Mikrowellenplasmen für diverse Anwendungen

Seit 2006 forscht das Labor für Hochfrequenztechnik (nunmehr Institut für Mikrowellen- und Plasmatechnik) der FH Aachen an 2,45GHz-Plasmen und neuartigen notwendigen Steuer- und Regelelektronikschaltungen. Diese Forschungen mit Anwendungen in der Zündkerzen-, Skalpellbereich und Lichttechnik waren die Grundlage der neuen Plasmajets (auch Plasmastrahler, Plasmastift oder Plasmabeamer) für Oberflächenbehandlungen und vielen anderen Anwendungen, die von HHF entwickelt wurden und kontinuierlich noch werden. Wir haben verschiedene hocheffektive Plasmajets und diverse weitere Ankoppeleinheiten zur Generation von Mikroplasmen (auch Mikrowellenplasmen genannt) entwickelt, die wir in Kombination mit der Ansteuerelektronik zur weiteren Verwertung (ggf. inklusive voller Rechte) anbieten. HHF verfolgt als eigenes Produkt nur die Weiterentwicklung und sucht vertriebstarke Projektpartner in den verschiedenen möglichen Anwendungsgebieten. Für das große Feld der weiteren Spezialapplikationen suchen wir Unternehmen (gerne mit bestehenden Vertriebsnetzen), deren Produktportfolio wir mit unserem Spezial-Know-How / unsere Entwicklungen erweitern können.
Mögliche Einsatzgebiete der Mikrowellengeneratorem von HHF als OEM-Hardware in Ihrem Produkt:

    • Industrie: Diverse Wärme-, Löt- und Schweissprozesse
    • Industrie: 2/3D-Oberflächenbehandlung/ -beschichtung von Werkstoffen
    • Industrie: Breitband-Ultraschallsender bis einige 100 MHz
    • Industrie: Schneid-, Reinigungs-, Kleber- und Aktivierungsanwendungen
    • Lackindustrie: Ersatz von chemischen Reinigungen und Haftgrund in einem Prozessschritt
    • Chemie und Lackindustrie: Rapid Heating von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen in Pulverform
    • Medizin: Desinfektion bzw. Keim-, Viren- und Bakterienbehandlung
    • Medizin: Hauterkrankungen wie Schuppenflechte und Akne bis hin zur Wundbehandlung
    • Kosmetik: Haftungsverbesserung der Fingernägel bis hin zur Hautbehandlung (Narben, Falten)
    • Umwelt: Luftreinigung (Entkeimung, Vernichtung von kleinsten Partikeln)


Fig. 1 zeigt einen absolute potentialfreien Jet mit Stickstoff als Prozessgas, der das Potential dieser neuen Technologie aufzeichnet.

Fig. 1: HHF-Plasmajet mit kleiner Düse, Stickstoff bei knapp 200W HF-Leistung

Dieser Plasmajet erlaubt sogar Schneid- und Schweissprozesse. Jedoch wurde der Einsatz von Wolfram als Elektrode durch die deutlich vorteilhaftere Kanülenkonstruktion (s. Abb. 6 und die PCA-Strahler unter Produkte) abgelöst.

Kleine Plasmajets bieten ein „kühles“ Plasma. In unseren Mikrowellenjets werden nur die Elektronen beschleinigt. Dadurch sind diese Jets bei gleicher Plasmagröße kühler als die Plasmen anderer Plasmajettechnologie. Diese Jets (z.B. der MiniJet bis 10W) können u.a. mit verschiedenen Prozessgasen betrieben werden. Vielfältige wissenschaftliche Untersuchungen zeigen die großen Erfolge bei Oberflächenbehandlung mit solchen Plasmajets auf.

In der Kosmetik lässt sich der MiniJet vorteilhaft zum Reinigen und Aktivieren der Fuß- und Fingernägel einsetzen. Nagellack lässt sich nach der Plasmabehandlung bestens auftragen. Auch der Einsatz von Plasmen zur Wundheilung ist erfolgreich gezeigt wurden.

Technische Oberflächen wie Kunststoffe lassen sich mit diesen Plasmen aktivieren und sind danach lackierbar bzw. bieten beste Haftung für Kleber. Insbesondere beim Einsatz von Edelgasen werden räumlich ausgedehntere Plasmen mit sehr geringen Temperaturen erreicht, Fig. 2.

Fig. 2: Kleinster kommerziell verfügbare Plasmajet mit Argon als Prozessgas (ca. 40°C) mit einer HF-Leistung von nur 10W

Viele HHF-Plasmajets funktionieren mit normaler Umgebungsluft. Weder spezielle Prozessgase noch Hochspannungen sind notwendig. Diese sind kompakt und haben wenig Eigenverluste und folglich nur eine geringe Eigenerwärmung.

Fig. 3: Vielfältig einsetzbarer Plasmajet (hier Prozessgas: Luft, 100W und breite Öffnung) aus der Anfangsphase

Aufgrund der Komplexität der Plasmaerscheinung war der Plasmaphysik lange Zeit eine exotische Nische in der Welt der Technik beschieden. Das zunehmende Verständnis der Vorgänge im Plasma sorgte in den letzten Jahren für einen Aufschwung dieser neuen alten Technologie. Das Marktvolumen von Produkten, welche durch die Plasmatechnologie erst möglich werden, ist sehr groß und wird weltweit auf etwa 500 Milliarden € pro Jahr geschätzt. Die Wirkung eines Plasmas lässt sich über das Prozessgas, den Prozessgasfluss und die Höhe der Energieeinspeisung steuern. Besonders Veränderungen des Prozessgases spiegeln sich stark in den Eigenschaften des Plasmas wieder. So können zum Beispiel chemische Prozesse ausgelöst werden, welche eine Materialablagerung an der Oberfläche des Werkstückes hervorrufen. Diese Beschichtungen machen je nach Prozessgas das Werkstück extrem hart, gasundurchlässig oder erlauben eine dauerhafte schillernde Färbung.

Fig. 4: Der HHF-Kanülenplasmajet, rein auf den 200W-Betrieb optimiert (hier Prozessgas: fast nur Luft, minimal Ar bei 200W)

Ein weiteres Anwendungsgebiet von Plasmen ist in der Medizin zu finden. In der sogenannten Plasmamedizin wird die erzeugte Ionenwolke benutzt, um Keime, Bakterien, Viren und Sporen wirkungsvoll zu vernichten. Hierbei dringt das ionisierte Gas selbst in feinste Geweberitzen ein, welche sonst kaum zu erreichen sind, und sorgt bei der Energiefreigabe der Rekombination für eine gründliche Desinfektion. Außerdem wurde festgestellt, dass die Plasmabehandlung Wachstums- und Regenerationsprozesse anregt. Neben der Behandlung von Hautkrankheiten kann man sich die Behandlung mit Plasmen auch in der ästhetischen Medizin durch die Entfernung von Pigmentflecken und die Glättung von Narben und Hautfalten vorstellen. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass nach heutigem Wissenstand keine Allergien und Unverträglichkeiten bei der Plasmabehandlung der Haut auftreten.

Fig. 5: Kleinste Plasmastrahlen bei höchster Energiedichte für Schneid- und Schweißanwendungen (40W)

Die von HHF entwickelten Plasmajets der PS- und der PCU-Serien haben bei einer Länge von maximal 12 cm und einem Durchmesser von maximal 18 mm eine angenehme kleine Form und eignet sich besonders gut für feinmotorische Arbeiten. Der Stift erzeugt atmosphärisches Plasma und kommt daher ohne eine Niederdruckkammer aus. Die Apparatur kann nur mit Luft oder auch mit beliebigen anderen Prozessgasen betrieben werden und ist somit sehr flexibel in seiner Anwendung. Dank der Erzeugung des Plasmas durch ein hochfrequentes Signal und des stabilen inneren Aufbaus des Netzwerkes treten kaum Abnutzungen des Plasmastiftes auf, wodurch eine lange Lebensdauer der Konstruktion gewährleistet wird. Somit bietet HHF-Plasmajet ein angenehmes Instrument für Wissenschaft und Forschung, besonders im Medizinsektor, aber auch in vielen weiteren Gebieten, in welchen mit atmosphärischen Plasmen gearbeitet wird. Einzigartige Entwicklungen sind Kanülen- bzw. Kapillarjets für Gase, Flüssigkeiten und Pulvermaterial. Das als Elektrode eingesetzte Kanülenrohr wird durch den Gasstrom gekühlt. Dieses bewirkt, dass man sogar bei Schweissvorgängen keine Wolframelektroden benötigt. Fig. 6 zeigt diesen neuartigen Kanülenjet. Fig. 7 illustriert einen Schnitt in ein Aluminiumblech. Das zugehörige Video ist ebenfalls weiter unten abgelegt.

Fig. 6: HHF-Kanülenjet mit Argonstrahl auf Alublech bei 200W HF-Leistung
Fig. 7: Schnitt eines Alubleches mit dem Kanülenjet bei 200W HF-Leistung

Dieser Schnitt kann als Video heruntergeladen werden: Blechschnitt

Die speziell entwickelten Koppelnetzwerke lassen sich unter anderen auch für den Betrieb von Niederdruckplasmaanlagen einsetzen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Steuerungselektronik, die im Gegensatz zu Plasmen, die vom Magnetron erzeugt werden, die einlaufende reflektierte Energie präzise misst. Somit weisen diese Anlagen Reproduzierbarkeiten auf, die sonst nur 13,5MHz-Anlagen bieten. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Leistungsregelung, die auch als Dauerstrichleistung von 10W bis 200W bereitgestellt werden kann.

Fig. 8: Mikrowellenplasma in kleiner Unterdruckkammer bei 5mbar und 50W HF-Leistung

Die Jets in Fig. 9 verwenden einen innovativen Niedertemperaturkopf (35 °C bei einer HF-Leistung von 200 W) ist die neueste Erweiterung unserer potentialfreien sind u.a. als Luft-Plasmastrahler einsetzbar. Somit stehen die bekannten physikalischen Vorteile der 2,45 GHz-Luftplasmen auch für die Behandlung von wärmeempfindlichen Oberflächen (wie dünne Folien) zur Verfügung. Sie erhalten bereits beste Aktivierungsresultate bei sehr schnellen Prozessbehandlungen.

Fig. 9: Spezielle HHF-Jets mit einer Kopftemperatur von nur 35 °C bei 200 W Dauerleistung

Wir bieten diese höchst attraktiven Lösungen für einen entsprechend großen Markt zur freien Verwertung an.

Fig. 10: Unsere Kleinstjets für medizinische Anwendungen

Gerne unterstützen wir den Käufer dieser Komponenten zur Erzeugung von Mikroplasmen in der Forschung, Herstellung, preislichen Optimierung und den verschiedenen Anwendungen.

 

Nähere Informationen erhalten Sie unter: Info@HHFT.de.

Beispiele zu vielen Applikationen mit den HHF-Plasmajets finden Sie in unserer englischsprachigen Applikationsschrift.

Please find in the enclosed application note examples of the efficiency of the plasma jets from HHF: Plasma_AppNote