DE102013204353A1

DE102013204353A1 - Treatment device and method of treatment

Info

Publication number: DE102013204353A1
Application number: DE102013204353.8A
Authority: DE
Inventors: Ralph Eisenschmid
Original assignee: OPTIMA pharma GmbH
Current assignee: Eisenschmid Ralph De
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-18
Also published as: WO2014140022A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung umfassend mindestens einen Druckwellen-Leiter (2, 102, 202, 302, 402) und mindestens eine Erregereinrichtung (3, 103, 503) zur Erzeugung von Druckwellen in dem Druckwellen-Leiter (2, 102, 202, 302, 402), wobei eine Behandlungskammer (40, 240) für einen Unterdruckprozess und/oder einen Überdruckprozess vorgesehen ist, die an einem der mindestens einen Erregereinrichtung (3, 103, 503) gegenüberliegenden Ende des mindestens einen Druckwellen-Leiters (2, 102, 202, 302, 402) angeordnet ist, und die mindestens eine Erregereinrichtung (3, 103, 503) betreibbar ist, um in der Behandlungskammer (40, 240) mindestens einmalig eine Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle für den Unterdruckprozess und/oder den Überdruckprozess zu erzeugen. Die Erfindung betrifft weiter ein System umfassend mindestens zwei Behandlungsvorrichtungen und ein Verfahren zum Erzeugen eines Unterdrucks und/oder eines Überdrucks in einer Behandlungskammer.The invention relates to a treatment device comprising at least one pressure wave guide (2, 102, 202, 302, 402) and at least one excitation device (3, 103, 503) for generating pressure waves in the pressure wave guide (2, 102, 202, 302 , 402), wherein a treatment chamber (40, 240) is provided for a negative pressure process and / or a positive pressure process, which is located at an end of the at least one pressure wave guide (2, 102,) opposite the at least one excitation device (3, 103, 503). 202, 302, 402), and the at least one excitation device (3, 103, 503) can be operated in order to at least once in the treatment chamber (40, 240) a compression and / or a dilution shaft for the vacuum process and / or the Generate overpressure process. The invention further relates to a system comprising at least two treatment devices and a method for generating a negative pressure and / or an excess pressure in a treatment chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung für einen Unterdruckprozess und/oder einen Überdruckprozess und ein Verfahren zum Erzeugen eines Unterdrucks, insbesondere eines Vakuums, oder eines Überdrucks in einer Behandlungskammer.The invention relates to a treatment apparatus for a vacuum process and / or an overpressure process and a method for generating a negative pressure, in particular a vacuum, or an overpressure in a treatment chamber.

Es ist bekannt, zur Durchführung von Unterdruck- oder Überdruckprozessen eine Behandlungskammer zu evakuieren bzw. ein Medium in einer Behandlungskammer zu verdichten.It is known to evacuate a treatment chamber or to compress a medium in a treatment chamber in order to carry out vacuum or overpressure processes.

Für eine Verdichtung sind beispielsweise aus US 2007/0235252 A1 akustische Resonatoren bekannt, welche ein Gehäuse mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende umfassen. An dem ersten Ende befindet sich eine Einlass- und eine Auslassöffnung und an dem zweiten Ende befindet sich eine Erregereinrichtung, welche angetrieben wird, um in dem Gehäuse eine stehende Welle auszubilden. Gemäß US 2007/0235252 A1 ist weiter ein Durchmesser des ersten Endes geringer ist als ein Durchmesser des zweiten Endes. For example, for a compression are off US 2007/0235252 A1 Acoustic resonators are known which comprise a housing having a first end and a second end. At the first end there is an inlet and an outlet opening and at the second end there is an exciter means which is driven to form a standing wave in the housing. According to US 2007/0235252 A1 Further, a diameter of the first end is less than a diameter of the second end.

Als Vakuum wird im Zusammenhang mit der Anmeldung entsprechend der DIN 28400 Teil 1 ein Zustand eines Gases bezeichnet, bei welchem in einem Behälter oder einer Kammer der Druck des Gases und damit die Teilchenzahldichte niedriger ist als außerhalb oder wenn der Druck des Gases in dem Behälter oder der Kammer niedriger ist als 300 mbar, d. h. kleiner als der niedrigste auf der Erdoberfläche vorkommende Atmosphärendruck.As a vacuum in connection with the application according to the DIN 28400 Part 1 denotes a state of a gas in which in a container or a chamber, the pressure of the gas and thus the particle number density is lower than outside or when the pressure of the gas in the container or the chamber is lower than 300 mbar, ie smaller than the lowest on the Earth's surface occurring atmospheric pressure.

Zum Erzeugen von Vakuum ist aus der US 6,638,032 B1 eine als akustischer Kompressor gestaltete Vakuumpumpe bekannt. Die Vakuumpumpe umfasst ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung und einer der Einlassöffnung gegenüberliegenden Auslassöffnung, und ein schwingendes Element, das in der Nähe der Einlassöffnung vorgesehen ist, um das Gas von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung zu bewegen, wobei durch das schwingende Element in dem Gehäuse Schallwellen erzeugt werden, die eine Aufeinanderfolge von Druck- und Unterdruckzonen in dem Gas zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung bilden. Die Vakuumpumpe umfasst weiter an der Auslassöffnung Verschlussmittel, die auf synchrone Weise mit dem schwingenden Element zusammenarbeiten, sodass die Auslassöffnung zu dem Zeitpunkt freigegeben wird, zu dem der Druck des Gases nahe der Auslassöffnung höher ist als der durchschnittliche, an der Eingangsöffnung herrschende Druck. To generate vacuum is from the US 6,638,032 B1 a designed as an acoustic compressor vacuum pump known. The vacuum pump comprises a housing having an inlet opening and an outlet opening opposite the inlet opening, and a vibrating element provided near the inlet opening for moving the gas from the inlet opening to the outlet opening, wherein sound waves are transmitted through the oscillating element in the housing are generated, which form a succession of pressure and vacuum zones in the gas between the inlet opening and the outlet opening. The vacuum pump further comprises closure means at the outlet opening which cooperate in a synchronous manner with the vibrating element so that the outlet opening is released at the time when the pressure of the gas near the outlet opening is higher than the average pressure prevailing at the inlet opening.

Mittels einer derartigen Vakuumpumpe ist es möglich, in einer mit der Eingangsöffnung kommunizierten Behandlungskammer ein Vakuum zu erzeugen. Ein Nachteil aller bekannter Vakuumpumpen ist jedoch der für die Evakuierung der Behandlungskammer notwendige Zeitaufwand. By means of such a vacuum pump, it is possible to generate a vacuum in a treatment chamber which is communicated with the inlet opening. However, a disadvantage of all known vacuum pumps is the time required for the evacuation of the treatment chamber.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Behandlungsvorrichtung mit einer Behandlungskammer und ein Verfahren zum Erzeugen eines Vakuums oder eines Hochdrucks in einer Behandlungskammer zu schaffen, welche eine quasikontinuierliche Durchführung eines Vakuum- oder eines Hochdruckprozesses erlauben.It is therefore the object of the invention to provide a treatment device with a treatment chamber and a method for generating a vacuum or a high pressure in a treatment chamber, which allow a quasi-continuous execution of a vacuum or a high-pressure process.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Behandlungsvorrichtung umfassend, mindestens einen Druckwellen-Leiter und mindestens eine Erregereinrichtung zur Erzeugung von Druckwellen in dem mindestens einen Druckwellen-Leiter geschaffen, wobei die Behandlungsvorrichtung eine geschlossene Behandlungskammer für einen Unterdruckprozess und/oder einen Überdruckprozess umfasst, die an einem der mindestens einen Erregereinrichtung gegenüberliegenden Ende des mindestens einen Druckwellen-Leiters angeordnet ist, und die mindestens eine Erregereinrichtung betreibbar ist, um in der Behandlungskammer mindestens einmalig eine Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle für den Unterdruckprozess und/oder den Überdruckprozess zu erzeugen. According to a first aspect, a treatment apparatus comprising at least one pressure wave conductor and at least one excitation device for generating pressure waves in the at least one pressure wave conductor is provided, wherein the treatment device comprises a closed treatment chamber for a vacuum process and / or an overprinting process, which on a the at least one exciter device opposite end of the at least one pressure wave conductor is arranged, and the at least one excitation device is operable to generate in the treatment chamber at least once a compression and / or a dilution wave for the vacuum process and / or the overprinting process.

Als Druckwellen werden im Zusammenhang mit der Anmeldung kurzzeitige Schwankungen des Drucks in dem Druckwellen-Leiter bezeichnet, die sich als Wellenfront in dem Druckwellen-Leiter fortpflanzen. Überdruckwellen werden als Verdichtungswellen, Unterdruckwellen als Verdünnungswellen bezeichnet. Bei einer Druckwelle handelt es sich in einer Ausgestaltung um eine Schallwelle, welche einen stetigen zeitlichen Druckverlauf aufweist. In einer anderen Ausgestaltung wird mittels der Erregereinrichtung eine Stoßwelle mit einem sich sprunghaft ändernden Druck angeregt. In the context of the application, short-term fluctuations of the pressure in the pressure wave conductor, which propagate as wavefront in the pressure wave conductor, are referred to as pressure waves. Overpressure waves are referred to as compression waves, vacuum waves as dilution waves. In one embodiment, a pressure wave is a sound wave which has a steady temporal pressure curve. In another embodiment, a shock wave is excited by means of the excitation device with a sudden change in pressure.

Die Behandlungskammer ist geschlossen, d.h. es findet kein Austausch von Medien mit der Umgebung zur Erzeugung eines Unter- oder eines Überdrucks statt. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Behandlungskammer zur Einbringung und/oder zum Entnehmen eines zu behandelnden Objekts zugänglich ist. Hierfür ist beispielsweise eine schließbare Ladeöffnung oder dergleichen vorgesehen.The treatment chamber is closed, i. there is no exchange of media with the environment to create a negative or an overpressure. However, it is obvious that the treatment chamber is accessible for introduction and / or removal of an object to be treated. For this purpose, for example, a closable loading opening or the like is provided.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird die Behandlungskammer nicht dauerhaft evakuiert oder befüllt, sondern nur kurzfristig mittels einer Verdichtungs- und/oder einer Verdünnungswelle unter Überdruck oder Unterdruck gesetzt. Die mindestens eine Erregereinrichtung ist betreibbar, um in der Behandlungskammer mindestens einmalig eine Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle erzeugen. In einer Ausgestaltung wird eine Folge an Verdichtungs- und Verdünnungswellen erzeugt, wobei in vorteilhaften Gestaltungen eine periodische Anregung erfolgt. Die in der Behandlungskammer einmalig oder in Folge erzeugte Schallwelle oder Stoßwelle ist für Kurzzeitreaktionen chemischer oder physikalischer Stoffumwandlungen und/oder Oberflächenbehandlungen von Objekten nutzbar. Insbesondere sind in einer Ausgestaltung hohe Drücke und Hochtemperaturreaktionen im Millisekundenbereich angeregt. Aufgrund der kurzzeitigen Einwirkung kann auf eine hermetische Abdichtung der Behandlungskammer verzichtet werden.In contrast to the prior art, the treatment chamber is not permanently evacuated or filled, but only briefly by means of a compression and / or a dilution wave under pressure or negative pressure set. The at least one exciter device is operable to generate in the treatment chamber at least once a compression and / or a dilution wave. In one embodiment, a sequence is applied Compression and dilution waves generated, wherein in advantageous configurations, a periodic excitation occurs. The sound wave or shock wave generated once or in succession in the treatment chamber can be used for short-term reactions of chemical or physical substance conversions and / or surface treatments of objects. In particular, in one embodiment, high pressures and high-temperature reactions in the millisecond range are excited. Due to the short-term impact can be dispensed with a hermetic sealing of the treatment chamber.

Die Behandlungskammer ist je nach Anwendung mit einem geeigneten Prozessfluid, insbesondere einem Prozessgas, einer Gas/Flüssig-Mischung, wie beispielsweise Nebel, Schaum, Blasenschwarm, einer Gas/Festkörper-Mischung, wie beispielsweise Staub oder Aerosol, oder einer Flüssigkeit, befüllt.Depending on the application, the treatment chamber is filled with a suitable process fluid, in particular a process gas, a gas / liquid mixture, such as, for example, mist, foam, swarm swarm, a gas / solid mixture, such as, for example, dust or aerosol, or a liquid.

Vakuumprozesse, wie beispielsweise eine physikalische Gasphasenabscheidung (englisch physical vapour deposition, kurz PVD), eine chemische Gasphasenabscheidung (englisch chemical vapour deposition, kurz CVD), eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (englisch plasma-enhanced chemical vapour deposition, kurz PECVD), ein Sputtern oder ein Plasmaprozess, können so ohne eine zeitaufwändige Evakuierung der Behandlungskammer durchgeführt werden. Vacuum processes, such as a physical vapor deposition (PVD), a chemical vapor deposition (CVD), a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), a sputtering or a plasma process can thus be carried out without a time-consuming evacuation of the treatment chamber.

In der Behandlungskammer können auch Hochtemperatur- und Hochdruck-Ultrakurzzeitprozesse (physikalisch und chemisch) gefahren werden, wobei eine adiabate Kompression mittels einer Verdichtungswelle genutzt wird. In the treatment chamber, high-temperature and high-pressure ultra-short-time processes (physical and chemical) can be used, whereby adiabatic compression is used by means of a compression shaft.

Weiter ist die Durchführung thermoakustischer Prozesse in der Behandlungskammer vorteilhaft möglich. Besonderes Augenmerk liegt auch auf kavitativen Prozessen, die mit besonders starken Druckpulsen arbeiten. Auch Reaktionen auf empfindlichen, z.B. temperaturempfindlichen Oberflächen sind vorteilhaft möglich. Furthermore, the implementation of thermoacoustic processes in the treatment chamber is advantageously possible. Particular attention is also paid to cavitative processes, which work with particularly strong pressure pulses. Also reactions to sensitive, e.g. Temperature-sensitive surfaces are advantageously possible.

Die Behandlungsvorrichtung ist insbesondere für Nicht-Gleichgewichtsreaktionen (schnelles Erhitzen und schnelle Abkühlung) und hochselektive Reaktionen, die nach kurzer Zeit gestoppt werden sollen, geeignet. Bei starken akustischen Schwingungsamplituden können aufgrund von einwirkenden Kräften an Oberflächen sehr hohe Wärme- und Stofftransportkoeffizienten erreicht werden, wobei die Druckwellen somit die ultraschnellen und selektiven Reaktionen unterstützen. The treatment device is particularly suitable for non-equilibrium reactions (rapid heating and rapid cooling) and highly selective reactions which are to be stopped after a short time. At strong acoustic vibration amplitudes very high heat and mass transfer coefficients can be achieved due to acting forces on surfaces, the pressure waves thus supporting the ultrafast and selective reactions.

Die Druckwellen breiten sich als Longitudinalwellen in dem Druckwellen-Leiter aus. Aufgrund der Reflexions- und Beugungseigenschaften der Druckwellen ist es bei einer weiteren Gestaltung des Druckwellen-Leiters jedoch nicht zwingend, dass der Druckwellen-Leiter über den gesamten Bereich sich in eine Richtung erstreckt. Beispielsweise ist in einer Ausgestaltung ein abschnittsweise gekrümmter Druckwellen-Leiter vorgesehen. Dadurch sind bauraumoptimierte Bauweisen möglich.The pressure waves propagate as longitudinal waves in the pressure wave conductor. Due to the reflection and diffraction properties of the pressure waves, however, it is not mandatory in a further design of the pressure wave conductor that the pressure wave conductor extends over the entire region in one direction. For example, in one embodiment, a sectionally curved pressure wave conductor is provided. As a result, space-optimized designs are possible.

Die mindestens eine Erregereinrichtung ist betreibbar, um mindestens einmalig eine Verdichtungs- und/oder Verdünnungswelle anzuregen. Die Anregung erfolgt in einer Ausgestaltung als Einzelimpuls, in einer anderen Ausgestaltung als Folge an Impulsen und in noch einer anderen Ausgestaltung als harmonische Anregung. Die Frequenz der harmonischen Anregung entspricht vorzugsweise einer Eigenfrequenz des Druckwellen-Leiters.The at least one excitation device is operable to excite at least once a compression and / or dilution wave. The excitation takes place in one embodiment as a single pulse, in another embodiment as a result of pulses and in yet another embodiment as a harmonic excitation. The frequency of the harmonic excitation preferably corresponds to a natural frequency of the pressure wave conductor.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine Erregereinrichtung betreibbar, um zeitgleich oder getaktet mindestens zwei, in einem Fokus phasengleich interferierende Druckwellen zu erzeugen, wobei die Behandlungskammer in dem Fokus angeordnet ist, um in der Behandlungskammer mindestens einmalig eine aufgrund der Interferenz verstärkte Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle für den Unterdruckprozess und/oder den Überdruckprozess zu erzeugen. Die Erregereinrichtung erzeugt an einer Eingangsseite eines zugeordneten Druckwellen-Leiters eine Schallwelle oder eine Stoßwelle mit einer Erregeramplitude. Durch die Interferenz der Druckwellen werden in dem Fokus einmalig oder wiederholt Schall- oder Stoßwellen mit einer gegenüber einer der Erregeramplitude erhöhten Amplitude erzeugt.In an advantageous embodiment, the at least one excitation device is operable to simultaneously or clocked at least two in a focus to produce in-phase interfering pressure waves, wherein the treatment chamber is arranged in the focus to at least once in the treatment chamber due to the interference increased compression and / or to create a dilution wave for the vacuum process and / or the overpressure process. The excitation device generates an acoustic wave or a shock wave with an exciter amplitude at an input side of an associated pressure wave conductor. As a result of the interference of the pressure waves, sound or shock waves are generated once or repeatedly in the focus with an amplitude which is higher than that of the exciter amplitude.

In einer Ausgestaltung sind zwei oder mehr Druckwellen-Leiter mit zugehörigen Erregereinrichtungen einer Behandlungskammer zugeordnet, wobei durch synchronisierte Anregung eine Überlagerung der Verdichtungs- und/oder Verdünnungswelle in der Behandlungskammer erzielbar ist.In one embodiment, two or more pressure wave conductors associated with excitation means associated with a treatment chamber, wherein by synchronized excitation, a superposition of the compression and / or dilution wave in the treatment chamber can be achieved.

Alternativ oder zusätzlich ist in vorteilhaften Ausgestaltungen vorgesehen, dass die mindestens eine Erregereinrichtung ausgebildet ist, um in einem zugeordneten Druckwellen-Leiter zeitgleich oder getaktet mindestens zwei in einem Fokus phasengleich interferierende Druckwellen zu erzeugen. Dabei ist in einer Ausgestaltung zur Erzeugung eines Überdrucks oder eines Unterdrucks in der Behandlungskammer nur ein Druckwellen-Leiter mit einer zugeordneten Erregereinrichtung vorgesehen.Alternatively or additionally, it is provided in advantageous embodiments that the at least one exciter device is designed to generate at least two pressure waves that in phase phase interfere in a pressure wave conductor at the same time or in a clocked manner. In this case, in one embodiment for generating an overpressure or a negative pressure in the treatment chamber, only one pressure wave conductor is provided with an associated exciter device.

In einer Ausgestaltung umfasst eine Erregereinrichtung eine biegeweiche Oberfläche und eine Vielzahl an Aktuatoren, mittels welchen Druckwellen an der Oberfläche anregbar sind. Durch geeignete, phasenversetzte Synchronisation der Anregung ist dabei eine phasengleiche Interferenz im Fokus erzielbar. In one embodiment, an exciter device comprises a flexible surface and a plurality of actuators, by means of which pressure waves can be excited on the surface. By suitable, phase-shifted synchronization of the excitation is while an in-phase interference in focus achievable.

In einer anderen Ausgestaltung weist die mindestens eine Erregereinrichtung mindestens einen Aktuator und eine steife Schwingungsfläche auf. Durch eine Anregung der steifen Schwingungsfläche durch einen Aktuator werden dabei zeitgleich an jedem Punkt einer Schwingungsfläche sich in Normalrichtung ausbreitende Druckwellen erzeugt. Die Druckwellen einer gekrümmten Schwingungsfläche werden durch geeignete Maßnahmen für eine Interferenz im Fokus geleitet.In another embodiment, the at least one excitation device has at least one actuator and a rigid oscillation surface. By exciting the rigid vibrating surface by means of an actuator, pressure waves propagating in the normal direction are generated simultaneously at each point of a vibrating surface. The pressure waves of a curved vibration surface are directed through appropriate measures for interference in focus.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Erregerfläche der Erregereinrichtung kugelkalottenförmig. Als Erregerfläche wird dabei eine Oberfläche bezeichnet, an welcher Druckwellen durch die Erregereinrichtung angeregt werden. In einer Ausgestaltung ist die Erregerfläche als steife Schwingungsfläche gestaltet. Durch die Kugelkalottenform ist auf einfache Weise eine phasengleiche Interferenz der an der Erregerfläche zeitgleich angeregten phasengleichen Druckwellen im Fokus erzielbar. In an advantageous embodiment, an excitation surface of the exciter device is spherical cap-shaped. In this case, the surface of excitation is referred to as a surface on which pressure waves are excited by the exciter device. In one embodiment, the excitation surface is designed as a stiff oscillation surface. Due to the spherical cap shape, an in-phase interference of the in-phase pressure waves excited simultaneously on the excitation surface in the focus can be achieved in a simple manner.

Für eine Führung der Wellen und eine Erhöhung der Amplituden ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der Druckwellen-Leiter einen konvergierenden Querschnitt aufweist. Je nach Geometrie sind durch den konvergierenden Querschnitt hohe Kompressionsfaktoren möglich. Beispielsweise werden in einer Ausgestaltung Kompressionsfaktoren von ca. 1:1000 und mehr erzielt. Der Druckwellen-Leiter ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung kegelförmig, für ein optimales Zusammenwirken mit einer kugelkalottenförmigen Schwingungsfläche. Die über eine kugelkalottenförmige Schwingungsfläche angeregten zum Fokus auflaufenden Druckwellen verdichten sich bei Verwendung eines konvergenten Druckwellen-Leiter im Fokus zu hohen Amplituden. Bei einer geeigneten Geometrie, insbesondere bei zurück reflektierter Verdünnungswelle oder Verdünnungshalbwelle sind dabei Vakuum-ähnliche Absolutdrücke in der Behandlungskammer erzielbar. For a guidance of the waves and an increase in the amplitudes, it is provided in a further embodiment that the pressure wave conductor has a convergent cross section. Depending on the geometry, high compression factors are possible due to the converging cross-section. For example, in one embodiment, compression factors of about 1: 1000 and more are achieved. The pressure wave conductor is conical in an advantageous embodiment, for optimum interaction with a spherical cap-shaped oscillation surface. The pressure waves, which are excited by means of a spherical cap-shaped oscillation surface, become concentrated to high amplitudes when using a convergent pressure wave conductor. In the case of a suitable geometry, in particular with a reflected dilution wave or dilution half-wave, vacuum-like absolute pressures in the treatment chamber can be achieved.

In einer Ausgestaltung ist der Druckwellen-Leiter als ein mit einem Fluid, insbesondere mit einem Gas oder einem mehrphasigen Fluid, wie einem Staub, einen Aerosol, einem Nebel, einem Schaum oder einem Blasenschwarm, gefülltes Gehäuse gestaltet. Das in dem Druckwellen-Leiter befindliche Medium wird im Zusammenhang mit der Anmeldung auch als Schallleiter-Medium bezeichnet. Als Schallleiter-Medium dient in einer Ausgestaltung ein in der Behandlungskammer eingesetztes Prozessfluid, wobei ein Innenraum des Gehäuses mit der Behandlungskammer fluidisch kommuniziert ist. Das Gehäuse und die Behandlungskammer bilden dabei eine geschlossene Baueinheit. Ein geeignetes Fluid ist dabei durch den Fachmann unter Berücksichtigung des in der Behandlungskammer durchzuführenden Prozesses wählbar. In anderen Ausgestaltungen sind ein fluid-befüllter Druckwellen-Leiter und eine Behandlungskammer über eine Membran getrennt, wobei eine Druckwelle über die Membran übertragen wird.In one embodiment, the pressure wave conductor is designed as a housing filled with a fluid, in particular with a gas or a multiphase fluid, such as a dust, an aerosol, a mist, a foam or a bubble swarm. The medium contained in the pressure wave conductor is also referred to as sound conductor medium in connection with the application. As a sound conductor medium used in one embodiment, a process fluid used in the treatment chamber, wherein an interior of the housing is fluidically communicated with the treatment chamber. The housing and the treatment chamber form a closed unit. A suitable fluid can be selected by the person skilled in the art taking into account the process to be carried out in the treatment chamber. In other embodiments, a fluid-filled pressure wave conductor and a treatment chamber are separated by a membrane, wherein a pressure wave is transmitted across the membrane.

In noch einer anderen Ausgestaltung ist der Druckwellen-Leiter als Festkörper gestaltet ist. Dabei wirkt der Druckwellen-Leiter vorzugsweise als Kolben mit einer feststehenden Führung zur Schaffung einer Behandlungskammer mit einem variablen Volumen zusammen. In der Behandlungskammer ist dabei die Durchführung von Prozessen möglich, bei welchen Flüssigkeiten oder andere Festkörper manipuliert werden. Insbesondere ist es auch denkbar, Gefügeumwandlungen von Feststoffen, beispielsweise von Graphit in Diamant, mittels eines Festkörper-Druckwellen-Leiters durchzuführen.In yet another embodiment, the pressure wave conductor is designed as a solid body. In this case, the pressure wave conductor preferably cooperates as a piston with a fixed guide to create a treatment chamber with a variable volume. In the treatment chamber, it is possible to carry out processes in which liquids or other solids are manipulated. In particular, it is also conceivable to carry out structural transformations of solids, for example of graphite in diamond, by means of a solid-state pressure wave conductor.

Der Aktuator der Erregereinrichtung ist durch den Fachmann geeignet wählbar. Je nach Anwendungsfall sind beispielsweise elektromagnetische, piezoakustische, pneumatische, explosive, detonative und/oder hydraulische Aktuatoren denkbar.The actuator of the excitation device is suitably selectable by the person skilled in the art. Depending on the application example, electromagnetic, piezoacoustic, pneumatic, explosive, detonative and / or hydraulic actuators are conceivable.

In einer Ausgestaltung umfasst die Erregereinrichtung einen Pulsgenerator zur Erzeugung einer Stoßwelle durch elektrische Entladungen. Die Stoßwelle wird dabei durch Verdampfung eines im Druckwellen-Leiter befindlichen Fluids oder durch kurzzeitige Erhitzung eines Gases gebildet. Der Pulsgenerator umfasst eine Hochspannungselektrode und eine Masse-Elektrode, welche durch einen Isolator getrennt sind. Zwischen der Hochspannungselektrode und eine Masse-Elektrode kommt es zu einer Entladung. Die Anordnung der Hochspannungselektrode und der Masse-Elektrode wird als Entladungsanordnung bezeichnet. Eine Entladungsanordnung ist durch den Fachmann geeignet wählbar, wobei je nach Anordnung eine Volumenentladung oder Oberflächenentladung, insbesondere eine Oberflächen-Barrierenentladung (Engl. Surface Barrier Discharge SBD) entsteht. Bei einer Oberflächen-Barrierenentladung kommt es zu einer Verschiebungspolarisation an einer Elektrodenkante einer auf einem Isolator angeordneten Hochspannungselektrode. An der Oberfläche des Isolators bildet sich in einer zweiten Phase ein leitfähiger Kanal, welcher als Streamer bezeichnet wird. Sobald der Streamer die Masse-Elektrode erreicht, kommt es zu einer Entladung. In vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Hochspannungselektrode und die Masse-Elektrode an einer Erregerfläche angeordnet. Für kurze Wege und damit geringe induktive Verluste ist in einer Ausgestaltung die Hochspannungselektrode strahlenförmig bezüglich eines Zentrums einer Erregerfläche angeordnet.In one embodiment, the exciter device comprises a pulse generator for generating a shockwave by electrical discharges. The shock wave is formed by evaporation of a fluid located in the pressure wave conductor or by short-term heating of a gas. The pulse generator comprises a high voltage electrode and a ground electrode which are separated by an insulator. Between the high voltage electrode and a ground electrode there is a discharge. The arrangement of the high voltage electrode and the ground electrode is referred to as a discharge arrangement. A discharge arrangement can be suitably selected by the person skilled in the art, whereby, depending on the arrangement, a volume discharge or surface discharge, in particular a surface barrier discharge SBD, is produced. In a surface barrier discharge, there is a shift polarization at an electrode edge of a high voltage electrode arranged on an insulator. On the surface of the insulator forms in a second phase, a conductive channel, which is referred to as streamer. Once the streamer reaches the ground electrode, it will discharge. In advantageous embodiments, the high-voltage electrode and the ground electrode are arranged on an excitation surface. For short distances and thus low inductive losses, in one embodiment, the high-voltage electrode is arranged radially with respect to a center of an exciter area.

In einer Ausgestaltung ist eine Erregerfläche der Erregereinrichtung als Isolator gestaltet, wobei auf der Erregerfläche Hochspannungselektroden und Masse-Elektroden alternierend, jeweils zueinander beabstandet angeordnet sind. Dabei entwickeln sich Barriere-Entladungen entlang der Oberfläche des Isolators.In one embodiment, an excitation surface of the excitation device is designed as an insulator, wherein on the excitation surface high voltage electrodes and ground electrodes are arranged alternately, each spaced from each other. Barrier discharges develop along the surface of the insulator.

In einer anderen Ausgestaltung sind schmale, ausgedehnte Elektroden auf einer Oberseite eines Isolators und eine flächige Masse-Elektrode auf einer Unterseite des Isoloators angeordnet. Durch eine derartige Anordnung wird eine Oberflächen-Barrierenentladung begünstigt. In another embodiment, narrow, extended electrodes are arranged on an upper side of an insulator and a planar ground electrode is arranged on a lower side of the insulator. Such an arrangement promotes surface barrier discharge.

Der Pulsgenerator ist in einer weiteren Ausgestaltung als Blümleingenerator gestaltet. Ein Blümleingenerator wird auch als Inversionsschaltung oder LC-Inversionsschaltung bezeichnet. Bei einem Blümleingenerator sind zwei Hochspannungselektroden über eine Speicherinduktivität verbunden. The pulse generator is designed in a further embodiment as Blümleingenerator. A flower generator is also referred to as an inversion circuit or LC inversion circuit. In a flower generator, two high voltage electrodes are connected via a storage inductor.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System umfassend mindestens zwei Behandlungsvorrichtungen mit jeweils einer Behandlungskammer geschaffen, wobei die Behandlungskammern der Behandlungsvorrichtungen mittels beweglicher Schottwände kommuniziert sind. Durch Öffnen einer Schottwand ist ein zu behandelndes Objekt in eine nachfolgende Behandlungskammer überführbar, wobei nach Schließen der Schottwand die Behandlungskammer für eine Prozessdurchführung bereit ist.According to a second aspect, a system comprising at least two treatment devices, each with a treatment chamber, is provided, wherein the treatment chambers of the treatment devices are communicated by means of movable bulkheads. By opening a bulkhead, an object to be treated can be transferred into a subsequent treatment chamber, wherein after closing the bulkhead the treatment chamber is ready for a process execution.

Die Behandlungskammern sind in einer Ausgestaltung in einer Reihe angeordnet, wobei ein zu behandelndes Objekt die Behandlungskammern sequentiell durchläuft. Die Erregereinrichtungen der Behandlungsvorrichtungen sind dabei derart synchronisiert, dass ein quasi-kontinuierlicher Überdruck- und/oder Unterdruckprozess an dem Objekt durchführbar ist, während das Objekt die Behandlungskammern durchläuft.The treatment chambers are arranged in one embodiment in a row, wherein an object to be treated passes through the treatment chambers sequentially. The excitation devices of the treatment devices are synchronized in such a way that a quasi-continuous overpressure and / or negative pressure process can be performed on the object while the object passes through the treatment chambers.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Unterdrucks und/oder eines Überdrucks in einer Behandlungskammer mittels mindestens eines Druckwellen-Leiters und mittels mindestens einer Erregereinrichtung zur Erzeugung von Druckwellen in dem Druckwellen-Leiter geschaffen, wobei die mindestens eine Erregereinrichtung zur Erzeugung mindestens einer Druckwelle betrieben wird, um in der an einem der Erregereinrichtung gegenüberliegenden Ende des mindestens eine Druckwellen-Leiters angeordneten, geschlossenen Behandlungskammer mindestens einmalig eine Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle zu erzeugen. According to a third aspect, a method is provided for generating a negative pressure and / or an overpressure in a treatment chamber by means of at least one pressure wave conductor and by means of at least one excitation device for generating pressure waves in the pressure wave conductor, wherein the at least one excitation device for generating at least one Pressure wave is operated to at least once in the arranged at one of the exciter end of the at least one pressure wave conductor, closed treatment chamber to generate a compression and / or a dilution wave.

Das Verfahren zur kurzfristigen Erzeugung von Über- oder Unterdruck in der Behandlungskammer ist insbesondere für Nichtgleichgewichtsreaktionen und/oder hochselektive Reaktionen, die nach kurzer Zeit gestoppt werden sollen, vorteilhaft.The method for the short-term generation of positive or negative pressure in the treatment chamber is particularly advantageous for non-equilibrium reactions and / or highly selective reactions which are to be stopped after a short time.

In einer Ausgestaltung erfolgt eine Anregung mittels der Erregereinrichtung als diskreter Impuls. Die Behandlungskammer ist geschlossen, sodass die angeregte Verdichtungs- und/oder Verdünnungswelle reflektiert wird. Alternativ oder zusätzlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Unterdrückung einer reflektierten Welle durch eine Gegen-Anregung erfolgt. Die Gegenanregung erfolgt in vorteilhaften Ausgestaltungen ebenfalls über die mindestens eine Erregereinrichtung. In noch einer weiteren Ausgestaltung wird eine Folge an diskreten Impulsen angeregt.In one embodiment, excitation by means of the exciter device takes place as a discrete pulse. The treatment chamber is closed so that the excited compression and / or dilution wave is reflected. Alternatively or additionally, it is provided in a further embodiment that a suppression of a reflected wave by a counter-excitation. The counter-excitation also takes place in advantageous embodiments via the at least one exciter device. In yet another embodiment, a train of discrete pulses is excited.

In anderen Ausgestaltungen erfolgt eine periodische Anregung. Dabei erfolgt in einer Ausgestaltung eine harmonische Anregung mittels der Erregereinrichtung mit einer Eigenfrequenz des Druckwellen-Leiters. Die Eigenfrequenz des Druckwellen-Leiters ist dabei auch von einem verwendeten Schallleiter-Medium abhängig. In other embodiments, a periodic excitation occurs. In one embodiment, a harmonic excitation by means of the exciter device with a natural frequency of the pressure wave conductor takes place. The natural frequency of the pressure wave conductor is also dependent on a used sound conductor medium.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Further advantages of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of embodiments of the invention, which are shown schematically in the drawings. For identical or similar components, the same reference numbers are used in the drawings.

In den Zeichnungen zeigen schematisch:In the drawings show schematically:

1: eine Behandlungsvorrichtung mit einem Druckwellen-Leiter und einer Erregereinrichtung; 1 a treatment device having a pressure wave guide and an exciter device;

2: eine Ausbreitung von Wellenfronten in einem Druckwellen- Leiter gemäß 1; 2 : propagation of wavefronts in a pressure wave guide according to 1 ;

3: eine Behandlungsvorrichtung ähnlich 1 mit einem Druckwellen-Leiter und einer Erregereinrichtung; 3 : similar to a treatment device 1 with a pressure wave conductor and an exciter device;

4: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Behandlungsvorrichtung gemäß 1; 4 a first embodiment of a treatment device according to 1 ;

5: den Druckwellen-Leiter gemäß 4 in eine perspektivischen Darstellung; 5 : the pressure wave conductor according to 4 in a perspective view;

6: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Behandlungsvorrichtung mit einem Druckwellen-Leiter und einer Erregereinrichtung; 6 a second embodiment of a treatment device with a pressure wave guide and an exciter device;

7: ein drittes Ausführungsbeispiel einer Behandlungsvorrichtung in einer Tandem-Bauweise; 7 a third embodiment of a treatment device in a tandem construction;

8: eine Baugruppe für eine Behandlungsvorrichtung mit einem Druckwellen-Leiter und einer Erregereinrichtung ähnlich 1; 8th FIG. 4: similar to an assembly for a treatment device with a pressure wave guide and an exciter device 1 ;

9: ein System umfassend sieben Behandlungsvorrichtungen; 9 a system comprising seven treatment devices;

10: eine Draufsicht auf eine Erregereinrichtung umfassend eine Hochspannungselektrode; 10 Fig. 10 is a plan view of an exciter device comprising a high voltage electrode;

11: eine geschnittene Detailansicht der Erregereinrichtung gemäß 10; 11 FIG. 2: a sectional detailed view of the exciter device according to FIG 10 ;

12: eine geschnittene Detailansicht einer zweiten Ausgestaltung der Erregereinrichtung gemäß 10, 12 FIG. 2: a sectional detailed view of a second embodiment of the exciter device according to FIG 10 .

13: Phasen einer Oberflächen-Barriereentladung bei einer Erregereinrichtung gemäß den 10 und 11. 13 : Phases of a surface barrier discharge in an excitation device according to the 10 and 11 ,

1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer eine Behandlungsvorrichtung 1 umfassend einen Druckwellen-Leiter 2, eine Erregereinrichtung 3 und eine Behandlungskammer 40. Mittels der Erregereinrichtung 3 ist eine Schallwelle oder eine Stoßwelle bzw. eine Folge an Schallwellen oder Stoßwellen in dem Druckwellen-Leiter 2 anregbar. Die Schallwellen oder Stoßwellen werden als Druckwellen bezeichnet. Die Druckwellen breiten sich in dem Druckwellen-Leiter 2 aus. Der Druckwellen-Leiter 2 ist in einer Ausgestaltung mit einem Schallleiter-Medium gefüllt, wobei sich die Druckwellen als Longitudinalwellen in dem Druckwellen-Leiter 2 ausbreiten. Die Wände des Druckwellen-Leiters 2 sind dabei schallhart. In einer anderen Gestaltung ist der Druckwellen-Leiter 2 als Festkörper- Druckwellen-Leiter gestaltet, wie weiter unten im Zusammenhang mit 6 im Detail beschrieben. 1 schematically shows a sectional view of a treatment device 1 comprising a pressure wave conductor 2 , an exciter device 3 and a treatment chamber 40 , By means of the exciter device 3 is a sound wave or a shock wave or a series of sound waves or shock waves in the pressure wave conductor 2 excitable. The sound waves or shock waves are called pressure waves. The pressure waves propagate in the pressure wave conductor 2 out. The pressure wave conductor 2 is filled in one embodiment with a sound conductor medium, wherein the pressure waves as longitudinal waves in the pressure wave conductor 2 spread. The walls of the blast wave conductor 2 are reverberant. In another design is the pressure wave conductor 2 designed as a solid-state pressure wave conductor, as described below in connection with 6 described in detail.

Der in 1 dargestellte Druckwellen-Leiter 2 weist einen konvergierenden Querschnitt auf, sodass die angeregte Schallwelle oder die angeregte Stoßwelle in Richtung des kleineren Querschnitts verstärkt wird. Die Erregereinrichtung 3 umfasst einen Aktuator 31 zum Erzeugen der Schallwelle oder der Stoßwelle und eine dem Druckwellen-Leiter 2 zugeordnete steife Schwingungsfläche 30. The in 1 illustrated pressure wave conductor 2 has a converging cross section, so that the excited sound wave or the excited shock wave is amplified in the direction of the smaller cross section. The exciter device 3 includes an actuator 31 for generating the sound wave or the shock wave and a pressure wave conductor 2 associated rigid vibration surface 30 ,

Bei Verwendung einer steifen Schwingungsfläche 30 entstehen aufgrund der Anregung mit dem Aktuator zeitgleich an jedem Ort der Schwingungsfläche 30 sich jeweils in Normalrichtung ausbreitende Elementarwellen 200, die schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt sind. In 1 sind zu Gunsten der Übersichtlichkeit jedoch nur zwei der angeregten Elementarwellen 200 schematisch dargestellt. Die Schwingungsfläche 30 ist kugelkalottenförmig. Durch die Kugelkalottenform der Schwingungsfläche 30 interferieren alle zeitgleich an der Schwingungsfläche 30 angeregten Schall- oder Stoßwellen in einem Fokus 20 des Druckwellen-Leiters 2 phasengleich. Aufgrund der phasengleichen Interferenz kommt es zu einer Erhöhung der Amplitude der durch den Aktuator 31 angeregten Schallwelle oder Stoßwelle, wobei kurzfristig im Fokus 20 ein gewünschter Über- und/oder Unterdruck erzeugt wird. Die Behandlungskammer 40 ist dabei im Fokus angeordnet.When using a stiff vibration surface 30 arise due to the excitation with the actuator at the same time at each location of the vibration surface 30 each in the normal direction propagating elementary waves 200 schematically represented by dashed lines. In 1 However, only two of the excited elementary waves are in favor of clarity 200 shown schematically. The vibrational surface 30 is spherical cap. Due to the spherical cap shape of the vibrating surface 30 all interfere at the same time on the vibration surface 30 excited sound or shock waves in a focus 20 the pressure wave conductor 2 phase. Due to the in-phase interference, there is an increase in the amplitude of the through the actuator 31 excited sound wave or shock wave, being short-term in focus 20 a desired positive and / or negative pressure is generated. The treatment chamber 40 is arranged in focus.

In anderen Worten überlagern sich die an der Schwingungsfläche 30 angeregten Elementarwellen 200 zu konzentrischen Wellenfronten, deren Mittelpunkt im Fokus 20 liegt. 2 zeigt schematisch eine Ausbreitung von Wellenfronten 201 in dem Druckwellen-Leiter 2 gemäß 1 bei Anregung an der Schwingungsfläche 30.In other words, they overlap at the vibrational surface 30 excited elementary waves 200 to concentric wavefronts, their focus in focus 20 lies. 2 shows schematically a propagation of wavefronts 201 in the pressure wave conductor 2 according to 1 when excited at the vibration surface 30 ,

Aufgrund der geeigneten Gestaltung der Schwingungsfläche 30 und des Druckwellen-Leiters 2 ist es möglich, in dem Fokus 20 einmalig oder wiederkehrend, insbesondere periodisch eine Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle zu erzeugen, deren Amplitude eine Amplitude der anregten Wellen deutlich übersteigt. Die im Fokus zusammenlaufenden Druckwellen werden im Zusammenhang mit der Anmeldung auch als fokussierte Druckwellen bezeichnet.Due to the suitable design of the vibration surface 30 and the pressure wave conductor 2 is it possible in the focus 20 once or recurrently, in particular periodically to produce a compression and / or dilution wave whose amplitude significantly exceeds an amplitude of the excited waves. In the context of the application, the pressure waves converging in the focus are also referred to as focused pressure waves.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Behandlungsvorrichtung 101 umfassend einen Druckwellen-Leiter 2, eine Erregereinrichtung 103 und eine Behandlungskammer 40. Der Druckwellen-Leiter 2 entspricht im Wesentlichen dem Druckwellen-Leiter 2 gemäß 1 und 2. Die in 3 dargestellte Erregereinrichtung 103 umfasst eine biegeweiche Oberfläche 130 und eine Vielzahl an Aktuatoren 131, mittels welchen Druckwellen an der Oberfläche 130 anregbar sind. Durch geeignete phasenversetzte Synchronisation der Aktuatoren 131 sind phasengleich interferierende und aufgrund der Interferenz verstärkte Elementarwellen anregbar. Somit werden auch bei dieser Ausgestaltung konzentrische Wellenfronten 201 erzeugt, deren Mittelpunkt im Fokus liegt. 3 shows an alternative embodiment of a treatment device 101 comprising a pressure wave conductor 2 , an exciter device 103 and a treatment chamber 40 , The pressure wave conductor 2 essentially corresponds to the pressure wave conductor 2 according to 1 and 2 , In the 3 shown excitation device 103 includes a flexible surface 130 and a variety of actuators 131 , by means of which pressure waves on the surface 130 are excitable. By suitable phase-shifted synchronization of the actuators 131 are in phase interfering and amplified due to the interference elemental waves excitable. Thus, also in this embodiment concentric wavefronts 201 generated, whose center is in focus.

4 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer Behandlungsvorrichtung 1 gemäß 1. Die Behandlungsvorrichtung 1 umfasst eine im Fokus 20 des Druckwellen-Leiters 2 angeordneten Behandlungskammer 40, in welcher ein schematisch dargestelltes Objekt 5 für einen Unterdruckprozess und/oder einen Überdruckprozess angeordnet ist. Der Druckwellen-Leiter 2 der Behandlungsvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 21 mit schallharten Wänden. Das Gehäuse 21 ist durch Flansche 22 gelagert. Ein Inneres des Gehäuses 21 ist mit der Behandlungskammer 40 fluidisch kommuniziert, sodass ein geschlossener Raum geschaffen wird, der mit einem Prozessfluid befüllt ist. Das Prozessfluid dient somit auch als Schallleiter-Medium. Es ist durch den Fachmann entsprechend einem in der Behandlungskammer 40 durchgeführten Prozess geeignet wählbar. 4 schematically shows an embodiment of a treatment device 1 according to 1 , The treatment device 1 includes one in focus 20 the pressure wave conductor 2 arranged treatment chamber 40 in which a schematically represented object 5 is arranged for a vacuum process and / or an overpressure process. The pressure wave conductor 2 the treatment device 1 includes a housing 21 with reverberant walls. The housing 21 is by flanges 22 stored. An interior of the housing 21 is with the treatment chamber 40 communicates fluidically to create a closed space filled with a process fluid. The process fluid thus also serves as a sound conductor medium. It is by the skilled person according to one in the treatment chamber 40 performed process suitable selectable.

Die Erregereinrichtung 3 umfasst eine kugelkallottenförmige Schwingungsfläche 30 und einen Aktuator 31, mittels welchem die Schwingungsfläche 30 zu einer Schwingung anregbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine starre oder schwingungssteife Schwingungsfläche 30 vorgesehen, welche mittels einer elastischen Befestigung 32 an den Flanschen 22 angeordnet ist. The exciter device 3 comprises a ball-and-ball-shaped vibration surface 30 and an actuator 31 , by means of which the oscillation surface 30 is excitable to a vibration. In the illustrated embodiment is a rigid or vibration-stiff surface vibration 30 provided, which by means of an elastic attachment 32 on the flanges 22 is arranged.

Die Erregereinrichtung 3, genauer der Aktuator 31, ist mittels einer nicht dargestellten Steuereinrichtung derart betreibbar, dass mindestens ein Impuls auf die Schwingungsfläche 30 aufgebracht wird. Aufgrund des Impulses oder einer Folge an Impulsen werden an jedem Ort der Schwingungsfläche 30 sich in Normalrichtung ausbreitende Druckwellen erzeugt, welche durch den konvergierenden Druckwellen-Leiter 2 verstärkt und aufgrund der Geometrie der Schwingungsfläche 30 in dem Fokus 20 auflaufen. Die Behandlungskammer 40 ist im Fokus 20 angeordnet, sodass in der Behandlungskammer 40 in Abhängigkeit der Anregung eine Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswelle oder eine Folge an Verdichtungs- und/oder eine Verdünnungswellen mit hoher Amplitude erzeugt wird. In anderen Worten, wird in der Behandlungskammer 40 durch fokussierte Druckwellen einmalig oder periodisch ein Überdruck und/oder ein Unterdruck erzeugt. Für die Erzeugung des Überdrucks und/oder des Unterdrucks findet dabei kein Medienaustausch zwischen der Behandlungskammer 40 und der Umgebung statt. The exciter device 3 , more precisely, the actuator 31 is operable by means of a control device, not shown, that at least one pulse on the vibration surface 30 is applied. Due to the impulse or a sequence of impulses will be at each location of the oscillation surface 30 In the normal direction propagating pressure waves generated by the converging pressure wave conductor 2 reinforced and due to the geometry of the vibrating surface 30 in the focus 20 accrues. The treatment chamber 40 is in focus 20 arranged so that in the treatment chamber 40 Depending on the excitation, a compression and / or a dilution wave or a series of compression and / or dilution waves with high amplitude is generated. In other words, in the treatment chamber 40 generated by focused pressure waves once or periodically an overpressure and / or a negative pressure. For the generation of the overpressure and / or the negative pressure finds no media exchange between the treatment chamber 40 and the environment instead.

Die Behandlungskammer ist geschlossen, sodass die angeregte Verdichtungs- und/oder Verdünnungswelle an einem der Erregereinrichtung 3 abgewandten Ende reflektiert wird. Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Unterdrückung einer reflektierten Welle durch eine Gegen-Anregung mittels der Erregereinrichtung 3 erfolgt, um eine Reflexion der angeregten Verdichtungs- oder Verdünnungswelle an der Schwingungsfläche 30 zu verhindern. Durch die Unterdrückung der Reflexion an der Schwingungsfläche 30 wird ein Nachschwingen vermieden. In anderen Ausgestaltungen erfolgt eine periodische Anregung.The treatment chamber is closed, so that the excited compression and / or dilution wave at one of the exciter device 3 remote end is reflected. It is provided in one embodiment that a suppression of a reflected wave by a counter-excitation by means of the excitation device 3 to reflect the excited compression or dilution wave at the vibrating surface 30 to prevent. By suppressing the reflection at the vibration surface 30 a reverberation is avoided. In other embodiments, a periodic excitation occurs.

Der Druckwellen-Leiter 2 ist vorzugsweise als gerader Kreiskegel gestaltet, um eine optimale Ausbreitung der Longitudinalwellen zu erzielen. 5 zeigt schematisch in einer teilweise freigeschnittenen, perspektivischen Darstellung den Druckwellen-Leiter 2 gemäß den 1 bis 4. The pressure wave conductor 2 is preferably designed as a straight circular cone to achieve optimal propagation of the longitudinal waves. 5 shows schematically in a partially cutaway, perspective view of the pressure wave conductor 2 according to the 1 to 4 ,

6 zeigt schematisch eine alternative Ausgestaltung einer Behandlungsvorrichtung 201 mit einer Behandlungskammer 240 und einem Druckwellen-Leiter 202, welcher als Festkörper Druckwellen-Leiter gestaltet ist. Eine der Behandlungskammer 240 gegenüberliegende freie Oberfläche des Druckwellen-Leiters 202 dient dabei als Erregerfläche 230, an welcher von einem nicht dargestellten Aktuator einer zugehörigen Erregereinrichtung Schwingungen angeregt werden. Aufgrund der Schwingungsanregung wird der Druckwellen-Leiter 202 wie schematisch durch einen Doppelpfeil angedeutet verschoben. Der Druckwellen-Leiter 202 ist in einer feststehenden Führung 6 geführt, wobei zwischen der feststehenden Führung 6 und dem als Kolben wirkenden Druckwellen-Leiter 202 die Behandlungskammer 240 mit einem variablen Volumen geschaffen wird. Ein Überdruck oder Unterdruck in der Behandlungskammer 240 wird jedoch auch bei dieser Ausgestaltung ohne einen Medienaustausch zwischen der Behandlungskammer 240 und der Umgebung erzeugt. 6 schematically shows an alternative embodiment of a treatment device 201 with a treatment chamber 240 and a pressure wave conductor 202 , which is designed as a solid pressure wave conductor. One of the treatment chamber 240 opposite free surface of the blast wave conductor 202 serves as a pathogen 230 at which vibrations are excited by an actuator (not shown) of an associated exciter device. Due to the vibration excitation, the pressure wave conductor 202 as schematically indicated by a double arrow. The pressure wave conductor 202 is in a fixed leadership 6 guided, being between the fixed guide 6 and acting as a piston pressure wave conductor 202 the treatment chamber 240 is created with a variable volume. An overpressure or underpressure in the treatment chamber 240 However, also in this embodiment without a media exchange between the treatment chamber 240 and the environment generated.

7 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer Behandlungsvorrichtung in Tandem-Bauweise, bei welcher zwei Druckwellen-Leiter 2 gemäß 1 mit zugehörigen, in 7 nicht dargestellten Erregereinrichtungen 3 umfassend jeweils eine Schwingungsfläche 30 einer gemeinsamen Behandlungskammer 40 zugeordnet sind. Durch eine synchronisierte Anregung an den Schwingungsflächen 30 ist dabei eine Überlagerung der in den Druckwellen-Leitern 2 jeweils erzeugten Verdichtungs- und/oder Verdünnungswelle in der Behandlungskammer 40 erzielbar. Dadurch sind bei einer niedrigen Bauweise hohe Amplituden in der Behandlungskammer 40 erzielbar. 7 schematically shows an embodiment of a treatment device in tandem construction, in which two pressure wave conductors 2 according to 1 with associated, in 7 Excitation devices not shown 3 each comprising a vibration surface 30 a common treatment chamber 40 assigned. Through a synchronized excitation at the oscillation surfaces 30 is a superposition of the in the pressure wave conductors 2 each generated compression and / or dilution wave in the treatment chamber 40 achievable. As a result, with a low construction high amplitudes in the treatment chamber 40 achievable.

8 zeigt eine Ausgestaltung eines geschlossenen Systems umfassend einen Druckwellen-Leiter 302 und eine Behandlungskammer 40, welche an dem einer Erregereinrichtung mit einer Schwingungsfläche 30 gegenüberliegenden Ende des Druckwellen-Leiters 302 angeordnet ist. Der Druckwellen-Leiters 302 gemäß 8 weist an dem der Behandlungskammer 40 zugeordneten Ende im Bereich des Fokus 20 eine Krümmung 23 auf, wobei die Druckwellen durch die Krümmung 23 in Richtung der versetzt angeordneten Behandlungskammer 40 umgelenkt werden. Durch eine derartige Krümmung 23 sind bauraumoptimierte Bauweisen möglich. 8th shows an embodiment of a closed system comprising a pressure wave conductor 302 and a treatment chamber 40 , which on an exciter device with a vibration surface 30 opposite end of the blast wave conductor 302 is arranged. The pressure wave conductor 302 according to 8th indicates the treatment chamber 40 associated end in the area of the focus 20 a curvature 23 on, with the pressure waves through the curvature 23 in the direction of the staggered treatment chamber 40 be redirected. By such a curvature 23 are space-optimized designs possible.

9 zeigt ein System umfassend sieben Behandlungsvorrichtungen 401. Die dargestellte Zahl der Behandlungsvorrichtungen 401 ist lediglich beispielhaft und es sind Systeme mit mehr oder weniger Behandlungsvorrichtungen denkbar. Die Behandlungsvorrichtungen 401 umfassen jeweils einen Druckwellen-Leiter 402, wobei die dargestellten Druckwellen-Leiter 402 jeweils zwei parallele, ebene Kreissegment-Flächen aufweisen. Eine Anregung erfolgt jeweils mittels nicht dargestellten Erregereinrichtungen an den Erregerflächen 430. Die Behandlungsvorrichtungen 401 umfassen weiter jeweils eine Behandlungskammer 40, wobei die Behandlungskammern 40 in einer Prozessrichtung I in Reihe angeordnet sind. Die Behandlungskammern 40 der Behandlungsvorrichtungen 1 sind mittels verstellbarer Schottwände 7 kommuniziert. Bei geschlossener Schottwand 7 bilden die Behandlungskammern 40 und der zugehörige Druckwellen-Leiter 402 einer Behandlungsvorrichtung 401 jeweils ein geschlossenes System, wobei eine fokussierte Verdünnungswelle und/oder eine fokussierte Verdichtungswelle in der Behandlungskammer 40 erzeugbar ist. Ein Prozess ist in der Behandlungskammer 40 während eines so kurzfristig erzeugten Unterdrucks bzw. Überdrucks durchführbar. Anschließend ist eine zugehörige Schottwand 7 öffenbar, sodass das Objekt einer Behandlungskammer 40 einer nachfolgend angeordneten Behandlungsvorrichtung zuführbar ist. Ein nicht dargestelltes, zu behandelndes Objekt oder vorzugsweise mehrere zu behandelnde Objekte durchläuft/durchlaufen die Behandlungskammern 40 der Behandlungsvorrichtungen 1 sequentiell in Prozessrichtung I. Die nicht dargestellten Erregereinrichtungen der Behandlungsvorrichtungen 1 sind dabei derart synchronisiert, dass ein quasi-kontinuierlicher Überdruck- oder Unterdruckprozess an dem Objekt bzw. den Objekten durchführbar ist, während das Objekt oder die Objekte die Behandlungskammern 40 in Prozessrichtung I durchläuft/durchlaufen. Eine Aufenthaltsdauer pro Behandlungskammer 40 übersteigt jedoch bei typischen Anwendungen eine Periodendauer der fokussierten Verdünnungs- und/oder Verdichtungswelle(n). 9 shows a system comprising seven treatment devices 401 , The illustrated number of treatment devices 401 is merely exemplary and systems with more or fewer treatment devices are conceivable. The treatment devices 401 each comprise a pressure wave conductor 402 , wherein the illustrated pressure wave conductors 402 each having two parallel, planar circular segment surfaces. An excitation takes place in each case by means of excitation means, not shown, at the excitation areas 430 , The treatment devices 401 each further comprise a treatment chamber 40 , wherein the treatment chambers 40 in a process direction I are arranged in series. The treatment chambers 40 the treatment devices 1 are by means of adjustable bulkheads 7 communicated. at closed bulkhead 7 form the treatment chambers 40 and the associated pressure wave conductor 402 a treatment device 401 each a closed system, wherein a focused dilution shaft and / or a focused compression shaft in the treatment chamber 40 can be generated. A process is in the treatment chamber 40 be carried out during such a short-term generated negative pressure or overpressure. Then there is an associated bulkhead 7 openable, so that the object of a treatment chamber 40 a subsequently arranged treatment device can be fed. An unillustrated object to be treated, or preferably several objects to be treated, passes through the treatment chambers 40 the treatment devices 1 sequentially in the process direction I. The excitation devices, not shown, of the treatment devices 1 are synchronized in such a way that a quasi-continuous overpressure or underpressure process can be carried out on the object or objects, while the object or objects are the treatment chambers 40 in the process direction I goes through / through. A length of stay per treatment chamber 40 However, in typical applications, it exceeds a period of the focused dilution and / or compression wave (s).

Die in 9 dargestellten Druckwellen-Leiter 402 weisen – wie oben beschrieben – jeweils zwei parallele, ebene Kreissegment-Flächen auf. In anderen Ausgestaltungen sind die Druckwellen-Leiter als Kugelausschnitte, wie in 5 dargestellt, ausgebildet, wobei in vorteilhaften Ausgestaltungen die Erregerflächen 430 kugelkalottenförmig gestaltet sind. Die Druckwellen-Leiter sind dabei in einer Ausgestaltung um eine parallel zur Prozessrichtung I durch die Behandlungskammern 40 verlaufende Achse zueinander versetzt angeordnet, sodass eine kompakte Anordnung der Behandlungsvorrichtungen möglich ist.In the 9 illustrated pressure wave conductor 402 have - as described above - in each case two parallel, flat circular segment surfaces. In other embodiments, the pressure wave conductors are as spherical cutouts, as in 5 shown, formed, wherein in advantageous embodiments, the exciter surfaces 430 are designed spherical cap. In one embodiment, the pressure wave conductors are parallel to the process direction I through the treatment chambers 40 extending axis arranged offset from one another, so that a compact arrangement of the treatment devices is possible.

Eine Anregung mittels der Erregereinrichtung 3 erfolgt in verschiedenen Ausgestaltungen elektromagnetisch, piezoakustisch, pneumatisch und/oder hydraulisch, beispielsweise mittels pneumatischer Vibratoren. An excitation by means of the excitation device 3 takes place in various embodiments electromagnetically, piezoacoustically, pneumatically and / or hydraulically, for example by means of pneumatic vibrators.

Die 10 bis 12 zeigen schematisch Erregereinrichtungen 503, die einen Pulsgenerator zur Erzeugung einer Stoßwelle durch elektrische Entladungen umfassen. Der Pulsgenerator umfasst jeweils eine Hochspannungselektrode 34 und eine Masse-Elektrode 35, welche durch einen Isolator 36 getrennt sind.The 10 to 12 show schematically excitation devices 503 comprising a pulse generator for generating a shock wave by electrical discharges. The pulse generator each includes a high voltage electrode 34 and a ground electrode 35 passing through an insulator 36 are separated.

10 und 11 zeigen schematisch eine Draufsicht und eine Detailansicht einer Erregereinrichtung 503 mit einem Pulsgenerator umfassend eine Hochspannungselektrode 34 zur Erzeugung einer Stoßwelle durch elektrische Entladungen. Die Hochspannungselektrode 34 ist strahlenförmig bezüglich eines Zentrums auf einer Masse-Elektrode 35 angeordnet, welche als Erregerfläche 30 für zuvor beschriebene Behandlungsvorrichtungen dient. Die Erregerfläche 30 ist dabei zum Beispiel kugelkalottenförmig gestaltet. Die Hochspannungselektrode 34 ist auf der Masse-Elektrode 35 durch einen Isolator 36 getrennt angeordnet. Zwischen der Hochspannungselektrode 34 und der als Masse-Elektrode 35 gestalteten Erregerfläche 30 kommt es zu schematisch durch Blitze 37 dargestellten Oberflächen-Barrierenentladung (Engl. Surface Barrier Discharge SBD). 10 and 11 schematically show a plan view and a detailed view of an exciter device 503 with a pulse generator comprising a high voltage electrode 34 for generating a shock wave by electrical discharges. The high voltage electrode 34 is radiating with respect to a center on a ground electrode 35 arranged, which as pathogen surface 30 serves for previously described treatment devices. The pathogen surface 30 is designed, for example, a spherical cap. The high voltage electrode 34 is on the ground electrode 35 through an insulator 36 arranged separately. Between the high voltage electrode 34 and the as a ground electrode 35 designed exciter area 30 it comes too schematically by lightning 37 surface barrier discharge (English: Surface Barrier Discharge SBD).

Das Entstehen einer Oberflächen-Barrierenentladung zwischen einer Hochspannungselektrode 34 und einer Masse-Elektrode 35, die durch einen Isolator 36 getrennt sind, ist schematisch in 13 dargestellt. The emergence of a surface barrier discharge between a high voltage electrode 34 and a ground electrode 35 passing through an insulator 36 are separated is schematically in 13 shown.

Die 13(a) bis 13(c) zeigen dabei drei Phasen während der Ausbildung der Oberflächen-Barrierenentladung. In der in 13(a) dargestellten ersten Phase kommt es zu einer Verschiebungspolarisation an einer Kante der Hochspannungselektrode 34, sodass sich zwischen der Hochspannungselektrode 34 und der Masse-Elektrode 35 ein elektrisches Feld ausbildet. An der Oberfläche des Isolators 36 bildet sich in einer in 13(b) dargestellten zweiten Phase ein leitfähiger Kanal, welcher als Streamer 38 bezeichnet wird. In der in 13(c) dargestellten dritten Phase hat der Streamer 38 die Masse-Elektrode 35 erreicht und es kommt zu der Gleitentladung 37. Die Entladung kann dabei je nach Spannung entweder in Form vieler Filamente (Mikroentladungen) oder als homogene Entladung auftreten. 12 zeigt ein Detail einer alternativen Ausgestaltung der Erregereinrichtung 503 gemäß 10, wobei die Erregerfläche 30 der Behandlungsvorrichtung 1 gemäß 1 als Isolator 36 gestaltet ist. Auf der Erregerfläche 30 sind die Hochspannungselektrode 34 und Masse-Elektroden 35 alternierend, jeweils zueinander beabstandet angeordnet sind. Wie schematisch durch Sterne angedeutet, kommt es zwischen der Hochspannungselektrode 34 und der Masse-Elektrode 35 zu Entladungen, durch welche eine Stoßwelle an der Erregerfläche 30 ausgelöst wird.The 13 (a) to 13 (c) show three phases during the formation of the surface barrier discharge. In the in 13 (a) shown first phase, there is a shift polarization at one edge of the high voltage electrode 34 so that between the high voltage electrode 34 and the ground electrode 35 forming an electric field. On the surface of the insulator 36 forms in an in 13 (b) illustrated second phase, a conductive channel, which as a streamer 38 referred to as. In the in 13 (c) third stage has the streamer 38 the ground electrode 35 reached and it comes to the sliding discharge 37 , The discharge can occur depending on the voltage either in the form of many filaments (microdischarges) or as a homogeneous discharge. 12 shows a detail of an alternative embodiment of the excitation device 503 according to 10 , where the pathogen surface 30 the treatment device 1 according to 1 as an insulator 36 is designed. On the pathogen 30 are the high voltage electrode 34 and ground electrodes 35 alternating, each spaced from each other. As indicated schematically by stars, it comes between the high voltage electrode 34 and the ground electrode 35 to discharges, through which a shock wave at the excitation surface 30 is triggered.

Sämtliche Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu erhalten.All embodiments are merely exemplary. Features described or illustrated as part of one embodiment may also be used in another embodiment to obtain a further embodiment of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2007/0235252 A1 [0003, 0003]
US 6638032 B1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 28400 Part 1 [0004]

Claims

Treatment device comprising at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ) and at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) for generating pressure waves in the at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ), characterized in that the treatment device ( 1 . 101 . 201 . 401 ) a closed treatment chamber ( 40 . 240 ) for a vacuum process and / or an overpressure process, wherein the treatment chamber ( 40 . 240 ) at one of the at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) opposite end of the at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ) and the at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) is operable in the treatment chamber ( 40 . 240 ) at least once to generate a compression and / or a dilution wave for the vacuum process and / or the overprinting process.

Treatment device according to claim 1, characterized in that the at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) is operable to simultaneously or clocked at least two, in a focus ( 20 ) to produce in phase interfering pressure waves, wherein the treatment chamber ( 40 . 240 ) in the focus ( 20 ) is arranged.

Treatment device according to claim 2, characterized in that the at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) is adapted to be in an associated pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ) simultaneously or clocked at least two in one focus ( 20 ) to produce in-phase interfering pressure waves.

Treatment device according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the exciter device ( 103 ) a flexible surface ( 130 ) and a plurality of actuators ( 131 ), wherein by means of the actuators ( 131 ) phase-shifted pressure waves are excitable, which in a focus ( 2c ) interfere in phase.

Treatment device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the at least one exciter device ( 3 ) at least one actuator ( 31 ) and a stiff oscillation surface ( 30 ) having.

Treatment device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a pathogen surface of the excitation device ( 3 . 503 ) is spherical cap-shaped.

Treatment device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ) has a converging cross section.

Treatment device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 302 . 402 ) as a housing filled with a fluid, in particular with a gas or a multiphase fluid ( 21 ), wherein in particular an interior of the housing ( 21 ) with the treatment chamber ( 40 ) is fluidically communicated.

Treatment device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one pressure wave conductor ( 202 ) is designed as a solid, which in particular as a piston with a fixed guide ( 6 ) to create a treatment chamber ( 240 ) interacts with a variable volume.

Treatment devices according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one exciter device ( 503 ) comprises a pulse generator for generating a shock wave by electrical discharges.

System comprising at least two treatment devices ( 1 . 101 . 201 . 401 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the treatment chambers ( 40 . 240 ) of treatment devices ( 1 . 101 . 201 . 401 ) by means of movable bulkheads ( 7 ) are communicated.

Method for generating a negative pressure and / or an overpressure in a treatment chamber ( 40 . 240 ) by means of at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ) and at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) for generating pressure waves in the pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ), characterized in that the at least one exciter device ( 3 . 103 . 503 ) is operated to generate at least one pressure wave in order to generate in the at one of the excitation means ( 3 . 103 . 503 ) opposite end of the at least one pressure wave conductor ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ), closed treatment chamber ( 40 . 240 ) at least once to generate a compression and / or dilution wave.

Method according to claim 11, characterized in that an excitation by means of the excitation device ( 3 . 103 . 503 ) takes place as a discrete pulse, wherein preferably a suppression of a reflected wave by a counter-excitation.

A method according to claim 12, characterized in that a harmonic excitation means of the excitation means with a Natural frequency of the pressure wave guide ( 2 . 102 . 202 . 302 . 402 ) he follows.