WO2011076193A1 - Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte plasmabehandlung und verfahren zur plasmabehandlung einer oberfläche - Google Patents

Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte plasmabehandlung und verfahren zur plasmabehandlung einer oberfläche Download PDF

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Abstract

Eine Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmabehandlung einer als Gegenelektrode verwendeten unregelmässig dreidimensional geformten Oberfläche eines elektrisch leitenden Körpers, mit einer flächigen Elektrode (1) und einem Dielektrikum (2, 3), das zur Anordnung mit einem definierten Abstand zu der zu behandelnden Oberfläche zur Ausbildung eines kalten Plasmas ausgebildet ist, lässt sich in einfacher Weise herstellen und in der Anwendung sicher dadurch ausbilden, dass das Dielektrikum (2, 3) durch ein flexibles flächiges Material gebildet ist, das auf seiner zur zu behandelnden Oberfläche zeigenden Seite mit einer Struktur (4) versehen ist, um Luftführungsbereiche (7) auszubilden, wenn das Dielektrikum (2, 3) auf der zu behandelnden Oberfläche aufliegt, und dass die flächige Elektrode (1) flexibel ausgebildet und am Dielektrikum (2, 3) so befestigt ist, dass eine Schicht (2) des Dielektrikums (2, 3) die Elektrode (1) von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt.

Description

Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmabehandlung und Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmabehandlung einer als Gegenelektrode verwendeten unregelmäßig dreidimensional geformten Oberfläche eines elektrisch leitenden Körpers, mit einer flächigen Elektrode und einem Dielektrikum, das zur Anordnung mit einem definierten Abstand zu der zu behandelnden Oberfläche zur Ausbildung eines kalten Plasmas ausge- bildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche mit einer derartigen Elektrodenanordnung. Dielektrisch behinderte Plasmaentladungen werden für zahlreiche Anwendungsfälle eingesetzt. Durch DE 195 32 105 C2 ist es bekannt, die Oberfläche von dreidimensionalen Werkstücken zu behandeln, beispielsweise zu aktivieren oder zu reinigen. Durch eine sogenannte Barriereentladung ist es möglich, eine Ölschicht bis auf minimale Öl- beläge zu reduzieren. Wesentlich ist dabei allerdings, dass eine gleichmäßige Behandlung der Oberfläche stattfindet. Hierfür ist eine homogene Ausbildung des Plasmas erforderlich, wobei die Vorstellung besteht, dass die Plasmaentladungen in voneinander beabstan- deten dünnen Filamenten stattfinden. Problematisch ist dies bei un- regelmäßig dreidimensional geformten Oberflächen. In der DE 195 32 105 C2 ist daher vorgesehen, von der Oberfläche des Werkstücks eine Negativform mit dem Dielektrikum auszubilden, das somit aus einem formbaren, beispielsweise pressbaren oder tiefziehbaren Kunststoff besteht. Vorgesehen ist dabei ferner, dass eine Zwischen- schicht verwendet wird, sodass das Dielektrikum mit der Zwischenschicht unmittelbar an der Oberfläche des Werkstücks geformt werden kann. Die Zwischenschicht wird dann entfernt, um einen Zwi-
BESTÄTIGUNGSKOPIE schenraum zwischen dem Dielektrikum und der Elektrode zu gewährleisten, in dem sich das Plasma ausbilden kann. Das Dielektrikum wird auf seiner von der zu behandelnden Oberfläche abgewandten Seite mit einem leitenden Material beschichtet, dem die benötigte ho- he Spannung in Form einer Wechselspannung zuführbar ist.
Durch DE 10 2007 030 915 A1 ist es bekannt, Hohlfasern aus einem dielektrischen Werkstoff auszubilden, die in ihrem Inneren mit einer metallisch leitenden Beschichtung versehen werden, sodass die Hohlfaser ein Dielektrikum mit einer inneren abgeschirmten Elektrode bildet, das zusammen mit der als Gegenelektrode dienenden Oberfläche eines leitenden Körpers ein Plasmafeld ausbilden kann. Dabei ist es auch vorgesehen, mit den Hohlfasern ein Gewebe auszubilden, das flächig auf eine unregelmäßige Oberfläche, insbesondere Haut- Oberfläche eines menschlichen Körpers auflegbar ist. Dadurch entsteht der Vorteil einer an die unregelmäßige Topologie der Hautoberfläche anpassbaren Elektrodenanordnung für die Durchführung einer Plasmabehandlung. Nachteilig hieran ist jedoch der hohe Fertigungsaufwand für die Ausbildung der das Gewebe bildenden Hohlfasern, die in ihrem Hohlraum eine flexible Elektrode aufweisen sollen, um die für die Anpassung an die Hautoberfläche erforderliche Flexibilität des Elektrodengewebes zu gewährleisten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung zu schaffen, mit der eine sichere dielektrisch behinderte Plasmabehandlung der Oberfläche eines unregelmäßig dreidimensional geformten Körpers, insbesondere der Hautoberfläche eines Lebewesens, möglich ist und die einfacher und preiswerter herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Elektrodenanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass das Dielektrikum durch ein flexibles flächiges Material gebildet ist, das auf seiner zur zu behandelnden Oberfläche zeigenden Seite mit einer Struktur versehen ist, um Luftführungsbereiche auszubilden, wenn das Dielektrikum auf der zu behandelnden Oberfläche aufliegt, und dass die flächige Elektrode flexibel ausgebildet und am Dielektrikum so befestigt ist, dass eine Schicht des Dielektrikums die Elektroden von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt.
Als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung dient daher vorzugsweise ein ebenes flächiges Dielektrikum, das auf seiner von der zu behandelnden Oberfläche abgewandten Rückseite eine ebene flächige Elektrode trägt, sodass eine flexible Platte gebildet wird, die aufgrund ihrer Flexibilität an die Kontur der Oberfläche anpassbar ist, auch wenn diese dreidimensional geformt ist und insbesondere eine unregelmäßige dreidimensionale Topogra- fie aufweist. Für die Erfindung ist es wesentlich, dass das Dielektrikum eine durchgehende Schicht bildet, mit der die Elektrode von der zu behandelnden Oberfläche abgeschirmt wird. Darüber hinaus bildet das Dielektrikum zur zu behandelnden Oberfläche hin eine Struktur aus, in der sich Bereiche befinden, in denen Luft geführt und ausge- tauscht werden kann, um in diesen Bereichen das kalte Plasma entstehen zu lassen, mit dem die Oberfläche, insbesondere die Hautoberfläche eines menschlichen oder tierischen Körpers, behandelt wird. Die Behandlung der Hautoberfläche kann dabei eine therapeutische Behandlung sein. Bevorzugt ist jedoch eine kosmetische Be- handlung der Oberfläche, durch die diese kosmetische Wirkstoffe verbessert aufnehmen kann, wodurch in effizienter Weise kosmetische Behandlungen, wie Faltenglättungen, Porenverkleinerungen usw. möglich sind. Eine weitere wirksame Behandlung kann durch die Ausbildung der Elektrodenanordnung als Einlegesohle erreicht wer- den. Dabei entsteht eine bakterizide und fungizide Wirkung auf die Fußhaut, wobei das Dielektrikum direkt oder über einen Strumpf an der Fußhaut, insbesondere an der Fußsohle, anliegen kann. Die flächige Elektrode ist vorzugsweise in das Dielektrikum eingebettet. Dies kann auf der Rückseite der Schicht des Dielektrikums erfolgen, die die Elektrode von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt. Es ist aber auch möglich, die flächige Elektrode vollständig in das Dielektrikum einzubetten. In allen Fällen kann die flächige Elektrode mit einem aus dem Dielektrikum herausgeführten An- schluss kontaktierbar sein.
Die Elektrode ist vorzugsweise durch ein flexibles Drahtgitter gebil- det, weil sich dieses für eine flexible Elektrode einfach und kostengünstig herstellen lässt.
Die Struktur des Dielektrikums ist einer bevorzugten Ausführungsform ein-stückig mit der Schicht des Dielektrikums ausgebildet, die die E- lektrode von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt. Die Strukturierung definiert dabei die Tiefe der Bereiche, in denen sich Luft zur Ausbildung des Plasmas befinden kann, wenn das Dielektrikum unmittelbar auf die Oberfläche, beispielsweise Haut, aufgelegt wird. Wenn das Dielektrikum aus einem geeigneten Kunststoff, beispiels- weise thermoplastischem Polyethylen, gebildet ist, kann die gewünschte Struktur beim Gießen des flächigen Dielektrikums eingearbeitet werden.
Es ist aber auch möglich, die Struktur als separat ausgebildete Lage mit der Schicht des Dielektrikums zu verbinden. In diesem Fall kann die Struktur auch feinfaserig gebildet sein, und beispielsweise ein Gewebe sein, wodurch die luftführenden Bereiche ggf. vergrößert werden und eine gleichmäßigere Ausbildung des Plasmas erreicht wird.
Bei einer fertigungstechnisch einfacheren Ausbildung der Struktur aus vorstehenden Noppen wird für luftdurchlässige Zwischenräume gesorgt, in denen sich das Plasma ausbilden kann. Die Noppen können dabei vorzugsweise kreiszylindrisch, kegelförmig oder kegel- stumpfförmig ausgebildet sein. Ferner haben die Noppen vorzugsweise eine Höhe zwischen 0,5 und 10 mm, bevorzugt zwischen 1 und 8 mm und weiter bevorzugt zwischen 2 und 3 mm.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 die Teile einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in einer explodierten Darstellung;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Vorderseite der gemäß Figur 1 zusammengestellten Elektrodenanordnung;
Figur 3 einen Längsschnitt durch die Elektrodenanordnung gemäß Figur 2; Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer an eine dreidimensional geformte Oberfläche angepasste Elektrodenanordnung;
Figur 5 einen Längsschnitt durch die Elektrodenanordnung ent- lang der Linie V-V in Figur 4.
Figur 1 verdeutlicht, dass die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung eine Elektrode 1 aufweist, die als im Ausgangszustand ebenes, flexibles Elektrodengitter aus Metall ausgebildet ist. Die Elektrode ist zwischen einer vorderen Schicht 2 aus einem dielektrischen Material und einer rückwärtigen Schicht 3 aus einem dielektrischen Material angeordnet. Die beiden dielektrischen Schichten 2, 3 sind im Ausgangszustand eben und flächig ausgebildet und überragen die Elektrode 1 an allen vier Seitenkanten, sodass die Elektrode 1 allseitig in das durch die beiden Schichten 2, 3 gebildete Dielektrikum eingebet- tet ist. Hierzu sind die Schichten 2, 3 miteinander verbunden, vorzugsweise flächig. Die Verbindung kann beispielsweise durch Verkleben oder Verschweißen erfolgen. Selbstverständlich können mit externen Verbindungsmitteln auch lösbare Verbindungen realisiert werden, jedoch mit einem höheren Aufwand. Die in das Dielektrikum ein- gebettete Elektrode 1 ist mit einem aus dem Dielektrikum herausragenden (nicht dargestellten) Anschluss kontaktierbar.
Die vordere Schicht 2 des Dielektrikums ist auf der von der Elektrode 1 abgewandten Seite mit einer strukturierten Oberfläche 4 versehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die strukturierte Oberfläche durch vorragende Noppen 5 gebildet, die einen Abstand 6 zueinander aufweisen, sodass die strukturierte Oberfläche 4 zahlreiche miteinander verbundene Luftführungsbereiche 7 aufweist, in denen Luft strömen kann, wenn die Elektrodenanordnung mit den Noppen 5 ihrer vorderen Schicht 2 an einer zu bearbeitenden Oberfläche, beispielsweise an der Haut eines Lebewesens, anliegt.
Figur 2 verdeutlicht, dass die Elektrode 1 in Draufsicht mit Abstand von den Seitenkanten der Schichten 2, 3 endet, wobei die Schichten 2, 3 vorzugsweise gleich groß ausgebildet sind.
Der Längsschnitt der Figur 3 verdeutlicht die Einbettung der Elektrode 1 zwischen den Schichten 2, 3 und die Noppen 5 der strukturierten Oberfläche 4 der vorderen Schicht 2, die die Elektrode 1 gegenüber der zu bearbeitenden Oberfläche abschirmt. Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Elektrodenanordnung gemäß Figur 1 , wobei die beiden Schichten 2, 3 des Dielektrikums nicht mehr voneinander getrennt sind, weil sie beispielsweise durch einen flächigen Schweißvorgang miteinander verbunden sind. Das so gebildete Dielektrikum 2, 3 ist flexibel, weil die Schichten 2, 3 einerseits und die darin eingebettete Elektrode 1 andererseits flexibel sind. Demgemäß kann sich die Elektrodenanordnung an die Form einer dreidimensional geformten Oberfläche anpassen, wie dies in Figur 4 schematisch angedeutet ist. Die zu behandelnde Oberfläche ist dabei nicht dargestellt. Es ist erkennbar, dass eine von oben gesehen konvexe mittige Wölbung zu den diagonal gegenüberliegenden Enden in eine konkave Wölbung übergeht. Damit wird die Anpass- barkeit der Elektrodenanordnung auch an unregelmäßige Wölbungen der zu behandelnden Oberfläche verdeutlicht.
Der entlang der Linie V-V in Figur 4 dargestellte Längsschnitt der Figur 5 verdeutlicht die mittige konvexe Wölbung und lässt, insbesondere am linken Ende eine nach hinten ansteigende konkave Wölbung erkennen.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung außerordentlich einfach herzustellen ist und in einfacher Weise eine flächige Behandlung einer auch unregelmäßig gewölbten Oberfläche, insbesondere einer Hautfläche, ermöglicht.
Die Figuren 4 und 5 zeigen die Verschmelzung der beiden dielektrischen Schichten 2, 3 zu einem einheitlichen Bauteil, in das die Elektrode 1 eingeschlossen ist. Es ist ohne weiteres möglich, die strukturierte Oberfläche 4 auch als separates flächiges Element auszubilden, dass mit der die Elektrode 1 abschirmenden. Schicht 2 verbunden wird. Beispielsweise kann die strukturierte Oberfläche in dieser Weise durch ein flächiges flexibles Textil- oder Kunststoffgewebe gebildet sein, das sich zwar als abschirmende Schicht 2 nicht eignet, jedoch als strukturierte Oberfläche 4 geeignet ist, Luftführungsbereiche auszubilden, in denen durch die angelegte hohe Wechselspannung das zur Behandlung benötigte Plasma ausgebildet wird.
Ebenso ist es für manche Anwendungsfälle denkbar, die Elektrode 1 lediglich auf die Rückseite der dielektrischen Schicht 2 aufzubringen. Im Allgemeinen wird es aber sinnvoll sein, die Elektrode 1 durch eine isolierende Schicht abzudecken, um unerwünschte Spannungsüberschläge, beispielsweise auf eine Bedienperson, auf der Rückseite der abschirmenden Schicht 2 zu vermeiden. Daher stellt die Einbettung der Elektrode 1 in das Dielektrikum 2, 3 eine bevorzugte Ausfüh- rungsform dar.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel geht von im Ausgangszustand ebenen flächigen Schichten 2, 3 und einer ebenen flächigen Elektrode 1 aus. Für Anwendungen, die beispielsweise insbesondere für konvex gekrümmte Oberflächen vorgesehen sind, kann es auch sinnvoll sein, in konvexer Krümmung vorgeformte flächige Schichten 2, 3 und eine entsprechend vorgeformte flächige Elektrode 1 zu verwenden. Entsprechendes gilt für andere Vorformungen, die die Anpassung an die zu behandelnden Oberflächen erleichtert, wobei die Fle- xibilität der Elektrodenanordnung in jedem Fall gewahrt bleibt und eine präzise Anpassung an die Oberfläche ermöglicht.

Claims

Ansprüche
1. Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmabehandlung einer als Gegenelektrode verwendeten unregelmäßig dreidimensional geformten Oberfläche eines elektrisch lei- tenden Körpers, mit einer flächigen Elektrode (1 ) und einem
Dielekrikum (2, 3), das zur Anordnung mit einem definierten Abstand zu der zu behandelnden Oberfläche zur Ausbildung eines kalten Plasmas ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (2, 3) durch ein flexibles flächiges Material gebildet ist, das auf seiner zur zu behandelnden Oberfläche zeigenden Seite mit einer Struktur (4) versehen ist, um Luftführungsbereiche (7) auszubilden, wenn das Dielektrikum (2, 3) auf der zu behandelnden Oberfläche aufliegt, und dass die flächige Elektrode (1) flexibel ausgebildet und am Dielektri- kum (2, 3) so befestigt ist, dass eine Schicht (2) des Dielektrikums (2, 3) die Elektrode (1 ) von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt.
2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich- net, dass die flächige Elektrode (1 ) in das Dielektrikum (2, 3) eingebettet und mit einem aus dem Dielektrikum (2, 3) herausgeführten Anschluss kontaktierbar ist.
3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net, dass die flächige Elektrode in das Dielektrikum (2, 3) allseitig eingebettet ist. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (2, 3) für eine Anlage auf der Haut eines Lebewesens ausgebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1 ) durch ein flexibles Drahtgitter aus Metall gebildet ist.
Elektrodenanordnung nach eiern der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) aus Carbonfasern oder Carbonfasergeflecht gebildet ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (4) des Dielektrikums (2, 3) einstückig in der Schicht (2) des Dielektrikums (2, 3) ausgebildet ist, die die Elektrode (1) von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (4) als separat ausgebildete Lage mit der der Schicht (2) des Dielektrikums (2, 3) verbunden ist, die die Elektrode (1 ) von der zu behandelnden Oberfläche abschirmt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (4) aus vorstehenden Noppen (5) besteht, die luftdurchlässige Zwischenräume (6) ausbilden. 10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (5) kreiszylindrisch, kegelförmig oder ke- gelstumpfförmig ausgebildet sind. Verfahren zur Plasmabehandlung einer Oberfläche mittels einer Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Elektrodenanordnung mit der zur Oberfläche hin ausgebildeten Struktur des Dielektrikums (2, 3) auf die Oberfläche aufgelegt und an die Kontur der Oberfläche angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung auf eine unregelmäßig dreidimensional geformte Oberfläche aufgelegt wird.
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