DE19819909A1 - Vorrichtung zur Plasmasterilisation von Metallgegenständen - Google Patents
Vorrichtung zur Plasmasterilisation von MetallgegenständenInfo
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Abstract
Beschrieben wird die Plasmasterilisation von mit einem Dielektrikum beschichteten Metallbehältern unter Normaldruck, wobei das Plasma durch die sogenannte Barriere-Entladung erzeugt wird. Hierfür ragt in den Behälter eine Innenelektrode hinein. Die zweite Elektrode ist durch den Behälter selbst gebildet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Plasmasterilisation
von Oberflächen von mit einem Dielektrikum beschichteten Metall
gegenständen unter Atmosphärendruck durch dielektrisch behinderte
Entladung unter Wechselspannung zwischen zwei Elektroden, von
denen eine die zu sterilisierende Oberfläche enthält.
Eine solche Vorrichtung ist in der internationalen Patent
anmeldung WO 95/09256 beschrieben. Sterilisiert werden soll hier
unter anderem die Oberfläche eines metallenen, mit Kunststoff
beschichteten Folienbandes, welches an einer Elektrode vorbei
geführt wird. Die andere Elektrode ist das Folienband selbst.
Dielektrisch behinderte Entladungen, auch Barriere-Entladungen
genannt, zum Bilden eines sterilisierenden Plasmas finden zwi
schen zwei Elektroden statt, die durch einen Isolator voneinan
der getrennt sind. Der Isolator stellt dabei eine Barriere für
den Fluß von relativ niederfrequentem Wechselstrom dar. Die
Barriere- Entladung setzt sich aus einer Vielzahl von nahezu
unabhängigen Entladungskanälen, sogenannten Filamenten, zwischen
den Elektroden zusammen. Diese Filamente entstehen beim über
schreiten der Zündfeldstärke im Entladungsspalt. Der Strom
fluß durch die Filamente führt zu einer lokalen Aufladung des
Dielektrikums, unter Umständen innerhalb weniger Nanosekunden.
Dadurch verringert sich die Feldstärke im Spalt, und die Entla
dung verlöscht selbsttätig. Während der folgenden Halbwelle der
angelegten Wechselspannung kann jedoch wiederum ein Strom flie
ßen, der das Dielektrikum auf entgegengesetzte Polarität umlädt.
Da sich zwischen den Filamenten stets relativ große Abstände
befinden, muß dieser Vorgang sehr häufig wiederholt werden, damit
die gesamte zu sterilisierende Oberfläche erreicht wird. Dennoch
ergibt sich eine verhältnismäßig kurze Behandlungszeit, da hohe
Teilchendichten erzeugt und recht hohe Leistungen umgesetzt
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beim eingangs
genannten Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen so
abzuwandeln, daß innen mit einer Lackschicht überzogene oder mit
Kunststoff beschichtete Metallbehälter, insbesondere Metalldosen,
sterilisiert werden können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Oberfläche die
dieelektrische Innenwandung eines Metallbehälters ist, in den
eine Innenelektrode hineinragt.
Die Wandung des Behälters bildet somit die Außenelektrode, welche
von der Innenelektrode durch ein Dielektrikum getrennt ist, so
daß eine Barriere-Entladung bei Normaldruck stattfinden kann.
Die Vorrichtung ist insofern vorteilhaft, als sie - im Gegensatz
zur Sterilisation mittels eines Niederdruckplasmas - ohne einen
evakuierbaren Reaktor auskommt.
Obwohl es grundsätzlich gleichgültig ist, ob die Innenelektrode
oder der Behälter auf das Wechselfeldpotential gelegt ist, ist es
zweckmäßig, die Innenelektrode an einen Hochspannungsgenerator
anzuschließen. Der Frequenzbereich, der hier möglich ist, er
streckt sich je nach Betriebsbedingungen zwischen 50 Hz und
maximal 400 kHz.
Zum Erreichen einer möglichst gleichbleibenden Sterilisations
wirkung für den gesamten Behälter ist es zweckmäßig, wenn die
Innenelektrode mit der Innenwandung des Behälters einen annähernd
gleichbleibenden Spalt bildet. Dies ist dann erreichbar, wenn die
Innenelektrode der Form des Behälters nachgebildet ist.
Die Vorrichtung dient in erster Linie dem Sterilisieren der
Innenwandungen des Behälters. Damit aber im Bereich einer Füll
öffnung auch ein Teil der Außenwandung des Behälters mitsterili
siert werden kann, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, daß die Innenelektrode mit einem einen offenen Rand
des Behälters übergreifenden Kragen versehen ist. Somit entsteht
im Bereich der Füllöffnung des Behälters auch außerhalb der
Wandung ein Entladungsspalt.
Da bei einer Entladung in Atmosphäre die Entstehung von Ozon
nicht vollständig zu vermeiden ist, ist es günstig, unter Sauer
stoffausschluß oder mit einem bestimmten Prozeßgas zu arbeiten.
Aus diesem Grund kann die Innenelektrode mit einer Zuführein
richtung für ein Prozeßgas versehen sein. Bei dem Prozeßgas
handelt es sich zweckmäßig um ein sauerstofffreies Gas, welches
vom Boden des Behälters her in den Entladungsspalt eingeführt
wird. Bei hinreichend starkem Druck wird durch die entstehende
Strömung die Luft aus dem Entladungsbereich herausgedrückt. Die
Gaszuführung muß allerdings gegen die Hochspannung isoliert sein.
Gegebenenfalls kann das Prozeßgas im Hinblick auf eine gestei
gerte Sterilisationswirkung ausgewählt werden. Bei einer
Durchflutung des Entladungsspaltes mit einem Prozeßgas wird
nämlich verhindert, daß bei hoher Frequenz der Hochspannung die
Filamente bevorzugt wieder in den alten Entladungskanälen zünden
und daß dadurch die Sterilisation ungleichmäßig wird.
Vorteilhaft ist dem Behälter eine geerdete Transportzange oder
dergleichen zugeordnet, mit welcher der Behälter über die Innen
elektrode gefahren werden kann.
Um weitgehend vom Oberflächenzustand der Innenwandung des Behäl
ters unabhängig zu sein, kann in weiterer Ausgestaltung die
Innenelektrode mit einem Isolator überzogen sein. Damit ließen
sich sogar völlig unbeschichtete Metalloberflächen durch dielek
trisch behinderte Entladung sterilisieren.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die dargestellte Vorrichtung dient dem Sterilisieren von Behäl
tern 1 aus Metall, vorzugsweise Metalldosen, mittels eines
Plasmas unter Normaldruck. Im Gegensatz zu bekannten Nieder
druckverfahren braucht kein gasdicht verschließbarer Reaktor
vorgesehen zu werden. Der Behälter 1 enthält einen geschlossenen
Boden 2 und einen überwiegend zylindrischen Mantel 3, der auf
seiner Außenseite gegebenenfalls mit einer nichtleitenden Schicht
4 versehen sein kann und an der Innenwandung 7 mit einer dielek
trischen Beschichtung 22, beispielsweise einer Lackschicht,
versehen ist. Bei der nichtleitenden Schicht 4 kann es sich um
eine bedruckbare Kunststoffschicht oder auch einfach eine Oxid
schicht handeln, bei der Beschichtung 22 um eine Schicht zum
Schutz der Füllgutes.
Der Behälter 1 weist oben einen offenen Rand 5 auf, der eine
Füllöffnung 6 umschließt. Zu sterilisieren ist neben der Innen
wandung 7 auch ein Teil der Außenwandung im Bereich des offenen
Randes 5.
In den Behälter 1 ragt durch die Füllöffnung 6 hindurch eine
Innenelektrode 8 hinein, die die eine Elektrode für die
Barriere-Entladung darstellt. Die andere Elektrode ist der
Behälter 1 selbst. Zwischen der Innenelektrode 8 und der Innen
wandung 7 des Behälters 1 entsteht ein für die Barriere-Entladung
ausreichender Spalt 9, der an jeder Stelle möglichst gleich breit
ausgebildet sein sollte. Aus diesem Grund ist die Innenelektrode
8 der Kontur des Behälters 1 nachgebildet.
Die Innenelektrode 8 ist mit einem Hochspannungsgenerator 10
verbunden, der beispielsweise mit einer Hochspannung von 5 bis 10
kV und einer relativ niedrigen Frequenz zwischen etwa 50 Hz und
etwa 400 kHz arbeitet. Der Hochspannungsgenerator 10 ist mit der
Innenelektrode 8 über ein Anpaßnetzwerk 11 verbunden, dessen
Aufbau von der tatsächlichen benutzten Frequenz abhängt.
Dem Behälter 1 ist eine Transportzange 12 zugeordnet, die geerdet
ist und die zusammen mit dem Behälter 1 die Außenelektrode
bildet. Mittels der Transportzange 12 kann der Behälter 1 zum
Sterilisieren über die Innenelektrode 7 gefahren werden.
Zum Erzielen der dielektrisch behinderten Entladung zwischen der
Innenelektrode 8 und der Innenwandung 7 des Behälters 1 ist die
Innenelektrode 8 im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem
Isolator 13 überzogen. Als Isolatorschicht kann dabei ein Kunst
stoff oder Keramik verwendet werden. Da aber die Innenwandung 7
mit einer dielektrischen Beschichtung 22 versehen ist, könnte auf
den Isolator 13 verzichtet werden.
Die Entladung erfolgt in dem Spalt 9. Sie setzt sich aus einer
Vielzahl von Entladungskanälen, sogenannten Filamenten, zusammen.
Die Filamente entstehen beim Überschreiten der Zündfeldstärke im
Spalt 9. Da sich zwischen den Filamenten stets relativ große
Abstände befinden, muß der Vorgang durch die angelegte Wechsel
spannung sehr häufig wiederholt werden, damit die gesamte Innen
wandung 7 des Behälters 1 erreicht wird.
Im Bereich der Füllöffnung 6 bildet die Innenelektrode 8 einen
den offenen Rand 5 des Behälters 1 übergreifenden Kragen 14.
Dadurch läßt sich neben der Innenwandung 7 auch ein Teil der
Außenwandung im Bereich der Füllöffnung 6 durch das gebildete
Plasma sterilisieren.
Wenn die Entladung im Spalt 9 in Luft erfolgt, wird eine gewisse
Menge Ozon gebildet. Aus diesem Grund - gegebenenfalls auch zum
Zwecke einer Prozeßoptimierung - ist es sinnvoll, unter Sauer
stoffausschluß mit einem bestimmten Prozeßgas zu arbeiten. Hier
für ist eine Zuführeinrichtung 15 für ein Prozeßgas vorgesehen.
Die Zuführeinrichtung 15 enthält ein Zuführrohr 16, durch welches
das Prozeßgas über ein Dosierventil 17 in eine Kammer 19 im
Innern der Innenelektrode 8 geleitet wird. Das Zuführrohr 16 ist
gegenüber der Innenelektrode 8 durch eine Isolation 18 von der
Hochspannung abgekoppelt.
Der Boden 21 der die Kammer begrenzenden Innenelektrode 8 weist
eine Mehrzahl von Bohrungen 20 auf, über die das zugeführte
Prozeßgas in den Spalt 9 von unten eingeführt wird. Bei hinrei
chend starkem Druck wird die Luft aus dem Spalt 9 nach oben
herausgedrückt.
Abweichend von der gezeichneten Ausführung könnte die Vorrichtung
insgesamt auch in einem geschlossenen Behälter untergebracht
sein. Dabei könnte mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe
der Austausch der Luft gegen das Prozeßgas beschleunigt werden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Plasmasterilisation von Oberflächen von mit
einem Dielektrikum beschichteten Metallgegenständen unter Atmo
sphärendruck durch dielektrisch behinderte Entladung unter
Wechselspannung zwischen zwei Elektroden, von denen eine die zu
sterilisierende Oberfläche enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberfläche die dielektrische Innenwandung (7) eines Metall
behälters (1) ist, in den eine Innenelektrode (8) hineinragt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Innenelektrode (8) an einen Hochspannungsgenerator (10) mit einer
Frequenz von maximal 400 kHz angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenelektrode (8) mit der Innenwandung (7) des Behälters
(1) einen annähernd gleichbleibenden Spalt (9) bildet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Innenelektrode (8) mit einem einen offenen Rand
(5) des Behälters (1) übergreifenden Kragen (14) versehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Innenelektrode (8) mit einer Zuführeinrichtung
(15) für ein Prozeßgas versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Behälter (1) eine geerdete Transportzange (12)
oder dergleichen zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Innenelektrode (8) mit einem Isolator (13)
überzogen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19819909A DE19819909A1 (de) | 1998-05-05 | 1998-05-05 | Vorrichtung zur Plasmasterilisation von Metallgegenständen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19819909A DE19819909A1 (de) | 1998-05-05 | 1998-05-05 | Vorrichtung zur Plasmasterilisation von Metallgegenständen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19819909A1 true DE19819909A1 (de) | 1999-11-11 |
Family
ID=7866652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19819909A Withdrawn DE19819909A1 (de) | 1998-05-05 | 1998-05-05 | Vorrichtung zur Plasmasterilisation von Metallgegenständen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19819909A1 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-05-05 DE DE19819909A patent/DE19819909A1/de not_active Withdrawn
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