WO2017140531A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines atmosphärendruck-plasmas - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung eines atmosphärendruck-plasmas Download PDF

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WO2017140531A1
WO2017140531A1 PCT/EP2017/052615 EP2017052615W WO2017140531A1 WO 2017140531 A1 WO2017140531 A1 WO 2017140531A1 EP 2017052615 W EP2017052615 W EP 2017052615W WO 2017140531 A1 WO2017140531 A1 WO 2017140531A1
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WO
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piezoelectric transformer
holder
contact element
longitudinal direction
transformer
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PCT/EP2017/052615
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Pavol Kudela
Franz Rinner
Markus Puff
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Epcos Ag
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Priority to EP17704434.4A priority patent/EP3417493B1/de
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Priority to US16/077,414 priority patent/US10531552B2/en
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2475—Generating plasma using acoustic pressure discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H05H1/2481—Generating plasma using acoustic pressure discharges the plasma being activated using piezoelectric actuators
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    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
    • H10N30/804—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits for piezoelectric transformers
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    • H10N30/80—Constructional details
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    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
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Definitions

  • the present invention relates to a device for generating an atmospheric-pressure plasma
  • the device has a piezoelectric transformer which generates an output voltage which can be used to ionize a process gas.
  • the object is achieved by a device according to the
  • the piezoelectric transformer has an input region and an output region, wherein the input region is configured to convert an applied AC voltage into a mechanical oscillation, wherein the output region is configured to a
  • the contact element is fixed to the piezoelectric transformer and adapted to apply an AC voltage to the input region.
  • the contact element is further connected by a positive connection with the holder such that a movement of the piezoelectric
  • connection As a "positive connection” can be referred to a connection of at least two connection partners, by the interlocking of at least two
  • Connection partner is created. This can be the
  • Connection partner locked in at least one direction. At operating load pressure forces act normal, ie perpendicular, to the surfaces of the connection partners.
  • the contact element and the holder form the connection partner of the positive connection, wherein the shape of the holder, a movement of the
  • bracket does not dampen in this way
  • plasma can be produced with a high efficiency.
  • the interlocking connection may in particular be shockproof, so that, for example, a drop of the
  • the holder can thus serve several purposes simultaneously.
  • the holder can serve as a mechanical protection of the transformer, for example against shocks.
  • the holder may have two projections, wherein the
  • the contact element can be positively charged
  • the holder may have slot-shaped recesses in which the contact element
  • slot-shaped recesses of the bracket can be a
  • the slot-shaped recesses may extend in the longitudinal direction.
  • the slot-shaped recesses may have a significantly smaller extent than in the longitudinal direction.
  • the contact element may comprise two wires, wherein the holder has openings whose diameter corresponds to a diameter of the wires, wherein each of the two wires through two openings in the
  • the diameter of the openings may only be slightly larger than the diameter of the wires, so that a positive connection results in the arrangement of a wire in the opening.
  • the contact element may be connected to the piezoelectric
  • Fasteners are called, which can not be solved, without destroying or at least damaging at least one of the fastened elements.
  • Such a non-releasable attachment of the contact element to the piezoelectric transformer can be made for example by soldering, bonding, gluing or microsilver sintering.
  • microsilver sintering a paste is applied between the contact element and the transformer, and then the contact element and the transformer are sintered together. In the sintering process is from the
  • Paste formed a layer which consists of at least 95% by weight of silver and containing the contact element and the
  • the bracket may include at least two support members on which the piezoelectric transformer rests and which prevent movement of the piezoelectric transformer in a direction perpendicular to the longitudinal direction. These are movements of the piezoelectric transformer relative to the holder.
  • the holder may comprise a first pair consisting of two support elements and a second pair consisting of two support elements, wherein the first pair, a movement of the transformer relative to the holder in a first
  • the support members can prevent movement of the piezoelectric transformer in directions perpendicular to the longitudinal direction without causing the
  • the transformer may rest on the support members so that the support members do not exert a permanent clamping action on the transformer, but only exert a force on the transformer if it would otherwise move relative to the support perpendicular to the longitudinal direction. By resting on the support members, the transformer can thus be prevented from moving in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • the fact that the support elements exert no permanent force on the transformer it can be ensured that the support elements a vibration of the
  • the support elements can be one towards the
  • the support elements are only with a minimal area on the
  • the support members may be arranged to be longitudinally fixed to the piezoelectric transformer Direction at a position corresponding to a quarter or three quarters of the length of the piezoelectric transformer. At these positions, vibration nodes can be formed during operation of the piezoelectric transformer with its resonance frequency or with a harmonic of the resonance frequency.
  • the holder may be made of a material that deforms mainly elastically. Due to the predominant elastic deformation can in particular a high
  • the support elements may consist of the material which deforms predominantly elastically.
  • a support made of rubber or other plastically deforming material would dampen the vibration of the piezoelectric
  • Lead transformer By using a material that deforms predominantly elastically, can be ensured so that the vibrations of the transformer can not be mechanically transferred to the holder and are therefore not attenuated.
  • the material may, for example, to
  • the holder may have two interconnected half-shells. In this case, an attachment of the piezoelectric transformer or the contact elements can be created by the connection of the two half-shells.
  • the two half-shells can be identical to one another.
  • the two half-shells can be made of a material.
  • the two half shells may have been made by injection molding of an injection molding compound, wherein one and the same mold for the production of the two
  • Half shells can be used. By using a holder that consists of two identical half-shells, a simple manufacturing process can thus be made possible in which only a single injection mold must be used.
  • Copper Invar copper has the advantage of a very low thermal expansion coefficient. Furthermore, a copper invar copper-containing sheet can be pressed into various forms and thus allows a high
  • the sheet can have a first section attached to the
  • Piezoelectric transformer abuts, and a second portion which is disposed on an outer side of the holder.
  • the sheet can be bent.
  • the sheet may be bent in a U-shape.
  • the sheet may be bent so that it has right-angled kinks, which are the sections
  • the holder may have a guide element whose shape is adapted to the shape of the sheet.
  • the sheet and the guide member may each have a semi-circular portion.
  • Sheet metal and the holder may be arranged such that a positive connection of sheet metal and holder results.
  • the sheet metal may further include a central portion connecting the first portion to the second portion
  • the central portion may form the semicircular arc of the U-shape.
  • the first and second sections may each form straight legs of the U-shape.
  • the second section may have a curved section, which is positively connected to the holder. This positive connection can further contribute to preclude relative movement between the sheet and the bracket.
  • the device may have a web, which on an input-side end face of the piezoelectric
  • the bridge can
  • a plasma generator incorporating the device described above and a housing in which the device is arranged comprises.
  • the plasma generator can enable the generation of a non-thermal atmospheric pressure plasma.
  • the plasma generator may have other components in addition to the device and the housing. These include, for example, a drive circuit, a nozzle through which the plasma can escape, and an inlet for a process gas.
  • the housing may be an outer housing of the plasma generator.
  • the holder of the device can be arranged in the interior of the housing. Accordingly, the holder can only be accessible when the housing is open.
  • the device may preferably be releasably secured in the housing so that the device is removable from the housing.
  • the device has the
  • the plasma generator can be designed such that the piezoelectric transformer only together with the holder and the contact element from the
  • Plasma generator is removable. It can the
  • the device is configured such that it can be removed and exchanged from the plasma generator, the further components of the plasma generator can continue to be used after replacement of the device.
  • the holder of the device may be in the housing of the
  • Plasma generator for example, be attached by a screw or a snap connection.
  • the connection can be designed such that it is not released by shocks and vibrations during operation of the plasma generator, but is solvable by a user of the plasma generator.
  • the device may alternatively be fixed in the housing by a material connection, for example by gluing or soldering. While such a compound is not solvable, it may be advantageous in certain applications requiring particularly high stability of attachment.
  • a drive circuit for driving the piezoelectric transformer may be arranged, which is electrically contacted with the piezoelectric transformer via the contact element. If the holder is mounted in the housing, it can simultaneously an electric
  • Figure 1 shows a piezoelectric transformer in a perspective view.
  • FIG. 2 shows a device for generating a
  • FIG. 3 shows a section of a cross section through the device shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the device.
  • Figures 5 to 10 show a cross section through a
  • Figure 11 shows a side view of a piezoelectric transformer and a contact element.
  • Figures 12 to 15 show the apparatus for generating an atmospheric pressure plasma according to another
  • Figures 16 to 19 show the device according to another embodiment.
  • FIG. 20 shows a cross section through the device according to an alternative variant of the embodiment shown in FIGS. 16 to 19.
  • FIG. 21 shows a cross section through the device according to another embodiment.
  • FIG. 22 shows an alternative variant of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a piezoelectric transformer 1 in a perspective view. The piezoelectric
  • Transformer 1 can be used in particular in a device for generating non-thermal atmospheric pressure plasma.
  • a piezoelectric transformer 1 is a type of resonance transformer based on piezoelectricity, unlike the conventional magnetic ones
  • the piezoelectric transformer 1 is, for example, a
  • the piezoelectric transformer 1 has a
  • the piezoelectric transformer 1 has electrodes 4, to which an alternating voltage can be applied.
  • the electrodes 4 extend in the longitudinal direction z of FIG.
  • Piezoelectric transformer 1 The electrodes 4 are in a stacking direction x, which is perpendicular to the longitudinal direction z, alternating with a piezoelectric
  • the piezoelectric material 5 stacked.
  • the piezoelectric material 5 is polarized in the stacking direction x.
  • the electrodes 4 are inside the piezoelectric
  • Transformers 1 arranged and are also called
  • the piezoelectric Transformer 1 has a first side surface 6 and a second side surface 7, that of the first side surface 6
  • a first outer electrode 8 is arranged on the first side surface 6.
  • a first outer electrode 8 is arranged on the second side surface 8.
  • a second outer electrode (not shown) is arranged.
  • the internal electrodes 4 are in
  • the piezoelectric transformer 1 has a third side surface 20 and a fourth side surface 21 opposed to each other and arranged perpendicular to the first side surface 6 and the second side surface 7.
  • the input region 2 can be driven with a low alternating voltage, which is applied between the electrodes 4. Due to the piezoelectric effect, the
  • the input side applied AC voltage is first converted into a mechanical vibration.
  • the output region 3 comprises piezoelectric material 9 and is free of internal electrodes.
  • Piezoelectric material 9 in the output region is polarized in the longitudinal direction z.
  • Piezoelectric material 9 of the output region 3 may be the same as that of the piezoelectric material 5 of the input region 2, with the piezoelectric materials 5 and 9 in their
  • the piezoelectric material 9 is formed into a single monolithic layer
  • Output area 3 only a single polarization direction.
  • the output region 3 has an output-side end face 10.
  • an electrical voltage is thus generated between the end face 10 and the end of the electrodes 4 of the input region 2.
  • a high voltage is generated. It also arises between the output side end face and an environment of
  • the piezoelectric transformer 1 generates high electric fields capable of producing gases or
  • ignition field strength of a plasma denotes the field strength required to ionize the atoms or molecules.
  • FIG. 2 shows a device 11 for generating a
  • the device 11 has the in
  • FIG. 1 shown on piezoelectric transformer 1.
  • the piezoelectric transformer 1 here additionally has an insulation 12, which in the output region 3 of the piezoelectric transformer 1
  • piezoelectric transformer 1 is arranged, wherein the insulation 12, the side surfaces of the transformer 1 in
  • Output area 3 at least partially covered and the
  • the isolation can for example by a
  • Shrink tubing can be formed.
  • the device has a first contact element 13 and a second contact element 14.
  • the first contact element 13 is connected to the first outer electrode 8 of the piezoelectric transformer 1.
  • the second contact element 14 is connected to the second outer electrode of the piezoelectric
  • Transformers 1 connected. Via the first and the second contact element 13, 14 can be connected to the first and the second
  • the contact elements 13, 14 each have a wire 15, at one end of a block 16 is arranged.
  • the block 16 of the contact elements 13, 14 is at the respective
  • the block 16 can, for example, by soldering, Bonding, gluing or microsilver sintering to be attached to the outer electrode 8 of the piezoelectric transformer 1.
  • the block 16 and the wire 15 comprise a conductive material, for example copper.
  • the device 11 has a holder 17.
  • the holder 17 may have two half shells 18, 19. In FIG. 2, only a first half shell 18 of the holder 17 is shown, in order to enable an illustration of the connection of the piezoelectric transformer 1 to the holder 17.
  • the second half-shell 19 can be identical to that in FIG. 2
  • the half-shells 18, 19 are injection-molded elements.
  • the holder 17 has support elements 22.
  • Transformers 1 are in each case on one of the support elements 22.
  • the support elements 22 are tapered in each case in the shape of a wedge, so that they abut against the piezoelectric transformer 1 almost linearly.
  • the support elements 22 are arranged along the longitudinal direction z at the positions at which when operating the transformer 1 with its resonant frequency or harmonic
  • the support members 22 are arranged at a length of one quarter of the length of the piezoelectric transformer 1 and three quarters of the length of the piezoelectric transformer 1.
  • the piezoelectric transformer 1 is in the stacking direction x on both sides directly to each one of the two support elements 22 at. In the stacking direction x, the support elements 22 are opposite each other. In this way, movements of the piezoelectric transformer 1 relative to the holder 17 in the stacking direction x are prevented.
  • the holder 17 further support members 23, between which the piezoelectric transformer 1 is enclosed in a y-direction, wherein the y-direction perpendicular to the stacking direction x and perpendicular to the longitudinal
  • Support element 23 abut.
  • the support elements 23 are located
  • FIG. 3 shows a section of a cross section through the apparatus 11 for generating the atmospheric-pressure plasma.
  • the first half-shell 18 and the second half-shell 19 of the holder 17 is shown. It can be seen that each of the half-shells 18, 19 has projections 24, wherein the block 16 of the contact element 13, 14 in longitudinal
  • the contact elements 13, 14 are in the longitudinal Direction z in each case both on a first projection 24 and on a second projection 24 at. Accordingly, a movement of the contact elements 13, 14 in the longitudinal direction z relative to the holder 17 is prevented. It is a positive connection of the contact elements 13, 14 with the bracket 17. Since the contact elements fixed to the respective outer electrode 8 of the piezoelectric
  • Transformers 1 are connected, a movement of the piezoelectric transformer 1 in the longitudinal direction z relative to the holder 17 is not possible.
  • the piezoelectric transformer 1 performs vibrations in the longitudinal direction z.
  • the positive connection of the contact elements 13, 14 with the holder 17 ensures that the transformer 1 is not moved relative to the holder 17 by this oscillation.
  • the interlocking connection is also shock resistant, so that the piezoelectric transformer 1 is not moved relative to the holder 17, even when the device 11 is subjected to a shock, for example, as a result of falling.
  • Contact elements 13, 14 is mechanically loaded on the piezoelectric transformer 1. This attachment may be, for example, solder joints. A mechanical load occurs at the joints of the piezoelectric transformer 1.
  • the two half-shells 18, 19 of the holder 17 can be
  • Figure 4 shows a perspective view of the device 11.
  • the support members 22, 23 are shown arranged at a longitudinal length of three quarters of the piezoelectric transformer 1. Two support members 22 prevent movement of the piezoelectric transformer
  • the device 11 can be used in particular in a plasma generator.
  • the holder 17 in a plasma generator in this case, the holder 17 in a plasma generator.
  • Device 11 is configured such that the device
  • the device 11 can be releasably secured in the housing of the generator,
  • the plasma generator has, in addition to the device 11, further components, for example a drive circuit.
  • a drive circuit for example a piezoelectric transformer 1
  • Contact elements 13, 14 are electrically connected to the drive circuit.
  • the drive circuit via the contact elements 13, 14 an AC voltage to the
  • piezoelectric transformer 1 is a component that
  • the device 11 makes it possible in the plasma generator the
  • piezoelectric transformer 1 in a defined
  • Figures 5 to 10 show a cross section through a device 11 according to alternative embodiments.
  • the contact elements 13, 14 are formed by a copper invar copper-containing sheet 25.
  • Contact elements 13, 14 are fixedly attached to the outer electrodes of the piezoelectric transformer 1, for example by soldering, bonding, gluing or microsilver sintering.
  • the holder 17 has slot-shaped recesses 26.
  • the contact elements 13, 14 are arranged in the recesses 26.
  • the contact elements 13, 14 are formed by the recesses 26 from the interior of the holder 17 in the Outside of the bracket 17 led out. In the recesses 26, the contact elements 13, 14 are fixed in a form-fitting manner.
  • contact elements 13, 14 can be glued to the holder 17 at the recesses 26 to allow a more stable attachment.
  • FIGS. 5 to 10 show different forms of the
  • contact elements 13, 14 are each attached flat to the respective outer electrode 8 of the piezoelectric transformer 1.
  • Figure 11 shows a side view of the piezoelectric
  • outside electrode 8 of the piezoelectric transformer 1 is connected. This can ensure that the attachment of the contact element 13 to the outer electrode 8 is stable.
  • FIG. 12 and FIG. 13 each show a perspective view of the device 11, wherein the second half-shell 19 of the holder 17 is not shown in order to enable the representation of the elements arranged within the holder 17.
  • Figure 14 shows a perspective view of the device 11, wherein the second half-shell 19 is also shown.
  • FIG. 15 shows a cross section through the device 11 shown in FIG.
  • the contact elements 13, 14 are formed here by two wires 27.
  • the holder 17 has four openings 28. In the first half-shell 18, two openings 28 are arranged. In the second half-shell 19, two openings 28 are also arranged. Each of the two wires 27 passes through a
  • the diameter of the openings 28 is adapted to the diameter of the wires 27, so that the wires 27 are positively connected to the bracket 17.
  • the wires 27 have within the holder 17 a
  • the wires 27 are further connected to the piezoelectric
  • soldered transformer 1 one of the wires 27 is soldered to the first outer electrode 8 of the piezoelectric transformer 1, and the other of the wires 27 is soldered to the second outer electrode. Due to the
  • the piezoelectric transformer 1 can not move in the longitudinal direction z relative to the holder 17. Further, by the positive connection of the wires 27 with the bracket 17 and the soldering of the wires 27 to the transformer 1, a movement of the transformer 1 in the input region 2 in the y-direction y relative to the
  • the bracket 17 further includes support members 22 on which the piezoelectric transformer 1 rests and the one
  • Transformer 1 is arranged at a length of one quarter of the length of the piezoelectric transformer 1.
  • the third and the fourth side surface 20, 21 of the transformer 1 abut against the support elements 22.
  • Further support elements 22, 23 are arranged in the output region 3 of the transformer 1 at a length of three quarters of the transformer 1.
  • the first side surface 6, the second side surface 7, the third side surface 20 and the fourth side surface 21 each on a support member 22, 23.
  • Half shell 18 emerge, have outside the bracket 17 each have a kink 30 by 90 °. This angled shape of the wires 27 also serves to facilitate the surface mounting of the device 11.
  • Figures 16 to 19 show the device 11 according to another embodiment.
  • Figures 16, 17 and 18 each show a perspective view of the device 11, wherein the second half-shell 19 of the holder 17 is not shown to the representation of the inside of the holder
  • FIG. 19 shows a cross-section through that shown in FIGS. 16 to 18
  • the contact element 13, 14 has in this embodiment, a plate 25.
  • the sheet 25 consists of a copper layer, an Invar layer and another copper layer. Layer, which are arranged one above the other in this order.
  • the sheet 25 has a U-shape.
  • the sheet 25 has a first portion 31 and a second portion 32, which via a central semicircular portion 33rd
  • the first portion 31 of the sheet 25 is located at the input portion 2 of the piezoelectric
  • the first portion 31 may be fixedly connected to the piezoelectric transformer 1, for example by a solder joint, a bonding compound, an adhesive bond or a sintered compound with
  • the holder 17 also has a guide element 34, which specifies the arrangement of the sheet 25.
  • the guide member 34 has a semicircular portion on which the central semicircular portion 33 of the sheet 25 abuts.
  • the holder 17 further has a continuous web 37, which prevents the moving out of the transformer 1 along the longitudinal direction z in the direction of the input region 2 relative to the holder 17.
  • the web 37 is located on an input-side end face of the transformer 1, wherein the input-side end face facing away from the output region 3 of the transformer 1.
  • the second portion 32 of the sheet 25 is further at the
  • the holder 17 has, in the region in which the sheet 25 is arranged, an outer diameter which is slightly smaller than the outer diameter in the remaining regions of the holder 17. Due to the ridge 37, which prevents the transformer 1 from moving out in the longitudinal direction in the direction of the input area 2, and the U-shape of the sheet 25, which on the semicircular guide element 34 of FIG.
  • the device 11 can now be plugged or screwed by means of a plug connection or a screw in a socket, wherein the socket has electrical contacts which contact the plate 25 electrically.
  • the holder 17 further comprises support elements 22, 23, which are arranged in the input region 2 at a length of one quarter of the length of the transformer 1 and in the output region 3 at a length of three quarters of the length of the transformer 1.
  • Each of the side surfaces 6, 7, 20, 21 of the transformer 1 abuts against a respective support element 22, 23.
  • FIG. 20 shows a cross section through the device 11 according to an alternative variant of the embodiment shown in FIGS. 16 to 19.
  • the alternative is shown in FIGS. 16 to 19.
  • Variant is additionally an adhesive layer 35 on the
  • Figure 21 shows a cross section through the device 11 according to another embodiment.
  • the embodiment shown in FIG. 21 differs from the embodiment shown in FIGS. 16 to 19 in that the second section 32 of the metal sheet 25 also has a bent section 36.
  • the bent portion 36 has two kinks on which the sheet 25 is bent in each case by an angle of 90 °.
  • the additional positive connection further contributes to movements of the piezoelectric
  • Transformers 1 in the longitudinal direction z relative to the bracket 17 exclude.
  • FIG. 22 shows an alternative variant of the embodiment shown in FIG.
  • an adhesive layer 35 is additionally applied to the outside of the holder 17, which glues the second portion 32 of the sheet 25 to the holder 17. Furthermore, the
  • Adhesive layer 35 also on the region of the bracket 17, on which the bent portion 36 abuts applied.
  • Figures 21 and 22 shown embodiments of Figures 16 to 19, omitting the web 37 on the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas, die einen piezoelektrischen Transformator (1), der einen Eingangsbereich (2) und einen Ausgangsbereich (3) aufweist, wobei der Eingangsbereich (2) dazu ausgestaltet ist, eine angelegte Wechselspannung in eine mechanische Schwingung zu wandeln, wobei der Ausgangsbereich (3) dazu ausgestaltet ist, eine mechanische Schwingung in eine elektrische Spannung zu wandeln und wobei der Ausgangsbereich (3)sich in einer longitudinalen Richtung (z) an den Eingangsbereich (2) anschließt, ein Kontaktelement (13, 14), das an dem piezoelektrischen Transformator (1) befestigt ist und das dazu ausgelegt ist, an den Eingangsbereich (2) eine Wechselspannung anzulegen, und eine Halterung (17), wobei das Kontaktelement (13, 14) durch eine formschlüssige Verbindung derart mit der Halterung (17) verbunden ist, dass eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators (1)in longitudinaler Richtung (z) relativ zu der Halterung (17) verhindert wird, aufweist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas. Dabei handelt es sich um ein nicht-thermisches Plasma.
Die Vorrichtung weist insbesondere einen piezoelektrischen Transformator auf, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die zur Ionisation eines Prozessgases genutzt werden kann. Die
Vorrichtung sollte Bewegungen des piezoelektrischen
Transformators, insbesondere in longitudinaler Richtung, relativ zu einer Halterung der Vorrichtung zu vermeiden.
Gleichzeitig sollte die Halterung jedoch den
piezoelektrischen Transformator nicht derart beeinträchtigen, dass Schwingungen des Transformators gedämpft werden, da dadurch die Effizienz der Plasmaerzeugung reduziert würde. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Vorrichtung anzugeben, die diese einander zunächst
widersprechenden Anforderungen möglichst gut erfüllt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem
vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
Atmosphärendruck-Plasmas vorgeschlagen, die einen
piezoelektrischen Transformator, ein Kontaktelement und eine Halterung aufweist. Der piezoelektrische Transformator weist einen Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich auf, wobei der Eingangsbereich dazu ausgestaltet ist, eine angelegte Wechselspannung in eine mechanische Schwingungen zu wandeln, wobei der Ausgangsbereich dazu ausgestaltet ist, eine
mechanische Schwingung in eine elektrische Spannung zu wandeln und wobei der Ausgangsbereich sich in einer
longitudinalen Richtung an den Eingangsbereich anschließt. Das Kontaktelement ist an dem piezoelektrischen Transformator befestigt und dazu ausgelegt, an den Eingangsbereich eine Wechselspannung anzulegen. Das Kontaktelement ist ferner durch eine formschlüssige Verbindung derart mit der Halterung verbunden, dass eine Bewegung des piezoelektrischen
Transformators in longitudinaler Richtung relativ zu der Halterung verhindert wird.
Als „formschlüssige Verbindung" kann eine Verbindung von mindestens zwei Verbindungspartnern bezeichnet werden, die durch das Ineinandergreifen der mindestens zwei
Verbindungspartner entsteht. Dabei können sich die
Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener
Kraftübertragung nicht voneinander lösen. Anders ausgedrückt wird bei einer formschlüssigen Verbindung eine Bewegung des einen Verbindungspartners durch den anderen
Verbindungspartner in mindestens eine Richtung gesperrt. Bei Betriebsbelastung wirken Druckkräfte normal, das heißt rechtwinklig, zu den Flächen der Verbindungspartner. Im vorliegenden Fall bilden das Kontaktelement und die Halterung die Verbindungspartner der formschlüssigen Verbindung, wobei durch die Formgebung der Halterung eine Bewegung des
Kontaktelements in longitudinaler Richtung gesperrt wird.
Eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators in
longitudinaler Richtung wird nicht dadurch verhindert, dass die Halterung unmittelbar mit dem piezoelektrischen
Transformator verbunden wird, sondern dadurch, dass die
Halterung mit dem Kontaktelement verbunden ist, welches wiederum an dem Transformator befestigt ist. Dadurch wird eine Vorrichtung geschaffen, bei der die mechanische
Befestigung des Kontaktelements mit dem piezoelektrischen Transformator nur geringen mechanischen Belastungen
ausgesetzt ist. Somit kann beispielsweise die Lebensdauer von Lötstellen, an denen das Kontaktelement an die
Außenelektroden gelötet ist, erheblich verlängert werden.
Außerdem dämpft die Halterung auf diese Weise nicht die
Schwingungen des piezoelektrischen Transformators in
longitudinaler Richtung, da die Halterung nicht unmittelbar auf den piezoelektrischen Transformator einwirkt.
Dementsprechend kann Plasma mit einer hohen Effizienz erzeugt werden .
Die formschlüssige Verbindung kann insbesondere stoßfest sein, sodass beispielsweise auch ein Herunterfallen der
Vorrichtung nicht zu einer longitudinalen Bewegung des piezoelektrischen Transformators relativ zu der Halterung führen würde .
Die Halterung kann somit mehreren Zwecken gleichzeitig dienen. Durch ihre formschlüssige Verbindung mit dem
Kontaktelement kann sie den piezoelektrischen Transformator in seiner longitudinalen Position fixieren. Gleichzeitig ist sie so konstruiert, dass sie die Schwingungen des
piezoelektrischen Transformators nicht oder zumindest nur minimal dämpft, da die Fixierung über den Formschluss mit dem Kontaktelement diese Schwingungen des Transformators nicht wesentlich beeinträchtigt. Ferner kann die Halterung als mechanischer Schutz des Transformators dienen, beispielsweise gegen Stöße. Die Halterung kann zwei Vorsprünge aufweisen, wobei das
Kontaktelement in longitudinaler Richtung beidseitig
unmittelbar an je einem der beiden Vorsprünge anliegt.
Dementsprechend kann das Kontaktelement formschlüssig
zwischen den beiden Vorsprüngen eingeschlossen sein.
Alternativ oder ergänzend kann die Halterung schlitzförmige Ausnehmungen aufweisen, in denen das Kontaktelement
angeordnet ist und durch die das Kontaktelement aus einem Inneren der Halterung aus der Halterung herausgeführt wird. Auch durch die Anordnung der Kontaktelemente in den
schlitzförmigen Ausnehmungen der Halterung kann eine
formschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Halterung geschaffen werden. Die schlitzförmigen Ausnehmungen können sich in longitudinaler Richtung erstrecken. In den
Raumrichtungen senkrecht zur longitudinalen Richtung können die schlitzförmigen Ausnehmungen eine deutlich geringere Ausdehnung aufweisen als in longitudinaler Richtung. Alternativ oder ergänzend kann das Kontaktelement zwei Drähte aufweisen, wobei die Halterung Öffnungen aufweist, deren Durchmesser einem Durchmesser der Drähte entspricht, wobei jeder der zwei Drähte durch je zwei Öffnungen in der
Halterung verläuft und dadurch formschlüssig mit der
Halterung verbunden ist. Der Durchmesser der Öffnungen kann insbesondere nur geringfügig größer sein als der Durchmesser der Drähte, so dass sich bei der Anordnung eines Drahts in der Öffnung ein Formschluss ergibt. Das Kontaktelement kann an dem piezoelektrischen
Transformator durch eine nicht-lösbare Befestigung befestigt sein. Als nicht-lösbare Befestigung können dabei alle
Befestigungen bezeichnet werden, die sich nicht lösen lassen, ohne zumindest eines der miteinander befestigten Elemente dabei zu zerstören oder zumindest zu beschädigen.
Eine solche nicht-lösbare Befestigung des Kontaktelementes an dem piezoelektrischen Transformator kann beispielsweise durch Löten, Bonden, Kleben oder Mikrosilber-Sintern gefertigt werden. Bei dem Mikrosilber-Sintern wird eine Paste zwischen dem Kontaktelement und dem Transformator aufgebracht und anschließend werden das Kontaktelement und der Transformator miteinander gesintert. Bei dem Sinterprozess wird aus der
Paste eine Schicht gebildet, die zu mindestens 95 Gew % aus Silber besteht und die das Kontaktelement und den
piezoelektrischen Transformator mechanisch miteinander verbindet .
Die Halterung kann zumindest zwei Stützelemente aufweisen, auf denen der piezoelektrische Transformator aufliegt und die eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators in eine Richtung senkrecht zur longitudinalen Richtung verhindern. Dabei handelt es sich um Bewegungen des piezoelektrischen Transformators relativ zu der Halterung.
Insbesondere kann die Halterung ein erstes Paar bestehend aus zwei Stützelementen und ein zweites Paar bestehend aus zwei Stützelementen aufweisen, wobei das erste Paar eine Bewegung des Transformators relativ zur Halterung in eine erste
Richtung senkrecht zur longitudinalen Richtung verhindert und das zweite Paar eine Bewegung des Transformators relativ zur Halterung in eine zweite Richtung verhindert, die senkrecht zur longitudinalen Richtung und senkrecht zur ersten Richtung ist . Die Stützelemente können dementsprechend Bewegungen des piezoelektrischen Transformators in Richtungen senkrecht zur longitudinalen Richtung verhindern, ohne dass dabei die
Befestigungen des Kontaktelementes an dem piezoelektrischen Transformator, beispielsweise die Lötstellen, mechanisch belastet werden. Solche Bewegungen senkrecht zur
longitudinalen Richtung können beispielsweise in Folge von Stößen ausgelöst werden. Der Transformator kann auf den Stützelementen aufliegen, so dass die Stützelemente keine permanente Klemmwirkung auf den Transformator ausüben, sondern erst dann eine Kraft auf den Transformator ausüben, wenn dieser sich andernfalls relativ zu der Halterung senkrecht zur longitudinalen Richtung bewegen würde. Durch das Aufliegen auf den Stützelementen kann der Transformator somit daran gehindert werden, sich in eine Richtung senkrecht zur longitudinalen Richtung zu bewegen. Dadurch dass die Stützelemente keine permanente Kraft auf den Transformator ausüben, kann sichergestellt werden, dass die Stützelemente eine Schwingung des
Transformators in longitudinale Richtung nicht dämpfen.
Die Stützelemente können eine in Richtung zu dem
piezoelektrischen Transformator hin keilförmig zugespitzte Form aufweisen und an dem piezoelektrischen Transformator nahezu linienförmig anliegen. Dementsprechend liegen die Stützelemente nur mit einer minimalen Fläche an dem
piezoelektrischen Transformator an. Auf diese Weise kann eine Dämpfung der Schwingung des Transformators durch die
Stützelemente noch weiter reduziert werden.
Die Stützelemente können derart angeordnet sein, dass sie an dem piezoelektrischen Transformator in longitudinaler Richtung an einer Position anliegen, die einem Viertel oder drei Vierteln der Länge des piezoelektrischen Transformators entspricht. An diesen Positionen können bei Betrieb des piezoelektrischen Transformators mit seiner Resonanzfrequenz beziehungsweise mit einer harmonischen Oberschwingung der Resonanzfrequenz Schwingungsknoten ausgebildet werden.
Dementsprechend bewegt sich der piezoelektrische
Transformator bei Betrieb der Vorrichtung an diesen
Positionen nur minimal. Die Anordnung der Stützelemente an diesen Positionen kann ebenfalls dazu beitragen, dass die Stützelemente die Schwingungen des piezoelektrischen
Transformators nicht wesentlich dämpfen.
Die Halterung kann aus einem Material bestehen, das sich überwiegend elastisch verformt. Durch die überwiegende elastische Verformung kann sich insbesondere ein hoher
Gütefaktor ergeben. Es kann sich bei dem Material
insbesondere um ein hartes Material handeln. Insbesondere können die Stützelemente aus dem Material bestehen, das sich überwiegend elastisch verformt. Eine Halterung aus Gummi oder einem anderen sich plastisch verformenden Material würden zu einer Dämpfung der Schwingung des piezoelektrischen
Transformators führen. Durch die Verwendung eines Materials, das sich überwiegend elastisch verformt, kann sichergestellt werden, sodass die Schwingungen des Transformators nicht mechanisch auf die Halterung übertragen werden können und dementsprechend nicht gedämpft werden.
Bei dem Material kann es sich beispielsweise um
Polybutylenterephthalat (PBT) , Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein Polyamid, das ferner Glasfaseranteile aufweisen kann, handeln. Die Halterung kann zwei miteinander verbundenen Halbschalen aufweisen. Dabei kann eine Befestigung des piezoelektrischen Transformators beziehungsweise der Kontaktelemente durch die Verbindung der beiden Halbschalen erstellt werden.
Die beiden Halbschalen können identisch zueinander sein.
Ferner können die beiden Halbschalen aus einem Material gefertigt sein. Insbesondere können die beiden Halbschalen mittels Spritzguss aus einer Spritzgussmasse gefertigt worden sein, wobei ein und dieselbe Form zur Fertigung der beiden
Halbschalen verwendet werden kann. Durch die Verwendung einer Halterung, die aus zwei identischen Halbschalen besteht, kann somit ein einfaches Herstellungsverfahren ermöglicht werden, bei dem nur eine einzige Spritzgussform verwendet werden muss.
Das Kontaktelement kann ein Kupfer-Invar-Kupfer (CIC = Copper Invar Copper) aufweisendes Blech aufweisen. Kupfer-Invar- Kupfer weist den Vorteil eines sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Ferner kann ein Kupfer-Invar- Kupfer aufweisendes Blech in verschiedene Formen gepresst werden und erlaubt dementsprechend eine hohe
Designflexibilität bei der Ausgestaltung der Kontaktierung der Vorrichtung.
Das Blech kann einen ersten Abschnitt, der an dem
piezoelektrischen Transformator anliegt, und einen zweiten Abschnitt, der an einer Außenseite der Halterung angeordnet ist, aufweisen. Dazu kann das Blech gebogen sein.
Beispielsweise kann das Blech U-förmig gebogen sein.
Alternativ kann das Blech derart gebogen sein, dass es rechtwinkelige Knicke aufweist, die die Abschnitte
voneinander trennen. Ferner kann die Halterung ein Führungselement aufweisen, dessen Form an die Form des Blechs angepasst ist.
Beispielsweise können das Blech und das Führungselement jeweils einen halbkreisförmigen Abschnitt aufweisen. Das
Blech und die Halterung können derart angeordnet sein, dass sich eine formschlüssige Verbindung von Blech und Halterung ergibt . Das Blech kann ferner einen mittleren Abschnitt aufweisen, der den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt
verbindet, wobei das Blech U-förmig gebogen ist. Insbesondere kann der mittlere Abschnitt den halbkreisförmigen Bogen der U-Form ausbilden. Der erste und der zweite Abschnitt können jeweils gerade Schenkel der U-Form bilden.
Der zweite Abschnitt kann einen gebogenen Teilabschnitt aufweisen, der formschlüssig mit der Halterung verbunden ist. Diese formschlüssige Verbindung kann weiter dazu beitragen, Relativbewegungen zwischen dem Blech und der Halterung auszuschließen .
Ferner kann die Vorrichtung einen Steg aufweisen, der an einer eingangsseitigen Stirnseite des piezoelektrischen
Transformators anliegt und dadurch eine Bewegung des
piezoelektrischen Transformators in die longitudinale
Richtung zu dem Steg hin verhindert. Der Steg kann
beispielsweise zusammen mit dem Blech eine formschlüssige Verbindung zwischen der Halterung, dem Kontaktelement und dem Transformator ausbilden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Plasmagenerator, der die oben beschriebene Vorrichtung und ein Gehäuse, in dem die Vorrichtung angeordnet ist, aufweist. Der Plasmagenerator kann insbesondere die Erzeugung eines nicht-thermischen Atmosphärendruck-Plasmas ermöglichen. Der Plasmagenerator kann neben der Vorrichtung und dem Gehäuse weitere Bauelemente aufweisen. Hierzu gehören beispielsweise eine Ansteuerschaltung, eine Düse, über die das Plasma austreten kann, und einen Einlass für ein Prozessgas.
Das Gehäuse kann ein Außengehäuse des Plasmagenerators sein. Die Halterung der Vorrichtung kann im Innern des Gehäuses angeordnet sein. Dementsprechend kann die Halterung nur dann zugänglich sein, wenn das Gehäuse geöffnet ist.
Die Vorrichtung kann vorzugsweise lösbar in dem Gehäuse befestigt sein, sodass die Vorrichtung aus dem Gehäuse entfernbar ist. Insbesondere weist die Vorrichtung die
Elemente des Plasmagenerators auf, die besonders häufig
Verschleißerscheinungen zeigen. Dabei handelt es sich
insbesondere um den piezoelektrischen Transformator, der bei Betrieb ständig mechanische Schwingungen ausführt, durch die er bei Langzeitbetrieb beschädigt werden kann. Auch durch die Plasmazündungen auf der Ausgangsseite kann es bei
Langzeitbetrieb des piezoelektrischen Transformators zu
Beschädigungen kommen.
Insbesondere kann der Plasmagenerator derart ausgestaltet sein, dass der piezoelektrische Transformator nur zusammen mit der Halterung und dem Kontaktelement aus dem
Plasmagenerator entfernbar ist. Dabei können der
piezoelektrische Transformator, die Halterung und das
Kontaktelement als Einheit aus dem Plasmagenerator entfernt werden und ersetzt werden. Dadurch kann eine Vorrichtung geschaffen werden, die die oben genannten Vorteile aufweist, wie zum Beispiel stoßfeste Halterung des Transformators, nur minimale Dämpfung der Schwingungen des Transformators oder longitudinale Fixierung ohne Belastung der mechanischen
Befestigung der Kontaktelemente an dem Transformator.
Ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass diese aus dem Plasmagenerator herausnehmbar und austauschbar ist, so können nach einem Austausch der Vorrichtung die weiteren Bauelemente des Plasmagenerators weiter verwendet werden.
Die Halterung der Vorrichtung kann in dem Gehäuse des
Plasmagenerators beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder eine Rastverbindung befestigt sein. Die Verbindung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sie nicht durch Stöße und Vibrationen bei Betrieb des Plasmagenerators gelöst wird, jedoch durch einen Nutzer des Plasmagenerators lösbar ist.
Die Vorrichtung kann alternativ in dem Gehäuse durch eine stoffliche Verbindung befestigt sein, beispielsweise durch ein Kleben oder ein Löten. Eine solche Verbindung ist zwar nicht lösbar, kann jedoch bei bestimmten Anwendungen, die eine besonders hohe Stabilität der Befestigung erfordern, vorteilhaft sein. In dem Gehäuse kann eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des piezoelektrischen Transformators angeordnet sein, die mit dem piezoelektrischen Transformator über das Kontaktelement elektrisch kontaktiert ist. Wird die Halterung in dem Gehäuse befestigt, so kann dabei gleichzeitig ein elektrischer
Kontakt zwischen dem Kontaktelement und der Ansteuerschaltung ausgebildet werden. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der
Figuren weiter beschrieben.
Figur 1 zeigt einen piezoelektrischen Transformator in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
Atmosphärendruck-Plasmas . Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung. Figuren 5 bis 10 zeigen einen Querschnitt durch eine
Vorrichtung gemäß alternativen Ausführungsbeispielen.
Figur 11 zeigt eine Seitenansicht eines piezoelektrischen Transformators und eines Kontaktelements.
Figuren 12 bis 15 zeigen die Vorrichtung zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel . Figuren 16 bis 19 zeigen die Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .
Figur 20 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß einer alternativen Variante des in den Figuren 16 bis 19 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Figur 21 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Figur 22 zeigt eine alternative Variante des in den Figur 21 gezeigten Ausführungsbeispiels. Figur 1 zeigt einen piezoelektrischen Transformator 1 in einer perspektivischen Ansicht. Der piezoelektrische
Transformator 1 kann insbesondere in einer Vorrichtung zur Erzeugung von nichtthermischem Atmosphärendruck-Plasma eingesetzt werden.
Ein piezoelektrischer Transformator 1 ist eine Bauform eines Resonanztransformators, welcher auf Piezoelektrizität basiert und im Gegensatz zu den herkömmlichen magnetischen
Transformatoren ein elektromechanisches System darstellt. Der piezoelektrische Transformator 1 ist beispielsweise ein
Transformator vom Rosen-Typ.
Der piezoelektrische Transformator 1 weist einen
Eingangsbereich 2 und einen Ausgangsbereich 3 auf, wobei der Ausgangsbereich 3 sich in einer longitudinalen Richtung z an den Eingangsbereich 2 anschließt. Im Eingangsbereich 2 weist der piezoelektrische Transformator 1 Elektroden 4 auf, an die eine Wechselspannung angelegt werden kann. Die Elektroden 4 erstrecken sich in der longitudinalen Richtung z des
piezoelektrischen Transformators 1. Die Elektroden 4 sind in einer Stapelrichtung x, die senkrecht zu der longitudinalen Richtung z ist, abwechselnd mit einem piezoelektrischen
Material 5 gestapelt. Das piezoelektrische Material 5 ist dabei in Stapelrichtung x polarisiert.
Die Elektroden 4 sind im Innern des piezoelektrischen
Transformators 1 angeordnet und werden auch als
Innenelektroden bezeichnet. Der piezoelektrische Transformator 1 weist eine erste Seitenfläche 6 und eine zweite Seitenfläche 7, die der ersten Seitenfläche 6
gegenüberliegt, auf. Auf der ersten Seitenfläche 6 ist eine erste Außenelektrode 8 angeordnet. Auf der zweiten
Seitenfläche 7 ist eine zweite Außenelektrode (nicht gezeigt) angeordnet. Die innenliegenden Elektroden 4 sind in
Stapelrichtung x abwechselnd entweder mit der ersten
Außenelektrode 8 oder der zweiten Außenelektrode elektrisch kontaktiert .
Ferner weist der piezoelektrische Transformator 1 eine dritte Seitenfläche 20 und eine vierte Seitenfläche 21 auf, die einander gegenüberliegen und die senkrecht zu der ersten Seitenfläche 6 und der zweiten Seitenfläche 7 angeordnet sind. Die Flächennormalen der dritten und der vierten
Seitenflächen 20, 21 zeigen jeweils in Stapelrichtung x.
Der Eingangsbereich 2 kann mit einer geringen Wechselspannung angesteuert werden, die zwischen den Elektroden 4 angelegt wird. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts wird die
eingangsseitig angelegte Wechselspannung zunächst in eine mechanische Schwingung umgewandelt. Die Frequenz der
mechanischen Schwingung ist dabei wesentlich von der
Geometrie und dem mechanischen Aufbau des piezoelektrischen Transformators 1 abhängig.
Der Ausgangsbereich 3 weist piezoelektrisches Material 9 auf und ist frei von innenliegenden Elektroden. Das
piezoelektrische Material 9 im Ausgangsbereich ist in der longitudinalen Richtung z polarisiert. Bei dem
piezoelektrischen Material 9 des Ausgangsbereichs 3 kann es sich um das gleiche Material wie bei dem piezoelektrischen Material 5 des Eingangsbereichs 2 handeln, wobei sich die piezoelektrischen Materialien 5 und 9 in ihrer
Polarisationsrichtung unterscheiden können. Im
Ausgangsbereich 3 ist das piezoelektrische Material 9 zu einer einzigen monolithischen Schicht geformt, die
vollständig in der longitudinalen Richtung z polarisiert ist. Dabei weist das piezoelektrische Material 9 im
Ausgangsbereich 3 nur eine einzige Polarisationsrichtung auf.
Wird an die Elektroden 4 im Eingangsbereich 2 eine
Wechselspannung angelegt, so bildet sich innerhalb des piezoelektrischen Materials 5, 9 eine mechanische Welle aus, die durch den piezoelektrischen Effekt im Ausgangsbereich 3 eine Ausgangsspannung erzeugt. Der Ausgangsbereich 3 weist eine ausgangsseitige Stirnseite 10 auf. Im Ausgangsbereich 3 wird somit eine elektrische Spannung zwischen der Stirnseite 10 und dem Ende der Elektroden 4 des Eingangsbereichs 2 erzeugt. An der ausgangsseitigen Stirnseite 10 wird dabei eine Hochspannung erzeugt. Dabei entsteht auch zwischen der ausgangseitigen Stirnseite und einer Umgebung des
piezoelektrischen Transformators eine hohe
Potentialdifferenz, die ausreicht, um ein starkes
elektrisches Feld zu erzeugen, dass ein Prozessgas ionisiert.
Auf diese Weise erzeugt der piezoelektrische Transformator 1 hohe elektrische Felder, die in der Lage sind, Gase oder
Flüssigkeiten durch elektrische Anregung zu ionisieren. Dabei werden Atome oder Moleküle des jeweiligen Gases bzw. der jeweiligen Flüssigkeit ionisiert und bilden ein Plasma. Es kommt immer dann zu einer Ionisation, wenn die elektrische Feldstärke an der Oberfläche des piezoelektrischen
Transformators 1 die Zündfeldstärke des Plasmas
überschreitet. Als Zündfeldstärke eines Plasmas wird dabei die Feldstärke bezeichnet, die zur Ionisation der Atome oder Moleküle erforderlich ist.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 11 zur Erzeugung eines
Atmosphärendruck-Plasmas. Die Vorrichtung 11 weist den in
Figur 1 gezeigten piezoelektrischen Transformator 1 auf. Der piezoelektrische Transformator 1 weist hier zusätzlich eine Isolierung 12 auf, die im Ausgangsbereich 3 des
piezoelektrischen Transformators 1 angeordnet ist, wobei die Isolierung 12 die Seitenflächen des Transformators 1 im
Ausgangsbereich 3 zumindest teilweise bedeckt und die
ausgangsseitige Stirnseite 10 frei von der Isolierung 12 ist. Die Isolierung kann beispielsweise durch einen
Schrumpfschlauch gebildet werden. Die Isolierung 12
verhindert, dass entlang der ausgangsseitigen Kanten des piezoelektrischen Transformators 1 unerwünschte
Plasmazündungen entstehen.
Ferner weist die Vorrichtung ein erstes Kontaktelement 13 und ein zweites Kontaktelement 14 auf. Das erste Kontaktelement 13 ist mit der ersten Außenelektrode 8 des piezoelektrischen Transformators 1 verbunden. Das zweite Kontaktelement 14 ist mit der zweiten Außenelektrode des piezoelektrischen
Transformators 1 verbunden. Über das erste und das zweite Kontaktelement 13, 14 kann an die erste und die zweite
Außenelektrode des piezoelektrischen Transformators 1 eine Wechselspannung angelegt werden.
Die Kontaktelemente 13, 14 weisen jeweils einen Draht 15 auf, an dessen einen Ende ein Block 16 angeordnet ist. Der Block 16 der Kontaktelemente 13, 14 ist an der jeweiligen
Außenelektrode 8 durch eine nicht-lösbare Befestigung
befestigt. Der Block 16 kann beispielsweise durch Löten, Bonden, Kleben oder Mikrosilber-Sintern an der Außenelektrode 8 des piezoelektrischen Transformators 1 befestigt sein. Der Block 16 und der Draht 15 weisen ein leitfähiges Material auf, beispielsweise Kupfer.
Ferner weist die Vorrichtung 11 eine Halterung 17 auf. Die Halterung 17 kann zwei Halbschalen 18, 19 aufweisen. In Figur 2 ist nur eine erste Halbschale 18 der Halterung 17 gezeigt, um eine Darstellung der Verbindung des piezoelektrischen Transformators 1 mit der Halterung 17 zu ermöglichen. Die zweite Halbschale 19 kann identisch zu der in Figur 2
gezeigten Halbschale 18 sein. Bei den Halbschalen 18, 19 handelt es sich um Spritzgusselemente. Die Halterung 17 weist Stützelemente 22 auf. Die dritte und die vierten Seitenfläche 20, 21 des piezoelektrischen
Transformators 1 liegen jeweils an einem der Stützelemente 22 an. In Richtung zu dem piezoelektrischen Transformator 1 hin sind die Stützelemente 22 jeweils keilförmig zugespitzt, sodass sie an dem piezoelektrischen Transformator 1 nahezu linienförmig anliegen. Die Stützelemente 22 sind dabei entlang der longitudinalen Richtung z an den Positionen angeordnet, an denen sich bei Betrieb des Transformators 1 mit seiner Resonanzfrequenz oder mit harmonischen
Oberschwingungen Schwingungsknoten ausbilden. Dementsprechend sind die Stützelemente 22 bei einer Länge von einem Viertel der Länge des piezoelektrischen Transformators 1 und bei drei Vierteln der Länge des piezoelektrischen Transformators 1 angeordnet .
Durch die Anordnung der Stützelemente 22 an den
Schwingungsknoten des piezoelektrischen Transformators 1 sowie durch ihre keilförmige Ausgestaltung wird es ermöglicht, dass die Stützelemente 22 eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators 1 in longitudinaler Richtung z nur minimal dämpfen. Der piezoelektrische Transformator 1 liegt in Stapelrichtung x beidseitig unmittelbar an je einem der zwei Stützelemente 22 an. In Stapelrichtung x liegen die Stützelemente 22 einander gegenüber. Auf diese Weise werden Bewegungen des piezoelektrischen Transformators 1 relativ zu der Halterung 17 in Stapelrichtung x verhindert.
Ferner weist die Halterung 17 weitere Stützelemente 23 auf, zwischen denen der piezoelektrische Transformator 1 in einer y-Richtung eingeschlossen ist, wobei die y-Richtung senkrecht zur Stapelrichtung x und senkrecht zur longitudinalen
Richtung z ist. In y-Richtung kann der piezoelektrische
Transformator 1 beidseitig unmittelbar an je einem
Stützelement 23 anliegen. Die Stützelemente 23 liegen
einander in y-Richtung gegenüber. Auch diese Stützelemente 23 laufen in einer Richtung zu dem piezoelektrischen
Transformator 1 hin keilförmig zu und liegen an diesem nahezu linienförmig an. Durch das Anliegen an den Stützelementen 23 wird eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators 1 relativ zu der Halterung 17 in y-Richtung verhindert.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die Vorrichtung 11 zur Erzeugung des Atmosphärendruck-Plasmas. In Figur 3 ist die erste Halbschale 18 und die zweite Halbschale 19 der Halterung 17 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass jede der Halbschalen 18, 19 Vorsprünge 24 aufweist, wobei der Block 16 des Kontaktelements 13, 14 in longitudinaler
Richtung z zwischen zwei Vorsprüngen 24 angeordnet ist. Dabei liegen die Kontaktelemente 13, 14 in der longitudinalen Richtung z jeweils sowohl an einem ersten Vorsprung 24 als auch an einem zweiten Vorsprung 24 an. Dementsprechend wird eine Bewegung der Kontaktelemente 13, 14 in longitudinaler Richtung z relativ zu der Halterung 17 verhindert. Es handelt sich um eine formschlüssige Verbindung der Kontaktelemente 13, 14 mit der Halterung 17. Da die Kontaktelemente fest mit der jeweiligen Außenelektrode 8 des piezoelektrischen
Transformators 1 verbunden sind, ist auch eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators 1 in longitudinaler Richtung z relativ zu der Halterung 17 nicht möglich.
Während des Betriebs führt der piezoelektrische Transformator 1 Schwingungen in longitudinaler Richtung z aus. Durch die formschlüssige Verbindung der Kontaktelemente 13, 14 mit der Halterung 17 wird sichergestellt, dass durch diese Schwingung der Transformator 1 nicht relativ zu der Halterung 17 bewegt wird. Die formschlüssige Verbindung ist ferner stoßfest, so dass der piezoelektrische Transformator 1 auch dann nicht relativ zu der Halterung 17 bewegt wird, wenn die Vorrichtung 11 einem Stoß ausgesetzt ist, beispielsweise infolge eines Herunterfallens .
Durch die keilförmige Form der Stützelemente 22, 23 werden Bewegungen des piezoelektrischen Transformators 1 relativ zur Halterung 17 in Richtungen x, y senkrecht zur longitudinalen Richtung z vermieden, ohne dass die Befestigung der
Kontaktelemente 13, 14 an dem piezoelektrischen Transformator 1 mechanisch belastet wird. Bei dieser Befestigung kann es sich beispielsweise um Lötstellen handeln. Eine mechanische Belastung tritt vielmehr an den Verbindungsstellen der
Kontaktelemente 13, 14 mit der Halterung 17 auf. Dadurch wird sichergestellt, dass der piezoelektrische Transformator 1 selbst nicht durch die mechanischen Belastungen zerstört wird und dass die elektrische Kontaktierung des piezoelektrischen Transformators 1 nicht gestört wird.
Die beiden Halbschalen 18, 19 der Halterung 17 können
identisch sein. Die beiden Halbschalen 18, 19 sind ferner derart aneinander befestigt, dass sie nicht zerstörungsfrei voneinander getrennt werden können. Beispielsweise können die beiden Halbschalen 18, 19 miteinander verklebt sein. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 11. In Figur 4 ist der Ausgangsbereich 3 des
piezoelektrischen Transformators 1 zu erkennen. Ferner sind in Figur 4 die Stützelemente 22, 23 gezeigt, die bei einer longitudinalen Länge von drei Vierteln des piezoelektrischen Transformators 1 angeordnet sind. Zwei Stützelemente 22 verhindern eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators
I in Stapelrichtung x relativ zu der Halterung 17 und zwei Stützelemente 23 verhindern eine Bewegung des
piezoelektrischen Transformators 1 in y-Richtung relativ zu der Halterung 17.
Die Vorrichtung 11 kann insbesondere in einem Plasmagenerator eingesetzt werden. Dabei kann die Halterung 17 in einem
Gehäuse des Plasmagenerators befestigt werden. Die
Vorrichtung 11 ist derart ausgestaltet, dass die Vorrichtung
II aus dem Plasmagenerator wieder entnommen werden kann und durch eine andere gleichartige Vorrichtung 11 ausgetauscht werden kann. Dementsprechend kann die Vorrichtung 11 in dem Gehäuse des Generators lösbar befestigt werden,
beispielsweise durch eine Schraub- oder eine Rastverbindung.
Der Plasmagenerator weist neben der Vorrichtung 11 weitere Bauelemente auf, beispielsweise eine Ansteuerschaltung. Der piezoelektrische Transformator 1 kann über die
Kontaktelemente 13, 14 mit der Ansteuerschaltung elektrisch verbunden werden. Dabei kann die Ansteuerschaltung über die Kontaktelemente 13, 14 eine Wechselspannung an den
Eingangsbereich 2 des piezoelektrischen Transformators 1 anlegen .
In einem Plasmagenerator ist insbesondere der
piezoelektrische Transformator 1 ein Bauteil, das
Verschleißerscheinungen zeigen kann und das dementsprechend vorteilhafterweise austauschbar sein sollte. Die Vorrichtung 11 ermöglicht es, in dem Plasmagenerator den
piezoelektrischen Transformator 1 zusammen mit der Halterung 17 und den Kontaktelementen 13, 14 auszutauschen, ohne dabei weitere Bauelemente des Plasmagenerators tauschen zu müssen. Gleichzeitig ermöglicht es die Vorrichtung 11, den
piezoelektrischen Transformator 1 in einer definierten
Position zu halten, ohne ihn in seinem Betrieb erheblich zu beeinträchtigen, insbesondere ohne die Schwingungen des piezoelektrischen Transformators 1 wesentlich zu dämpfen.
Die Figuren 5 bis 10 zeigen einen Querschnitt durch eine Vorrichtung 11 gemäß alternativen Ausführungsbeispielen. Hierbei werden die Kontaktelemente 13, 14 durch ein Kupfer- Invar-Kupfer aufweisendes Blech 25 gebildet. Die
Kontaktelemente 13, 14 sind fest an den Außenelektroden des piezoelektrischen Transformators 1 befestigt, beispielsweise durch Löten, Bonden, Kleben oder Mikrosilber-Sintern . Die Halterung 17 weist schlitzförmige Ausnehmungen 26 auf. Die Kontaktelemente 13, 14 sind in den Ausnehmungen 26 angeordnet. Die Kontaktelemente 13, 14 werden durch die Ausnehmungen 26 aus dem Inneren der Halterung 17 in das Äußere der Halterung 17 herausgeführt. In den Ausnehmungen 26 sind die Kontaktelemente 13, 14 formschlüssig befestigt.
Dabei werden Bewegungen der Kontaktelemente 13, 14 in
longitudinaler Richtung x relativ zu der Halterung 17
vermieden. Zusätzlich können die Kontaktelemente 13, 14 mit der Halterung 17 an den Ausnehmungen 26 verklebt werden, um eine stabilere Befestigung zu ermöglichen.
Die Figuren 5 bis 10 zeigen verschiedene Formen der
Kontaktelemente 13, 14. Dabei sind die Kontaktelemente 13, 14 jeweils flächig an der jeweiligen Außenelektrode 8 des piezoelektrischen Transformators 1 befestigt.
Figur 11 zeigt eine Seitenansicht des piezoelektrischen
Transformators 1 und eines Kontaktelements 13. Auch hier ist zu sehen, dass das Kontaktelement 13 flächig mit der
Außenelektrode 8 des piezoelektrischen Transformators 1 verbunden ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Befestigung des Kontaktelements 13 an der Außenelektrode 8 stabil ist.
Die Figuren 12 bis 15 zeigen die Vorrichtung 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Figur 12 und Figur 13 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 11, wobei die zweite Halbschale 19 der Halterung 17 nicht gezeigt ist, um die Darstellung der innerhalb der Halterung 17 angeordneten Elemente zu ermöglichen. Figur 14 zeigt eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung 11, wobei die zweite Halbschale 19 ebenfalls gezeigt ist. Figur 15 zeigt einen Querschnitt durch die in Figur 14 gezeigt Vorrichtung 11. Die Kontaktelemente 13, 14 werden hier durch zwei Drähte 27 gebildet. Die Halterung 17 weist vier Öffnungen 28 auf. In der ersten Halbschale 18 sind zwei Öffnungen 28 angeordnet. In der zweiten Halbschale 19 sind ebenfalls zwei Öffnungen 28 angeordnet. Jeder der beiden Drähte 27 verläuft durch eine
Öffnung 28 in der ersten Halbschale 18 und eine Öffnung 28 in der zweiten Halbschale 19. Der Durchmesser der Öffnungen 28 ist an den Durchmesser der Drähte 27 angepasst, so dass die Drähte 27 formschlüssig mit der Halterung 17 verbunden sind. Die Drähte 27 weisen innerhalb der Halterung 17 einen
linearen Verlauf auf.
Die Drähte 27 sind ferner mit dem piezoelektrischen
Transformator 1 verlötet. Insbesondere ist einer der Drähte 27 mit der ersten Außenelektrode 8 des piezoelektrischen Transformators 1 verlötet und der andere der Drähte 27 ist mit der zweiten Außenelektrode verlötet. Auf Grund des
Formschlusses zwischen den Drähten 27 und der Halterung 17 sowie der Verlötung der Drähte 27 mit dem piezoelektrischen Transformator 1 kann der piezoelektrische Transformator 1 sich nicht in der longitudinalen Richtung z relativ zu der Halterung 17 bewegen. Ferner wird durch den Formschluss der Drähte 27 mit der Halterung 17 sowie der Verlötung der Drähte 27 mit dem Transformator 1 eine Bewegung des Transformators 1 im Eingangsbereich 2 in der y-Richtung y relativ zu der
Halterung 17 verhindert.
Die Halterung 17 weist ferner Stützelemente 22, auf denen der piezoelektrische Transformator 1 aufliegt und die eine
Bewegung des piezoelektrischen Transformators 1 relativ zu der Halterung 17 in die Stapelrichtung x verhindern, sowie Stützelemente 23, die eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators 1 in y-Richtung y verhindern. Zwei Stützelementen 22 sind im Eingangsbereich 2 des
Transformators 1 bei einer Länge von einem Viertel der Länge des piezoelektrischen Transformators 1 angeordnet. Die dritte und die vierte Seitenfläche 20, 21 des Transformators 1 liegen an den Stützelementen 22 an. Weitere Stützelemente 22, 23 sind im Ausgangsbereich 3 des Transformators 1 bei einer Länge von drei Vierteln des Transformators 1 angeordnet. Hier liegen die erste Seitenfläche 6, die zweite Seitenfläche 7, die dritte Seitenfläche 20 und die vierte Seitenfläche 21 jeweils auf einem Stützelement 22, 23 auf.
Ferner weist die Halterung an ihrer Außenseite Vorsprünge 29 auf. Diese dienen zur Oberflächenmontage (englisch: SMD- Montage; SMD = Surface Mounted Device) der Vorrichtung 11. Die Drähte 27, die aus den Öffnungen 28 in der ersten
Halbschale 18 heraustreten, weisen außerhalb der Halterung 17 jeweils einen Knick 30 um 90° auf. Diese abgewinkelte Form der Drähte 27 dient ebenfalls dazu, die Oberflächenmontage der Vorrichtung 11 zu ermöglichen.
Die Figuren 16 bis 19 zeigen die Vorrichtung 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Figuren 16, 17 und 18 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 11, wobei die zweite Halbschale 19 der Halterung 17 nicht gezeigt ist, um die Darstellung der innerhalb der Halterung
17 angeordneten Elemente zu ermöglichen. Figur 19 zeigt einen Querschnitt durch die in den Figur 16 bis 18 gezeigt
Vorrichtung 11. Das Kontaktelement 13, 14 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Blech 25 auf. Das Blech 25 besteht aus einer Kupfer- Schicht, einer Invar-Schicht und einer weiteren Kupfer- Schicht, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind .
Das Blech 25 weist eine U-Form auf. Das Blech 25 weist einen ersten Abschnitt 31 und einen zweiten Abschnitt 32 auf, die über einen mittleren halbkreisförmigen Abschnitt 33
miteinander verbunden sind. Der erste Abschnitt 31 des Blechs 25 liegt am Eingangsbereich 2 des piezoelektrischen
Transformators 1 an. Der erste Abschnitt 31 kann mit dem piezoelektrischen Transformator 1 fest verbunden sein, beispielsweise durch ein Lötverbindung, eine Bondverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Sinterverbindung mit
Mikrosilber . Die Halterung 17 weist ferner ein Führungselement 34 auf, das die Anordnung des Blechs 25 vorgibt. Das Führungselement 34 weist einen halbkreisförmigen Abschnitt auf, an dem der mittlere halbkreisförmige Abschnitt 33 des Blechs 25 anliegt. Die Halterung 17 weist ferner einen durchgängigen Steg 37 auf, der das Herausbewegen des Transformators 1 entlang der longitudinalen Richtung z in Richtung des Eingangsbereichs 2 relativ zur Halterung 17 verhindert. Der Steg 37 liegt an einer eingangsseitigen Stirnseite des Transformators 1 an, wobei die eingangsseitige Stirnseite vom Ausgangsbereich 3 des Transformators 1 weg weist.
Der zweite Abschnitt 32 des Blechs 25 ist ferner an der
Außenseite der Halterung 17 angeordnet. Die Halterung 17 weist in dem Bereich, in dem das Blech 25 angeordnet ist, einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser in den übrigen Bereichen der Halterung 17. Auf Grund des Stegs 37, der ein Herausbewegen des Transformators 1 in der longitudinalen Richtung in Richtung des Eingangsbereichs 2 verhindert, und der U-Form des Blechs 25, das an dem halbkreisförmigen Führungselement 34 der
Halterung 17 und der Außenseite der Halterung anliegt und das ferner mit dem piezoelektrischen Transformator 1
verbunden ist, ergibt sich ein Formschluss. Hiermit werden auch Bewegungen des piezoelektrischen Transformators 1 in die longitudinale Richtung z relativ zu der Halterung 17
verhindert .
Die Vorrichtung 11 kann nunmehr mittels einer Steckverbindung oder einer Schraubverbindung in eine Fassung eingesteckt bzw. eingeschraubt werden, wobei die Fassung elektrische Kontakte aufweist, die das Blech 25 elektrisch kontaktieren.
Die Halterung 17 weist ferner Stützelemente 22, 23 auf, die im Eingangsbereich 2 bei einer Länge von einem Viertel der Länge des Transformators 1 und im Ausgangsbereich 3 bei einer Länge von drei Vierteln der Länge des Transformators 1 angeordnet sind. Jede der Seitenflächen 6, 7, 20, 21 des Transformators 1 liegt an jeweils einem Stützelement 22, 23 an .
Figur 20 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung 11 gemäß einer alternativen Variante des in den Figuren 16 bis 19 gezeigten Ausführungsbeispiels. Bei der alternativen
Variante ist zusätzlich eine Klebeschicht 35 auf der
Außenseite der Halterung 17 aufgebracht, die den zweiten Abschnitt 32 des Blechs 25 mit der Halterung 17 verklebt. Figur 21 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das in Figur 21 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 16 bis 19 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der zweite Abschnitt 32 des Blechs 25 ferner einen gebogenen Teilabschnitt 36 aufweist. Insbesondere weist der gebogene Teilabschnitt 36 zwei Knicke auf, an denen das Blech 25 jeweils um einen Winkel von 90° umgebogen ist. Durch den gebogenen Teilabschnitt 36 ergibt sich eine zusätzliche formschlüssige Verbindung zwischen der Halterung 17 und dem Blech 25. Die zusätzliche formschlüssige Verbindung trägt weiter dazu bei, Bewegungen des piezoelektrischen
Transformators 1 in die longitudinale Richtung z relativ zu der Halterung 17 auszuschließen.
Figur 22 zeigt eine alternative Variante des in den Figur 21 gezeigten Ausführungsbeispiels. Bei der alternativen Variante ist zusätzlich eine Klebeschicht 35 auf der Außenseite der Halterung 17 aufgebracht, die den zweiten Abschnitt 32 des Blechs 25 mit der Halterung 17 verklebt. Ferner ist die
Klebeschicht 35 auch auf dem Bereich der Halterung 17, an dem der umgebogene Teilabschnitt 36 anliegt, aufgebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die in den
Figuren 21 und 22 gezeigten Ausführungsvarianten der Figuren 16 bis 19 auch unter Weglassen des Stegs 37 auf der
Eingangsseite der Halterung 17 realisiert werden. Bezugs zeichenliste
1 piezoelektrischer Transformator
2 Eingangsbereich
3 Ausgangsbereich
4 Elektrode
5 piezoelektrisches Material
6 erste Seitenfläche
7 zweite Seitenfläche
8 erste Außenelektrode
9 piezoelektrisches Material
10 ausgangsseitige Stirnseite
11 Vorrichtung zur Erzeugung eines Atmosphärendruck-Plasmas
12 Isolierung
13 erste Kontaktelement
14 zweite Kontaktelement
15 Draht
16 Block
17 Halterung
18 erste Halbschale
19 zweite Halbschale
20 dritte Seitenfläche
21 vierte Seitenfläche
22 Stützelement
23 Stützelement
24 Vorsprung
25 Blech
26 Ausnehmung
27 Draht
28 Öffnung
29 Vorsprung
30 Knick
31 erster Abschnitt 32 zweiter Abschnitt
33 mittlerer Abschnitt
34 Führungselement
35 Klebeschicht
36 gebogener Teilabschnitt
37 Steg x Stapelrichtung
y y-Richtung
z longitudinale Richtung

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (11) zur Erzeugung eines Atmosphärendruck- Plasmas, aufweisend
- einen piezoelektrischen Transformator (1), der einen Eingangsbereich (2) und einen Ausgangsbereich (3) aufweist, wobei der Eingangsbereich (2) dazu
ausgestaltet ist, eine angelegte Wechselspannung in eine mechanische Schwingung zu wandeln, wobei der Ausgangsbereich (3) dazu ausgestaltet ist, eine mechanische Schwingung in eine elektrische Spannung zu wandeln und wobei der Ausgangsbereich (3) sich in einer longitudinalen Richtung (z) an den
Eingangsbereich (2) anschließt,
- ein Kontaktelement (13, 14), das an dem
piezoelektrischen Transformator (1) befestigt ist und das dazu ausgelegt ist, an den Eingangsbereich (2) eine Wechselspannung anzulegen, und
- eine Halterung (17), wobei das Kontaktelement (13, 14) durch eine formschlüssige Verbindung derart mit der Halterung (17) verbunden ist, dass eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators (1) in
longitudinaler Richtung (z) relativ zu der Halterung (17) verhindert wird.
Vorrichtung (11) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die Halterung (17) zwei Vorsprünge (24) aufweist, wobei das Kontaktelement (13, 14) in longitudinaler Richtung (z) beidseitig unmittelbar an je einem der zwei Vorsprünge (24) anliegt.
3. Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halterung (17) schlitzförmige Ausnehmungen (26) aufweist, in denen das Kontaktelement (13, 14) angeordnet ist und durch die das Kontaktelement (13, 14) aus einem Inneren der Halterung (17) aus der Halterung (17) herausgeführt wird.
Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kontaktelement (13, 14) zwei Drähte (27) aufweist,
wobei die Halterung (17) Öffnungen (28) aufweist, deren Durchmesser einem Durchmesser der Drähte (27)
entspricht,
wobei jeder der zwei Drähte (27) durch je zwei Öffnungen (28) in der Halterung (17) verläuft und dadurch
formschlüssig mit der Halterung (17) verbunden ist.
Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kontaktelement (13, 14) an dem
piezoelektrischen Transformator (1) durch eine nichtlösbare Befestigung befestigt ist.
Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halterung (17) zumindest zwei Stützelemente
(22, 23) aufweist, auf denen der piezoelektrische
Transformator (1) aufliegt und die eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators (1) in eine Richtung
(x, y) senkrecht zur longitudinalen Richtung (z)
verhindern .
Vorrichtung (11) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die Stützelemente (22, 23) eine in Richtung zu dem piezoelektrischen Transformator (1) hin keilförmig zugespitzte Form aufweisen und an dem piezoelektrischen Transformator (1) nahezu linienförmig anliegen.
Vorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Stützelemente (22, 23) derart angeordnet sind, dass sie an dem piezoelektrischen Transformator (1) in longitudinaler Richtung (z) an einer Position anliegen, die einem Viertel der Länge des piezoelektrischen
Transformators (1) entspricht
und/oder
wobei die Stützelemente (22, 23) derart angeordnet sind, dass sie an dem piezoelektrischen Transformator (1) in longitudinaler Richtung (z) an einer Position anliegen, die drei Vierteln der Länge des piezoelektrischen
Transformators (1) entspricht.
Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halterung (17) aus einem Material besteht, das sich überwiegend elastisch verformt.
Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halterung (17) zwei miteinander verbundene Halbschalen (18, 19) aufweist.
Vorrichtung (11) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die beiden Halbschalen (18, 19) identisch sind und wobei die beiden Halbschalen (18, 19) aus einem Material gefertigt sind. 12. Vorrichtung (11) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kontaktelement (13, 14) ein Kupfer-Invar- Kupfer aufweisendes Blech (25) aufweist.
13. Vorrichtung (11) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei das Blech (25) einen ersten Abschnitt (31), der an dem piezoelektrischen Transformator (1) anliegt, und einen zweiten Abschnitt (32), der an einer Außenseite der Halterung (17) angeordnet ist, aufweist.
14. Vorrichtung (11) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei das Blech (25) ferner einen mittleren Abschnitt (33) aufweist, der den ersten Abschnitt (31) mit dem zweiten Abschnitt (32) verbindet, und
wobei das Blech (25) U-förmig gebogen ist.
15. Vorrichtung (11) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der zweite Abschnitt (32) einen gebogenen
Teilabschnitt (36) aufweist, der formschlüssig mit der
Halterung (17) verbunden ist.
16. Vorrichtung (11) gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15,
wobei die Vorrichtung (11) einen Steg (37) aufweist, der an einer eingangsseitigen Stirnseite des
piezoelektrischen Transformators (1) anliegt und dadurch eine Bewegung des piezoelektrischen Transformators (1) in die longitudinale Richtung (z) zu dem Steg (37) hin verhindert.
17. Plasmagenerator,
aufweisend eine Vorrichtung (11) gemäß einem der
vorherigen Ansprüche und ein Gehäuse, in dem die
Vorrichtung (11) angeordnet ist.
Plasmagenerator gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Vorrichtung (11) lösbar in dem Gehäuse befestigt ist, so dass die Vorrichtung (11) aus dem Gehäuse entfernbar ist.
19. Plasmagenerator gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die Halterung (17) in dem Gehäuse durch eine Schraubverbindung oder eine Rastverbindung befestigt ist .
20. Plasmagenerator gemäß dem Anspruch 17,
wobei die Vorrichtung (11) in dem Gehäuse durch eine stoffliche Verbindung befestigt ist.
21. Plasmagenerator gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei in dem Gehäuse eine Ansteuerschaltung zur
Ansteuerung des piezoelektrischen Transformators (1) angeordnet ist, die mit dem piezoelektrischen
Transformator (1) über das Kontaktelement (13, 14) elektrisch kontaktiert ist.
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