用于产生气体放电的设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于产生气体放电、例如非热大气压等离子体的设备。


背景技术：

2.对能够在大气压下的气体中的放电进行点火的高压供给装置的要求是高的。
3.高压供给装置经受通过等离子体点火本身和在等离子体点火时产生的化学过程引起的不可忽略的机械负载。高压供给装置应是相对于所述负载鲁棒的。
4.高压供给装置应具有低的阻抗，以便避免高的无功功率。因此，在这种系统中使用的线缆必须是良好绝缘的，并且不允许承受过强的机械负载。放电路段的连接电容通过线缆电容而明显增加。


技术实现要素：

5.现在，本发明的目的是提出用于产生气体放电的改进的设备。所述设备应优选地具有紧凑的构造并且是相对于环境影响和通过气体放电引起的负载鲁棒的。
6.所述目的通过根据权利要求1的设备来实现。优选的实施例是从属权利要求的主题。
7.提出用于产生气体放电、例如非热大气压等离子体的设备，所述设备具有低压组件和高压组件。低压组件具有输出接触部，其中低压组件设计用于在输出接触部处提供低电压。高压组件具有输入接触部和变压器。低压组件和高压组件通过插接连接装置彼此连接，其中插接连接装置在低压组件的输出接触部与高压组件的输入接触部之间形成电接触，其中经由输入接触部，将在输出接触部处提供的低电压施加到变压器上，并且其中变压器设计用于将低电压转换成高电压。
8.与此对应地，低压组件和高压组件可以在结构上分离成设备的两个子单元。由此，可以将其上可以施加高电压的结构元件与设备的其他结构元件分开。
9.高压组件可以设计用于，确保相对于环境影响，如灰尘或湿气的特别好的保护。高压组件也可以提供设置在其中的结构元件的、尤其是变压器的屏蔽。因为在低压组件中不施加高电压，所以对屏蔽和/或相对于低压组件中环境影响的保护的要求可能更低。通过低压组件和高压组件的结构上的分离，可以构造如下设备：其中整个设备不必满足涉及环境影响的高的要求，或者其中整个设备不必被屏蔽，而是其中特别好地保护高压组件免受环境影响或屏蔽高压组件就足够了。由此可以实现设备的紧凑的构造。
10.因为低压组件和高压组件通过插接连接装置彼此连接，所以低压组件和高压组件可以通过脱开插接连接装置彼此分离。与此对应地，可以更换组件中的一个组件并且继续使用其他组件。尤其地，在气体放电时，变压器可能经受负载，变压器的使用寿命受到所述负载限制。在所述设备中，通过脱开插接连接装置，可以分离和更换高压组件，使得可以简单地更换具有带有最短使用寿命的结构、即具有带有变压器的单元中的放电结构的组件。
11.其中仅存在低电压的组件可以称为低压组件。在此，例如任何1000v内的电压可以
称为低电压。具有设计用于将低电压转换成高电压的结构元件的组件可以称为高压组件。例如任何大于1000v的电压可以称为高电压。
12.所述设备例如可以涉及手持设备。手持设备例如可以设置用于在医学技术中使用。所述设备可以涉及用于3d打印的模块、用于数字打印的模块或用于织物处理设备的模块。
13.低压组件可以具有壳体，并且高压组件可以具有筒，在所述筒中设置有变压器，并且所述筒具有输入接触部。壳体和筒可以通过插接连接装置彼此锁定或彼此夹住。
14.适合于插入到壳体中的容器可以称为筒。筒可以被封装、即封闭。替选地，筒可以具有开口。
15.筒可以具有简单的和鲁棒的构造。由筒封闭的体积可以小于由壳体封闭的体积。通过小的结构形式，筒可以确保在高压组件中存在不会明显增加高压组件的阻抗的短的线缆长度。因此，可以构造具有小的无功功率的设备。
16.不仅设计为锁定连接装置的插接连接装置而且还有设计为夹紧连接装置的插接连接装置可以保护免受连接的无意分离的影响。锁定连接装置可以限定力阈值，其中必须施加大于力阈值的力以分离插接连接装置。
17.高压组件可以具有放电结构，所述放电结构设计用于影响由在变压器处产生的高电压产生的电场。
18.为此，放电结构可以具有导电结构、例如金属化部，所述金属化部改变由变压器产生的场的场引导。金属化部可以设置在筒的外侧处。放电结构可以设置在筒处，使得所述放电结构靠近变压器。由此可以将具有最小阻抗的放电结构耦合到变压器上。
19.放电结构可以具有突出的元件，所述突出的元件设置在筒的外侧处并且由导电材料构成。突出的元件可以是针形的或刀形的。与此对应地，所述突出的元件可以逐渐变尖并且在尖端处引起点状的场过高。由此可以触发点状的气体放电、例如点状的等离子体点火。替选地，突出的元件可以在其尖端处倒圆。由此可以在突出的元件的小的面上触发气体放电、例如等离子体点火。替选地，突出的元件可以在背离变压器指向的端部处具有金属线，所述金属线垂直于筒的纵向方向延伸。这种突出的元件可以在几乎线性的结构处触发气体放电、例如等离子体点火。与此对应地，不同的放电结构是可行的，其引起具有不同形式的气体放电。与设备的使用用途相关地，可以选择合适的放电结构。
20.在另一实施例中，突出的元件具有刷毛，其中刷毛中的至少一些刷毛由能导电的材料构成，和/或刷毛中的至少一些刷毛由绝缘材料构成。由能导电的材料构成的刷毛可以引起点状的气体放电、例如点状的等离子体点火。因此，放电结构可以同时触发多个点状的气体放电。由绝缘材料构成的刷毛可以机械加工表面和/或用作为防止由能导电的材料构成的刷毛与表面直接接触的间距保持装置。
21.放电结构可以涂覆有形成介电阻挡部的绝缘材料。与此对应地，气体放电、例如等离子体点火可以通过介电阻挡放电来引起。
22.变压器可以封装在筒中。筒在此可以封闭。通过封装，可以确保相对于污物、湿气和腐蚀的好的保护。封装可以引起变压器免受干扰电场影响的屏蔽。筒中的封装可以避免不期望的等离子体点火、例如在压电变压器的纵向侧的边缘处的不期望的等离子体点火，或相对于传统的变压器的高压绕组的飞弧。
23.筒在此可以设计成，使得放电结构和输入接触部可以与环境或低压结构交换能量，并且在其他情况下使高压组件与环境绝缘。
24.筒可以具有开口、例如等离子体流出开口。对于所述设备的一些应用可能有利的是，气体放电直接在变压器的端侧处产生并且可以从开口中流出。
25.高压组件可以与低压组件分离。如上文中已经讨论的，由此可以实现有故障的高压组件的更换。此外，高压组件可以通过具有另外的放电结构的另外的高压组件来替代。由此，可以借助于唯一的低压组件引起不同形式的气体放电。
26.低压组件可以具有用于操控变压器的驱动模块。
27.变压器可以是压电变压器。压电变压器具有紧凑的结构形式，从而可以实现小的和紧凑的筒的构造。压电变压器可以是rosen型的变压器。
28.高压组件可以具有气体输送装置，经由所述气体输送装置，可以输送工艺气体。工艺气体例如可以涉及空气或惰性气体、例如氩气。工艺气体可以通过紧邻气体放电、例如等离子体点火的位置的气体输送装置被引导。工艺气体可以在气体放电时被离子化。
29.所述设备例如可以涉及等离子体发生器、电离器、臭氧发生器和/或气体放电结构。
30.另一方面涉及具有上文中描述的设备和另外的高压组件的系统。所述设备的低压组件在此设计用于，与所述设备的高压组件中的一个高压组件和另外的高压组件以可更换的方式连接。两个高压组件彼此的不同之处可以在于其放电结构。与此对应地，两个高压组件可以设计用于以不同的形式、例如点状地或面状地引起气体放电。替选地或补充地，两个高压组件可以设计用于，以不同的方式、例如通过电晕放电或介电阻挡放电来触发气体放电、例如等离子体点火。因此，所述设备可以可变地使用，因为通过与不同的高压组件的组合的可能性，唯一的低压组件可以用于以不同的形式和不同的方式引起气体放电、例如等离子体点火。高压组件可以存在于具有多个彼此不同的筒的套件中。这种套件可以与低压组件一起作为多功能的成套设备被提供。
附图说明
31.下面根据附图描述优选的实施例。
32.图1示意性地示出用于产生气体放电的设备。
33.图2示出在图1中示意性地示出的设备的一个实施例。
34.在图3至图13中，在横截面中分别示意性地示出不同的高压组件2。
具体实施方式
35.图1示意性地示出用于产生气体放电的设备。所述设备具有低压组件1和高压组件2。
36.在低压组件1中仅存在低电压。低压组件1具有壳体3。在壳体3中可以设置有低压组件的全部元件。在图1中所示出的实施例中，低压组件1具有用于电网供给装置5的连接端4。低压组件1经由连接端4与电网供给装置5连接。用于电网供给装置5的连接端4构成在壳体3中。替选地，低压组件1也可以具有用作电压源的电池或蓄电池。蓄电池或电池在此可以设置在壳体3中。
37.在壳体3中设置有驱动模块6。驱动模块6例如可以涉及asic(英文：application specific integrated circuit(专用集成电路))或其上构成有操控电路的印刷电路板。驱动模块6设计用于操控高压组件中的变压器7。所述操控在此可以具有谐振调节、相位调节、幅值调节、功率调节、脉冲宽度调制或脉冲运行。同样可行的是，经由在放电点火时产生的高频信号份额来监控高压侧上的运行状态。
38.低压组件1还具有两个输出接触部8a、8b。可以在输出接触部8a、8b处提供低电压。输出接触部8a、8b尤其经由驱动模块6与电网供给装置5连接。驱动模块6在此可以将由电网供给装置5提供的电压传递给输出接触部8a、8b。
39.低压组件11的壳体3具有在图1中示意性地示出的插接连接装置9。插接连接装置9可以实现，使低压组件1与高压组件2机械连接。在闭合插接连接装置9时，低压组件1的输出接触部8a、8b与高压组件2的输入接触部10a、10b之间的电接触闭合。在闭合的插接连接装置9的情况下，在低压组件1的输出接触部8a、8b处提供的电压可以传输给高压组件2。
40.插接连接装置9尤其可以设计成，使得低压组件1和高压组件2彼此锁定。替选地，低压组件1和高压组件2可以在闭合的插接连接装置9的情况下彼此夹住。插接连接装置9设计成，使得当插接连接装置9闭合时，高压组件2直接贴靠在低压组件1的壳体3处。
41.在图1中示意性地示出的实施例中，低压组件1的壳体3形成插接连接装置9的阴性的连接配套件，并且高压组件2形成插接连接装置9的阳性的连接配套件。在一个替选的实施例中，低压组件1可以形成插接连接装置9的阳性的连接配套件，并且高压组件2可以形成插接连接装置9的阴性的连接配套件。
42.插接连接装置9设计成，使得必须克服力阈值，以便断开插接连接装置。由此可以避免插接连接装置9的无意的分离。替选地或补充地，插接连接装置9可以设计成，使得必须执行连接配套件的限定的运动。插接连接装置9例如可以设计为卡口连接装置。在此，仅当执行高压组件2的其中高压组件2相对于低压组件1旋转的旋转运动，随后执行其中高压组件2相对于低压组件1线性运动的拉动运动时，高压组件2才能与低压组件1分离。
43.高压组件2具有已经提及的输入接触部10a、10b。此外，高压组件2具有变压器7。输入接触部10a、10b与变压器7连接。变压器7设计用于，将施加在其上的低电压转换成高电压。由变压器7产生的高电压用于气体放电，例如用于等离子体产生。变压器7例如可以涉及压电变压器。
44.高压组件可以具有筒11。在筒11中设置有变压器7。筒11具有输入接触部10a、10b。输入接触部10a、10b在此设置在筒11的外侧处。筒11构成用于插入到低压组件1中。
45.筒11还具有放电结构12。如果在压电变压器7处产生高电压，则放电结构12影响所产生的电场，并且以所述方式预先规定所产生的气体放电或等离子体放电的形式。不同的放电结构12随后根据图3至图13进行讨论。根据所使用的放电结构12，高压组件2可以设计用于，通过介电阻挡放电或通过电晕放电来对等离子体进行点火。放电结构12设置在筒11的背离输入接触部10a、10b指向的端部处。
46.插接连接装置9可以构成为，使得高压组件2到低压组件1中的插入仅在一个取向上是可行的。替选地，能够在两个取向上插入。与此对应地，输出接触部8a例如可以与两个输入接触部10a、10b中的每个输入接触部连接。
47.插接连接装置9可以实现，规定限定的状态，在所述状态中，低压组件1和高压组件
2牢固地连接并且仅可以通过施加大于限定的力阈值的力彼此分离，使得可以避免两个组件1、2的无意的分离。插接连接装置9还可以在两个组件1、2之间建立电安全连接。
48.变压器7在高压组件2中封装在筒11中。由此保护变压器7免受灰尘、湿气和腐蚀的影响。此外，筒11提供高压传导的构件的、尤其变压器7的屏蔽。由此可以避免不期望的寄生放电。
49.通过脱开插接连接装置9，高压组件2可以与低压组件1分离。为此，根据插接连接装置9的构成方案，应克服力阈值或需要限定的运动、例如相关的旋转运动和牵引运动。然后，高压组件2可以通过与低压组件1连接的另外的高压组件来替代。例如，另外的高压组件与第一高压组件2的不同之处可以在于放电结构12。与此对应地，可以使用唯一的低压组件1，以便产生不同类型的气体放电，其方式在于，将具有不同的放电结构12的另外的高压组件2分别与低压组件1连接。
50.压电变压器7是机械振动构件，从而应例如通过弹性支承装置与环境解耦。这可以优选地通过弹性灌封料来实现。变压器优选地灌封到具有放电结构的单元中。变压器7可以以简单的方式通过可更换的高压组件2来替代。因此，更换高压组件2可以实现继续使用低压组件1。
51.变压器7在筒11中的设置可以实现高压组件1的紧凑的结构形式。简单的结构被构造。筒11是相对于损坏和干扰性影响如灰尘、湿气等鲁棒的。高压组件2和低压组件1分别形成设备的功能子单元和机械牢固地集成的子单元。
52.高压组件2在筒11中的紧凑的构造可以实现，将线缆长度限界到最小值。通过所使用的非常短的线缆，可以使阻抗最小化。高压组件2的紧凑的构造还可以实现，将放电结构12紧邻压电变压器7设置，从而在某些情况下完全省去高压侧的上连接线缆。
53.图2示出图1中示意性示出的设备的第一实施例。图2中所示出的实施例涉及手持设备。
54.高压组件2设计为筒11。在筒11中设置有压电变压器7。筒11具有图3中所示出的放电结构12。筒11插入到低压组件1中。筒11的输入接触部10a、10b在此与低压组件1的输出接触部8a、8b电连接。
55.在图2中所示出的实施例中使用的低压组件1是手持设备。手持设备具有柄13，用户在使用设备时可以在所述柄处保持手持设备。柄13设置在设备的背离高压组件2指向的端部处。在柄13中可以设置有电池或蓄电池作为电压供给装置。替选地，可以在柄13中设有用于与电网连接的连接端。低压组件1还具有图3中未示出的屏幕和控制元件。控制元件例如可以涉及按钮。替选地或补充地，屏幕可以涉及触摸敏感的屏幕，用户可以经由所述触摸敏感的屏幕输入控制指令。
56.在图3至图13中在横截面中分别示意性地示出不同的高压组件2。在此，高压组件2的不同之处在于相应的放电结构12。与此对应地，图3至图13中所示出的高压组件2中的每个高压组件引起不同的气体放电，例如引起不同的等离子体放电。图3至图14中所示出的高压组件2中的每个高压组件具有压电变压器7作为变压器7。图3至图13中所示出的高压组件2中的每个高压组件具有相同的输入接触部10a、10b，所述输入接触部通过插接连接装置9与低压组件1的输出接触部连接。与此对应地，图3至图13中所示出的高压组件2中的每个高压组件与相同的低压组件1兼容。
57.图3在示意性视图中示出根据第一实施例的高压组件2。输入接触部10a、10b和压电变压器7通过短的电线路彼此连接。
58.压电变压器7封装在筒11中。与此对应地，筒11气密地封闭。在筒11的外壳上安装有放电结构12。放电结构12由施加在外壳的外侧上的金属化部14构成。当压电变压器7产生高电压时，所述压电变压器产生强的电场。放电结构12的金属化部14改变所述电场的场变化过程。由此可以影响由设备产生的等离子云的类型。
59.在图3中所示出的实施例中，放电结构12围绕压电变压器7的输出区域和输出侧的端侧半圆形地延伸。图3中所示出的放电结构12通过借助于电晕放电的等离子体产生引起气体放电。如果电场强度足够高，则由于场致电离，在气态介质或液态介质中可能产生电晕放电。
60.图4示出第二高压组件2，所述第二高压组件与图1中所示出的高压组件2的不同之处在于另外的放电结构12。图4中所示出的放电结构12具有金属化部14，所述金属化部在高压组件2的输出侧的端部处被压平。通过所述放电结构12生成另外的等离子云。图4中所示出的放电结构12同样借助于电晕放电引起等离子体产生。
61.图5、图6、图7和图8分别示出高压组件2，其中放电结构12具有筒11的外壳的金属化部14。放电结构12还具有从筒11突出的元件15。突出的元件15具有导电材料、例如金属。在图5中所示出的结构中，突出的元件15是针形的。在图6中所示出的放电结构12中，突出的元件15是刀形的。在图7中所示出的放电结构12中，突出的元件15具有金属线16，所述金属线垂直于筒11的纵向轴线延伸。在图8中所示出的结构中，突出的元件15是刷形的并且具有刷毛17。
62.突出的元件15影响电场的场分布。如果如图5和图6中所示，突出的元件15逐渐变尖，则在突出的元件15的尖端处引起强的场过高，并且气体在所述部位处点状地放电。如果如图7中所示，突出的元件15是长形的，则气体沿着突出的元件15的整个长度放电。图4至图7中所示出的放电结构12分别通过借助于电晕放电的等离子体产生引起气体放电。
63.在图8中所示出的刷形的突出的元件15中，刷毛17中的一些刷毛可以是能导电的，并且刷毛17中的一些刷毛可以是不能导电的。能导电的刷毛17同样可以在其尖端处引起场过高，使得在尖端处多次引起点状的气体放电、例如等离子体点火。能导电的刷毛可以设计用于，通过电晕放电或介电阻挡放电来对等离子体进行点火。不能导电的刷毛17可以用于机械加工表面，例如清洁表面。
64.图9示出高压组件2的另一实施例。图9中所示出的实施例基于图5中所示出的实施例，其中还设有用于高压组件2中的工艺气体的输送装置18。工艺气体在此在气体放电、例如等离子体点火的区域中被引导。通过气体放电，工艺气体被离子化。工艺气体例如可以涉及空气或惰性气体、例如氩气。图9中所示出的工艺气体输送装置18可以设置在图3至图13中所示出的高压组件2中的每个高压组件中。
65.图10、图11和图12分别示出高压组件2，所述高压组件设计用于通过借助于介电阻挡放电进行等离子体点火来产生气体放电。介电阻挡放电可以涉及交流电压气体放电，其中电极中的至少一个电极通过借助于电介质的电分离与气体空间绝缘。
66.在图10和图11中，放电结构12的金属化部14附加地通过介电层19来涂覆。通过介电阻挡放电对等离子体进行点火。在图12中所示出的实施例中附加地设有涂覆有介电层19
的配对电极20。
67.图13示出高压组件2的另一实施例。在图13中所示出的实施例中，压电变压器7没有完全封装在筒11中。更确切地说，筒1具有开口。压电变压器7部分地由绝缘体21包围，然而所述绝缘体不覆盖变压器7的输出侧的端侧22。图13中所示出的变压器7设计用于通过电晕放电来产生等离子体。等离子体在变压器7的输出侧的端侧22处进行点火。
68.附图标记列表
69.1低压组件
70.2高压组件
71.3壳体
72.4用于电网供给装置的连接端
73.5电网供给装置
74.6驱动模块
75.7变压器
76.8a输出接触部
77.8b输出接触部
78.9插接连接装置
79.10a输入接触部
80.10b输入接触部
81.11筒
82.12放电结构
83.13柄
84.14金属化部
85.15突出的元件
86.16金属线
87.17刷毛
88.18用于工艺气体的输送装置
89.19介电层
90.20配对电极
91.21绝缘体
92.22输出侧的端侧