EP3912436B1

EP3912436B1 - Plasma-behandlungsanordnung und verfahren zur anpassung der grösse einer auflagefläche der plasma-behandlungsanordnung an die grösse der zu behandelnden oberfläche

Info

Publication number: EP3912436B1
Application number: EP19835621.4A
Authority: EP
Inventors: Dirk Wandke; Ronny Lettke
Original assignee: Cinogy GmbH
Current assignee: Cinogy GmbH
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2022-12-14
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: EP3912436A1; DE102019101063A1; US12457678B2; CN113491173A; ES2939502T3; JP7482534B2; US20220172929A1; DE102019101063B4; JP2022517814A; CN113491173B; WO2020147880A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasma-Behandlungsanordnung zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung auf einer zu behandelnden Oberfläche mit einer eine Behandlungsseite aufweisenden flächigen Elektrodeneinheit und einer Steuereinheit, die wenigstens einer Elektrode der Elektrodeneinheit ein Hochspannungs-Wechselpotential für eine für die Plasmaerzeugung zwischen der wenigstens einen Elektrode und einer ein Bezugspotential bildenden Gegenelektrode benötigte Leistung zuführt, wobei die wenigstens eine das Hochspannungs-Wechselpotential erhaltende Elektrode wenigstens zur Behandlungsseite mit einem flächigen Dielektrikum abgeschirmt ist und wobei die flächige Elektrodeneinheit dafür ausgebildet ist, die Größe ihrer Auflagefläche auf der zu behandelnden Oberfläche zur Anpassung an die Größe der zu behandelnden Oberfläche zu verkleinern.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Anpassung der Größe einer Auflagefläche einer eine Behandlungsseite aufweisenden flächigen Elektrodeneinheit einer Plasma-Behandlungsanordnung zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung auf einer zu behandelnden Oberfläche an die Größe der zur behandelnden Oberfläche, wobei der wenigstens einen Elektrode der Elektrodeneinheit mit einer Steuereinheit ein Hochspannungs-Wechselpotential für eine für die Plasmaerzeugung zwischen der wenigstens einen Elektrode und einer ein Bezugspotential bildenden Gegenelektrode benötigte Leistung zugeführt wird, die wenigstens eine das Hochspannungs-Wechselpotential erhaltende Elektrode wenigstens zur Behandlungsseite mit einem flächigen Dialektrikum abgeschirmt ist und wobei die Auflagefläche der Elektrodeneinheit zur Anpassung an die Größe der zu behandelnden Oberfläche verkleinert wird.
Plasma-Behandlungsanordnungen zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Plasma-Entladung auf einer zu behandelnden Oberfläche sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Voraussetzung für die Ausbildung eines Plasmas auf der zu behandelnden Oberfläche ist dabei die Zuführung von Hochspannungs-Wechselpotentialen an wenigstens eine Elektrode der Elektrodeneinheit der Plasma-Behandlungsanordnung. Die Elektrodeneinheit kann dabei eine oder mehrere Elektroden aufweisen, die mit dem Wechselspannungspotentialen versorgt werden, wobei entweder eine Masse-Elektrode vorgesehen ist oder die zu behandelnde Oberfläche als Gegenelektrode dient, wenn das Material der zu behandelnden Oberfläche ausreichend leitfähig ist. Ein Beispiel für eine ein Bezugspotential bildende Gegenelektrode stellt die Behandlung am menschlichen oder tierischen Körper dar, der gegebenenfalls als "floatende" Gegenelektrode ein nur leicht schwankendes Bezugspotential ausbildet.
Wenn die Elektrodeneinheit selbst eine auf Bezugspotential liegende Gegenelektrode aufweist, entsteht zwischen der wenigstens einen mit dem Hochspannungs-Wechselpotential angesteuerten Elektrode und der Gegenelektrode ein Wechselfeld, das an der Oberfläche der Elektrodeneinheit zu einer Plasmaausbildung führt. Die so erzielbare Plasmabehandlung ist weniger intensiv als bei der Verwendung der zu behandelnden Oberfläche als Gegenelektrode.
Es ist seit längerer Zeit bekannt, die Elektrodeneinheiten flächig auszubilden, um eine großflächige Behandlung einer Oberfläche zu ermöglichen, wobei die Elektrodeneinheit mit einer Auflagefläche direkt auf der zu behandelnden Oberfläche aufliegen kann. Die Auflagefläche kann dabei mit Abstandshaltern versehen sein, um zwischen der zu behandelnden Oberfläche und dem die Elektrode abschirmenden Dielektrikum einen Gasraum bzw. Luftraum zur Ausbildung des Plasmas zu definieren.
Aus produktionstechnischen Gründen ist es unwirtschaftlich, zahlreiche Größen von Elektrodeneinheiten zu produzieren, um an möglichst alle in Frage kommenden Größen der zu behandelnden Oberfläche eine gute Anpassung der Größe der Elektrodeneinheit mit seiner Auflagefläche zu gewährleisten. Das Problem ergibt sich insbesondere dann, wenn die zu behandelnde Oberfläche eine Wundfläche eines lebenden Körpers ist, da diese Wundfläche ganz unterschiedliche Ausdehnungen haben kann.
Es ist durch DE 10 2014 220 488 A1 bekannt, an ein Steuergerät einer Plasma-Behandlungsanordnung unterschiedliche Elektrodeneinheiten anzuschließen. Dabei ist es möglich, die Elektrodeneinheit mit einem Chip zu versehen, auf dem die für diese Elektrodeneinheit - und gegebenenfalls für einen speziellen Anwendungsfall - benötigte Versorgung mit elektrischen Signalen abgespeichert ist. Dabei kann auch der betreffenden Größe der entsprechend produzierten Elektrodeneinheit Rechnung getragen werden. Dies setzt allerdings voraus, dass Elektrodeneinheiten in den unterschiedlichen Größen vorproduziert werden, woraus sich die oben erwähnten Nachteile ergeben.
Aufgrund dieser Nachteile sind bereits Elektrodeneinheiten bekannt geworden, deren Auflagefläche zur Anpassung an die jeweils zu behandelnde Oberfläche verkleinert werden kann. Aus EP 2 723 447 B1 ist eine Elektrodeneinheit bekannt, die aus einem spiralförmig gewundenen schmalen Streifen besteht, in dem sich wenigstens eine Elektrode in Längsrichtung des Streifens erstreckt. Die Verkleinerung der dabei im Wesentlichen kreisförmigen Auflagefläche gelingt durch eine Verkürzung des spiralförmig gewundenen Streifens durch Abschneiden einer die äußere(n) Windung(en) bildenden Streifenlänge. Die verbleibende Elektrodeneinheit wird an dem abgeschnittenen Ende berührungssicher kontaktiert. Eine ähnliche Anordnung ist durch DE 10 2017 104 852 A1 bekannt, bei der der spiralförmig ausgebildete Streifen eine quadratische oder rechteckige Elektrodeneinheit bilden kann und mit Sollbruchstellen versehen ist, an denen die Verkürzung der Streifenlänge auch durch Abreißen möglich ist. Auch hier findet die berührungssichere Kontaktierung des Streifens an der Abreißstelle statt.
Die DE 10 2017 111 902 A1 offenbart eine Auflageanordnung zur Erzeugung einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung. Die Auflagefläche besteht dabei aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Abschnitten, die an einer entsprechenden Soll-Trennlinie abgetrennt werden können.
Die US 2015/157870 A1 offenbart eine Anordnung, bei der Plasma zwischen Elektroden erzeugt wird, wobei das Plasmafeld durch Löcher einer der Elektroden austreten kann, um eine Oberflächenbehandlung vorzunehmen. Die Auflagefläche ist dabei unveränderbar.
Die WO 216/183672 A1 offenbart einen Hochofen, der mittels einer in dem Ofen hineinragenden Elektrode beheizt werden soll. Dabei ist eine Messvorrichtung vorgesehen, die zur Bestimmung der Länge der Elektrode durch die Reflektionen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet ist.
Die WO 2018/093261 A1 offenbart eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines dielektrisch behinderten Plasmas, wobei die Elektrodenanordnung eine Hochspannungselektrode und eine dort genannte Referenzelektrode hat. Ziel dieser Anordnung soll es sein, dass elektrische Feld, was bei der Plasmabehandlung entsteht, zu neutralisieren und die elektromagnetische Abstrahlung zu reduzieren. Eine Verkleinerung einer Auflagefläche ist nicht vorgesehen.
Die DE 10 2015 118 372 A1 offenbart ebenfalls eine Elektrodenanordnung zu Erzeugung eines dielektrisch behinderten Plasmas, wobei hierbei eine Elektrode schafftförmig ausgebildet sein soll. Eine Verkleinerung einer Auflagefläche ist auch hier nicht vorgesehen.
Ein Problem der verkleinerbaren Elektrodeneinheiten besteht darin, dass eine Anpassung der Flächenleistung nach der Verkleinerung der Auflagefläche der Elektrodeneinheit manuell erfolgen muss und von der Erfahrung der Bedienperson abhängt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anpassung der Flächenleistung auch bei verkleinerbaren Elektrodeneinheiten zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Plasma-Behandlungsanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einer Einrichtung zur Bestimmung der Größe der angepassten Auflagefläche und eine Steuereinrichtung zur Einstellung der an die wenigstens eine Elektrode abzugebende Leistung in Abhängigkeit von der festgestellten Größe der Auflagefläche aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird ferner gelöst mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mit der Steuereinheit die Größe der verkleinerten Oberfläche bestimmt und dementsprechend die an die wenigstens eine Elektrode abzugebende Leistung in Abhängigkeit von der festgestellten Größe der Auflagefläche eingestellt wird.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, die Anlagefläche der Elektrodeneinheit zur Anpassung an die Größe der zu behandelnden Oberfläche mechanisch zu verkleinern und dann die Anpassung der durch die Steuereinheit auf die Elektrodeneinheit geleitete elektrische Leistung entsprechend der verkleinerten Oberfläche vorzusehen. Hierfür ist die Steuereinheit mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Größe der angepassten Auflagefläche und mit einer Steuereinrichtung zur Einstellung der entsprechend an die wenigstens eine Elektrode abzugebende Leistung ausgebildet, so dass die Anpassung der für die Plasmaerzeugung benötigten elektrischen Leistung an die nunmehr vorhandene Auflagefläche der Elektrodeneinheit so möglich ist, dass die Stärke des Plasmas pro Fläche für alle jeweils eingestellten Auflageflächen etwa gleich ist. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass wegen einer ungenügenden elektrischen Leistung kein effektives Plasma zu Stande kommt oder aufgrund eines zu starken Plasmas Schädigungen der zu behandelnden Oberfläche auftreten, was insbesondere an Körperoberflächen zu schmerzhaften Folgen führen könnte.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise so ausgebildet und eingerichtet dass die Bestimmung der Größe der Auflagefläche der Elektrodeneinheit erfolgt, nachdem die Elektrodeneinheit mit der Steuereinheit verbunden worden ist, insbesondere an die Steuereinheit funktionsfähig ausgeschlossen ist.
Die Bestimmung der Größe der Auflagefläche kann auf mehrere Arten erfolgen, wobei als Auflagefläche immer die wirksame Auflagefläche der Elektrodeneinheit gemeint ist.
Wenn die flächige Elektrodeneinheit als ein Streifen mit wenigstens einer in Längsrichtung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckten Elektrode vorgegebener Breite ausgebildet ist, so dass die Länge des Streifens die Größe der Auflagefläche bildet, kann erfindungsgemäß die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der Auflagefläche eine Detektionsanordnung für die Länge des Streifens sein. In diesem Fall kann auf die Elektrode von der Steuereinheit ein elektrisches Testsignal abgegeben werden, das in die Elektrode möglichst verlustfrei am ersten Ende eingekoppelt und am anderen Ende, dem zweiten Ende, reflektiert wird. Auf diese Weise überlagerten sich auf der Elektrode eine mit der eingegebenen Frequenz ausgebildete Welle mit einer entsprechenden reflektierten Welle. Durch Veränderung der Frequenz des Testsignals lässt sich nun feststellen, wann sich das eingekoppelte Signal aufgrund der Überlagerung mit dem reflektierten Signal auslöscht. Bei einer geeignet gewählten großen Ausgangs-Wellenlänge führte die Erhöhung der Frequenz zu einer Verkürzung der Wellenlänge, so dass die erstmalige Auslöschung des Signals ein Maß für die Länge des die Elektrodeneinheit bildenden Streifens darstellt, wenn die Frequenz bzw. die Wellenlänge bekannt ist, da die Auslöschung erstmalig erfolgt, wenn die Länge des Streifens einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) entspricht. Die Steuereinrichtung benötigt somit einen Frequenzgenerator mit dem die jeweilige Frequenz bzw. Wellenlänge kontinuierlich verstellbar ist. Benötigt wird ferner ein Detektor für das elektrische Signal, um die (erstmalige) Auslöschung festzustellen. An der Steuereinheit muss die Frequenz oder die Wellenlänge ablesbar sein, an der die Auslöschung erfolgte. Entsprechend der festgestellten Länge des Streifens und der damit der festgestellten Größe der Auflagefläche können die elektrischen Parameter eingestellt werden, um eine möglichst konstante Flächenleistung für die Ausbildung des Plasmas zu erzielen.
Alternativ ist es möglich, von der Steuereinrichtung ausgehend die verkleinerte Elektrodeneinheit mit einer Kamera zu erfassen und mit einer entsprechenden Bildauswertung die Größe der verkleinerten Elektrodeneinheit zu bestimmen und danach die von der Steuereinheit gelieferte Leistung einzustellen.
Wenn die Elektrodeneinheit aus einer Mehrzahl von Abschnitten mit gleich aufgebauten Elektroden besteht, zwischen denen Soll-Trennlinien vorhanden sind, so dass die Verkleinerung der Auflagefläche durch Abtrennen eines oder mehrerer Abschnitte erfolgt, können die Abschnitte unterschiedliche Codierungen tragen, die von der Steuereinheit mit einem Lesedetektor auslesbar sind. Durch Erkennung der Codierung desjenigen Abschnitts der verbleibenden Elektrodeneinheit, von dem einer oder mehrere Abschnitte abgetrennt worden sind, lässt sich dann unmittelbar die Größe der verbliebenen Elektrodeneinheit feststellen und zur Ansteuerung der Elektrodeneinheit verwenden. Die Codierungen können dabei in beliebiger Form ausgebildet sein, beispielsweise mechanisch in Form von Erhebungen oder Vertiefungen, optisch in Form von Barcodes, QR-Codes usw., magnetisch mit Permanentmagneten oder elektronisch ausgebildet sein. Für die elektronische Ausbildung kommt insbesondere die Verwendung von Transpondern in den Abschnitten in Frage.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von der von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die den Schutzumfang aber keineswegs beschränken sollen, zum besseren Verständnis näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Darstellung einer aus mehreren gleichen Abschnitten gebildeten Elektrodeneinheit mit einem angeschlossenen Gehäuse, in dem sich eine Spannungsversorgung und eine Steuereinheit befinden,
Figur 2: die Darstellung gemäß Figur 1 mit einem abgenommenen Gehäuseoberteil,
Figur 3: eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 2,
Figur 4: eine Draufsicht gemäß Figur 3 auf eine Anordnung, in der an das Gehäuse eine (weiter) verkürzte Elektrodeneinheit angeschlossen ist,
Figur 5: eine perspektivische Darstellung gemäß Figur 2 für die verkürzte Elektrodeneinheit,
Figur 6: eine perspektivische Darstellung analog Figur 2 für eine zweite Ausführungsform, bei der die Abschnitte der Elektrodeneinheit unterschiedliche mechanische Codierungen aufweisen,
Figur 7: eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 6,
Figur 8: einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in Figur 7,
Figur 9: eine perspektivische Darstellung analog Figur 5 für die zweite Ausführungsform,
Figur 10: eine Draufsicht auf ein Gehäuse, an dem eine aus einem spiralförmig gewickelten Streifen gebildete Elektrodenanordnung angeschlossen ist.
Figur 11: eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 10,
Figur 12: einen Horizontalschnitt durch das Gehäuse entlang der Schnittlinie B-B in Figur 11,
Figur 13: einen Vertikalschnitt durch das Gehäuse und die Elektrodenanordnung entlang der Schnittlinie A-A in Figur 10.

Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Plasma-Behandlungsanordnung ist in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. An ein berührungssicher geschlossenes Gehäuse 1, das aus einem Gehäuseunterteil 2 und einem Gehäuseoberteil 3 besteht ist eine Elektrodeneinheit 4 unter Herstellung eines elektrischen Kontakts angeschlossen. Die Elektrodeneinheit 4 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 6 aus im Wesentlichen gleichen Abschnitten 5, die über Solltrennlinien 6 miteinander verbunden sind. Die Abschnitte 5 sind flächige Abschnitte, die auf ihrer Oberseite und Unterseite durch ein Dielektrikum 7 gebildet sind, das in der dargestellten Ausführungsform Durchgangsöffnungen 8 aufweist. Die Abschnitte 5 sind als Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet und weisen an ihren Längskanten 9, die senkrecht zu den Solltrennlinien 6 stehen, flächige Klebelaschen 10 auf, mit denen die Elektrodeneinheit 4 auf der zu behandelnden Oberfläche, beispielsweise der Haut eines menschlichen oder tierischen Körpers, befestigt werden kann. Der vom Gehäuse 1 entfernteste Abschnitt 5 ist mit einer weiteren, parallel zu den Solltrennlinien 6 verlaufenden Klebelasche 10a versehen.
Die Darstellung der Figur 2 zeigt das Gehäuse 1 mit einem abgenommenen Gehäuseoberteil 3, sodass nur das Gehäuseunterteil sichtbar ist. In dem Gehäuse 1 befindet sich eine Steuereinheit 11, die über zwei Hochspannungsspulen 12a, 12b zwei Hochspannungssignale über zugehörige Leitungen 13a, 13b in die Elektrodeneinheit 4 einleitet. In dem Gehäuse 1 befindet sich ferner eine Detektionseinrichtung 14, mit der ein elektrisches Signal auf wenigstens eine der Leitungen 13a, 13b geleitet werden kann, solange noch kein Hochspannungssignal über diese Leitung 13a, 13b geleitet wird.
Figur 2 lässt neben aufrechtstehenden Seitenwänden des Gehäuseunterteils 2 Schraubaufnahmen 15 erkennen, über die das Gehäuseoberteil 3 auf das Gehäuseunterteil geschraubt werden kann.
Figur 3 verdeutlicht eine Draufsicht auf die Anordnung im Gehäuseunterteil 2 und einen Horizontalschnitt durch die Elektrodeneinheit 4. An das Gehäuse 1 ist eine Spannungsversorgung 16 anschließbar, die die Steuereinheit 11 in dem Gehäuse 1 mit Spannung versorgt. In der Steuereinheit befindet sich ein Mikrocontroller 17, der hochfrequente Steuerimpulse generiert, die in einer Signalformungsstufe 18 so aufbereitet werden, dass an den Ausgängen der beiden Hochspannungsspulen 12a, 12b hochfrequente Impulszüge anstehen, die jeweils eine hochfrequente, in der Amplitude stark gedämpfte Schwingungen aufweisen. Die Wiederholfrequenz der Impulse liegt in üblicher Weise zwischen 1kHz und 20 MHz. Figur 3 zeigt schematisch, dass die Ausgangssignale der Hochspannungsspulen 12a, 12b, die Sekundärspulen eines Hochspannungstransformators sind, mit jeweils einer Teilelektroden 19a, 19b einer Elektrode 19 verbunden sind. Die Teilelektroden erstrecken sich spiegelsymmetrisch zu einer Mittenlinie 20 der Abschnitte 5 in Längsrichtung der Elektrodeneinheit 4. Die Breite der Teilelektroden 19a, 19b ist jeweils im Bereich der Solltrennlinien 6 stufenförmig verkleinert. Die Teilelektrode 19a, 19b sind mit - hier kreisförmigen - Öffnungen 21 versehen, die mit den Durchgangsöffnungen 8 des Dielektrikums fluchten, jedoch einen größeren Durchmesser aufweisen, sodass die Durchgangsöffnungen 8 des Dielektrikums sich durch die Elektrode 19 hindurch erstrecken und einen Durchgangskanal bilden, der auch auf der Höhe der Elektrode 19 eine durch das Dielektrikum 7 gebildete Wandung aufweist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass durch die Durchgangsöffnungen ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, geleitet werden kann, ohne dass es zu einem Kontakt der Flüssigkeit mit der Elektrode 19 kommt. Die Elektrodeneinheit 4 eignet sich somit auch zur Auflage auf eine Wunde auf einer menschlichen oder tierischen Haut, wobei durch die Durchgangsöffnungen Wundsekret abgeleitet werden kann.
Die Elektrode 19, die - wie dargestellt - durch zwei oder mehrere Teilelektroden 19a, 19b gebildet sein kann, ist in dem Dielektrikum 7 eingebettet und daher berührungssicher abgeschirmt, insbesondere zur zu behandelnden Oberfläche hin. Die Versorgung der Elektrode mit den hochfrequenten Hochspannungspotentialen führt zur Ausbildung eines Hochspannungsfeldes zwischen der Elektrode 19 und der zu behandelnden Oberfläche, die als Gegenelektrode (Masseelektrode) fungiert. Die beiden Teilelektroden 19a und 19b werden mit gegengleichen Hochspannungssignalen versorgt, die zu einem Summensignal Null führen. Dies gelingt beispielsweise dadurch, dass die beiden Hochspannungsspulen 12a, 12b mit identischen Steuersignalen angesteuert werden, jedoch entgegengesetzt gewickelt sind, sodass sich am Ausgang der beiden Spulen Signale mit entgegengesetzten Polaritäten ausbilden. Im Bereich der Teilelektroden führte dies zu einer Verstärkung des Plasmafeldes, während sich die Felder bereits in einigem Abstand kompensieren, sodass eine Beeinträchtigung der Umgebung durch hochfrequente Signale stark vermindert wird.
Selbstverständlich ist die Ausbildung der Elektrode 19 mit zwei Teilelektroden in vielen Fällen zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich für die Ausführung der Erfindung. Diese kann auch mit einer einstückigen Elektrode 19 verwirklicht werden.
Ferner ist es möglich, dass die Teilelektrode so angesteuert werden, dass eine Teilelektrode ein hochfrequentes Wechselspannungssignal erhält, während die andere Elektrode als Masseelektrode eine Gegenelektrode bildet. Diese Ausführungsform ist zweckmäßig, wenn die zu behandelnde Oberfläche aufgrund des Materials des die Oberfläche aufweisenden Körpers nicht als Gegenelektrode geeignet ist, beispielsweise weil es an der benötigten Leitfähigkeit fehlt. Die Teilelektroden müssen dabei nicht zwingend, wie in Figur 3 dargestellt, nebeneinander angeordnet sein, sondern können in einer an sich bekannten Anordnung auch untereinander geschichtet sein, sodass zwischen den beiden Elektroden eine Dielektrikumsschicht zu liegen kommt.
Figur 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Elektrodeneinheit 4 durch lediglich zwei aneinanderhängende Abschnitte 5 gebildet ist, sodass die Elektrodeneinheit 4 eine gegenüber der Elektrodeneinheit 4 aus Figur 3 deutlich geringere Auflagefläche (nicht dargestellten) der zu behandelnden Oberfläche bildet.
Damit die Steuereinheit die kleinere Elektrodeneinheit 4 aus Figur 4 nicht mit derselben elektrischen Leistung versorgt wie eine große Elektrodeneinheit 4 gemäß Figur 3, wird die Größe der Auflagefläche mittels der Detektionseinrichtung 14 festgestellt, wenn die Elektrodeneinheit 4 mit der Steuereinheit 11 in dem Gehäuse 1 verbunden wird. Hierzu leitet die Detektionseinrichtung 14 ein elektrisches Signal auf wenigstens eine der Teilelektroden 19a, 19b. Das elektrische Signal der Detektionseinrichtung 14 wird am freien Ende der Teilelektroden 19a, 19b, also an dem stirnseitigen entfernten Abschnitt 5 reflektiert, sodass es zu einer Überlagerung des ausgesandten Signals mit dem reflektierten Signal kommt. Die Detektionseinrichtung 14 kann so ausgebildet sein, dass sie ein kontinuierliches harmonisches elektrisches Signal aussendet, dessen Frequenz (Wellenlänge) verstellbar ist. Die Frequenz wird dann so verstellt, dass eine erstmalige Auslöschung des Summensignals detektierbar ist. Die Auslöschung erfolgt, wenn die Länge der Elektrodeneinheit 4 einer viertel Wellenlänge entspricht. Somit kann über die eingestellte Wellenlänge, bei der die erstmalige Auslöschung des Summensignals erfolgt, die Länge der Elektrodeneinheit 4 ermittelt werden. Da bei der dargestellten Elektrodeneinheit 4 die Länge der Elektrodeneinheit 4 proportional zur Auflagefläche ist, kann durch den Mikrocontroller 17 als Steuereinrichtung der Steuereinheit 11 die Amplitude des Steuersignals - und damit die für das Plasmafeld zur Verfügung stehende elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Größe der Auflagefläche eingestellt werden.
Demgemäß wird die Elektrodeneinheit 4 der Figur 4 mit einer anderen elektrischen Leistung versorgt als die Elektrodeneinheit 4 gemäß Figur 3. Die sich für die kleine Elektrodeneinheit 4 gemäß Figur 4 ergebende Anordnung ist in Figur 5 in einer perspektivischen Darstellung verdeutlicht.
Es ist für den Fachmann klar, dass die dargestellte externe Spannungsversorgung 16 nicht zwingend ist. Es ist auch möglich, in dem Gehäuse eine autarke Spannungsversorgung einzurichten, die aus aufladbaren oder nicht aufladbaren Batterien gespeist wird, wobei die hochfrequenten Wechselspannungssignale in bekannter Weise durch einen Zerhacker oder durch eine impulsartig angesteuerte Schwingschaltung generiert werden. Ferner ist es möglich, der Steuereinheit 11 bereits Hochspannungssignale zuzuführen, wofür es allerdings der Verwendung von hochspannungssicheren Leitungen bedarf.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren 6 bis 9 dargestellt ist, besteht die Elektrodeneinheit 40 wiederum aus im Wesentlichen gleichen Abschnitten 50, die in gleicher Weise aufgebaut sein können wie die Abschnitte 5 der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied besteht lediglich darin, dass die Abschnitte 50 an ihrer jeweils vorderen Kante, die gegebenenfalls an einer Solltrennlinie 6 liegt, jeweils eine unterschiedliche mechanische Codierung 22 aufweisen. Die mechanische Codierung ergibt sich aus dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Erhöhung an vier vorgegebenen Positionen der jeweils vorderen Kante der Abschnitte 50. Mit diesen mechanischen Codierungen 22 wirken Tasthebel 23 in dem Gehäuse 1 zusammen. Die Stellung der Tasthebel wird von der Detektionseinrichtung 14 erkannt, die somit feststellen kann, welcher Abschnitt 50 mit der Steuereinheit 11 in dem Gehäuse 1 kontaktiert ist. Eine Verkürzung der Elektrodeneinheit 40 erfolgte durch Abtrennen wenigstens eines Abschnitts 50 an dem Ende der Elektrodeneinheit 4, das dem Abschnitt 50 mit der stirnseitigen Klebelasche 10a gegenüberliegt. Somit kann durch die Identifizierung des Abschnitts 50, der mit der Steuereinheit 11 des Gehäuses 1 kontaktiert ist, die Länge der verbleibenden Elektrodeneinheit 40 bestimmt werden. Dementsprechend steuert die Steuereinheit 11 die elektrische Leistung, die auf die Elektrode 19 geleitet wird. In dieser Ausführungsform ist die Elektrode 19 als eine einzige Elektrode dargestellt. Selbstverständlich kann auch in dieser Ausführungsform eine Elektrode 19 aus zwei oder mehr Teilelektroden 19a, 19b gebildet sein.
Die mit den mechanischen Codierungen 22 zusammenwirkenden Tasthebel 23 sind, wie die Figuren 7 bis 9 verdeutlichen, zweiarmige Hebel, die an einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert sind und eine zur Elektrodeneinheit 40 gerichtete, nach unten abgekröpfte Tastspitze 25 aufweisen. Durch eine jenseits der Achse 24 von unten angreifende Druckfeder 26 wird die Tastspitze 25 nach unten auf die Fläche des in das Gehäuse 1 geschobenen Abschnitts 50 gedrückt. Lediglich der Tasthebel 23 beziehungsweise die Tasthebel 23, für die eine mechanische Codierung 22 auf dem Abschnitt 50 vorhanden ist, werden an der Tastspitze 25 angehoben, wie dies in Figur 8 und Figur 9 verdeutlicht ist.
Der Vergleich der Figuren 6 und 9 verdeutlicht, dass die lange Elektrodeneinheit 4 der Figur 6 dadurch codiert ist, dass nur der in Figur 6 rechts befindliche Tasthebel 23 angehoben ist, während für die kurze Elektrodeneinheit die in Figur 6 auf dem vorletzten Abschnitt 50 befindliche Codierung mit zwei Erhebungen für die beiden rechten Tasthebel 23 wirksam ist, wenn die Elektrodeneinheit 4 nur aus den beiden letzten Abschnitten 50 besteht.
Das Anheben der Tastspitzen 25 - und damit die Veränderung der Lage des Tasthebels 23 kann in herkömmlicher Weise detektiert werden, beispielsweise durch eine Kontaktgabe an dem der Tastspitze 25 entfernten Hebelarm. Möglich ist auch die Detektion mittels einer Lichtschranke 27, wie sie in Figur 8 angedeutet ist. Wenn nur eine Lichtschranke vorhanden ist, kann die Unterbrechung des Lichtstrahl durch einen der Hebel auch anzeigen, dass eine Kontaktierung der Steuereinheit 11 des Gehäuses 1 mit der Elektrodeneinheit 4 stattgefunden hat, um die Größenbestimmung zu diesem Zeitpunkt durchzuführen, bevor ein Hochspannungssignal auf die Elektrode 19 geleitet wird.
Wesentlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Ermittlung der Größe der Elektrodeneinheit 4 beim oder unmittelbar nach dem Kontaktieren der Elektrodeneinheit 4 mit der Steuereinheit 11 am Gehäuse 1.
In einer dritten, in den Figuren 10 bis 13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodeneinheit 4 in Form eines spiralförmig gewundenen Streifens ausgebildet der an einer beliebigen Stelle abgeschnitten werden kann, umso die verwendbare Auflagefläche der Elektrodeneinheit 4 zu verkleinern. Das Ende des Streifens, von dem ein Stück abgeschnitten worden ist, wird in einen Aufnahmeschlitz des Gehäuses 1 eingeschoben und kann dort mittels einer Wippe 28 kontaktiert werden, beispielsweise indem ein metallischer Schneidkontakt der Wippe durch das Dielektrikum 7 schneidet und einen leitenden Kontakt mit der Elektrode 19 innerhalb des Dielektrikums 7 herstellt. Die Wippe kann mittels eines Schiebers 29 verriegelt werden, sodass eine hochspannungssichere Verbindung möglich ist. Das Gehäuse 1 kann mit einer Steuereinheit 11 in gleicher Weise versehen sein, wie das Gehäuse 1 in den vorbeschriebenen Ausführungsformen.
Selbstverständlich ist die beispielhaft dargestellte Ausbildung der Elektrodeneinheit 4 für die dritte Ausführungsform nicht Voraussetzung, da auch andere Elektrodenformen, beispielsweise mit einem linear gerade erstreckten Streifen, als Elektrodeneinheit möglich sind.
Als Detektionseinrichtung 14 ist in dem Gehäuse 1 eine Kamera 30 vorgesehen, die auf die Oberfläche der Elektrodeneinheit 4 gerichtet ist, sodass mittels einer Bildauswertung die Größe der angeschlossenen Elektrodeneinheit 4 feststellbar ist. Auch hierfür ist wesentlich, dass die Feststellung der Größe der Elektrodeneinheit 4 erfolgt, nachdem die Kontaktierung mit der Steuereinheit 11 im Gehäuse 1 stattgefunden hat.
In allen Ausführungsbeispielen kann die Elektrodeneinheit 4 an ihrer Auflagefläche zur zu behandelnden Oberfläche hin mit in das Dielektrikum 7 eingeformten Abstandsvorsprüngen 31 versehen sein, durch die beim Anliegen auf der zu behandelnden Oberfläche Gasräume freigehalten werden, in denen sich das dielektrisch behinderte Plasma ausbilden kann. Die Figuren 12 und 13 verdeutlichen die Anordnung der Kamera 30 oberhalb der Oberseite der Elektrodeneinheit 4.
Es ist ohne weiteres erkennbar, dass die dargestellten Ausführungsbeispiele hinsichtlich der Form der verwendeten Elektrodeneinheit 4 und hinsichtlich der verwendeten Detektionseinrichtungen 14 jeweils kombinierbar sind und dass eine Einschränkung auf die jeweils dargestellte Kombination weder beabsichtigt noch indiziert ist. Gleiches gilt für die Ausbildung des Gehäuses 1 und die Art der Kontaktierung zwischen Elektrodeneinheit 4 und Steuereinheit 11 im Gehäuse 1, die in jeder herkömmlichen Weise erfolgen kann.

Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Gehäuseunterteil
3: Gehäuseoberteil
4: Elektrodeneinheit
5: Abschnitte
6: Solltrennlinien
7: Dielektrikum
8: Durchgangsöffnungen
9: Längskanten
10, 10a: Klebelaschen
11: Steuereinheit
12a, b: Hochspannungsspulen
13a, b: Leitungen
14: Detektionseinrichtungen
15: Schraubaufnahmen
16: Spannungsversorgung
17: Mikrocontroller
18: Signalformungsstufe
19a, b: Teilelektroden
20: Mittenlinie
21: Öffnungen
22: mechanische Codierung
23: Tasthebel
24: Achse
25: Tastspitze
26: Druckfeder
27: Lichtschanke
28: Wippe
29: Schieber
30: Kamera
31: Abstandsvorsprünge

Claims

Plasma-Behandlungsanordnung zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung auf einer zu behandelnden Oberfläche mit einer eine Behandlungsseite aufweisenden flächigen Elektrodeneinheit (4) und einer Steuereinheit (11), die wenigstens einer Elektrode (19) der Elektrodeneinheit (4) ein Hochspannungs-Wechselpotential für eine für die Plasmaerzeugung zwischen der wenigstens einen Elektrode (19) und einer ein Bezugspotential bildenden Gegenelektrode benötigte Leistung zuführt, wobei die wenigstens eine das Hochspannungs-Wechselpotential erhaltende Elektrode (19) wenigstens zur Behandlungsseite mit einem flächigen Dielektrikum (7) abgeschirmt ist und wobei die flächige Elektrodeneinheit dafür ausgebildet ist, die Größe ihrer Auflagefläche auf der zu behandelnden Oberfläche zur Anpassung an die Größe der zu behandelnden Oberfläche mechanisch zu verkleinern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) eine Einrichtung (14) zur Bestimmung der Größe der angepassten Auflagefläche und eine Steuereinrichtung zur Einstellung der an die wenigstens eine Elektrode (19) abzugebende Leistung in Abhängigkeit von der festgestellten Größe der Auflagefläche aufweist.
Behandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Elektrodeneinheit (4) als ein Streifen mit wenigstens einer in Längsrichtung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckten Elektrode vorgegebener Breite ausgebildet ist, wobei die Länge des Streifens die Größe der Auflagefläche bestimmt und dass die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der Auflagefläche eine Detektionsanordnung (14) für die Länge des Streifens enthält.
Plasma-Behandlungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsanordnung (14) zur Bestimmung der Länge des Steifens mittels eines auf der wenigstens einen Elektrode transportierten elektrischen Testsignals ausgebildet ist.
Plasma-Behandlungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (19) zur Reflexion des an dem ersten Ende angekoppelten elektrischen Testsignals an dem zweiten Ende ausgebildet ist.
Plasma-Behandlungsordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsanordnung (14) einen Frequenzgenerator enthält, der zur Generierung eines elektrischen Testsignals ausgelegt ist und eine Verstelleinrichtung zur kontinuierlichen Verstellung der Frequenz des Testsignals und eine Detektionseinrichtung zur Bestimmung der Amplitude des Testsignals enthält.
Plasma -Behandlungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgenerator zur Generierung eines elektrischen Testsignals in Form eines harmonischen Wellenzugs ausgebildet ist.
Plasma-Behandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) eine Kameraanordnung mit wenigstens einer Kamera (30) und eine Auswertungseinrichtung zur Bestimmung der Länge und/oder der Fläche der Elektrodeneinheit aufweist.
Plasma-Behandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (4, 40) aus einer Mehrzahl von Abschnitten (5,50) mit gleich aufgebauten Elektroden besteht, zwischen denen Soll-Trennlinien (6) vorhanden sind, sodass die Verkleinerung der Auflagefläche durch Abtrennen eines oder mehrerer Abschnitte (5, 50) erfolgt.
Plasma-Behandlungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (50) unterschiedliche Codierungen (22) tragen, für die die Steuereinheit einen Lesedetektor enthält und dass die Verbindung der Elektrodeneinheit (4) mit der Steuereinheit (11) an dem Abschnitt (50) vorgesehen ist, von dem einer oder mehrere Abschnitte abgetrennt worden sind.
Verfahren zur Anpassung der Größe einer Auflagefläche einer eine Behandlungsseite aufweisenden flächigen Elektrodeneinheit (4) einer Plasma-Behandlungsanordnung zur Durchführung einer dielektrisch behinderten Plasmaentladung auf einer zur behandelnden Oberfläche an die Größe der zur behandelnden Oberfläche, wobei der wenigstens einen Elektrode (19) der Elektrodeneinheit (4) mit einer Steuereinheit (11) ein Hochspannungs-Wechselpotential für eine für die Plasmaerzeugung zwischen der wenigstens einen Elektrode (19) und einer ein Bezugspotential bildenden Gegenelektrode benötigte Leistung zugeführt wird, die wenigstens eine das Hochspannungs-Wechselpotential erhaltende Elektrode (19) wenigstens zur Behandlungsseite mit einem flächigen Dielektrikum (7) abgeschirmt ist und wobei die Auflagefläche der Elektrodeneinheit (4) zur Anpassung an die Größe der zu behandelnden Oberfläche mechanisch verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuereinheit (11) die Größe der mechanisch verkleinerten Auflagefläche bestimmt und dementsprechend die an die wenigstens eine Elektrode (19) abzugebenden Leistung in Abhängigkeit von der festgestellten Größe der Auflagefläche eingestellt wird.