DE19819909A1 - Vorrichtung zur Plasmasterilisation von Metallgegenständen - Google Patents

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.