Körpers die Verwendung einer Gaskammer in der Regel nicht möglich.
Aus den Druckschriften DE 10 2013 113 941 A1 , WO 2012/113568 A1 , DE 10 2018 209 735 A1 , DE 20 2008 008 733 U1 , WO 2013/076102 A1 , DE 10 2013 107 448 A1 , DE 10 2017 105 401 A1 , WO 2018/167156 A1 , DE 10 2008 063 050 A1 und DE 20 2008 008 980 U1 sind Geräte zur Erzeugung eines Plasmas bekannt.
Aufgaben bestimmter Ausführungsformen sind die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas und ein Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung.
Diese Aufgaben werden unter anderem mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere Ausführungsformen und Konfigurationen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung angegeben, bei der es sich um eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas über einem Behandlungsobjekt handelt. Darüber hinaus wird die Vorrichtung in einem Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung an einem Behandlungsobjekt verwendet. Die folgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Vorrichtung und auf das Verfahren.
Das Behandlungsobjekt kann jedes Objekt sein, das eine Oberfläche hat, an der eine Plasmabehandlung durchgeführt werden soll. Insbesondere kann das Behandlungsobjekt ein Teil des menschlichen Körpers sein. Das Behandlungsobjekt kann beispielsweise ein Teil eines Fingers oder einer Zehe einschließlich eines Fingernagels oder eines Zehennagels sein, da eine Plasmabehandlung beispielsweise dazu beitragen kann, eine bakterielle oder Pilzinfektion eines Nagels zu reduzieren. Das Verfahren zur Durchführung der Plasmabehandlung am Behandlungsobjekt kann gemäß dieser Methode eine Behandlung eines Nagels sein, um den Nagel zu behandeln und vorzugsweise um eine bakterielle und/oder Pilzinfektion des Nagels zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ein plasmaerzeugendes Element auf, wobei während des Betriebs der Vorrichtung das Plasma durch das plasmaerzeugende Element erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung ein plasmaerzeugendes Element auf, das einen piezoelektrischen Transformator mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich aufweist, die sich zwischen einem Endbereich im ersten Bereich und einem Endbereich im zweiten Bereich erstrecken. Der erste Bereich kann ein Eingangsbereich sein, während der zweite Bereich ein Ausgangsbereich sein kann. Der piezoelektrische Transformator ist so ausgebildet und kann dazu verwendet werden, eine niedrige Spannung im ersten Bereich in eine hohe Spannung im zweiten Bereich umzuwandeln, wodurch das umgebende Gas in der Nähe des Endbereichs im zweiten Bereich ionisiert wird. Demgemäß wird während des Betriebs der Vorrichtung das Plasma in der Nähe des Endbereichs im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators erzeugt. Der Endbereich im zweiten Bereich kann auch als ausgangsseitiger Endbereich bezeichnet werden. Es ist auch möglich, dass die zuvor und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen mit einem anderen plasmaerzeugenden Element, beispielsweise einem plasmaerzeugenden Element mit einer elektromagnetischen Elektrode, durchgeführt werden. Die Elektrode kann mit einem entsprechenden elektromagnetischen Transformator oder einem anderen Hochspannungsgenerator verbunden sein. Ein oder mehrere Merkmale, die in Verbindung mit dem piezoelektrischen Transformator beschrieben sind, können auch auf ein solches plasmaerzeugendes Element zutreffen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das plasmaerzeugende Element ein Gehäuse auf. Das Gehäuse kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass es einen piezoelektrischen Transformator als plasmaerzeugendes Element trägt und eine elektrische Kontaktierung des ersten Bereichs des piezoelektrischen Transformators vorhanden ist. Mit anderen Worten ist der piezoelektrische Transformator im Gehäuse montiert. Das Gehäuse kann vorzugsweise zumindest den ersten Bereich des piezoelektrischen Transformators umschließen. Das Gehäuse kann eine Öffnung aufweisen, so dass zumindest der Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators zugänglich ist. Alternativ kann das Gehäuse eine Kappe haben, die den Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators abdeckt. In diesem Fall kann der piezoelektrische Transformator vollständig vom Gehäuse umschlossen werden. Während des Betriebs wird dann ein primäres Plasma zwischen dem ausgangsseitigen Endbereich und der Kappe und ein sekundäres Plasma außerhalb der Kappe, vom piezoelektrischen Transformator aus gesehen, erzeugt. In einigen Ausführungsformen ist der Endbereich im zweiten Bereich elektrisch mit einer entfernt liegenden Elektrode verbunden. In einigen Ausführungsformen kann der Endbereich über ein Leitelement mit der entfernt liegenden Elektrode elektrisch verbunden sein. Der Endbereich im zweiten Bereich kann beispielsweise direkt mit dem Leitelement verbunden sein. Es kann auch möglich sein, dass der Endbereich im zweiten Bereich durch eine Kappe und/oder eine Leitelektrode abgedeckt ist, so dass die Kappe und/oder die Leitelektrode direkt mit dem Leitelement verbunden werden kann und der Endbereich im zweiten Bereich entsprechend indirekt über die Kappe und/oder die Elektrode mit dem Leitelement verbunden ist. Das Leitelement, das ein leitender Draht oder ein leitender Stab sein kann, kann die Hochspannung am Endbereich im zweiten Bereich oder an der Kappe zur entfernt liegenden Elektrode führen. In einigen Ausführungsformen kann der Endbereich ohne galvanische Verbindung, aber durch kapazitive Kopplung elektrisch mit der entfernt liegenden Elektrode verbunden sein. In einigen Ausführungsformen ist es auch möglich, dass die entfernt liegende Elektrode elektrisch mit einem anderen Hochspannungsgenerator als einem piezoelektrischen Transformator verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Dichtungselement auf. Das Dichtungselement weist einen Hohlraum auf und ist so ausgebildet, dass es mit einem Teil des Behandlungsobjekts ein geschlossenes Volumen bildet, so dass zumindest ein Teil des Hohlraums Teil des geschlossenen Volumens ist und während des Betriebs der Vorrichtung im geschlossenen Volumen ein Plasma erzeugt wird. Wie nachstehend näher erläutert, kann das Dichtungselement vorzugsweise eine Öffnung aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie von einem Teil des Behandlungsobjekts verschlossen oder abgedeckt oder abgedichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtungselement am Gehäuse des plasmaerzeugenden Elements angebracht. Beispielsweise kann das Dichtungselement am Gehäuse oder das Gehäuse am Dichtungselement befestigt sein. Bei einigen Ausführungsformen reicht das Gehäuse mit dem piezoelektrischen Transformator teilweise in den Hohlraum des Dichtungselements hinein. Mit anderen Worten kann sich ein Teil des Gehäuses außerhalb des Hohlraums befinden, während sich ein anderer Teil des Gehäuses innerhalb des Hohlraums befindet. Beispielsweise befindet sich der Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators und/oder eine Elektrode, die einem Hochspannungsgenerator zugeordnet ist, innerhalb des geschlossenen Volumens, und während des Betriebs der Vorrichtung wird im geschlossenen Volumen ein Plasma erzeugt. Es kann auch möglich sein, dass das Dichtungselement über das oben beschriebene Leitelement mit dem Gehäuse verbunden ist, so dass sich die entfernt liegende Elektrode zumindest teilweise im Hohlraum befinden kann, während sich der piezoelektrische Transformator oder ein anderer Hochspannungsgenerator teilweise oder vollständig außerhalb des Hohlraums befinden kann.
Beim Verfahren zur Durchführung der Plasmabehandlung wird die Vorrichtung so auf dem Behandlungsobjekt platziert, dass das Dichtungselement mit dem Hohlraum auf einer Oberfläche des Behandlungsobjekts angeordnet wird oder zumindest ein Teil des Behandlungsobjekts in einen Teil des Hohlraumes des Dichtungselementes eingeführt wird, so dass das geschlossene Volumen durch das Dichtungselement und einen Teil des Behandlungsobjekts gebildet wird. Darüber hinaus wird die Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas über einer Oberfläche des Behandlungsobjekts betrieben. Hier und im Folgenden kann oberhalb auch über bedeuten. Wenn es notwendig ist, einen Teil der Oberfläche des Behandlungsobjekts im geschlossenen Volumen während der Plasmabehandlung vor dem Plasma zu schützen, kann dieser Teil der Oberfläche durch eine Schutzabdeckung abgedeckt werden. Die Schutzabdeckung kann ein dielektrisches Material aufweisen oder aus einem solchen bestehen, beispielsweise in Form einer nicht klebenden oder klebenden Folie oder in Form eines abgeschiedenen Films wie beispielsweise eines Lacks.
Im Gegensatz zur oben beschriebenen Platzierung des Behandlungsobjekts und einer plasmaerzeugenden Vorrichtung in einer Gaskammer ist es mit der hier beschriebenen Vorrichtung möglich, ein geschlossenes Volumen zu schaffen, in dem das Plasma erzeugt wird und in dem der Teil des Behandlungsobjekts, der plasmabehandelt werden soll, platziert wird. Das geschlossene Volumen entsteht durch das Zusammenführen der Vorrichtung, insbesondere des Dichtungselementes, und des Behandlungsobjekts. Der Begriff „geschlossenes Volumen“ kann insbesondere ein Volumen bezeichnen, das nur verminderten oder sogar verhinderten Gasaustausch hat. Dementsprechend kann das geschlossene Volumen gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen sein oder es kann verhindert werden, dass während der Dauer des Behandlungsvorgangs zumindest 90 % oder zumindest 95 % oder zumindest 99 % des Gases innerhalb des geschlossenen Volumens in die Umgebung entweicht. Alternativ oder zusätzlich kann das Eindringen von Gas aus der Umgebung in das geschlossene Volumen auf gleich oder weniger als 10% oder auf gleich oder weniger als 5% oder sogar auf gleich oder weniger als 1% des Volumens des geschlossenen Volumens begrenzt werden. Insbesondere kann eine Grenzfläche zwischen dem Dichtungselement und dem Behandlungsobjekt gezielt so eingerichtet sein, dass der Gasaustausch reduziert oder sogar unterbunden wird. Der Begriff „geschlossenes Volumen“ schließt jedoch spezifische Mittel zur gezielten Einleitung von Gas in das geschlossene Volumen oder zur gezielten Entnahme von Gas aus dem geschlossenen Volumen nicht aus, beispielsweise durch Einleiten von Gas in das geschlossene Volumen oder durch Pumpen von Gas aus dem geschlossenen Volumen durch zumindest einen Kanal, wie weiter unten erläutert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine in der Hand gehaltene Vorrichtung sein, die auch ohne Gaskammer einen unerwünschten Gasaustausch zwischen dem Bereich, in dem das Plasma erzeugt wird, und der Umgebung verhindert, so dass beispielsweise die Diffusion von für den Menschen schädlichem Ozon in die umgebende Atmosphäre signifikant verhindert werden kann.
Insbesondere hat das Dichtungselement zumindest teilweise eine becher- oder rohrartige Form mit einer Öffnung, einem Montageteil und einem Seitenteil, das das Montageteil mit der Öffnung verbindet. Mit anderen Worten können das Montageteil und das Seitenteil des Dichtungselements zumindest teilweise den durch die Öffnung zugänglichen Hohlraum des Dichtungselements ausbilden. Wenn es nicht auf das Behandlungsobjekt aufgesetzt würde, würde das Plasma zumindest teilweise im Hohlraum des Dichtungselements erzeugt, und das ionisierte Gas des Plasmas könnte durch die Öffnung aus dem Hohlraum entweichen.
Beispielsweise greift ein Teil des plasmaerzeugenden Elements, beispielsweise der piezoelektrische Transformator, durch das Montageteil, und das Seitenteil umgibt seitlich einen Teil des plasmaerzeugenden Elements. Dies kann auch bedeuten, dass das Gehäuse durch das Montageteil hindurchgreift und das Seitenteil einen Teil des Gehäuses seitlich umgibt. Falls das plasmaerzeugende Element eine entfernt liegende Elektrode aufweist, kann die entfernt liegende Elektrode im Hohlraum des Dichtungselements angeordnet sein. Insbesondere kann die entfernt liegende Elektrode am Montageteil im Hohlraum des Dichtungselements angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtungselement so ausgebildet, dass es mit der Öffnung auf einer Oberfläche des Behandlungsobjekts platziert werden kann. In diesem Fall ist das geschlossene Volumen von der Umgebung durch die Grenzfläche, d.h. die Kontaktfläche, zwischen dem die Öffnung umgebenden Rand des Dichtungselements und der Oberfläche des Behandlungsobjekts getrennt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Dichtungselement eine die Öffnung umgebende Dichtlippe auf. Die Dichtlippe kann die Umrandung des Dichtungselements bilden und somit beim Aufsetzen der Vorrichtung auf das Behandlungsobjekt mit dem Behandlungsobjekt in Kontakt kommen und eine Dichtung bilden, die das geschlossene Volumen von der Umgebung trennt. Vorzugsweise weist die Dichtlippe ein elastisches Material auf, beispielsweise ein elastisches Kunststoffmaterial wie ein Silikon und/oder ein Polyurethan, so dass sich besonders bevorzugt die Dichtlippe an die Oberfläche des Behandlungsobjekts anpassen kann und dadurch das geschlossene Volumen von der umgebenden Atmosphäre wirksam abdichtet. Wenn das geschlossene Volumen auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten wird, kann die Dichtlippe eine Bewegung des Dichtungselements und damit der Vorrichtung über die Oberfläche des Behandlungsobjekts verhindern, so dass die Vorrichtung an Ort und Stelle gehalten werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Seitenteil des Dichtungselementes zumindest teilweise ein unelastisches Material auf, beispielsweise einen unelastischen Kunststoff, Metall, Glas, Keramik oder eine Kombination davon. Vorzugsweise kann das Seitenteil zumindest teilweise steif sein und den Kräften widerstehen, die entstehen, wenn das geschlossene Volumen auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten wird, so dass der Endbereich des piezoelektrischen Transformators in einem gewissen Abstand von der Oberfläche des Behandlungsobjekts gehalten werden kann, so dass vorzugsweise kein Teil eines Gehäuses und/oder irgendein anderer Teil des plasmaerzeugenden Elements, beispielsweise der piezoelektrische Transformator oder eine entfernt liegende Elektrode, das Behandlungsobjekt mechanisch kontaktieren kann. Folglich kann die Oberfläche durch das Dichtungselement in einem Abstand zum ausgangsseitigen Endbereich des plasmaerzeugenden Elements, beispielsweise des piezoelektrischen Transformators, oder zu einer den Endbereich abdeckenden Kappe gehalten werden. Das Montageteil und das Seitenteil des Dichtungselements können unterschiedliche Materialien aufweisen oder daraus sein. Vorzugsweise weisen sowohl das Montageteil als auch das Seitenteil ein unelastisches Materialauf oder bestehen aus einem unelastischen Material. Alternativ können das Montageteil und das Seitenteil dasselbe Material aufweisen oder daraus bestehen und in einem Stück ausgeformt sein.
Insbesondere weist das Seitenteil einen teilweise elastischen und teilweise unelastischen Faltenbalg ausweist. Der Faltenbalg kann eine Bewegung und/oder Verkippung des piezoelektrischen Transformators relativ zur Oberfläche des Behandlungsobjekts auch dann zulassen, wenn das Dichtungselement beispielsweise durch einen Unterdruck im geschlossenen Volumen gehalten wird und beispielsweise eine gegen die Oberfläche gedrückte Dichtlippe aufweist. Vorzugsweise kann der Faltenbalg so ausgebildet sein, dass er nicht kollabiert, wenn das geschlossene Volumen auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten wird.
Beispielsweise kann der Faltenbalg steife Ringe aus einem unelastischen Material aufweisen, die durch ein elastisches Material miteinander verbunden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Dichtungselement einen Aufnahmebereich auf, der zur Aufnahme eines Teils des Behandlungsobjekts ausgebildet ist, so dass ein Teil des Behandlungsobjekts durch die Öffnung in den Aufnahmebereich eingeführt werden kann. Der Aufnahmebereich kann beispielsweise durch einen Schlauch oder einen Teil davon gebildet werden, der elastisch oder unelastisch sein kann und der zumindest ein Teil des Seitenteils des Dichtungselements sein kann. Ferner kann der Aufnahmebereich zumindest teilweise durch einen Memory-Schaumstoff ausgeformt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eines von Gehäuse und Dichtungselement zumindest einen Kanal auf, der in den Hohlraum des Dichtungselements hineinreicht. Insbesondere reicht der zumindest eine Kanal von außerhalb des Hohlraums durch das Gehäuse oder durch das Dichtungselement in den Hohlraum hinein. Mit Hilfe des zumindest einen Kanals kann das geschlossene Volumen für eine Pumpe oder für eine Gasquelle zugänglich sein, so dass während und/oder vor der Erzeugung des Plasmas und der Durchführung der Plasmabehandlung die Gasatmosphäre und/oder der Gasdruck im geschlossenen Volumen eingestellt werden kann. Entsprechend kann die Vorrichtung weiterhin eine Pumpe aufweisen, und zumindest ein Kanal ist mit der Pumpe verbunden. Mit Hilfe der Pumpe kann der Druck im geschlossenen Volumen reduziert werden. So kann beispielsweise ein Druck von gleich oder grösser als 50 mbar und gleich oder kleiner als 600 mbar für einen Niederdruckbetrieb der Vorrichtung vorteilhaft sein. Zusätzlich zu einer Pumpe kann die Vorrichtung einen Filter, insbesondere einem Filter für schädliche Gase, aufweisen, wobei der Filter mit dem Kanal verbunden ist. Der Filter kann beispielsweise ein Filter mit katalytischer Wirkung zur Zersetzung von Ozon und/oder anderen schädlichen Gaskomponenten sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung weiterhin eine Gasquelle aufweisen, und zumindest ein Kanal ist mit der Gasquelle verbunden. Beispielsweise kann das geschlossene Volumen mit einem Gas geflutet werden, das eine niedrigere Plasmazündspannung als Luft ermöglicht. Die Gasquelle kann einen Gasbehälter und ein Ventil, beispielsweise ein Drosselventil, aufweisen, mit dem das Gas über den zumindest einen Kanal in das geschlossene Volumen geleitet wird. Falls das Gas im geschlossenen Volumen einen atmosphärischen Druck oder einen Druck höher als der atmosphärische Druck haben soll, kann es möglich sein, dass keine Pumpe benötigt wird.
Eine Hygieneschutzschicht kann vorhanden sein, um Teile der Vorrichtung biologisch vom Behandlungsobjekt zu isolieren. Eine Hygieneschutzschicht kann so ausgebildet sein, dass sie den Teil des Behandlungsobjekts, der sich innerhalb des geschlossenen Volumens befindet, umhüllt, um das Dichtungselement biologisch vom Behandlungsobjekt zu isolieren. Handelt es sich beim Behandlungsobjekt beispielsweise um einen Finger, kann die Hygieneschutzschicht in Form eines Handschuhs oder eines Fingerhutes, möglicherweise aus Latex oder einem anderen flexiblen Material, bereitgestellt sein, der auf dem zu behandelnden Teil des Fingers getragen wird. Aufgrund ihrer Flexibilität kann die Hygieneschutzschicht auf ihren beiden Seiten einen ähnlichen Druck aufrechterhalten und gleichzeitig das behandelte Material wie oben beschrieben vom Dichtungselement isolieren.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren, gezeigt:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines piezoelektrischen Transformators gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas für ein Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas für ein Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
4 bis 13 zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas für ein Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind identische, ähnliche oder identisch wirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen vorsehen. Die dargestellten Elemente und ihre Größenverhältnisse zueinander sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie beispielsweise Schichten, Komponenten, Vorrichtungen und Bereiche, zur besseren Veranschaulichung und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Transformators 1, der Teil eines plasmaerzeugenden Elements sein kann. Insbesondere kann der piezoelektrische Transformator 1 als Teil eines plasmaerzeugenden Elements in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, insbesondere eines nichtthermischen Niederdruckplasmas oder eines Atmosphärendruckplasmas oder eines Hochdruckplasmas, verwendet werden, wie in Verbindung mit den folgenden Ausführungsbeispielen gezeigt wird. Vorzugsweise kann der piezoelektrische Transformator 1 unter reduziertem Druck oder einer von der Umgebungsatmosphäre abweichenden Atmosphäre betrieben werden. Obwohl in den folgenden Ausführungsbeispielen ein piezoelektrischer Transformator in Verbindung mit dem plasmaerzeugenden Element gezeigt wird, können auch andere plasmaerzeugende Vorrichtungen wie beispielsweise Elektroden, die mit entsprechenden elektromagnetischen Transformatoren verbunden sind, verwendet werden.
Ein piezoelektrischer Transformator 1 ist eine Ausführungsform eines Resonanztransformators, der auf Piezoelektrizität basiert und im Gegensatz zu herkömmlichen magnetischen Transformatoren ein elektromechanisches System ausbildet. Der piezoelektrische Transformator 1 ist zum Beispiel ein Rosen-Typ-Transformator. Alternativ können in den folgenden Ausführungsformen auch andere Typen von piezoelektrischen Transformatoren verwendet werden.
Der piezoelektrische Transformator 1 hat einen ersten Bereich 2, der ein Eingangsbereich ist, und einen zweiten Bereich 3, der ein Ausgangsbereich ist, wobei die Richtung vom ersten Bereich 2 zum zweiten Bereich 3 eine Längsrichtung z definiert. Der erste Bereich 2 weist einen eingangsseitigen Endbereich 12 auf und der zweite Bereich 3 weist einen ausgangsseitigen Endbereich 13 auf. Im ersten Bereich 2 weist der piezoelektrische Transformator 1 Elektroden 4 auf, an die eine Wechselspannung angelegt werden kann. Die Elektroden 4 erstrecken sich in der Längsrichtung z des piezoelektrischen Transformators 1. Die Elektroden 4 sind abwechselnd mit einem piezoelektrischen Material 5 in einer Stapelrichtung x, die senkrecht zur Längsrichtung z verläuft, gestapelt. Das piezoelektrische Material 5 ist in der Stapelrichtung x polarisiert.
Die Elektroden 4 sind im Inneren des piezoelektrischen Transformators 1 zwischen Schichten aus piezoelektrischem Material 5 angeordnet und werden auch als Innenelektroden bezeichnet. Der piezoelektrische Transformator 1 weist eine erste Seitenfläche 6 und eine zweite Seitenfläche 7 auf, die der ersten Seitenfläche 6 gegenüberliegt. Auf der ersten und zweiten Seitenfläche 6 sind 7 Außenelektroden 8 angeordnet. Die Innenelektroden 4 sind abwechselnd mit einer der Außenelektroden 8 verbunden.
Der zweite Bereich 3 weist ein piezoelektrisches Material 9 auf und ist frei von Innenelektroden. Das piezoelektrische Material 9 im zweiten Bereich 3 ist in der Längsrichtung z polarisiert. Das piezoelektrische Material 9 des zweiten Bereichs 3 kann das gleiche Material wie das piezoelektrische Material 5 des ersten Bereichs 2 sein, aber die piezoelektrischen Materialien 5 und 9 können sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Polarisationsrichtung unterscheiden. Insbesondere im zweiten Bereich 3 ist das piezoelektrische Material 9 zu einer einzigen monolithischen Schicht ausgeformt, die in der Längsrichtung z vollständig polarisiert ist. Das piezoelektrische Material 9 im zweiten Bereich 3 hat nur eine einzige Polarisationsrichtung.
Über die externen Elektroden 8 kann zwischen den Elektroden 4 im ersten Bereich 2 eine niedrige Wechselspannung angelegt werden. Durch den piezoelektrischen Effekt des piezoelektrischen Materials 5 wird die eingangsseitig angelegte Wechselspannung in eine mechanische Schwingung umgewandelt. Die Frequenz der mechanischen Schwingung hängt im Wesentlichen von der Geometrie, der mechanischen Struktur und dem Material des piezoelektrischen Transformators 1 ab. Folglich wird beim Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden 4 im ersten Bereich 2 eine mechanische Welle innerhalb der piezoelektrischen Materialien 5, 9 gebildet, die durch den piezoelektrischen Effekt eine Ausgangsspannung im zweiten Bereich 3 erzeugt. Zwischen dem ausgangsseitigen Endbereich 13 und den Elektroden 4 des ersten Bereiches 2 wird eine hohe elektrische Spannung erzeugt, die eine Ausgangsspannung im zweiten Bereich 3 erzeugt. Dadurch entsteht auch eine hohe Potentialdifferenz zwischen dem ausgangsseitigen Endbereich 13 und der Umgebung des piezoelektrischen Transformators 1, die ausreicht, um ein starkes elektrisches Feld zu erzeugen, das ein umgebendes Medium ionisiert und die Erzeugung eines Plasmas bewirkt. Die Feldstärke, die für die Ionisierung der Atome oder Moleküle oder für die Erzeugung von Radikalen, angeregten Molekülen oder Atomen im umgebenden Medium erforderlich ist, wird als Zündfeldstärke des Plasmas bezeichnet. Eine Ionisation tritt immer dann auf, wenn die elektrische Feldstärke auf der Oberfläche des piezoelektrischen Transformators 1 die Zündfeldstärke des Plasmas übersteigt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Erzeugung eines Plasmas 21 über einem Behandlungsobjekt T, die in einem Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung des Behandlungsobjekts T verwendet wird. Das Behandlungsobjekt T kann jedes Objekt sein, das eine Oberfläche S hat, die plasmabehandelt werden soll. Zum Beispiel kann das Behandlungsobjekt T ein Teil eines menschlichen Körpers wie ein Finger oder eine Zehe oder zumindest ein Teil davon sein. Alternativ kann das Behandlungsobjekt T jedes Objekt mit einer Oberfläche S sein, das ein Material aufweist, das beispielsweise durch eine Plasmabehandlung gereinigt und/oder modifiziert werden soll. In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung 100 eine handgehaltene Vorrichtung, die nicht zusammen mit dem Behandlungsobjekt in einer Gaskammer platziert werden muss.
Die Vorrichtung 100 weist ein plasmaerzeugendes Element 10 auf, das einen piezoelektrischen Transformator 1 aufweist, der wie im Zusammenhang mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ausgebildet sein kann. Alternativ ist ein plasmaerzeugendes Element 10 mit einer anderen Art von piezoelektrischem Transformator oder, wie oben erwähnt, eine Hochspannungselektrode möglich.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der piezoelektrische Transformator 1 in einem Gehäuse 15 angeordnet und von diesem getragen, das die elektrische Kontaktierung zum ersten Bereich 2 des piezoelektrischen Transformators 1 aufweist. Die Außenelektroden 8 des piezoelektrischen Transformators 1 werden durch eine Drahtverbindung 14 elektrisch kontaktiert, so dass der piezoelektrische Transformator 1 im Betrieb wie oben erklärt betrieben werden kann. Vorzugsweise ist die Drahtverbindung 14 an die externen Elektroden 8 angelötet.
Zur Ansteuerung des piezoelektrischen Transformators 1 kann die Vorrichtung 100 eine Steuerelektronik aufweisen, die innerhalb des Gehäuses 15 oder außerhalb des Gehäuses 15 in einer zusätzlichen Elektronikkomponente (nicht gezeigt) untergebracht sein kann.
Das Gehäuse 15 ist vorzugsweise zumindest so ausgebildet, dass es den piezoelektrischen Transformator 1 mechanisch an seinem Platz hält. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse 15 auch eine mechanische Unterstützung der elektrischen Verbindungen zum piezoelektrischen Transformator 1 bereitstellen kann. Wie gezeigt, kann das Gehäuse 15 zumindest den ersten Bereich 2 des piezoelektrischen Transformators 1 umschließen. Insbesondere liegt der eingangsseitige Endbereich 12 im ersten Bereich 2 gegenüber einer Öffnung des Gehäuses 15, durch die zumindest der ausgangsseitige Endbereich 13 im zweiten Bereich 3 des piezoelektrischen Transformators 1 zugänglich ist. Das Gehäuse 15 weist Stützelemente 18 auf, die den piezoelektrischen Transformator 1 vorzugsweise an einem Knotenpunkt in Bezug auf die Schwingung des piezoelektrischen Transformators 1 im Betrieb abstützen können, was beispielsweise bei einer Länge von einem Viertel der Gesamtlänge des piezoelektrischen Transformators 1 der Fall sein kann. Das Gehäuse 15 kann auch mehrere Stützelemente haben, die sich an verschiedenen Positionen befinden. Darüber hinaus kann das Gehäuse 15, wie gezeigt, Dislokationsprotektionselemente 19 aufweisen. Die Dislokationsprotektionselemente 19 können im Ruhezustand des Piezotransformators 1, d.h. im nicht-betriebenen Zustand, vom Piezotransformator 1 beabstandet sein und einen Anschlag gegen Querbewegungen des Piezotransformators 1 während des Betriebs bilden.
Die Vorrichtung 100 weist weiterhin ein Dichtungselement 30 auf, das im gezeigten Ausführungsbeispiel am Gehäuse 15 befestigt ist und einen Hohlraum 35 aufweist. Insbesondere kann das Dichtungselement 30 am Gehäuse 15 befestigt sein, beispielsweise durch Kleben, Löten, Hartlöten und/oder mechanisches Fixieren des einen von Gehäuse 15 und Dichtungselement 30 am anderen. Wie gezeigt, kann das Gehäuse 15 mit dem piezoelektrischen Transformator 1 teilweise in den Hohlraum 35 des Dichtungselements 30 hineinreichen, so dass ein Teil des Gehäuses 15 außerhalb des Hohlraums 35 des Dichtungselements 30 angeordnet und dort zugänglich ist, während der andere Teil des Gehäuses 15 innerhalb des Hohlraums 35 angeordnet werden kann. Wie im Folgenden näher erläutert, ist das Dichtungselement 30 so ausgebildet, dass es mit einem Teil des Behandlungsobjekts T ein geschlossenes Volumen 40 ausbildet, so dass zumindest ein Teil des Hohlraumes 35 Teil des geschlossenen Volumens 40 ist. Dementsprechend hat das Dichtungselement 30 eine Öffnung 34, die so ausgebildet ist, dass sie von einem Teil des Behandlungsobjekts T verschlossen oder abgedeckt oder abgedichtet wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der ausgangsseitige Endbereich 13 des piezoelektrischen Transformators 1 innerhalb des geschlossenen Volumens 40 und während des Betriebs der Vorrichtung 100 wird das Plasma 21 im geschlossenen Volumen 40 erzeugt, wie in 2 angedeutet ist.
Zur Ausführung des Verfahrens zur Durchführung der Plasmabehandlung kann die Vorrichtung 100 so auf das Behandlungsobjekt T aufgesetzt werden, dass das Dichtungselement 30 mit dem Hohlraum 35 auf der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T angeordnet ist. Es ist auch möglich, wie weiter unten beschrieben, dass zumindest ein Teil des Behandlungsobjekts T in einen Teil des Hohlraumes 35 des Dichtungselementes 30 eingeführt wird. Auf beide Weisen wird das geschlossene Volumen 40 durch das Dichtungselement 30 und einen Teil des Behandlungsobjekts T gebildet. Wenn das geschlossene Volumen 40 gebildet ist, wird die Vorrichtung 100 betrieben, um das Plasma 21 über der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T zu erzeugen.
Wie in 2 weiter dargestellt, kann das Dichtungselement 30 zumindest teilweise eine becherartige Form mit einem Seitenteil 31, einem Montageteil 32 und einer Öffnung 34 haben, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel das Montageteil 32 gegenüber der Öffnung 34 angeordnet ist und wobei das Seitenteil 31 das Montageteil 32 mit der Öffnung 34 verbindet. Das Seitenteil 31 und das Montageteil 32 bilden den Hohlraum 35 des Dichtungselements, der durch die Öffnung 34 zugänglich ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel reicht das Gehäuse 15 durch das Montageteil 32, während das Seitenteil 31 einen Teil des Gehäuses 15 und des piezoelektrischen Transformators 1 seitlich umgibt.
Das Dichtungselement 30 ist so konfiguriert, dass es mit der Öffnung 34 auf der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T angeordnet wird. Je nach den Dichtungseigenschaften der Grenzfläche zwischen dem die Öffnung 34 umgebenden Rand des Dichtungselements 30 und der Oberfläche S des Behandlungsobjekts kann das geschlossene Volumen 40 von der umgebenden Atmosphäre getrennt werden. Zu diesem Zweck hat das Dichtungselement 30 eine Dichtlippe 33, die die Öffnung 34 umgibt und den Rand des Dichtungselements 30 ausbildet. Die Dichtlippe 33 ist beim Aufsetzen der Vorrichtung 100 auf das Behandlungsobjekt T in Kontakt mit der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T und bildet die Dichtung, die das geschlossene Volumen 40 von der umgebenden Atmosphäre abtrennt. Wie gezeigt, kann die Dichtlippe 33 vorzugsweise wie ein Gummiring ausgebildet sein und ein elastisches Material, beispielsweise einen elastischen Kunststoff wie ein Silikon und/oder ein Polyurethan, aufweisen, so dass die Dichtlippe 33 eng an der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T anliegen kann. Wird das geschlossene Volumen 40, wie unten beschrieben, auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten, kann die Dichtlippe 33 eine Bewegung des Dichtungselementes 30 und damit der Vorrichtung 100 über die Oberfläche S des Behandlungsobjekts T verhindern, so dass die Vorrichtung 100 festgehalten werden kann.
Der Seitenteil 31 des Dichtungselements 30 weist zumindest teilweise ein unelastisches Material auf, beispielsweise einen unelastischen Kunststoff, Metall, Glas, Keramik oder eine Kombination davon. Vorzugsweise weist das Montageteil 32 ebenfalls ein unelastisches Material auf, das mit dem Material des Seitenteils 31 gleich oder unterschiedlich sein kann. Entsprechend ist zumindest das Seitenteil 31 zumindest teilweise steif und kann den Kräften widerstehen, die entstehen, wenn die Vorrichtung 100 auf die Oberfläche S gedrückt wird und, wie weiter unten erläutert, das geschlossene Volumen 40 auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten wird, so dass der ausgangsseitige Endbereich 13 des piezoelektrischen Transformators 1 in einem gewissen Abstand von der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T gehalten werden kann. Dies kann vorteilhaft sein, wenn kein Teil des Gehäuses 15 und des piezoelektrischen Transformators 1 das Behandlungsobjekt T mechanisch berühren soll. Die Positionen, Geometrien und Abmessungen des piezoelektrischen Transformators 1, des Gehäuses 15 und des Dichtungselements 30 können so gewählt werden, dass das Plasma 21 während des Betriebs der Vorrichtung 100 nahe der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T erzeugt wird.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100, die eine Modifikation des vorherigen Ausführungsbeispiels ist. Insbesondere weist die Vorrichtung 100 der 3 ein plasmaerzeugendes Element 10 mit einem modifizierten Gehäuse 15 in Verbindung mit dem piezoelektrischen Transformator 1 und dem Dichtungselement 30 des vorherigen Ausführungsbeispiels auf.
Der piezoelektrische Transformator 1 ist in einer Vergussmasse 11 angeordnet, die den größten Teil der Seitenflächen des piezoelektrischen Transformators 1 umschließt. Der eingangsseitige Endbereich 12 des piezoelektrischen Transformators 1, der im ersten Bereich 2 angeordnet ist und vom zweiten Bereich 3 weg weist, ist von der Vergussmasse 11 umschlossen oder kann alternativ über die Vergussmasse 11 hinausragen. Der ausgangsseitige Endbereich 13 des im zweiten Bereich 3 angeordneten und vom ersten Bereich 2 wegweisenden piezoelektrischen Transformators 1 ragt über die Vergussmasse 11 hinaus. Alternativ kann der ausgangsseitige Endbereich 13 des piezoelektrischen Transformators 1 auch durch die Vergussmasse 11 bedeckt sein. Auch die Drahtverbindung 14, über die der piezoelektrische Transformator 1 elektrisch verbunden ist, ist teilweise von der Vergussmasse 11 bedeckt. Die Vergussmasse 11 weist ein nicht leitendes Material auf, das vorzugsweise ein weiches, gelartiges Material ist. Die Vergussmasse 11 kann beispielsweise Silikon aufweisen oder aus Silikon bestehen. Die Vergussmasse 11 dient dazu, parasitäre Entladungen an den Seitenflächen des piezoelektrischen Transformators 1 zu verhindern.
Das Gehäuse 15 umschließt die Vergussmasse 11. Insbesondere hat das Gehäuse 15 eine Öffnung, die sich durch das Gehäuse 15 erstreckt und so dimensioniert ist, dass sie den piezoelektrischen Transformator 1 und die Vergussmasse 11 aufnimmt. Wie in 3 zu sehen ist, ist der Piezotransformator 1 zusammen mit der Vergussmasse 11 so im Gehäuse 15 angeordnet, dass der ausgangsseitige Endbereich 13 des Piezotransformators 1 über das Gehäuse 15 hinausragt. Alternativ können beide Endbereiche 12, 13 über das Gehäuse 15 hinausragen oder das Gehäuse 15 kann mit einem oder beiden Endbereichen 12, 13 bündig abschließen.
Das Gehäuse 15 hat einen ersten Gehäuseabschnitt 15a und einen zweiten Gehäuseabschnitt 15b. Die beiden Gehäuseabschnitte 15a, 15b weisen vorzugsweise unterschiedlichen Materialien auf. Der erste Gehäuseabschnitt 15a umschließt den Teil der Vergussmasse 11, der den ersten Bereich 2 des piezoelektrischen Transformators 1 umschließt. Der zweite Gehäuseabschnitt 15b umschließt den anderen Teil der Vergussmasse 11, der den zweiten Bereich 3 des piezoelektrischen Transformators 1 umgibt. Insbesondere kann das Gehäuse 15 die Vergussmasse 11 schützen und mechanisch stabilisieren. Durch die Wahl unterschiedlicher Materialien für den ersten und zweiten Gehäuseabschnitt 15a, 15b können die Gehäuseabschnitte 15a, 15b gut an die unterschiedlichen Anforderungen im ersten und zweiten Bereich 2, 3 des piezoelektrischen Transformators 1 angepasst werden.
Der erste Gehäuseabschnitt 15a weist vorzugsweise ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf, das ein Metall, eine Metalllegierung, ein wärmeleitender Kunststoff oder eine Keramik sein kann. Beispielsweise kann der erste Gehäuseabschnitt 15a Aluminium aufweisen oder daraus sein. Im ersten Bereich 2 des piezoelektrischen Transformators 1 kann Wärme durch ohmsche Verluste und mechanische Schwingungen erzeugt werden. Metall hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich daher gut zur Ableitung der erzeugten Wärme. Darüber hinaus ist Metall sehr robust, was eine unkomplizierte Weiterverarbeitung und Kontaktierung des ersten Gehäuseabschnitts 15a ermöglicht.
Der zweite Gehäuseabschnitt 15b weist ein elektrisch nicht-leitendes Material auf oder besteht daraus. Beispielsweise kann der zweite Gehäuseabschnitt 15b Kunststoff, Teflon, Glas oder Keramik aufweisen oder daraus bestehen. Im zweiten Bereich 3 des piezoelektrischen Transformators 1 können hohe elektrische Feldstärken auftreten. Da der zweite Gehäuseabschnitt 15b ein elektrisch nicht-leitendes Material aufweist oder daraus besteht, beeinflusst er das entstehende elektrische Feld nicht.
Weiterhin ist auf dem ersten Gehäuseabschnitt 15a eine Abdeckung 17 angeordnet. Die Abdeckung 17 wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das härter ist als das Material der Vergussmasse 11 und beispielsweise aus einem Epoxidharz bestehen kann. Wie in 3 dargestellt, können die Drahtverbindungen 14 gebogen sein. Die Drahtverbindungen können beispielsweise zwei Biegungen 16a, 16b oberhalb der Vergussmasse 11 haben. Die Abdeckung 17 umschließt insbesondere die beiden Biegungen 16a, 16b der Drahtanschlüsse 14, so dass die Drahtanschlüsse 14 zusätzlich mechanisch fixiert werden und eine Zugentlastung erreicht werden kann, da Zugkräfte, die auf die Drahtanschlüsse 14 wirken, in der Abdeckung 17 aufgenommen werden können und nicht auf die Lötstellen wirken, an denen die Drahtanschlüsse 14 mit den äußeren Elektroden 8 des piezoelektrischen Transformators 1 verbunden sind.
Wie im Ausführungsbeispiel von 2 ist das Dichtungselement 30 so am Gehäuse 15 befestigt, dass ein Teil des Gehäuses 15, insbesondere der zweite Gehäuseabschnitt 15b, während einer Plasmabehandlung innerhalb des Hohlraums 35 des Dichtungselements 30 und damit innerhalb des geschlossenen Volumens 40 angeordnet ist. Die Positionen, Geometrien und Abmessungen des piezoelektrischen Transformators 1, des Gehäuses 15 und des Dichtungselementes 30 sind wie im vorherigen Ausführungsbeispiel so gewählt, dass das Plasma 21 während des Betriebs der Vorrichtung 100 nahe der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T erzeugt wird, während es zumindest in einigen Fällen vorzuziehen sein kann, wenn kein Teil des Gehäuses 15 und des piezoelektrischen Transformators 1 das Behandlungsobjekt T mechanisch berührt.
Im Gegensatz zu den Gehäusen 15 der Ausführungsbeispiel der 2 und 3 weist das Gehäuse 15 der Vorrichtung 100 des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels zusätzlich eine Kappe 20 auf, die den zweiten Bereich 3 des piezoelektrischen Transformators 1 umschließt. Die Kappe 20 kann auch als Kapsel bezeichnet werden. Im Inneren der Kappe 20 kann Luft oder ein von Luft verschiedenes Prozessgas in einem Gasraum 23 eingeschlossen sein. Im Inneren der Kappe 20 wird am ausgangsseitigen Endbereich 13 des piezoelektrischen Transformators 1 ein primäres Plasma 21 erzeugt, während außerhalb der Kappe 20 aufgrund von elektrischen Barriereentladungen ein sekundäres Plasma 22 erzeugt wird. Mit anderen Worten wird das primäre Plasma 21 zwischen dem ausgangsseitigen Endbereich 13 des piezoelektrischen Transformators 1 und einer Innenwand der Kappe 20 erzeugt und das sekundäre Plasma 22 wird zwischen einer Außenwand der Kappe 20 und der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T erzeugt.
Durch die Kappe 20 kann eine Kontamination eines zu behandelnden Bereichs vermieden werden. Beispielsweise kann es möglich sein, dass während der Plasmaentladung Materialpartikel, die Pb oder ein anderes schädliches Material enthalten können, vom piezoelektrischen Transformator 1 abgelöst werden. Durch die Verwendung der Kappe 20 wird sichergestellt, dass solche Partikel nicht mit der zu behandelnden Oberfläche S in Kontakt kommen. Insbesondere wenn die Vorrichtung 100 für medizinische oder kosmetische Zwecke verwendet wird, muss eine solche Ablagerung vermieden werden. Außerdem hat die Verwendung dielektrischer Barriereentladungen bei medizinischen oder kosmetischen Anwendungen im Vergleich zu einer direkten Plasmazündung den Vorteil, dass das zu behandelnde Gewebe weniger belastet wird.
Die Kappe 20 kann aus einem elektrisch nicht-leitenden Material wie Glas- oder Aluminiumoxid sein, in diesem Fall wirkt die Kappe als dielektrische Barriere. In einigen Ausführungsformen kann die Kappe aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, sein. In diesem Fall wird die Kappe 20 gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 15a elektrisch isoliert und kann auf einem schwebenden Potential gehalten oder alternativ geerdet werden.
Der Gasraum 23 kann dauerhaft abgedichtet werden und kann auf einem vorbestimmten Druck gehalten werden, der vorzugsweise niedriger als der atmosphärische Druck sein kann. Darüber hinaus kann das Gehäuse 15 einen Kanal aufweisen, durch den der Gasraum 23 gepumpt werden kann. Zum Beispiel kann das abgepumpte Gas aus dem Gasraum 23 durch einen Filter gefiltert werden, bevor es an die Umwelt abgegeben wird. In einigen Ausführungsformen kann der Gasraum 23 aktiv gepumpt oder auf einem vorbestimmten Druck und einer vorbestimmten Gaszusammensetzung durch ein System, das von einem Pumpsystem oder Gassystem getrennt ist, gehalten werden, das mit dem geschlossenen Volumen 40 verbunden ist. Alternativ kann der Gasraum 23 eine Fluidverbindung mit dem geschlossenen Volumen 40 haben, beispielsweise über einen Kanal durch die Kappe 20, so dass sowohl der Gasraum 23 als auch das geschlossene Volumen 40 gemeinsam gepumpt und evakuiert werden können.
Der Gasraum 23 kann mit einem Prozessgas gefüllt werden, das beispielsweise ein Edelgas wie Ar, He oder Ne sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Gasraum 23 einen reduzierten Druck oder sogar ein Vakuum aufweisen. Die Zündspannung kann durch Verringerung des Drucks reduziert werden. Die Fläche des Primärplasmas 21 wird durch den reduzierten Druck vergrößert. Dadurch vergrößert sich auch die Fläche der dielektrischen Barriereentladung und damit des sekundären Plasmas 22. Der reduzierte Druck im Gasraum 23 der Kappe 20 kann mit einem reduzierten Druck im geschlossenen Volumen 40 verbunden werden, wie im Zusammenhang mit dem folgenden Ausführungsbeispiel erläutert wird.
Weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 sind in den folgenden Figuren dargestellt, die beispielhaft das plasmaerzeugende Element 10 des Ausführungsbeispiels der 4 aufweisen. Alternativ kann das plasmaerzeugende Element 10 und insbesondere das Gehäuse 15 für den piezoelektrischen Transformator 1 wie in Verbindung mit 2 oder 3 beschrieben ausgeführt sein. Darüber hinaus sind auch andere plasmaerzeugende Elemente möglich.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, kann zumindest eines von Gehäuse 15 und Dichtungselement 30 zumindest einen Kanal 41 aufweisen, der während des Betriebs der Vorrichtung 100 in den Hohlraum 35 des Dichtungselements 30 und damit in das geschlossene Volumen 40 reicht. Insbesondere reicht der zumindest eine Kanal 41 von außerhalb des Hohlraums 35 durch das Gehäuse 15 oder durch das Dichtungselement 30 in den Hohlraum 35.
Gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Pumpe 51 über einen Kanal 41 durch das Gehäuse 15 mit dem Hohlraum 35 verbunden. Alternativ kann der mit der Pumpe 51 verbundene Kanal auch durch das Dichtungselement 30 hindurchreichen. Mit Hilfe der Pumpe 51 kann der Druck im geschlossenen Volumen 40 reduziert werden. So kann beispielsweise ein Druck von gleich oder größer als 50 mbar und gleich oder kleiner als 600 mbar für einen Niederdruckbetrieb der Vorrichtung 100 vorteilhaft sein.
Wenn der Druck im geschlossenen Volumen 40 durch zumindest teilweise Evakuierung des geschlossenen Volumens 40 reduziert wird, kann Ozon entfernt werden, das während der Plasmabehandlung erzeugt werden kann. Die Vorrichtung 100 kann zusätzlich zur Pumpe 51 einen Filter 52 aufweisen, insbesondere einen Filter für schädliche Gase wie Ozon, wobei der Filter 52 mit dem Kanal 41 verbunden ist und das geschlossene Volumen 40 durch den Filter 52 gepumpt wird. Der Filter kann beispielsweise ein Filter mit katalytischer Wirkung zum Abbau von Ozon sein. Dadurch kann die Pumpe 51 vor einer Beschädigung durch das Ozon geschützt werden. Weiterhin kann kein oder nur eine geringe Menge Ozon, das während des Betriebs im geschlossenen Volumen 40 entsteht, in die Umgebung gelangen. Dies kann insbesondere bei medizinischen oder kosmetischen Anwendungen vorteilhaft sein. Zudem sinkt die Zündspannung eines Plasmas, wenn der Druck reduziert wird. Entsprechend ist eine Plasmazündung bei niedrigeren Betriebsspannungen möglich, wie aus der Paschen-Kurve ersichtlich ist, und der Bereich, in dem das Plasma erzeugt wird, wird vergrößert.
Wie in 6 dargestellt, kann die Vorrichtung 100 alternativ oder zusätzlich noch eine Gasquelle aufweisen, die über einen Kanal 41 mit der Kavität 35 und damit mit dem geschlossenen Volumen 40 verbunden ist. Beispielsweise kann das geschlossene Volumen 40 mit einem Gas geflutet werden, das eine niedrigere Plasmazündspannung als Luft zur Verfügung bietet. Die Gasquelle kann beispielsweise einen Gasbehälter 53 und ein Ventil 54, beispielsweise ein Drosselventil, aufweisen, mit der das Gas über den zumindest einen Kanal 41 in das geschlossene Volumen 40 geleitet wird. Falls das Gas einen atmosphärischen Druck oder einen Druck höher als der atmosphärische Druck haben soll, kann es möglich sein, dass keine Pumpe benötigt wird. Es kann auch sein, dass nur das Gehäuse 15 oder nur das Dichtungselement 30 die Kanäle 41 aufweist.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 mit Merkmalen der beanspruchten Erfindung, die ein Dichtungselement 30 mit einem Seitenteil 31 aufweist, das einen teils elastischen und teils unelastischen Faltenbalg aufweist. Der Faltenbalg kann eine Bewegung und/oder Verkippung des piezoelektrischen Transformators 1 und des Gehäuses 15 und damit des erzeugten Plasmas relativ zur Oberfläche S des Behandlungsobjekts T auch dann zulassen, wenn das Dichtungselement 30 gegen die Oberfläche S gedrückt und beispielsweise durch einen Unterdruck im geschlossenen Volumen 40 gehalten wird. Entsprechend kann die Behandlungsfläche vergrößert werden. Der Faltenbalg kann so ausgebildet sein, dass er nicht kollabiert, wenn das geschlossene Volumen 40 auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten wird. Der Faltenbalg kann zum Beispiel steife Ringe aus einem unelastischen Material aufweisen, die durch ein elastisches Material verbunden sind.
Die folgenden Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100, die besonders vorteilhaft für die Behandlung eines Finger- oder Zehennagels durch Anwendung eines Plasmas sind. Das Behandlungsobjekt T kann beispielsweise ein Teil eines Fingers oder einer Zehe einschließlich eines Finger- oder Zehennagels sein, da in Studien gezeigt werden konnte, dass eine Plasmabehandlung dazu beitragen kann, eine Pilzinfektion eines Nagels zu reduzieren. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn eine solche Behandlung in einer Gasatmosphäre mit reduziertem Druck durchgeführt wird. Die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Komponenten der Vorrichtung 100 sind jedoch nicht auf Anwendungen bei Plasmabehandlungen von Nägeln beschränkt.
Im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 100 des in den 8 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiels ein Dichtungselement 30 mit einem Aufnahmebereich 36 auf, der so ausgebildet ist, dass ein Teil des Behandlungsobjekts T, beispielsweise ein Teil eines Fingers oder einer Zehe, in den Aufnahmebereich 36, der ein Teil der Kavität 35 ist, eingeführt werden kann. Der Aufnahmebereich 36 kann beispielsweise durch einen Schlauch oder einen Teil davon, der elastisch oder unelastisch sein kann und der zumindest ein Teil des Seitenteils 31 des Dichtungselements 30 ist, gebildet sein.
Wie in 8 dargestellt, ist das Dichtungselement 30 als ein zumindest teilweise flexibler Schlauch ausgebildet, der so ausgebildet ist, dass er das geschlossene Volumen 40 gegen die umgebende Atmosphäre abdichtet. Das Dichtungselement 30 hat ein Montageteil 32, das an der Kappe 20 des Gehäuses 15 befestigt ist, in dem der piezoelektrische Transformator 1 angeordnet ist. Der Aufnahmebereich 36 umschließt einen Teil des Behandlungsobjekts T. Wie im Zusammenhang mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben, kann die Öffnung 34, durch die das Behandlungsobjekt T in den Hohlraum 35 des Dichtungselementes 30 eingeführt werden kann, von einer Dichtlippe 33, die beispielsweise ein Gummiring sein kann, umgeben sein. Der Druck im geschlossenen Volumen 40 kann durch Pumpen, wie zuvor erläutert, beispielsweise durch einen Kanal (nicht dargestellt) im Dichtungselement 30 reduziert werden. Das Seitenteil 31 des Dichtungselements 30 ist zumindest so steif, dass das Seitenteil 31 nicht in das geschlossene Volumen 40 hineingezogen wird. Dies kann beispielsweise durch steife Ringe, die druckstabil sind, im Seitenteil 31 des Dichtungselements 30 erreicht werden.
Wenn es notwendig ist, einen Teil der Oberfläche S des Behandlungsobjekts T im geschlossenen Volumen 40 während der Plasmabehandlung vor dem Plasma zu schützen, kann dieser Teil der Oberfläche S durch eine Schutzabdeckung 60, wie in 9 dargestellt, abgedeckt werden. Die Schutzabdeckung 60 kann ein dielektrisches Material aufweisen oder daraus sein, beispielsweise in Form einer nicht klebenden oder klebenden Folie oder in Form eines auf der Behandlungsoberfläche S abgeschiedenen Films wie beispielsweise eines Lacks. Bei medizinischen Anwendungen können beispielsweise die unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten beispielsweise eines Nagels und des umgebenden Gewebes zu unerwünschten Effekten führen, da sich Plasma in der Nähe eines Materials mit höherer elektrischer Leitfähigkeit leichter entzündet und das umgebende Gewebe eine höhere elektrische Leitfähigkeit hat als der Nagel. Um diesen Effekt zu vermeiden, kann der zu schützende Bereich mit der Schutzabdeckung 60 abgedeckt werden.
In einigen Fällen kann auch eine Hygieneschutzschicht vorhanden sein, um Teile der Vorrichtung 100 vom Behandlungsobjekt zu isolieren. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, das Dichtungselement 30 von einem infizierten Finger, der von der Vorrichtung behandelt wird, zu isolieren, so dass biologische (oder andere) Kontaminationen nicht vom Finger auf das Dichtungselement oder umgekehrt übertragen werden können. Eine Hygieneschutzschicht kann beispielsweise durch eine flexible Schicht wie Latex gebildet werden, die den gesamten Abschnitt des Behandlungsobjekts, der sich innerhalb des geschlossenen Volumens 40 befindet, abdeckt, umhüllt oder einkapselt. In einigen Ausführungsformen kann ein Latexhandschuh oder ein Latexfingerhut, der am behandelten Finger getragen wird, als hygienischer Schutz dienen. Eine solche flexible Hygieneschutzschicht kann besonders vorteilhaft sein, da sie zwar biologisch versiegelt ist, aber auf beiden Seiten der Schicht einen ähnlichen Druck aufrechterhalten kann. Mit anderen Worten kann, wenn ein infizierter Finger in das geschlossene Volumen eingeführt wird, wodurch das Dichtungselement verschlossen (abgedichtet) wird, und das geschlossene Volumen gepumpt wird, ein Druckunterschied auf beiden Seiten der flexiblen Schicht dazu führen, dass der Teil der Schicht innerhalb des geschlossenen Volumens anschwillt, wodurch ein reduzierter Druck in der Nähe des Fingers aufrechterhalten wird. Der reduzierte Druck neben dem Finger erleichtert wiederum die Plasmazündung neben dem Finger. Ein solcher Hygieneschutz kann ein Einwegartikel sein, der für den einmaligen Gebrauch bestimmt ist. Die flexible Hygieneschutzschicht kann nicht nur ein biologischer Isolator sein, sondern auch als Dielektrikum für das Plasma dienen. In dieser Hinsicht kann sie als zusätzliches Dielektrikum oder sogar als einziges Dielektrikum im geschlossenen Volumen dienen.
Um ein gleichmäßiges Behandlungsergebnis zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, wenn der Abstand zur Oberfläche S für die Zündung des Plasmas möglichst gleichmäßig ist. Wie in 10 in einer Teilschnittansicht dargestellt, kann dies erreicht werden, indem man einen Teil 31a des Seitenteils 31 als Abstandshalter aus einem unelastischen Material ausbildet, der einen Teil des Gehäuseabschnitts 15 für den piezoelektrischen Transformator 1 aufnehmen kann. Der Teil 31a kann auch einen Kanal 41 haben, der in das geschlossene Volumen 40 hineinreicht. Der Aufnahmebereich 36 kann durch den anderen Teil 31b des Seitenteils 31 des Dichtungselementes 30 gebildet werden und kann wie oben beschrieben ausgebildet sein. Durch Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht 24 auf die Kappe 20 ist es möglich, die Plasmaentladung in das geschlossene Volumen 40 zu bündeln. Die elektrisch leitende Schicht 24 kann beispielsweise eine Metallfolie sein.
Wie in 11 dargestellt, kann es auch vorteilhaft sein, wenn das plasmaerzeugende Element 10, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel das Gehäuse 15 mit dem piezoelektrischen Transformator 1, und das Dichtungselement 30 separat auf dem Behandlungsobjekt T angeordnet werden können. Anschließend wird das Gehäuse 15 mit dem piezoelektrischen Transformator 1 auf dem Teil 31a des Dichtungselementes 30 angeordnet, das wie zuvor beschrieben als Abstandshalter ausgebildet ist. Zur Abdichtung des Hohlraums 35 gegenüber der Umgebungsatmosphäre kann es möglich sein, dass das Aufnahmeteil 32 ein den Hohlraum 35 abdeckendes Abdeckteil, beispielsweise eine dünne Materialschicht, aufweist, so dass unabhängig von der Position des plasmaerzeugenden Elements 10 keine zusätzlichen Dichtmittel zur Abdichtung des geschlossenen Volumens gegenüber der Umgebungsatmosphäre erforderlich sind. In diesem Fall bildet das Dichtungselement 30 zusammen mit dem Behandlungsobjekt T eine vom plasmaerzeugenden Element 10 getrennte Vakuumkammer, so dass auch eine Schicht Umgebungsluft zwischen dem plasmaerzeugenden Element 10 und dem Montageteil 32 angeordnet werden kann. Wie gezeigt, kann ein Kanal 41 bis in den Hohlraum 35 reichen. Es kann auch möglich sein, dass zwischen Gehäuse 15 und Montageteil 32 ein Dichtring oder andere Dichtungsmittel angeordnet sind, so dass das geschlossene Volumen gegenüber der Umgebungsatmosphäre abgedichtet wird, wenn das plasmaerzeugende Element 10 in das Montageteil 32 eingesetzt wird.
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100, die ein Dichtungselement 30 aufweist, das aus zwei Teilen 30a, 30b gebildet wird, die ein oberes und ein unteres Dichtungsteil sind. Die Teile 30a, 30b können aus einem weichen und flexiblen Material sein, das sich dem Behandlungsobjekt T anpasst und das geschlossene Volumen 40 gegen die umgebende Atmosphäre abdichtet. Die Teile 30a, 30b bilden das Seitenteil 31, das Montageteil 32 und die Öffnung 34, wie in 12 angedeutet. Beispielsweise können zumindest der Bereich 36 oder die vollständigen Teile 30a, 30b zumindest teilweise aus einem Memory-Schaum oder einem Silikon geformt sein. Die Teile 30a, 30b können durch einen reduzierten Gasdruck im geschlossenen Volumen 40 zusammengepresst werden, das über einen Kanal (nicht gezeigt) in einem der Teile 30a, 30b mit einer Pumpe verbunden sein kann.
13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100, die über ein Dichtungselement 30 verfügt, das so ausgebildet ist, dass seine Geometrie individuell an das Behandlungsobjekt T angepasst ist. Die Herstellung der individuellen Geometrie des Dichtungselements 30 kann beispielsweise über eine dreidimensionale Vermessung und eine anschließende Fertigung mittels 3D-Druck erfolgen. Alternativ kann die Geometrie des Dichtungselements 30 durch ein Abformverfahren eingerichtet werden, d.h. durch Abformung des Materials für das Dichtungselement 30 an das Behandlungsobjekt T. Der Abformprozess kann beispielsweise durch die Bildung einer Negativform mit einem schnell aushärtenden Gussmaterial und anschließender Abformung einer Positivform als Geometrie des Dichtungselementes 30 erfolgen.
Die 14 und 15 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100, die im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungsformen ein plasmaerzeugendes Element 10 mit einer entfernt liegenden Elektrode 71 aufweist, die sich in der Kavität 35 des Dichtungselements 30 befindet und zur Erzeugung des Plasmas im geschlossenen Volumen dient. Obwohl das Dichtungselement 30 in den 14 und 15 als dielektrische Behandlungskammer mit röhrenförmiger Form dargestellt ist, kann das plasmaerzeugende Element 10 mit der entfernt liegenden Elektrode 71 mit jedem der Dichtungselemente 30 der vorstehenden Ausführungsbeispiele kombiniert werden.
Die entfernt liegende Elektrode 71 ist mit einem Hochspannungsgenerator verbunden, der in den gezeigten Ausführungsbeispielen als piezoelektrischer Transformator 1 in einem Gehäuse 15 mit einer Kappe 20, wie oben erläutert, ausgeführt ist. Der ausgangsseitige Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators 1 ist mit der abgesetzten Elektrode 71 über ein Leitelement 72 verbunden, das beispielsweise ein leitender Draht, wie in 14 angedeutet, oder ein leitender Stab, wie in 15 angedeutet, sein kann. Dementsprechend bildet das Leitelement 72, mit dem in den gezeigten Ausführungsbeispielen das Dichtungselement 30 am Gehäuse 15 befestigt ist, in der Regel eine galvanische Verbindung zwischen dem Hochspannungsgenerator und der entfernt liegenden Elektrode 71. Der ausgangsseitige Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators 1 kann direkt mit dem Leitelement 72 verbunden werden oder, wie in den 14 und 15 gezeigt, indirekt über eine Leitelektrode 73 mit dem Leitelement 72 verbunden werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Leitelektrode 73 durch den elektrisch leitenden Film 24 auf der Kappe 20 gebildet, wie in Verbindung mit 11 erläutert. Alternativ kann die Leitelektrode 73 ein integraler Bestandteil der Kappe 20 sein. In einigen Ausführungsformen kann die Leitelektrode 73 über eine nicht-galvanische Verbindung elektrisch mit dem Ausgangsende des piezoelektrischen Transformators 1 verbunden sein. Beispielsweise können die Leitelektrode 73 und das Ausgangsende des piezoelektrischen Transformators 1 durch einen kleinen Spalt getrennt sein, der beispielsweise kleiner ist als der Abstand zwischen der entfernt liegenden Elektrode 73 und dem Behandlungsobjekt. In einem solchen Fall kann die entfernt liegende Elektrode vom piezoelektrischen Transformator über Plasma, d.h. über Ladungsträger, die über den Spalt driften, mit Hochspannung versorgt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu den im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Merkmalen können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere, im allgemeinen Teil der Beschreibung beschriebene Merkmale aufweisen. Darüber hinaus können Merkmale und Ausführungsbeispiele der Figuren miteinander kombiniert werden, auch wenn eine solche Kombination nicht explizit beschrieben ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung auf der Grundlage der beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal und auch jede Merkmalskombination, die insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen umfasst, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst in den Patentansprüchen oder beispielhaften Ausführungsformen nicht ausdrücklich angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: piezoelektrischer Transformator
2: erster Bereich
3: zweiter Bereich
4: Elektrode
5: piezoelektrisches Material
6, 7: Seitenfläche
8: Elektrode
9: piezoelektrisches Material
10: plasmaerzeugendes Element
11: Vergussmasse
12, 13: Endbereich
14: Drahtverbindung
15: Gehäuse
15a, 15b: Gehäuseabschnitt
16a, 16b: Biegung
17: Abdeckung
18: Stützelement
19: Dislokationsprotektionselement
20: Kappe
21, 22: Plasma
23: Gasraum
24: elektrisch leitende Schicht
30: Dichtungselement
30a, 30b: Teil des Dichtungselements
31: Seitenteil
31a, 31b: Teil des Seitenteils
32: Montageteil
33: Dichtlippe
34: Öffnung
35: Hohlraum
36: Aufnahmebereich
40: geschlossenes Volumen
41: Kanal
51: Pumpe
52: Filter
53: Gasbehälter
54: Ventil
60: Schutzabdeckung
71: entfernt liegende Elektrode
72: Leitelement
73: Leitelektrode
100: Vorrichtung
S: Oberfläche
T: Behandlungsobjekt

Claims

Vorrichtung (100) zum Erzeugen eines Plasmas (21, 22) über einem Behandlungsobjekt (T), wobei die Vorrichtung aufweist: - ein plasmaerzeugendes Element (10), wobei während des Betriebs das Plasma durch das plasmaerzeugende Element erzeugt wird, und - ein Dichtungselement (30), das am plasmaerzeugenden Element befestigt ist, wobei das Dichtungselement einen Hohlraum (35) aufweist und so eingerichtet ist, dass es mit einem Teil des Behandlungsobjekts ein geschlossenes Volumen (40) ausbildet, so dass zumindest ein Teil des Hohlraums Teil des geschlossenen Volumens ist und während des Betriebs der Vorrichtung das Plasma im geschlossenen Volumen erzeugt wird, wobei das Dichtungselement zumindest teilweise eine becherartige oder rohrartige Form mit einer Öffnung (34), einem Montageteil (32) und einem Seitenteil (31) aufweist, das das Montageteil mit der Öffnung verbindet, wobei das plasmaerzeugende Element oder zumindest ein Teil davon am Montageteil befestigt ist, wobei das Seitenteil einen teilweise elastischen und teilweise unelastischen Faltenbalg aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Faltenbalg steife Ringe aus einem unelastischen Material aufweist, die durch ein elastisches Material miteinander verbunden sind, und der Faltenbalg insbesondere so ausgebildet ist, dass er nicht kollabiert, wenn das geschlossene Volumen auf einem niedrigeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten wird.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Dichtungselement eine die Öffnung umgebende Dichtlippe (34) aufweist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichtlippe ein elastisches Material aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Dichtungselement so ausgebildet ist, dass es mit der Öffnung auf eine Oberfläche (S) des Behandlungsobjekts aufgesetzt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Dichtungselement einen Aufnahmebereich (36) aufweist, der so ausgebildet ist, dass ein Teil des Behandlungsobjekts in den Aufnahmebereich eingeführt werden kann.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Aufnahmebereich zumindest teilweise durch ein Rohr oder einen Memory-Schaumstoff ausgeformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gehäuse des plasmaerzeugenden Elements und/oder des Dichtungselements zumindest einen Kanal (41) aufweist, der in den Hohlraum des Dichtungselements reicht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Pumpe (51) und/oder einen Filter (52) aufweist und der zumindest eine Kanal mit der Pumpe und/oder dem Filter verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Gasquelle aufweist und der zumindest eine Kanal mit der Gasquelle verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das plasmaerzeugende Element aufweist: - einen piezoelektrischen Transformator (1), wobei der piezoelektrische Transformator einen ersten Bereich (2) und einen zweiten Bereich (3) aufweist, wobei während des Betriebs der Vorrichtung das Plasma in der Nähe eines Endbereichs (13) im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators erzeugt wird, und - ein Gehäuse (15), das zumindest einen Teil des ersten Bereichs des piezoelektrischen Transformators umschließt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Gehäuse am Dichtungselement befestigt ist und der piezoelektrische Transformator teilweise in den Hohlraum des Dichtungselements reicht, so dass der Endbereich im zweiten Bereich innerhalb des geschlossenen Volumens liegt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, so dass zumindest der Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators zugänglich ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Gehäuse eine Kappe (20) aufweist, die den Endbereich im zweiten Bereich des piezoelektrischen Transformators abdeckt.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei während des Betriebs ein primäres Plasma (21) zwischen dem Endbereich und der Kappe erzeugt wird und ein sekundäres Plasma (22) außerhalb der Kappe, vom piezoelektrischen Transformator aus gesehen, erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Endbereich im zweiten Bereich über ein Leitelement (72) mit einer entfernt liegenden Elektrode (71) verbunden ist, wobei sich die entfernt liegende Elektrode im Hohlraum des Dichtungselements befindet.
Verfahren zur Durchführung einer Plasmabehandlung an einem Behandlungsobjekt (T) unter Verwendung der Vorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung so auf dem Behandlungsobjekt angeordnet wird, dass das Dichtungselement (30) mit dem Hohlraum (35) auf einer Oberfläche (S) des Behandlungsobjekts angeordnet wird oder ein Teil des Behandlungsobjekts in einen Teil des Hohlraumes des Dichtungselementes eingeführt wird, so dass das geschlossene Volumen (40) durch das Dichtungselement und durch das Behandlungsobjekt gebildet wird, wobei die Vorrichtung betrieben wird, um ein Plasma (21, 22) über der Oberfläche des Behandlungsobjekts zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei ein Teil der Oberfläche durch eine Schutzabdeckung (60) abgedeckt wird.