DE102004064303B3 - Piezoelektrischer Transformator - Google Patents

Abstract

Piezoelektrischer Transformator mit einem Körper (1) enthaltend ein piezoelektrisches Material, bei dem Elektroden (31, 32, 41, 42) im Inneren des Körpers (1) angeordnet sind, bei dem der Körper (1) quaderförmig ist und mehrere Seitenflächen (81, 82, 83, 84) aufweist, wobei auf jeder Seitenfläche (81, 82, 83, 84) höchstens eine äußere Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) zur Kontaktierung der Elektroden (31, 32, 41, 42) angeordnet ist, der einen Eingangsteil (11) und einen Ausgangsteil (12) aufweist, wobei sich der Eingangsteil (11) in einem oberen Teil des Transformators und der Ausgangsteil (12) in einem unteren Teil des Transformators befindet, bei dem der Eingangsteil (11) zwei äußere Kontaktschichten (51, 52) aufweist, die auf aneinander angrenzenden Seitenflächen (81, 82) angeordnet sind und bei dem der Ausgangsteil (12) zwei äußere Kontaktschichten (53, 54) aufweist, die auf aneinander angrenzenden Seitenflächen (83, 84) angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Transformator mit einem Körper enthaltend ein piezoelektrisches Material.
• Aus der Druckschrift US 2 830 274 A ist ein Piezotransformator der eingangs genannten Art bekannt, der einen röhrenförmigen piezoelektrischen Körper aufweist. Aus der Druckschrift US 6 333 589 B1 ist ebenfalls ein piezoelektrischer Transformer bekannt.
• Aus den Druckschriften DE 42 24 284 A1 und DE 102 08 417 A1 sind piezoelektrische Vielschichtbauelemente bekannt, bei dem ein Isolationsmaterial in Form eines Glaspulvers auf Seitenflächen aufgebracht ist.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Transformator anzugeben, der gute Isolationseigenschaften aufweist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Transformator nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Transformators sind Gegenstand von Unteransprüchen.
• Gemäß wenigstens eines Ausführungsbeispieles wird ein Piezotransformator angegeben, der einen Körper aufweist, welcher ein piezoelektrisches Material enthält.
• Ein piezoelektrisches Material kann beispielsweise eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT) sein.
• Hierbei wird unter dem inversen piezoelektrischen Effekt verstanden, dass die piezoelektrische Keramik, die gegebenenfalls zum Einsatz des Bauelementes noch polarisiert werden muss, bei Anlegen eines elektrischen Feldes parallel oder antiparallel oder auch in einem Winkel zur Polarisierungsrichtung eine Verformung erfährt.
• Unter dem direkten piezoelektrischen Effekt wird verstanden, dass in dem Körper bei Auftreten von Verformungen eine Spannung abfällt.
• Es können in dem Körper vorteilhafterweise Eingangselektroden vorgesehen sein. Mit Hilfe der Eingangselektroden kann bei Anlegen einer Spannung an den Eingangselektroden eine mechanische Verformung des Körpers hervorgerufen werden.
• In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind Ausgangselektroden vorgesehen, die in Kontakt mit dem Körper stehen. Mit Hilfe der Ausgangselektroden kann eine bei Verformung des Körpers auftretende elektrische Spannung abgegriffen werden.
• Die Eingangselektroden und die Ausgangselektroden können auch innerhalb eines Bauelementes miteinander kombiniert werden. Dann kann bei Anlegen einer Wechselspannung an den Eingangselektroden eine periodisch wiederkehrende Deformation des Körpers erzeugt werden. Diese periodisch wiederkehrende Deformation des Körpers kann wiederum in den Ausgangselektroden eine sich periodisch ändernde Spannung hervorrufen. Durch geeignete Anordnung der Elektroden kann erreicht werden, dass die Ausgangsspannung von der Eingangsspannung verschieden ist. In diesem Fall erhält man einen Transformator mit einem dem Verhältnis der Spannungen entsprechenden Übersetzungsverhältnis.
• Vorzugsweise sind die Eingangselektroden und die Ausgangselektroden, fortan auch als Elektroden bezeichnet, mit Anschlussleitungen versehen, um die Elektroden mit einer Eingangsspannungsquelle oder mit einem Abgriff für die Ausgangsspannung kontaktieren zu können.
• Gemäß wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird ein piezoelektrischer Transformator angegeben, der einen Körper aufweist, welcher ein piezoelektrisches Material enthält. Die Oberfläche des Körpers ist wenigstens teilweise mit einer Isolierschicht bedeckt, die ein glasartiges Material enthält.
• Das Bedecken der Oberfläche mit einer glasartigen Isolierschicht hat den Vorteil, dass Oberflächenströme auf der Oberfläche des Körpers reduziert werden können, die ansonsten zu einer Oberflächenentladung zwischen den an den Körper anzuschließenden elektrischen Polen führen würde. Dadurch können elektrische Funktionsstörungen vermieden werden.
• In einer anderen Ausführungsform des Transformators sind Elektroden vorgesehen, die mit dem Körper in Kontakt stehen. Zur Kontaktierung der Elektroden ist eine äußere Kontaktschicht vorgesehen, die auf der Außenseite der Isolierschicht angeordnet ist.
• Eine solche Kontaktschicht ermöglicht es, dass Elektroden, die im Kontakt mit dem Körper stehen, und die beispielsweise im Innern des Körpers angeordnet sind, von außen her zum Zwecke der Kontaktierung zugänglich sind.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform sind Elektroden im Innern des Grundkörpers angeordnet. Ferner ist eine Durchkontaktierung der Isolierschicht zwischen der Kontaktschicht und einer Elektrode vorgesehen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die auf einer Seite der Isolierschicht angeordnete Elektrode von außen her, also von der Außenseite der Isolierschicht her, kontaktiert werden kann.
• Eine solche Durchkontaktierung kann beispielsweise hergestellt sein, indem Material der Kontaktschicht oder der Elektrode in die Isolierschicht eindiffundiert ist oder diese verdrängt. Vorzugsweise ist das Material soweit eindiffundiert, dass es zumindest teilweise die Isolierschicht durchquert und so einen Strompfad durch die Isolierschicht hindurch ermöglicht.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform ist zwischen der Isolierschicht und dem Grundkörper eine innere Kontaktschicht vorgesehen, die mit Elektroden leitend verbunden ist. Somit ist es möglich, eine Vielzahl von Elektroden auf der Innenseite der Isolierschicht zusammenzuführen und auf der Außenseite der Isolierschicht nur noch den Kontakt von der Innenseite der Isolierschicht nach außen weiterzuführen.
• Dementsprechend ist es in einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass eine Durchkontaktierung der Isolierschicht zwischen der äußeren Kontaktschicht und der inneren Kontaktschicht vorgesehen ist.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei innere Kontaktschichten und wenigstens zwei äußere Kontaktschichten auf einer Seitenfläche des Grundkörpers vorgesehen. Der Abstand der äußeren Kontaktschichten ist dabei größer als der Abstand der inneren Kontaktschichten.
• Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Abstand der elektrischen Kontakte auf der Oberfläche des Transformators noch zusätzlich vergrößert wird, wodurch die elektrische Isolation verschiedener elektrischer Pole voneinander noch weiter verbessert wird.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Körper mehrere Seitenflächen auf, wobei auf jeder Seitenfläche höchstens eine äußere Kontaktschicht angeordnet ist.
• Durch eine solche Gestaltung des Transformators kann erreicht werden, dass die äußeren Kontaktschichten einen großen Abstand voneinander haben, wodurch die elektrische Isolation des Bauelements noch zusätzlich verbessert werden kann.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Körper zusätzlich noch mit einer Schicht aus einem isolierenden organischen Verbundwerkstoff bedeckt.
• Ein organisches Isoliermaterial kann beispielsweise ein Isolierungslack sein oder ein anderes Material dieser Art, das in der Elektronikindustrie üblicherweise als Schutz gegen Durchschlag verwendet wird. Der Vorteil liegt darin, dass diese zusätzliche isolierende Schicht einen besseren Schutz gegen elektrischen Durchschlag zwischen Aussenkontaktierungen bietet.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators weist der Körper auf der äußeren Oberfläche Vertiefungen auf, die mit dem Material der Isolierschicht gefüllt sind.
• Durch das Auffüllen von offenen Poren, Vertiefungen oder Rissen auf der Oberfläche des Körpers kann eine Vergrößerung und Fortpflanzung dieser Poren, Vertiefungen und Risse und somit ein mechanischer Schaden des Transformators weitgehend verhindert werden.
• Gemäß wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird ein piezoelektrischer Transformator angegeben, der in zwei Teile unterteilt ist. Der erste Teil ist der Eingangsteil und der zweite Teil ist der Ausgangsteil. Die beiden Teile sind mechanisch fest miteinander verbunden. Jeder Teil weist innenliegende Elektrodenschichten auf, die es ermöglichen, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Vorzugsweise liegen die Innenelektroden senkrecht zur Polarisierungsrichtung des jeweiligen Teils des Transformators. Erst durch die Polarisierung wird die Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts ermöglicht. Vorteilhafterweise sind in jedem Teil des Transformators mehrere Elektrodenschichten vorgesehen, wobei jeweils benachbarte Elektrodenschichten einander überlappen und wobei jeweils benachbarte Elektrodenschichten mit unterschiedlichen Polen einer Eingangsspannungsquelle beziehungsweise mit unterschiedlichen Anschlüssen eines Ausgangsspannungsabgriffs verbunden sind. Durch die Verwendung mehrerer Elektroden kann der Platzbedarf des Piezotransformators vermindert werden.
• Ein elektrisches Eingangssignal wird im Eingangsteil des piezoelektrischen Transformators in mechanische Schwingungen des Körpers des Transformators umgewandelt. Aufgrund der mechanischen Kopplung des Eingangsteils und des Ausgangsteils sind beide Teile von der mechanischen Schwingung betroffen. Die Umwandlung der elektrischen Energie in die mechanische Energie erfolgt aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts. Im Ausgangsteil werden die im Eingangsteil erzeugten mechanischen Schwingungen aufgrund des direkten piezoelektrischen Effekts zurück in ein elektrisches Signal verwandelt.
• Der piezoelektrische Transformator wird vorzugsweise hergestellt durch Gemeinsamsinterung eines Stapels von übereinanderliegenden Grünfolien, die eine piezoelektrische Keramik enthalten. Zwischen den Grünfolien sind Elektrodenschichten angeordnet, die in Form einer metallhaltigen Paste aufgetragen sind. Dadurch entstehen piezoelektrische Transformatoren mit einer laminierten Struktur, die durch Gemeinsamsinterung hergestellt sind und die somit einen monolithischen Aufbau haben.
• Aus Kostengründen werden vorzugsweise Kupferelektroden verwendet. Diese erfordern allerdings eine spezielle Prozessführung, da Kupfer aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes und seiner starken Neigung zur Oxidation nicht ohne weiteres mit den einen piezoelektrischen Effekt aufweisenden Keramikmaterialien verarbeitet werden kann.
• Durch die hier beschriebene Maßnahme des Bedeckens des Körpers mit einer Isolierschicht kann insbesondere eine gute elektrische Isolation zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil des Transformators erzielt werden. Eine gute Isolation, welche charakterisiert ist durch eine hohe elektrische Durchbruchspannung, ist insbesondere von großer Bedeutung für piezoelektrische Transformatoren, die für Anwendungen bestimmt sind, wo eine Netzspannung an die Eingangsseite des Transformators angelegt ist.
• Bei dem elektrischen Durchbruch spielt insbesondere die Oberflächenentladung eine große Rolle. Um die Durchbruchspannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Transformators zu erhöhen, ist es insbesondere wichtig, die Oberflächenentladung zu minimieren. Zu diesem Zweck ist gemäß der hier beschriebenen Erfindung eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Transformators vorgesehen. Eine Isolierschicht, die ein glasartiges Material enthält, hat zwei wesentliche Vorteile:
• Der erste Vorteil besteht darin, dass eine gute elektrische Isolation zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators erreicht werden kann.
• Der zweite Vorteil besteht darin, dass glasartige Materialien harte Werkstoffe sind, die unterhalb der Transformationstemperatur sehr geringfügig verformbar sind und die somit auch die Schwingungen des Körpers, die zum Umwandeln von elektrischer in mechanischer Energie und zurück benötigt werden, nur minimal dämpfen.
• Ein weiterer Aspekt der hier beschriebenen Transformatoren besteht darin, dass die Zuverlässigkeit des Transformators während des Betriebs verbessert werden kann. Ein Fehlermechanismus besteht darin, dass Risse bzw. Brüche, die sich durch kleine mechanische Defekte vorzugsweise auf der Oberfläche des Körpers bilden, wachsen können, sich nach innen ausbreiten können und dann zu einer mechanischen Beschädigung des Transformators führen. Ausgangspunkt solcher wachsender, sich fortpflanzender Risse können ebenfalls Poren, Risse oder andere Öffnungen in der Keramik sein, die während des Herstellungsprozesses des Körpers gebildet werden können.
• Das Wachstum solcher Risse geschieht insbesondere während des Betriebs des Transformators, da das elektrische Feld und mithin die mechanische Spannung in der unmittelbaren Umgebung solcher Defekte deutlich vergrößert ist. Somit ist das Risiko eines mechanischen Ausfalls des Bauelements dort besonders hoch, wo sich Defekte auf der Oberfläche des Transformators befinden. Dies liegt daran, dass das elektrische Feld auf der Oberfläche eine besonders große Inhomogenität und daher auch eine größere Feldstärke aufweist als im Inneren des Materials. Das Auffüllen solcher Risse, Poren oder sonstiger Vertiefungen auf der Oberfläche des Körpers kann also Inhomogenitäten in Bezug auf elektrische Felder und somit auch Inhomogenitäten in Bezug auf mechanische Belastungen vermindern und somit auch die Gefahr des Fortpflanzens von Rissen ins Innere des Körpers reduzieren.
• Die Isolierschicht kann vorzugsweise den gesamten Körper bedecken.
• Zur Herstellung der äußeren Kontaktschichten kann zuerst der Körper hergestellt werden, beispielsweise durch Gemeinsamsintern von keramischen Grünfolien mit durch Drucken von metallhaltiger Paste gebildeten Elektrodenschichten. Anschließend wird der Körper mit einem glasartigen Material umgeben und wiederum anschließend wird durch Siebdrucken eine leitende Paste auf der Oberfläche der glasartigen Schicht aufgebracht. Glasartiges Material und Siebdruckpaste werden gemeinsam eingebrannt.
• Die Position der äußeren Kontaktschichten wird bei monolithischen oder einschichtigen Transformatoren bestimmt durch die Geometrie der Elektroden. Im Falle von Vielschichttransformatoren, d.h. im Falle von laminierten Transformatoren wird die Position der äußeren Kontaktschicht bestimmt durch diejenigen Positionen, wo die Innenelektroden der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators auf die Oberfläche des Körpers gelangen. Während der thermischen Fixierung der Elektrodenpaste, die die äußeren Kontaktschichten bildet, und der Isolierschicht, kann eine Diffusion des in der Elektrodenpaste enthaltenden Metalls durch die Isolierschicht, also durch die glashaltige Schicht hindurch erreicht werden, was schließlich zu einer Durchkontaktierung durch die Isolierschicht führt.
• Im Folgenden sind einige spezifische Aspekte der angegebenen Transformatoren durch Auflistung mit Rückbezügen angegeben:
1. 1. Piezoelektrischer Transformator mit einem Körper enthaltend ein piezoelektrisches Material, dessen Oberfläche wenigstens teilweise von einer Isolierschicht bedeckt ist, die ein glasartiges Material enthält.
2. 2. Transformator nach Aspekt 1,
   • - der Elektroden aufweist, die mit dem Körper in Kontakt stehen,
   • - bei dem zur Kontaktierung von Elektroden eine äußere Kontaktschicht vorgesehen ist, die auf der Außenseite der Isolierschicht angeordnet ist.
3. 3. Transformator nach einem der Aspekte 1 oder 2,
   • - bei dem Elektroden im Innern des Körpers angeordnet sind,
   • - und bei dem eine Durchkontaktierung der Isolierschicht zwischen der äußeren Kontaktschicht und den Elektroden vorgesehen ist.
4. 4. Transformator nach einem der Aspekte 2 bis 3, bei dem das Material der äußeren Kontaktschicht in die Isolierschicht eindiffundiert ist.
5. 5. Transformator nach Aspekt 4, bei dem zwischen der Isolierschicht und dem Körper eine innere Kontaktschicht angeordnet ist, die mit Elektroden
6. 6. leitend verbunden ist.
7. 7. Transformator nach Aspekt 5, bei dem eine Durchkontaktierung der Isolierschicht zwischen der äußeren Kontaktschicht und der inneren Kontaktschicht vorgesehen ist.
8. 8. Transformator nach Aspekt 6,
   • - bei dem wenigstens zwei innere Kontaktschichten und wenigstens zwei äußere Kontaktschichten auf einer Seitenfläche des Körpers vorgesehen sind,
   • - und bei dem der Abstand der äußeren Kontaktschichten größer ist als der Abstand der inneren Kontaktschichten.
9. 9. Transformator nach einem der Aspekte 1 bis 7, bei dem der Körper mehrere Seitenflächen aufweist, wobei auf jeder Seitenfläche höchstens eine äußere Kontaktschicht angeordnet ist.
10. 10. Transformator nach einem der Aspekte 1 bis 8, bei dem der Körper zusätzlich noch mit einer Schicht aus einem isolierenden, organischen Verbundwerkstoff bedeckt ist.
11. 11. Transformator nach einem der Aspekte 1 bis 9, bei dem der Körper auf der Außenseite Vertiefungen aufweist, die mit dem Material der Isolierschicht gefüllt sind.
• Im Folgenden werden Transformatoren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert:
• 1 zeigt beispielhaft einen piezoelektrischen Transformator in einer perspektivischen Ansicht.
• 2 zeigt einen weiteren beispielhaften piezoelektrischen Transformator in einer perspektivischen Ansicht.
• 3 zeigt einen Ausschnitt des Transformators aus 2 in einer detaillierten Schnittansicht.
• 4 zeigt einen Transformator mit quadratischem Grundriss in einer perspektivischen Ansicht.
• Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion haben, sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt einen Transformator mit einem Körper 1, der hergestellt ist aus einer piezoelektrischen Keramik, beispielsweise einer PZT-Keramik. Er weist einen Eingangsteil 11 und einen Ausgangsteil 12 auf. Jeder dieser Teile enthält eine Vielzahl von Elektroden. Zwischen dem Eingangsteil 11 und dem Ausgangsteil 12 ist eine Isolationsschicht 13 angebracht. Der Eingangsteil 11 und der Ausgangsteil 12 sind mechanisch miteinander gekoppelt durch die Isolierschicht 13. Der Körper 1 ist umgeben von einer Isolierschicht 2, die ein glasartiges Material enthält oder die auch vollständig aus einem glasartigen Material bestehen kann.
• 1 soll dabei folgenden Aufbau zeigen:
• Auf dem Keramikkörper 1 ist eine Isolierschicht 2 aus Glas aufgebracht. Auf der Isolierschicht 2 sind Aussenelektroden 51, 52, 53, 54 aufgebracht.
• Das glasartige Material kann beispielsweise folgende chemische Zusammensetzung haben: 20,5 gew% B₂O₃ + 6,8 gew% PbO + 0,3 gew% Sb₂O₃ + 10,4 gew% SiO₂ + 62,0 gew% ZnO. Materialien mit anderen Zusammensetzungen sind ebenfalls möglich, soweit sie isolierend sind.
• Durch die Isolierschicht 2 kann eine gute elektrische Isolierung zwischen dem Eingangsteil 11 und dem Ausgangsteil 12 hergestellt werden.
• Der Eingangsteil enthält eine Vielzahl von Eingangselektroden 31, 32. Diese umfassen Eingangselektroden 31 der ersten Sorte, die alle mit einem gemeinsamen äußeren Kontakt 52 kontaktiert sind. Die Eingangselektroden 32 der zweiten Sorte sind mit einem anderen gemeinsamen äußeren Kontakt 51 kontaktiert. Eingangselektroden 31 der ersten Sorte wechseln sich dabei in der Schichtenfolge mit Eingangselektroden 32 der zweiten Sorte ab. Entsprechendes gilt für die Ausgangselektroden 41, 42 im Ausgangsteil des Transformators.
• Am Ausgangsteil 12 ist für die Ausgangselektroden 41 als gemeinsame Kontaktierung die äußere Kontaktfläche 54 vorgesehen. Für die Ausgangselektroden 42 der zweiten Sorte ist als gemeinsamer Kontakt die äußere Kontaktierung 53 vorgesehen.
• Angedeutet in der Figur ist noch eine zusätzliche Isolierschicht 9, die den Körper umgeben kann und die aus einem isolierenden organischen Verbundwerkstoff besteht. An den Stellen der Kontaktierungen 51, 52, 53, 54 weist die Schicht 9 Durchbrüche auf.
• 2 zeigt ein Bauelement, einen Transformator, der ähnlich aufgebaut ist wie der Transformator aus 1. Im Unterschied zu 1 sind innere Kontaktschichten 61, 62, 63, 64 vorgesehen, mit deren Hilfe die jeweils zu einer Sorte gehörenden Elektroden kontaktiert werden. Die inneren Kontaktschichten 61, 62, 63, 64 sind bedeckt mit der Isolierschicht 2. Zur Kontaktierung der inneren Kontaktschichten sind äußere Kontaktschichten 51, 52, 53, 54 vorgesehen, die auf der Außenseite der Isolierschicht 2 angebracht sind. Im übrigen entspricht der Aufbau des Transformators aus 2 dem des Transformators aus 1.
• Die inneren Kontaktschichten sorgen also dafür, dass die Elektroden einer Sorte zunächst alle einen gemeinsamen Kontakt erhalten und somit auf gleichem Potential liegen. Die äußere Kontaktschicht wird jeweils dafür verwendet, diesen gemeinsamen Kontakt aus dem Inneren des Bauelements nach außen zu führen, um von dort elektrische Spannungsquellen bzw. Spannungsabgriffe anzuschließen.
• Die Polarisierung der jeweils zwischen zwei Elektroden liegenden piezoelektrischen Schicht ist angegeben durch die Pfeile. Aus den 1 und 2 geht hervor, dass benachbarte piezoelektrische Schichten jeweils in entgegengesetzte Richtung polarisiert sind. Insgesamt erfolgt die Polarisierung senkrecht zu den Eingangselektroden 31, 32 bzw. zu den Ausgangselektroden 41, 42 und in Längsrichtung des Körpers 1.
• 2 ist noch zu entnehmen, dass der Abstand di der inneren Kontaktschichten kleiner ist als der Abstand da der äußeren Kontaktschichten. Dadurch kann der Isolationswiderstand zwischen den äußeren Kontaktschichten noch mal vorteilhaft vergrößert werden.
• Angedeutet in der Figur ist noch eine zusätzliche Isolierschicht 9, die den Körper umgeben kann und die aus einem isolierenden organischen Verbundwerkstoff besteht. An den Stellen der Kontaktierungen 51, 52, 53, 54 weist die Schicht 9 Durchbrüche auf.
• 3 zeigt im einzelnen die Anbindung der Eingangselektroden 31 an die äußere Kontaktschicht 51. Die an die Außenseite des Körpers 1 herausgeführten Eingangselektroden 31 werden zunächst kontaktiert von der inneren Kontaktschicht 61. Diese füllt auch eine Vertiefung 10 auf. Auf die innere Kontaktfläche 61 aufgebracht ist die Isolierschicht 2. Auf der Außenseite der Isolierschicht 2 ist schließlich aufgebracht die äußere Kontaktfläche 51. Mittels der Durchkontaktierung 7 kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der äußeren Kontaktschicht 51 und der inneren Kontaktschicht 61 hergestellt werden. Die Kontaktierung 7 wird erzielt durch Eindiffundieren von Metall aus der äußeren Kontaktschicht 51 durch die Isolierschicht 2 hindurch oder in die Isolierschicht 2 hinein.
• Der Transformator aus 3 ist ähnlich dem in 2.
• Ferner ist in 3 zu erkennen, dass auch die Isolierschicht 2 in der Lage ist, eine Vertiefung 10 auf der Oberfläche des Körpers des Transformators aufzufüllen und somit für eine glatte Oberfläche des Körpers 1 zu sorgen, womit die Gefahr von Rissen reduziert werden kann.
• 4 zeigt einen piezoelektrischen Transformator mit einem quadratischen Grundriss. Der Eingangsteil 11 befindet sich im oberen Bereich des Transformators. Der Ausgangsteil 12 befindet sich im unteren Teil des Transformators. Der Eingangsteil 11 und der Ausgangsteil 12 sind mechanisch miteinander gekoppelt durch die Isolierschicht 13.
• Auf jeder Seitenfläche 81, 82, 83, 84 des Körpers 1 ist eine äußere Kontaktschicht 51, 52, 53, 54 angeordnet. Die Kontaktschichten 51, 52 kontaktieren dabei jeweils genau eine Sorte von Ausgangselektroden. Die äußeren Kontaktschichten 53, 54 im Eingangsteil des Transformators kontaktieren dabei jeweils genau eine Sorte der Eingangselektroden. Durch die Positionierung der äußeren Kontaktschichten 51, 52, 53, 54 kann ein maximaler Abstand und somit eine optimale Isolierung der Kontakte voneinander erzielt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Körper

2

Isolierschicht

31, 32

Eingangselektrode

41, 42

Ausgangselektrode

51, 52, 53, 54

äußere Kontaktschicht

61, 62, 63, 64

innere Kontaktschicht

7

Durchkontaktierung

81, 82, 83, 84

Seitenfläche

9

zusätzliche Schicht

10

Vertiefung

11

Eingangsteil

12

Ausgangsteil

13

Isolierschicht

di

Abstand der inneren Kontaktschichten

da

Abstand der äußeren Kontaktschichten

Claims (14)

1. Piezoelektrischer Transformator mit einem Körper (1) enthaltend ein piezoelektrisches Material, bei dem Elektroden (31, 32, 41, 42) im Inneren des Körpers (1) angeordnet sind, bei dem der Körper (1) quaderförmig ist und mehrere Seitenflächen (81, 82, 83, 84) aufweist, wobei auf jeder Seitenfläche (81, 82, 83, 84) höchstens eine äußere Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) zur Kontaktierung der Elektroden (31, 32, 41, 42) angeordnet ist, der einen Eingangsteil (11) und einen Ausgangsteil (12) aufweist, wobei sich der Eingangsteil (11) in einem oberen Teil des Transformators und der Ausgangsteil (12) in einem unteren Teil des Transformators befindet, bei dem der Eingangsteil (11) zwei äußere Kontaktschichten (51, 52) aufweist, die auf aneinander angrenzenden Seitenflächen (81, 82) angeordnet sind und bei dem der Ausgangsteil (12) zwei äußere Kontaktschichten (53, 54) aufweist, die auf aneinander angrenzenden Seitenflächen (83, 84) angeordnet sind.
2. Transformator nach Anspruch 1, der einen quadratischen Grundriss aufweist.
3. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Eingangsteil (11) und dem Ausgangsteil (12) eine Isolationschicht (13) angordnet ist, durch die der Eingangsteil (11) mit dem Ausgangsteil (12) mechanisch gekoppelt ist.
4. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Eingangsteil (11) und der Ausgangsteil (12) jeweils eine erste Sorte von Elektroden und eine zweite Sorte von Elektroden aufweist, wobei die äußeren Kontaktschichten (51, 52, 53, 54) im Eingangsteil (11) jeweils genau eine Sorte der Elektroden im Eingangsteil (11) und die äußeren Kontaktschichten (51, 52) im Ausgangsteil (12) jeweils genau eine Sorte der Elektroden im Ausgangsteil (12) kontaktieren.
5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Oberfläche wenigstens teilweise von einer Isolierschicht (2) bedeckt ist, die ein glasartiges Material enthält.
6. Transformator nach Anspruch 5, bei dem die äußere Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) auf der Außenseite der Isolierschicht (2) angeordnet ist.
7. Transformator nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem eine Durchkontaktierung (7) der Isolierschicht (2) zwischen der äußeren Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) und den Elektroden (31, 32, 41, 42) vorgesehen ist.
8. Transformator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Material der äußeren Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) in die Isolierschicht (2) eindiffundiert ist.
9. Transformator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die äußere Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) als Siebdruckpaste auf das glasartige Material der Isolierschicht (2) aufgebracht und gemeinsam mit dem glasartigen Material eingebrannt ist.
10. Transformator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem zwischen der Isolierschicht (2) und dem Körper (1) eine innere Kontaktschicht (61, 62, 63, 64) angeordnet ist, die mit den Elektroden (31, 32, 41, 42) leitend verbunden ist.
11. Transformator nach Anspruch 10, bei dem eine Durchkontaktierung (7) der Isolierschicht (2) zwischen der äußeren Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) und der inneren Kontaktschicht (61, 62, 63, 64) vorgesehen ist.
12. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Körper (1) zusätzlich noch mit einer Schicht (9) aus einem isolierenden, organischen Verbundwerkstoff bedeckt ist.
13. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Körper (1) auf der Außenseite Vertiefungen (10) aufweist, die mit dem Material der Isolierschicht (2) gefüllt sind.
14. Piezoelektrischer Transformator mit einem Körper (1) enthaltend ein piezoelektrisches Material, bei dem Elektroden (31, 32, 41, 42) im Inneren des Körpers (1) angeordnet sind, bei dem der Körper (1) mehrere Seitenflächen (81, 82, 83, 84) aufweist, wobei auf jeder Seitenfläche (81, 82, 83, 84) höchstens eine äußere Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) zur Kontaktierung der Elektroden (31, 32, 41, 42) angeordnet ist, dessen Oberfläche wenigstens teilweise von einer Isolierschicht (2) bedeckt ist, die ein glasartiges Material enthält, bei dem eine äußere Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) auf der Außenseite der Isolierschicht (2) angeordnet ist, bei dem das Material der äußeren Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) und/oder wenigstens einer der Elektroden (31, 32, 41, 42) in die Isolierschicht (2) eindiffundiert ist, so dass eine Durchkontaktierung (7) der Isolierschicht (2) zwischen der äußeren Kontaktschicht (51, 52, 53, 54) und der wenigestens einen Elektrode (31, 32, 41, 42) gebildet ist.

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