WO2011091842A1 - Vorrichtung und verfahren zur trockenen reinigung, aktivierung, beschichtung, modifikation und biologischen dekontamination der innenwände von schläuchen, rohren und anderen hohlkörpern - Google Patents

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WO2011091842A1
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tube
hoses
plasma
high voltage
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PCT/EP2010/050865
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Joerg Ehlbeck
Klaus-Dieter Weltmann
Manfred Stieber
Joern Winter
Kim Winterwerber
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Leibniz-Institut Für Plasmaforschung Und Technologie E. V.
Xion Gmbh
Webeco Hygiene In Medizin Und Labor Gmbh & Co. Kg
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    • H05H1/2465—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube the plasma being activated by inductive coupling, e.g. using coiled electrodes
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    • A61L2202/20—Targets to be treated
    • A61L2202/24—Medical instruments, e.g. endoscopes, catheters, sharps

Definitions

  • the invention relates to a device for the uniform generation of a physical plasma in long and narrow lumen at the same time, flexible or rigid, dielectric hoses, pipes or other hollow bodies (hereinafter referred to as hoses) in the low or normal pressure range, for dry cleaning, activation , Coating, modification and biological decontamination (sterilization, disinfection, sterilization) of the inner walls of these tubes, as well as for therapeutic applications by means of a barrier discharge.
  • hoses flexible or rigid, dielectric hoses, pipes or other hollow bodies
  • the device requires special internal electrodes
  • the device requires special external electrodes
  • the device does not work at normal pressure
  • the device has high maintenance costs by e.g. high gas flows
  • the device is limited in the treatment route
  • the device can not guarantee homogeneous treatment over the length of the tube
  • the device is limited to noble gases, whereby the application is limited
  • the device is not suitable for processing thermally labile materials
  • Another method introduces a short needle into the tube, creating a jet-like plasma. By a high gas flow, the plasma can then be driven over a certain distance in the hose. (Phys. Plasmas 14, 074502 (2007)) However, in this method, the homogeneity of the plasma over the entire length of the plasma Hose not guaranteed. Furthermore, you also have to work with an additional inner electrode.
  • a method is known in which the tube is guided into a process chamber, wherein a part of the process chamber is under vacuum. 2 electrodes outside the tube generate the electric field inside to generate the plasma. (EP0348690 (A2)).
  • partial vacuum is used in this structure.
  • the process chamber is only suitable for the treatment of uninstalled hoses.
  • Another structure is realized via an inner electrode in the tube and an outer electrode below the tube. (Plasma Process, Polym., 2008, 5, 606-614)
  • the physical plasma is therefore generated only between the electrodes and does not fill the entire volume of the tube. Furthermore, additional electrodes are needed in this structure, which limits the use of finished medical devices.
  • a corona afterglow discharge charge is generated with nitrogen.
  • the afterglow plasma is then passed into the tube at high flow rates, so that over some distance a plasma is present inside the tube.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the technical solutions described above.
  • the structure of the hoses has been changed so that no additional electrodes outside, and inside the hoses are more needed to produce a homogeneous over the entire length of the hoses physical plasma, without causing changes in physical, chemical or mechanical properties, as well the functionality of the hoses occur.
  • the device represents, in particular, a simple and cost-effective change in the construction of such tubes. At the same time, this results in only minor changes for finished medical products containing such tubes.
  • the invention ensures the simplest possible generation of physical plasmas in the tubes in complex medical devices, so that disassembly of the devices or other special devices are not needed.
  • the tube walls are provided with a plurality of spirally and preferably equidistantly around the tube extending metallic conductors (hereinafter referred to as electrodes), wherein the electrodes are located within the tube wall.
  • electrodes metallic conductors
  • the electrodes are wound onto an inner tube, fixed with special adhesives, after which an outer tube is shrunk.
  • Other possibilities include the embedding of the electrodes in a single tube or in the application of electrical conductors by special etching or coating processes.
  • the hoses produced in this way can have an inside diameter of a few cm down to 1 mm and smaller and a length of several meters.
  • the material of the electrodes must be there be necessarily electrically conductive, wherein the material of the inner or outer tube must have dielectric properties and typically has a thickness of a few ⁇ up to mm.
  • the electrodes can be present as wire with a diameter of a few ⁇ m up to mm, both with a rectangular cross-section with a thickness of a few ⁇ m and a width of a few mm.
  • the distance between the electrodes is in the range of a few ⁇ up to a few mm.
  • the number of electrodes is greater than or equal to 2, with each second electrode preferably being at the same potential.
  • Adjacent electrodes are controlled separately, so that one of the electrodes is at ground potential and the adjacent electrode is driven with an alternating voltage, preferably in the kHz range.
  • an electrical field is generated by the structure between the electrodes and a physical plasma is generated when the ignition field strength is exceeded.
  • different discharge modes can be generated.
  • volume and surface discharge as well as filamentous and diffuse discharge modes, depending on the task are adjustable.
  • the electrodes are pulled axially in the tube wall along.
  • Another embodiment of this device can be realized via a mesh inside the tube wall.
  • the braid consists of non-conductive material, which is typically also used in the construction of such tubes for example endoscopes. In this braid then continuously and preferably equidistant electrical conductors are woven, which then extend over the entire length of the hose.
  • the electrodes are introduced into the tube wall and externally wound around the tube fitting a wire mesh.
  • the electrodes inside the wall are driven by the AC voltage while the grid is at ground potential. A surface discharge is thus formed inside the tube.
  • the device is very versatile, even in working and jet channels of complex medical devices, a physical plasma can be generated without any problems, without the structure of such devices must be changed greatly, or the function of components of the device is affected.
  • the device offers the possibility to create a jet-like plasma at the gas outlet of the tubing for dry cleaning, activation, coating, modification and biological decontamination (disinfection, disinfection, sterilization) as well as for therapeutic applications.
  • the device includes a high voltage power supply whose frequency range is in kilohertz up to megahertz and provides the voltage required to generate the atmospheric pressure discharge in the range of 1-25 kV, a dielectric tube whose diameter is preferably in the range of ⁇ to mm and whose length can be varied from a few centimeters to several meters, and electrically conductive electrodes in the complete tube wall, which can be arbitrarily shaped and may have a diameter in the range of ⁇ up to several mm.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show the basic structure of the device with 2 round, spirally around the inner tube (4) rotated electrodes, one of which is connected to ground potential (1), the other (2) to an AC voltage.
  • the gas supply (7) via a gas connection with a gas nozzle.
  • the electrodes can be present in different arrangements and number, as shown in Fig. 3 and 4, as a network in which the electrodes are woven into a plastic mesh, or as shown in Fig. 5 as parallel wires in the axial direction. The number of electrodes is variable.
  • Inner and outer hose are identical in all arrangements and serve as a dielectric.
  • Fig. 7 shows a further embodiment of the tube, has been dispensed with a grounded electrode in the tube wall, instead, the electrical shield or kinking stiffener outside of the tube is used as the ground electrode. As a result, a surface discharge is formed inside the tube.
  • the shield is also incorporated in the tube wall with.
  • the high voltage electrode is driven in all embodiments with a voltage in the kilovolt range and a frequency of a few kilohertz to megahertz with a sine, square or triangle signal.
  • the most different duty cycles and edge steepnesses can be used, with special pulse or burst voltages for some processes can represent a particular advantage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gleichmäßigen Erzeugung eines physikalischen Plasmas in langen und gleichzeitig engen Lumen, flexiblen oder starren, dielektrischen Schläuchen, Rohren oder anderen Hohlkörpern (im Folgenden als Schläuche bezeichnet) im Nieder- oder Normaldruckbereich, zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologischen Dekontamination (Entkeimung, Desinfektion, Sterilisation) der Innenwände dieser Schläuche, sowie für therapeutische Anwendungen mittels einer Barriereentladung. Die Vorrichtung umfasst eine Hochspannungsversorgung und eine Gaszufuhr, mindestens eine elektrisch leitende geerdete Elektrode, sowie mindestens eine elektrisch leitende Hochspannungselektrode in der Wand des Schlauches, wobei die Elektroden schraubenartig entlang der Achse des Schlauches verlaufen oder parallel in axialer Richtung verlaufen oder die Elektroden zusammen mit nicht-leitenden Fasern als ein Netz eingebracht werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifikation und biologischen Dekontamination der Innenwände von Schläuchen, Rohren und anderen Hohlkörpern
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Erzeugung eines physikalischen Plasmas in langen und gleichzeitig engen Lumen, flexiblen oder starren, dielektrischen Schläuchen, Rohren oder anderen Hohlkörpern (im Folgenden als Schläuche bezeichnet) im Nieder- oder Normaldruckbereich, zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologischen Dekontamination (Entkeimung, Desinfektion, Sterilisation) der Innenwände dieser Schläuche, sowie für therapeutische Anwendungen mittels einer Barriereentladung.
Technischer Hintergrund
[0002] Für eine Vielzahl von Anwendungen, speziell im Bereich der Biomaterialien für medizinische Geräte, ist es nötig, die Innenwände von langen und gleichzeitig dünnen Schläuchen, die aus einem dielektrischen Material bestehen, zu modifizieren. Dazu zählen trockene Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologische Dekontamination. Typischerweise können diese Modifikationen nicht während der Herstellung der Materialien durchgeführt werden, in vielen Bereichen und abhängig vom Anwendungsgebiet muss die Modifikation nach erfolgtem Fertigungsprozess auch regelmäßig erneuert werden. Physikalische Plasmen bieten für diese Art der Anwendung eine Vielzahl von Vorteilen. Die so erzeugten Modifikationen sind homogen über die Oberfläche verteilt, sehr dünn (nm-Bereich), stark anhaftend und verändern die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Grundmaterials nur sehr gering. Die unterschiedlichen Modifikationen können durch geeignete Wahl von Gasen, Precursoren und physikalischen Parametern des Plasmas erreicht werden. Aus Kostengründen und für eine einfache Integration in vorhandene Prozessschritte, sollten die Modifikationen durch ein physikalisches Plasma möglichst unter Normaldruck stattfinden. Bisher erweist sich jedoch die Erzeugung eines über die Länge des Schlauches homogenen Plasmas unter Normaldruck bei großer Variabilität des Parameterbereichs und großem Aspektverhältnis der Schläuche als sehr schwierig. Speziell bei komplexen Medizinprodukten, wie zum Beispiel Endoskopen, gestaltet es sich schwierig elektrische Felder von außerhalb des Endoskops ins Innere der Arbeitskanäle einzukoppeln, um damit ein physikalisches Plasma zu zünden. Es ist auf Anwenderseite auch nachteilig, Elektroden zur Einkopplung der Leistung für das Plasma in die Arbeitskanäle einzubringen, da die Oberflächen der Kanäle beschädigt werden könnten.
Stand der Technik
[0003] Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung im Inneren von Schläuchen, die auf der Nutzung von derartigen Plasmen basieren, werden in zahlreichen Druckschriften beschrieben. Die hier angeführten technischen Lösungen sind aber mindestens mit einem oder mehreren der folgenden Nachteile verbunden: - die Vorrichtung funktioniert nur mit Schläuchen im Rohzustand und nicht im verbauten Zustand
Die Vorrichtung benötigt spezielle Innenelektroden
Die Vorrichtung benötigt spezielle Außenelektroden
Die Vorrichtung funktioniert nicht bei Normaldruck
Die Vorrichtung weist hohe Unterhaltskosten durch z.B. hohe Gasflüsse auf
Die Vorrichtung ist in der Behandlungsstrecke begrenzt
Die Vorrichtung kann eine über die Länge des Schlauches homogene Behandlung nicht gewährleisten
Die Vorrichtung ist auf Edelgase beschränkt, wodurch das Einsatzgebiet beschränkt wird
Die Vorrichtung ist nicht geeignet thermo labile Materialien zu bearbeiten
[0004] Es existiert ein Verfahren, bei dem ein langer und dünner Schlauch durch ein von außen erzeugtes Feld geführt wird. Dabei wird die Feldstärke groß genug, um ein physikalisches Plasma im Inneren des Schlauches zu zünden (DE69502185T2). Dieses Verfahren ist jedoch nur für unverbaute Schläuche nutzbar. Bei zum Beispiel handelsüblichen Endoskopen wäre dieses Verfahren nicht einsetzbar.
[0005] Ein weiteres Verfahren führt eine kurze Nadel in den Schlauch ein, wodurch ein jetartiges Plasma erzeugt wird. Durch einen hohen Gasfluss kann das Plasma dann über eine gewisse Strecke im Schlauch voran getrieben werden. (Phys. Plasmas 14, 074502 (2007)) Jedoch ist bei diesem Verfahren die Homogenität des Plasmas über die gesamte Länge des Schlauches nicht gewährleistet. Weiterhin muss auch hier mit einer zusätzlichen inneren E- lektrode gearbeitet werden.
Bekannt ist ein Verfahren, bei dem der Schlauch in eine Prozesskammer geführt wird, wobei ein Teil der Prozesskammer unter Vakuum steht. 2 Elektroden außerhalb des Schlauches erzeugen das elektrische Feld im Inneren zur Generierung des Plasmas. (EP0348690 (A2)). Jedoch wird bei diesem Aufbau teilweise Vakuum genutzt. Weiterhin ist die Prozesskammer nur für die Behandlung von unverbauten Schläuchen geeignet.
[0006] Ein weiterer Aufbau wird über eine Innenelektrode im Schlauch und einer Außenelektrode unterhalb des Schlauches realisiert. (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 606-614) Das physikalische Plasma wird daher nur zwischen den Elektroden erzeugt und füllt nicht das gesamte Volumen des Schlauches aus. Weiterhin werden auch bei diesem Aufbau zusätzliche Elektroden benötigt, was den Einsatz bei fertigen Medizinprodukten einschränkt.
[0007] Ferner wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem in das Innere eines Schlauches eine kurze zylinderförmige Elektrode eingebracht wird, die Gegenelektrode befindet sich außerhalb des Schlauches. (Japan 2002337210) Auch bei diesem Aufbau werden zusätzliche Elektroden innerhalb und außerhalb der Schläuche benötigt, was den Einsatz bei komplexen Medizinprodukten, wie zum Beispiel Endoskope, unmöglich macht.
[0008] Es existiert ein Verfahren, bei dem ein langer Schlauch in den zu behandelnden Schlauch geschoben wird. Am Ende des eingeführten Schlauches befindet sich ein Kopf, welcher mit 2 Elektroden versehen ist, so dass ein physikalisches Plasma erzeugt werden kann. Durch Rotation und axiale Verschiebung des eingeführten Schlauches kann die Innenwand des zu behandelnden Schlauches variabel modifiziert werden. (JP7169406 (A)) Auch bei diesem Aufbau wird etwas in den Schlauch eingeführt, was im speziellen Fall unhandlich ist. Weiterhin ist nur durch eine komplizierte Steuerung eine homogene Modifikation der Innenwand der Schläuche gewährleistet.
[0009] Bekannt ist ein Verfahren, bei dem 2 ringförmige Außenelektroden in einem bestimmten Abstand voneinander um den Schlauch positioniert werden. Das jetartige Plasma brennt dann zwischen den beiden Elektroden. (JP62195028 (A)) Dieser Aufbau wird ebenfalls mit Außenelektroden realisiert, was eine Anwendung bei gewissen Medizinprodukten unmöglich gestaltet.
[0010] In einer Veröffentlichung wird im Inneren von Glasröhrchen ein Plasma gezündet. Dazu wird eine dünne Innenelektrode in das Röhrchen eingeführt. Die Gegenelektrode bildet Silberfolie, welche außerhalb des Röhrchens angebracht wurde. (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 269-274) Auch dieses Verfahren benötigt eine Außen- und Innenelektrode und ist somit für den Einsatz bei komplexen Medizinprodukten ungeeignet.
[0011] Weiterhin wird in einer Veröffentlichung eine Korona- Afterglow-Ent ladung mit Stickstoff erzeugt. Das Afterglow-Plasma wird dann mit hohen Flussraten in den Schlauch geleitet, so dass über eine gewisse Strecke ein Plasma im Inneren des Schlauches vorhanden ist. (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 559-568). Jedoch kann mit diesem Aufbau keine homogene Modifikation gewährleistet werden, da die Intensität der Afterglow-Entladung kontinuierlich nachlässt. Weiterhin sind solch hohe Gasflüsse für technische Anwendungen unrentabel.
[0012] Ein weiterer Aufbau wird in (Plasma Process. Polym. 2008, 5, 14-25) angeführt. Dabei werden 2 geerdete Elektroden parallel zueinander aufgebaut. In gleichem Abstand zu beiden befindet sich in der Mitte die Hochspannungselektrode ebenfalls in Plattenform. Jeweils oberhalb und unterhalb der Hochspannungselektrode kann der zu modifizierende Schlauch eingeführt werden, so dass ein Plasma innerhalb des Schlauches gezündet wird. Auch dieser Aufbau wird mit zusätzlichen Elektroden innerhalb und außerhalb des Schlauches realisiert. Er ist damit für komplexe Medizinprodukte ungeeignet.
[0013] Eine weitere Möglichkeit wird in (WO2009050240A1) gezeigt. Hier wird am Anfang des Schlauches mittels hoher Flussgeschwindigkeit und einer Hochspannungsentladung eine sich sehr schnell fortbewegende Ionisationswelle erzeugt. Diese Welle wird in den Schlauch geleitet und es entsteht ein Plasmaball, welcher entlang des Schlauches propagiert. Diese Art der Plasmaerzeugung wurde aber nur bei Helium beobachtet. Es wird die Möglichkeit offen gehalten, an bestimmter Stelle im Schlauch noch zusätzliche Precursoren mit einzubringen, so dass weitere Funktionalisierungen möglich sind. Jedoch sorgt die Beimischung von anderen Gasen für einen schnelleren Energieverlust des Plasmaballs, wodurch keine homogene Behandlung über die gesamte Länge des Schlauches mehr gewährleistet ist. Weiterhin ist im Fall von zum Beispiel Endoskopen eine Beimischung der Gase nur beim Eingang des Schlauches möglich. Kombiniert mit der stark verringerten Reichweite des Plasmaballs ist in diesem Fall keine homogene Behandlung über die gesamte Endoskoplänge möglich.
Aufgabe der Erfindung
[0014] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der oben beschrieben technischen Lösungen zu überwinden.
Lösung der Aufgabe
[0015] Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wurde der Aufbau der Schläuche so geändert, dass keine zusätzlichen Elektroden außerhalb, sowie innerhalb der Schläuche mehr benötigt werden, um ein über die gesamte Länge der Schläuche homogenes physikalisches Plasma zu erzeugen, ohne dass dabei Änderungen der physikalischen, chemischen oder mechanischen Eigenschaften, sowie der Funktionalität der Schläuche auftreten. Die Vorrichtung stellt insbesondere eine einfache und kostengünstige Änderung des Aufbaus solcher Schläuche dar. Gleichzeitig erfolgen dadurch nur geringe Änderungen für fertige Medizinprodukte, welche solche Schläuche beinhalten. Weiterhin gewährleistet die Erfindung eine möglichst unkomplizierte Erzeugung von physikalischen Plasmen in den Schläuchen in komplexen Medizinprodukten, so dass eine Demontage der Geräte oder andere spezielle Vorrichtungen nicht benötigt werden.
Darstellung der Erfindung
[0016] Die Schlauchwände werden mit mehreren spiralförmig und vorzugsweise äquidistant um den Schlauch verlaufenden, metallischen Leitern (im Folgenden als Elektroden bezeichnet) versehen, wobei sich die Elektroden innerhalb der Schlauchwand befinden. Typischerweise werden die Elektroden dazu auf einen Innenschlauch gewickelt, mit speziellen Klebern fixiert, worüber anschließend ein Außenschlauch geschrumpft wird. Weitere Möglichkeiten bestehen in der Einbettung der Elektroden in einen einzigen Schlauch oder in der Aufbringung von elektrischen Leitern durch spezielle Ätz- oder Beschichtungsprozesse. Die so erzeugten Schläuche können einen Innendurchmesser von einigen cm bis hin zu 1mm und kleiner und eine Länge von mehreren Metern haben. Das Material der Elektroden muss dabei zwingend elektrisch leitend sein, wobei das Material des Innen- bzw. Außenschlauchs dielektrische Eigenschaften aufweisen muss und typischerweise einen Dicke von einigen μηι bis hin zu mm besitzt. Die Elektroden können dabei erfindungsgemäß als Draht mit einem Durchmesser von einigen μιη bis hin zu mm vorliegen, sowohl mit rechteckigem Querschnitt mit einer Dicke von einigen μιη und einer Breite von einigen mm. Der Abstand der Elektroden liegt im Bereich von einigen μιη bis hin zu einigen mm. Die Anzahl der Elektroden ist größer gleich 2, wobei jede 2. Elektrode vorzugsweise auf gleichem Potenzial liegt. Benachbarte Elektroden werden gesondert angesteuert, so dass eine der Elektroden auf Massepotenzial liegt und die benachbarte Elektrode mit einer Wechselspannung vorzugsweise im kHz- Bereich angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird durch diesen Aufbau zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld und beim Überschreiten der Zündfeldstärke ein physikalisches Plasma erzeugt. Hierbei kann durch den Abstand der Elektroden und das verwendete Arbeitsgas, sowie die verwendete Ansteuerung der Elektroden, verschiedene Entladungsmodi erzeugt werden. So sind Volumen- und Oberflächenentladung als auch filamentierte und diffuse Entladungsmodi, je nach Aufgabenstellung einstellbar.
[0017] In einer weiteren Ausführungsform werden die Elektroden axial in der Tubuswand entlang gezogen.
[0018] Eine weitere Ausführungsform dieser Vorrichtung kann über ein Geflecht im Inneren der Schlauchwand realisiert werden. Das Geflecht besteht dabei aus nicht-leitendem Material, welches typischerweise auch beim Bau solcher Schläuche für zum Beispiel Endoskope verwendet wird. In diesem Geflecht werden dann kontinuierlich und vorzugsweise äquidistant elektrische Leiter eingewebt, welche sich dann über die gesamte Länge des Schlauches erstrecken.
[0019] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in die Schlauchwand die Elektroden eingebracht und außen um den Tubus passgenau ein Drahtgitter gewickelt. Die Elektroden im Inneren der Wand werden mit der Wechselspannung getrieben, während das Gitter auf Massepotenzial liegt. Es bildet sich so im Inneren des Schlauches eine Oberfiä- chenentladung aus.
Vorteile der Erfindung ♦ Die Vorrichtung ist sehr vielseitig einsetzbar, selbst in Arbeits- und Jetkanälen von komplexen Medizingeräten kann ohne Probleme ein physikalisches Plasma erzeugt werden, ohne dass der Aufbau solcher Geräte stark verändert werden muss, oder die Funktion von Bauteilen des Gerätes beeinflusst wird.
♦ Die Funktion der Schläuche bleibt vollständig erhalten (Flexibilität, Biegeradius...), die Festigkeit wird sogar noch erhöht. Je nach Ausführung der Elektroden kann auf einen externen Knickschutz verzichtet werden, welches zu einer Reduktion der Baugröße führen kann.
♦ Es ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Arbeitsgasen und Mixturen einsetzbar.
♦ Die Vorrichtung bietet zusätzlich zur physikalischen Plasmaerzeugung im Inneren der Schläuche die Möglichkeit, ein jetartiges Plasma am Gasausgang des Schlauches zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifizierung und biologischen Dekontamination (Entkeimung, Desinfektion, Sterilisation) sowie für therapeutische Anwendungen zu erzeugen.
♦ Die Erzeugung eines physikalischen Plasmas ist auch bei feuchten bzw. mit einem Flüssigkeitsfilm überzogenen Innenwänden der Schläuche möglich. Bei ausreichend hohen Gasflüssen ist auch eine Plasmatrocknung möglich.
[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne sie auf diese Beispiele zu beschränken.
Ausführungsbeispiele
[0021] Mit den nachfolgend in verschiedenen Zeichnungen dargestellten Anführungsbeispielen werden die Erfindung und deren Anwendungsmöglichkeiten detailliert erläutert. Für die Kennzeichnung der einzelnen Elemente des Aufbaus der Vorrichtung werden folgende Bezugszeichen verwendet:
Bezugszeichenliste:
1 geerdete Elektrode 6 Hochspannungsquelle
2 Hochspannungselektrode 7 Gaseinlass
3 Außenisolierung 8 Abschirmung
4 Innenschlauch 9 Zwischeniso lierung
5 Plasma 10 Kunststoff gitter [0022] Die Vorrichtung beinhaltet eine Hochspannungsversorgung, deren Frequenzbereich im Kilohertz bis hin zu Megahertz liegt und die zur Erzeugung der Atmosphärendruckentladung benötigten Spannung im Bereich von 1-25 kV bereit stellt, einen dielektrischen Schlauch, dessen Durchmesser vorzugsweise im Bereich von μιη bis mm und dessen Länge von einigen Zentimeter bis hin zu mehren Metern variiert werden kann, und elektrisch leitende Elektroden in der kompletten Tubus- Wand, welche beliebig geformt sein können und einen Durchmesser im Bereich von μιη bis hin zu mehreren mm aufweisen können.
Erläuterung der Zeichnungen
[0023] Fig. 1 und Fig. 2 zeigen den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit 2 runden, spiralförmig um den Innenschlauch (4) gedrehten Elektroden, wobei eine davon auf Massepotenzial (1) gelegt wird, die andere (2) auf eine Wechselspannung. Die Gaszufuhr (7) erfolgt über einen Gasanschluss mit einer Gasdüse. Die Elektroden können dabei in unterschiedlichen Anordnungen und Anzahl vorliegen, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, als Netz bei der die Elektroden in ein Kunststoffgitter eingewebt sind, oder wie in Fig. 5 gezeigt als parallele Drähte in axialer Richtung. Die Anzahl der Elektroden ist variabel. Innen- und Außenschlauch sind bei allen Anordnungen identisch und dienen als Dielektrikum.
[0024] In Fig. 6 sind bei Verwendung von mehr als 2 Elektroden typische Ausführungsformen dargelegt.
[0025] Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schlauches, bei der auf eine geerdete Elektrode in der Schlauchwand verzichtet wurde, stattdessen wird die elektrische Abschirmung bzw. Knickversteifung außerhalb des Schlauches als Masseelektrode verwendet. Es bildet sich dadurch im Inneren des Schlauches eine Oberflächenentladung aus. In Fig. 8 ist die Abschirmung ebenfalls in die Schlauchwand mit eingebaut.
[0026] Die Hochspannungselektrode wird bei allen Ausführungsbeispielen mit einer Spannung im Kilovolt-Bereich und einer Frequenz von einigen Kilohertz bis hin zu Megahertz mit einem Sinus-, Rechteck- oder Dreiecksignal angesteuert. Dabei können die unterschiedlichsten Tastverhältnisse und Flankensteilheiten eingesetzt werden, wobei spezielle Puls- oder Burstspannungen für einige Prozesse einen besonderen Vorteil darstellen können.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifikation und biologischen Dekontamination von Innenwänden von Schläuchen, Rohren und anderen Hohlkörpern, vorzugsweise mit hohem Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser, sowie für therapeutische Anwendungen mittels eines, durch eine dielektrisch behinderte Barriereentladung in einer strömenden oder stehenden Gasatmosphäre erzeugten Niederbzw. Atmosphärendruckplasmas (5), umfassend eine Hochspannungsversorgung (6) und eine Gaszufuhr (7), mindestens eine elektrisch leitende geerdete Elektrode (2), sowie mindestens eine elektrisch leitende Hochspannungselektrode (3) in der Wand des Schlauches, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Elektroden schraubenartig entlang der Achse des Schlauches verlaufen oder b) die Elektroden parallel in axialer Richtung verlaufen oder c) die Elektroden zusammen mit nicht-leitenden Fasern als ein Netz eingebracht werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der dielektrischen Schlauchwand die Elektroden befinden und sich außen um den Tubus passgenau ein e- lektrisch leitendes Gitter befindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der E- lektroden in der Schlauchwand größer gleich 2 ist und der Abstand der Elektroden im Bereich von einigen μιη bis hin zu einigen mm liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden als Draht mit einem Durchmesser von einigen μιη bis hin zu mm vorliegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden als Bandmaterial mit einer Breite von einigen μιη bis hin zu mm und einer Höhe kleiner 5 mm vorliegen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch als starres Rohr vorliegt.
7. Verfahren zur trockenen Reinigung, Aktivierung, Beschichtung, Modifikation und biologischen Dekontamination von Innenwänden von Schläuchen sowie für therapeutische Anwendungen mittels eines, durch eine dielektrisch behinderte Barriereentladung in einer strömenden oder stehenden Gasatmosphäre erzeugten Nieder- bzw. Atmosphärendruckplasmas, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
= Fixierung von Elektroden dazu auf einem Innenschlauch gewickelt, vorzugsweise mit speziellen Klebern, worüber anschließend ein Außenschlauch geschrumpft wird. Eine andere Möglichkeit ist die Aufbringung der Elektroden durch spezielle Ätz- oder Be- schichtungsprozesse. Alternativ erfolgt die Einbettung der Elektroden direkt in die Schlauchwand.
= Hinzufügen eines Prozessgases in den Schlauch und Anlegen einer Hochspannung, wobei beim Überschreiten der Zündfeldstärke ein physikalisches Plasma erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechtecksignal mit sehr steilen Flanken zur Erzeugung der Hochspannung genutzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung im Megahertzbereich liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannung im Burstmodus angelegt wird, wobei pro Burst nur eine geringe Anzahl von Pulsen nötig ist, um die Entladung zu zünden, der duty cycle aber beliebig variiert werden kann.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaeinwirkung auf die Außenfläche vom Schlauch appliziert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das im Lumen erzeugte Plasma durch eine Gasströmung bzw. ein virtuelles Massepotenzial aus dem Lumen heraus gezogen werden kann und als Bearbeitungsinstrument und für therapeutische Zwecke genutzt werden kann.
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