Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines

nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur

Erzeugung eines nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas sowie ein Verfahren zur Plasmaerzeugung. Die Vorrichtung weist insbesondere einen ersten und einen zweiten piezoelektrischen Transformator auf, an deren

Ausgangsseite ein hohes Potential erzeugt wird, das zur

Ionisation eines Prozessgases genutzt werden kann. Das

Volumen, auf welches das von einem piezoelektrischen

Transformator erzeugte Plasma einwirken kann, ist Prinzip bedingt auf einen Bereich vor der Ausgangsseite des

piezoelektrischen Transformators beschränkt. Insbesondere bei industriellen Anwendungen ist es häufig erforderlich, eine größere Fläche zu bearbeiten. Dementsprechend sollten hierfür mehrere piezoelektrische Transformatoren verwendet werden, die möglichst eng beieinander angeordnet werden sollten, ohne dass es dabei zu einer gegenseitigen Beeinträchtigung der Transformatoren kommt. Aus EP 1902599 Bl ist es bekannt, mehrere in einem geringen Abstand zueinander angeordnete piezoelektrische

Transformatoren mit einer um 180° phasenverschobenen

Eingangsspannung zu betreiben. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, dass eine gegenseitige Auslöschung der von den

Transformatoren erzeugten Plasmen unvermeidlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas anzugeben, die es insbesondere ermöglicht, mehrere piezoelektrische Transformatoren in geringem Abstand zueinander anzuordnen, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Transformatoren untereinander kommt. Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von nichtthermischem Atmosphärendruck-Plasma anzugeben .

Diese Aufgaben werden durch die Vorrichtung gemäß dem

vorliegenden Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß dem zweiten unabhängigen Anspruch gelöst.

Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas vorgeschlagen, die einen ersten piezoelektrischen Transformator, einen zweiten

piezoelektrischen Transformator und eine Ansteuerschaltung aufweist. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgestaltet, an jeden der piezoelektrischen Transformatoren eine

Eingangsspannung anzulegen, wobei die Eingangsspannung, die an den ersten Transformator angelegt wird, gegenüber der

Eingangsspannung, die an den zweiten Transformator angelegt wird, um 90° phasenverschoben ist.

Die Phasenverschiebung ist hierbei stets relativ angegeben. Dementsprechend kann die Angabe einer Phasenverschiebung von 90° als Betrag der Phasenverschiebung betrachtet werden, sofern nicht explizit auf eine positive Phasenverschiebung von +90° oder eine negative Phasenverschiebung von -90° hingewiesen wird.

Werden die beiden piezoelektrischen Transformatoren mit einer um 90° zueinander verschobenen Eingangsspannung betrieben, so erfolgt eine Plasmagenerierung stets abwechselnd bei dem ersten piezoelektrischen Transformator und bei dem zweiten piezoelektrischen Transformator. Auf diese Weise kann

vermieden werden, dass die beiden Transformatoren

gleichzeitig Plasma generieren, wodurch die beiden

Plasmagenerierungen einander beeinträchtigen würden. Durch ein abwechselndes Erzeugen des Plasmas mit dem ersten und dem zweiten Transformator kann insgesamt eine verbesserte

Plasmagenerierungsrate erzielt werden. Der erste und der zweite piezoelektrische Transformator können in einem Abstand von weniger als 5 cm zueinander angeordnet sein. Der geringe Abstand der Transformatoren wird dadurch ermöglicht, dass die beiden Transformatoren einander bei der Plasmagenerierung nicht stören. Die beiden

Transformatoren sollten einen Abstand von zumindest 5 mm zueinander aufweisen.

Die Ansteuerschaltung kann derart ausgestaltet sein, dass die Eingangsspannungen, die an die piezoelektrischen

Transformatoren angelegt werden, jeweils die gleiche Frequenz aufweisen. Andernfalls würden die Eingangsspannungen aufgrund einer sich unterscheidenden Frequenz auseinanderlaufen, sodass eine Phasenverschiebung von 90° nicht im Dauerbetrieb eingehalten werden könnte. Außerdem würde es in diesem Fall eine Schwebung und entsprechende Schwebungseffekte geben.

Dadurch, dass die Transformatoren mit der gleichen Frequenz angesteuert werden, kann das Ausbilden einer Schwebung vermieden werden. Die Transformatoren können mittels eines SchleifVerfahrens auf die gleiche Länge und somit die gleiche Resonanzfrequenz getrimmt werden. Alternativ kann zur Ansteuerung der

Transformatoren eine Frequenz gewählt werden, die sich aus dem Mittelwert der Resonanzfrequenzen der piezoelektrischen Transformatoren der Vorrichtung ergibt.

Die Vorrichtung kann ferner weitere piezoelektrische

Transformatoren aufweisen, wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgelegt sein kann, die Eingangsspannungen an die

Transformatoren derart anzulegen, dass Eingangsspannungen, die an zueinander unmittelbar benachbarten Transformatoren anliegen, jeweils um 90° zueinander phasenverschoben sind.

Durch die Verwendung weiterer piezoelektrischer

Transformatoren kann es ermöglicht werden, mit der

Vorrichtung eine große Fläche zu bearbeiten, wobei durch eine Erhöhung der Anzahl der piezoelektrischen Transformatoren die gleichzeitig bearbeitbare Fläche vergrößert wird.

Die piezoelektrischen Transformatoren können parallel zueinander angeordnet sein und eine einzige Zeile bilden. Die piezoelektrischen Transformatoren können parallel zueinander angeordnet sein und ein Array mit zumindest zwei Zeilen und zumindest zwei Spalten bilden. Die

Ansteuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, die

Eingangsspannungen an die Transformatoren derart anzulegen, dass die Eingangsspannungen, die an den Transformatoren anliegen, die auf ein und derselben Diagonale des Arrays angeordnet sind, jeweils um 0° zueinander phasenverschoben sind . Der erste und der zweite piezoelektrische Transformator können derart angeordnet sein, dass ihre ausgangsseitigen Stirnseiten einander gegenüberliegen. Dabei kann ein zu bearbeitender Gegenstand, beispielsweise eine Folie, durch einen Spalt, der zwischen den ausgangsseitigen Stirnseiten der beiden Transformatoren ausgebildet ist, hindurchgeführt werden. Dementsprechend können zwei einander

gegenüberliegende Oberflächen des Gegenstandes gleichzeitig mit von der Vorrichtung erzeugten Plasma beaufschlagt werden.

Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eine erste Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren, die den ersten piezoelektrischen Transformator und weitere piezoelektrische Transformatoren aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und eine einzige Zeile bilden, und eine zweite Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren, die den zweiten piezoelektrischen Transformator und weitere piezoelektrische Transformatoren aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und eine einzige Zeile bilden, aufweisen. Die erste

Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren und die zweite Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren können einander gegenüberliegend angeordnet sein, wobei die

Ansteuerschaltung dazu ausgelegt ist, die Eingangsspannungen an die Transformatoren einer Zeile jeweils derart anzulegen, dass Eingangsspannungen, die an zueinander unmittelbar benachbarten Transformatoren anliegen, jeweils um 90°

zueinander phasenverschoben sind, und dass ferner die

Eingangsspannungen, die an einander gegenüberliegenden

Transformatoren anliegen, jeweils um 90° zueinander

phasenverschoben sind.

Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eine

erste Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren, die den ersten piezoelektrischen Transformator und weitere

piezoelektrische Transformatoren aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und ein Array mit zumindest zwei Spalten und zumindest zwei Zeilen bilden, und eine zweite Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren, die den zweiten piezoelektrischen Transformator und weitere piezoelektrische Transformatoren aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und ein Array mit zumindest zwei Spalten und zumindest zwei Zeilen bilden, aufweisen. Die erste Gruppe von

piezoelektrischen Transformatoren und die zweite Gruppe von piezoelektrischen Transformatoren können einander

gegenüberliegend angeordnet sein, wobei die

Ansteuerschaltung dazu ausgelegt ist, die Eingangsspannungen an die Transformatoren jeweils derart anzulegen, dass

Eingangsspannungen, die an zueinander unmittelbar

benachbarten Transformatoren anliegen, jeweils um 90° zueinander phasenverschoben sind, dass die

Eingangsspannungen, die an den Transformatoren anliegen, die auf ein und derselben Diagonale des Arrays angeordnet sind, jeweils um 0° zueinander phasenverschoben sind, und dass ferner die Eingangsspannungen, die an einander

gegenüberliegenden Transformatoren anliegen, jeweils um 90° zueinander phasenverschoben sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende

Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas mittels zumindest eines ersten piezoelektrischen Transformators und eines zweiten

piezoelektrischen Transformators, wobei an dem ersten

piezoelektrischen Transformator und an dem zweiten

piezoelektrischen Transformator jeweils eine Eingangsspannung angelegt wird, die zueinander um 90° phasenverschoben ist. Das Verfahren kann insbesondere mit der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Dementsprechend kann jedes funktionelle und strukturelle Merkmal, das im Zusammenhang mit der Vorrichtung offenbart wurde, auch auf das Verfahren zutreffen .

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der

Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen piezoelektrischen Transformator in

perspektivischer Ansicht. Figuren 2A bis 2C zeigen eine Plasmagenerierung mit zwei

piezoelektrischen Transformatoren, wobei in den Figuren jeweils die an die Transformatoren angelegten Eingangsspannungen in ihrer

Phasenverschiebung zueinander variiert sind.

Figuren 3 und 4 zeigen den Verlauf der an den

ausgangsseitigen Stirnseiten der Transformatoren erzeugten Ausgangsspannung. Figur 5 zeigt eine Vorrichtung zur Plasmaerzeugung, bei der piezoelektrische Transformatoren in einer einzigen Zeile angeordnet sind.

Figur 6 zeigt ein Array aus piezoelektrischen

Transformatoren.

Figur 7 zeigt eine Vorrichtung zur Plasmaerzeugung, bei der die piezoelektrischen Transformatoren einander gegenüberliegen .

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.

Die Figuren 2A bis 2C zeigen schematisch die Plasmaerzeugung mittels einer Vorrichtung, die einen ersten piezoelektrischen Transformator 1 und einen zweiten piezoelektrischen

Transformator 101 aufweist. Ferner weist die Vorrichtung eine Ansteuerschaltung auf, die es ermöglicht, an jeden der beiden Transformatoren 1, 101 eine Eingangsspannung anzulegen.

Der erste Transformator 1 und der zweite Transformator 101 sind parallel zueinander angeordnet. Insbesondere ist der Ausgangsbereich 3 des ersten Transformators 1 unmittelbar benachbart zu einem Ausgangsbereich 103 des zweiten

Transformators 101 angeordnet. Die Flächennormalen der ausgangsseitigen Stirnseite 10 des ersten Transformators und einer ausgangsseitige Stirnseite 110 des zweiten

Transformators 101 sind zueinander parallel. Zwischen dem ersten Transformator 1 und dem zweiten Transformator 101 befindet sich ein Spalt 11. Durch die Verwendung mehrerer piezoelektrischer

Transformatoren 1, 101 in einer Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas wird es ermöglicht, gleichzeitig eine größere Fläche mit einem Plasma zu bearbeiten. Insbesondere bei industriellen Anwendungen ist es für eine effiziente Prozessgestaltung wesentlich, dass große Flächen in einer kurzen Bearbeitungszeit mit

nichtthermischem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt werden können . Figur 2A zeigt eine nicht-erfindungsgemäße Anordnung, bei der an die beiden Transformatoren 1, 101 jeweils eine

Eingangsspannung angelegt wird, wobei die an dem ersten

Transformator 1 anliegende Eingangsspannung und die an dem zweiten Transformator 101 anliegende Eingangsspannung nicht zueinander phasenverschoben sind. An jeden der beiden

Transformatoren 1, 101 wird dabei eine sinusförmige

Eingangsspannung angelegt. Dementsprechend weist der

zeitliche Verlauf des an den ausgangsseitigen Stirnseiten 10 110 erzeugten Potentials ebenfalls einen sinusförmigen

Verlauf auf, wobei an beiden Transformatoren 1, 101 zum gleichen Zeitpunkt ein maximales Potential erzeugt wird. Durch gestrichelte Linien ist in Figur 2A der Feldverlauf der von den beiden Transformatoren 1, 101 erzeugten Potentiale angedeutet. Die gestrichelten Linien sind dabei jeweils Äquipotentiallinien . Figur 2A betrachtet den Potentialverlauf zu einem Zeitpunkt, an dem an beiden Transformatoren 1, 101 an der jeweiligen ausgangsseitigen Stirnseite 10, 110 ein maximales Potential erzeugt wird. Es ergibt sich ein Potentialverlauf, bei dem das Potential in dem Spalt 11 zwischen den beiden

Transformatoren 1, 101 annähernd konstant bleibt. Ein hoher Feldgradient stellt sich dagegen an den Kanten der

ausgangsseitigen Stirnseiten 10, 110 ein, die von dem Spalt 11 wegweisen. Hier liegen die gestrichelt eingezeichneten Äquipotentiallinien eng beieinander.

Zur Zündung eines Plasmas ist ein hoher Feldgradient

erforderlich. Dementsprechend ergibt sich bei einer

phasengleichen Ansteuerung der beiden piezoelektrischen

Transformatoren 1, 101 bei der Plasmagenerierung das folgende Bild: Im Bereich des Spalts 11 zwischen den beiden

Transformatoren 1, 101 wird auf Grund der Nivellierung des Potentials kein Plasma gezündet. Lediglich an den Kanten der ausgangsseitigen Stirnseiten 10, 110, die von dem Spalt 11 wegweisen, kommt es zu einer Plasmazündung, da nur hier ein ausreichend hoher Feldgradient vorliegt.

Die mit dieser Ansteuerung der piezoelektrischen

Transformatoren 1, 101 erzeugbare Plasmamenge ist nicht wesentlich höher als die mit einem einzigen piezoelektrischen Transformator 1 erreichbare Menge an Plasma.

Figur 2B zeigt eine weitere nicht-erfindungsgemäße

Ansteuerung der beiden piezoelektrischen Transformatoren 1, 101. Hierbei wird an jeden der beiden piezoelektrischen

Transformatoren 1, 101 jeweils eine sinusförmige

Eingangsspannung angelegt, die zueinander um 180°

phasenverschoben sind.

Dementsprechend liegt an der ausgangseitigen Stirnseite 10 des ersten piezoelektrischen Transformators 1 ein maximal positives Potential vor, wenn zum gleichen Zeitpunkt an der ausgangseitigen Stirnseite 110 des zweiten piezoelektrischen Transformators 101 ein maximal negatives Potential vorliegt.

In diesem Fall stellt sich ein hoher Feldgradient

insbesondere in dem Spalt 11 zwischen den beiden

piezoelektrischen Transformatoren 1, 101 ein. Dementsprechend kommt es zu einer Plasmazündung am ersten piezoelektrischen

Transformator 1, bei der ein Plasmastrahl generiert wird, der stark zum zweiten piezoelektrischen Transformator 101 hingerichtet ist. Bei dem zweiten piezoelektrischen

Transformator 101 kommt es zu einer Plasmazündung, bei der ein Plasmastrahl generiert wird, der stark zum ersten

piezoelektrischen Transformator 1 hingerichtet ist.

An den Kanten der ausgangsseitigen Stirnseiten 10, 110, die von dem Spalt 11 wegweisen, stellt sich im Vergleich zu dem Spalt 11 ein geringerer Feldgradient ein. Daher kommt es an diesen Kanten nicht zu einer Plasmazündung. Insgesamt ist daher die in diesem Fall erzeugte Plasmamenge nicht

wesentlich höher ist als die in der gleichen Zeit mit einem einzigen piezoelektrischen Transformator 1 erzeugbare

Plasmamenge .

Figur 2C betrachtet nunmehr eine Ansteuerung, bei der an den ersten piezoelektrischen Transformator 1 eine

Eingangsspannung angelegt wird, die um 90° phasenverschoben ist gegenüber einer Eingangsspannung, die an den zweiten piezoelektrischen Transformator 101 angelegt wird. Die beiden Eingangsspannungen weisen jeweils einen sinusförmigen Verlauf auf.

In diesem Fall erreicht das an der ausgangsseitigen

Stirnseite 10 des ersten piezoelektrischen Transformators 1 erzeugte Potential sein Maximum, wenn der zweite

piezoelektrische Transformator 101 quasi feldfrei ist.

Dementsprechend wird die Plasmagenerierung durch den ersten piezoelektrischen Transformator 1 von dem zweiten

piezoelektrischen Transformator 101 nicht wesentlich

beeinflusst .

Ferner erreicht das an der ausgangsseitigen Stirnseite 110 des zweiten piezoelektrischen Transformators 101 erzeugte Potential ein Maximum, wenn der erste piezoelektrische

Transformator 1 quasi feldfrei ist. Dementsprechend wird auch die Plasmagenerierung durch den zweiten piezoelektrischen Transformator 101 von dem ersten piezoelektrischen

Transformator 1 nicht wesentlich beeinflusst.

Die in Figur 2C beschriebene Konfiguration führt

dementsprechend zu einer Plasmagenerierungsrate, die

wesentlich größer ist als eine mit einem einzigen

piezoelektrischen Transformator 1 erreichbare

Plasmagenerierungsrate. Ferner wird das erzeugte Plasma in eine Richtung nach vorne gleichmäßig über einen großen

Raumwinkel erzeugt.

Figur 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des an der

ausgangsseitigen Stirnseite 10 des ersten piezoelektrischen Transformators 1 erzeugten Potentials sowie des an der ausgangsseitigen Stirnseite 110 des zweiten piezoelektrischen Transformators 101 erzeugten Potentials. Die Kurve Ui zeigt dabei den zeitlichen Verlauf des an der ausgangsseitigen Stirnseite 10 des ersten piezoelektrischen Transformators 1 erzeugten Potentials und die Kurve U ₂ zeigt entsprechend den zeitlichen Verlauf des an der ausgangsseitigen Stirnseite 110 des zweiten piezoelektrischen Transformators 101 erzeugten Potentials. Die an den zweiten piezoelektrischen

Transformator 101 angelegte Eingangsspannung ist um +90° gegenüber der an den ersten piezoelektrischen Transformator 1 angelegten Eingangsspannung phasenverschoben.

Plasma und Ozon können von dem piezoelektrischen

Transformator 1 durch eine Dielektrische Barriereentladung (DBD = Dielectric Barrier Discharge) erzeugt werden. Die Plasmagenerierung in Folge einer Dielektrischen

Barriereentladung hängt weitgehend von der

Änderungsgeschwindigkeit des an der ausgangsseitigen

Stirnseite 10, 110 erzeugten Potentials ab. Sind nun, wie in Figur 3 gezeigt, die an zwei unmittelbar zueinander

benachbarten piezoelektrischen Transformatoren 1, 101

erzeugten Potential um 90° zueinander verschoben, so zeigen die Potentiale jeweils abwechselnd eine maximale

Änderungsgeschwindigkeit.

Beispielsweise weist die Kurve Ui zum Zeitpunkt ti eine maximale Anstiegsgeschwindigkeit auf. Die Kurve U ₂ weist dagegen zum Zeitpunkt ti eine nur minimale Änderung auf.

Dementsprechend wird zum Zeitpunkt ti am ersten

piezoelektrischen Transformator 1 ein Plasma gezündet und am zweiten piezoelektrischen Transformator 101 kein Plasma gezündet. Da somit die beiden Transformatoren 1, 101 stets abwechselnd zueinander Plasma generieren, stören sie

gegenseitig die Plasmagenerierung nicht.

Figur 4 zeigt ebenfalls den Verlauf der an den

ausgangsseitigen Stirnseiten 10, 110 des ersten und des zweiten piezoelektrischen Transformators 1, 101 erzeugten Potentiale, wobei nunmehr die Eingangsspannung des zweiten piezoelektrischen Transformators 101 um -90° gegenüber der Eingangsspannung des ersten piezoelektrischen Transformators 1 phasenverschoben ist. Wiederum stellt sich die bereits in Figur 3 erläuterte Konfiguration ein, bei der die beiden Transformatoren 1, 101 stets abwechselnd zueinander Plasma generieren, da sie jeweils dann ein Maximum der

Anstiegsgeschwindigkeit der ausgangseitigen Potentiale erreichen, wenn der jeweils andere Transformator 1, 101 ein nahezu konstantes Potential zeigt.

Somit ermöglicht es eine um 90° versetzte Ansteuerung der beiden Transformatoren 1, 101 sowohl den geometrischen

Feldgradienten als auch den zeitlichen Verlauf der

Änderungsgeschwindigkeit der erzeugten Felder derart zu optimieren, dass die von den beiden Transformatoren 1, 101 erzeugte Plasmamenge maximiert werden kann. Figur 5 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines

nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas, die neben dem ersten piezoelektrischen Transformator 1 und dem zweiten piezoelektrischen Transformator 101 einen dritten Transformator 201 und einen vierten Transformator 301 aufweist. Ferner kann die Vorrichtung noch weitere

piezoelektrische Transformatoren aufweisen. Die

piezoelektrischen Transformatoren 1, 101, 201, 301 sind dabei parallel zueinander angeordnet. Die Flächennormalen der ausgangsseitigen Stirnseiten der piezoelektrischen

Transformatoren sind parallel zueinander.

Ferner sind die piezoelektrischen Transformatoren 1, 101, 201, 301 in einem geringen Abstand zueinander angeordnet. Die piezoelektrischen Transformatoren 1, 101, 201, 301 können in einem Abstand von mehr als 5 mm und weniger als 5 cm

zueinander angeordnet sein. Die piezoelektrischen

Transformatoren 1, 101, 201, 301 sind derart angeordnet, dass sie eine Zeile bilden. Diese Anordnung von piezoelektrischen Transformatoren 1, 101, 201, 301 in einer einzigen Zeile ermöglicht es, beispielsweise Folien auf Fließbändern

effektiv mit Plasma zu beaufschlagen. Der erste Transformator 1 ist unmittelbar zu dem zweiten

Transformator 101 benachbart. Der zweite Transformator 101 ist unmittelbar zu dem ersten Transformator 1 und zu dem dritten Transformator 201 benachbart, usw. Die Vorrichtung weist ferner eine Ansteuerschaltung auf, die an jeden der piezoelektrischen Transformatoren 1, 101, 201, 301 eine Eingangsspannung anlegt. Dabei werden die

Eingangsspannungen derart angelegt, dass an jeweils

zueinander benachbarte piezoelektrische Transformatoren

Eingangsspannungen angelegt werden, die um jeweils 90° zueinander phasenverschoben sind. Als Beispiel wird nunmehr eine Ansteuerung des ersten bis eines vierten piezoelektrischen Transformators 1, 101, 201, 301 betrachtet. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel könnte die

Ansteuerschaltung an den ersten und den dritten

piezoelektrischen Transformator 1, 201 jeweils eine

identische Eingangsspannung, das heißt Eingangsspannungen, die nicht gegeneinander phasenverschoben sind, anlegen und an dem zweiten und vierten piezoelektrischen Transformator 101, 301 jeweils eine Eingangsspannung anlegen, die um 90° gegenüber der an dem ersten und dritten Transformator 1, 101 anliegenden Eingangsspannung phasenverschoben ist. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist die

Eingangsspannung des ersten Transformators 1 eine

Phasenverschiebung von 0°, die Eingangsspannung des zweiten Transformators 101 und des vierten Transformators 301 jeweils eine Phasenverschiebung von +90° und die Eingangsspannung des dritten Transformators 201 eine Phasenverschiebung von +180° auf. Weitere mögliche Phasenverschiebungen der an dem ersten bis vierten piezoelektrischen Transformator 1, 101, 201, 301 angelegten Eingangsspannungen können der untenstehenden

Tabelle entnommen werden. Die Phasenverschiebungen sind dabei stets relativ zueinander zu sehen. Dementsprechend sind auch sämtliche Permutationen mit positiven und negativen

Vorzeichen sowie um n° verschobene Phasenverschiebungen möglich . Erster zweiter Dritter Vierter

Trans ^¬ Trans ^¬ Trans ^¬ Trans ^¬ formator formator formator formator

Beispiel 1 0° + 90° 0° + 90°

Beispiel 2 0° + 90° +180° + 90°

Beispiel 3 0° + 90° 0° -90°

Beispiel 4 0° + 90° +180° +270°

In der Tabelle sind jeweils die Phasenverschiebungen der an den ersten bis vierten piezoelektrischen Transformator 1, 101, 201, 301 angelegten Eingangsspannungen aufgeführt. Die Phasenverschiebungen sind dabei stets relativ zueinander zu sehen. Dementsprechend sind auch sämtliche Permutationen mit positiven und negativen Vorzeichen möglich. Ferner sind sämtliche Verschiebungen inkludiert, bei denen alle

Phasenverschiebungen um einen beliebigen Betrag n° verschoben werden .

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Vorrichtung. Dabei sind die ausgangsseitigen Stirnseiten 10, 110 der piezoelektrischen Transformatoren 1, 101, 201, 301 der Vorrichtung in Draufsicht gezeigt. Die piezoelektrischen Transformatoren sind parallel zueinander angeordnet und bilden ein Array 1, 101, 201, 301, das mehrere Zeilen und mehrere Spalten aufweist. Beispielsweise sind der erste und der dritte Transformator 1, 201 in einer Zeile angeordnet. Der erste und der zweite Transformator 1, 101 sind in einer Spalte angeordnet. Der erste und der vierte Transformator 1, 301 sind entlang derselben Diagonale angeordnet. Auch der zweite und der dritte Transformator 101, 201 sind entlang derselben Diagonale angeordnet. Die Transformatoren 1, 101, 201, 301 werden derart angesteuert, dass unmittelbar zueinander benachbarte

piezoelektrische Transformatoren 1, 101 jeweils mit einer Eingangsspannung versorgt werden, die um 90° zueinander phasenverschoben ist. Die piezoelektrischen Transformatoren 1, 301 bzw. 101, 201, die auf einer Diagonale liegen, werden jeweils mit einer Eingangsspannung versorgt, die nicht gegeneinander phasenverschoben ist. Dadurch kann das Zünden von Plasma entlang der Diagonalen verhindert werden.

Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer

Vorrichtung zur Erzeugung eines nichtthermischen

Atmosphärendruck-Plasmas. Der erste piezoelektrische

Transformator 1 und der zweite piezoelektrische Transformator 101 sind hierbei einander gegenüberliegend angeordnet.

Insbesondere weist die ausgangsseitige Stirnseite 10 des ersten piezoelektrischen Transformators 1 zur

ausgangsseitigen Stirnseite 110 des zweiten piezoelektrischen Transformators 101 hin.

Auch in diesem Fall werden die beiden piezoelektrischen

Transformatoren 1, 101 von einer Ansteuerschaltung mit einer Eingangsspannung derart versorgt, dass die an dem ersten piezoelektrischen Transformator 1 anliegende Eingangsspannung um 90° gegenüber der an dem zweiten piezoelektrischen

Transformator 101 anliegenden Eingangsspannung um 90° phasenverschoben ist.

Die in Figur 7 gezeigte Vorrichtung eignet sich insbesondere dazu, zwei Seiten einer Folie gleichzeitig mit Plasma zu behandeln. Dabei kann die Folie durch einen zwischen den beiden ausgangsseitigen Stirnseiten 10, 110 der

piezoelektrischen Transformatoren 1, 101 gebildeten Zwischenraum 12 hindurchgeführt werden. Eine Oberseite der Folie kann dabei dem ersten piezoelektrischen Transformator 1 zugewandt sein und eine Unterseite der Folie kann dem zweiten piezoelektrischen Transformator 101 zugewandt sein. Der erste piezoelektrische Transformator 1 erzeugt ein Plasma, mit dem die Oberseite der Folie behandelt wird, und der zweite piezoelektrische Transformator 101 erzeugt ein Plasma, mit dem die Unterseite der Folie mit Plasma behandelt wird. Auch die in Figur 5 und Figur 6 gezeigten

Ausführungsbeispiele, bei denen die piezoelektrischen

Transformatoren 1 zu einer einzigen Zeile oder zu einem Array aufweisend mehrere Spalten und mehrere Zeilen angeordnet sind, können in einer gegenüberliegenden Anordnung ausgeführt werden. Dabei kann eine erste Gruppe von piezoelektrischen

Transformatoren entweder eine Zeile oder ein Array bilden und gegenüber einer zweiten Gruppe von piezoelektrischen

Transformatoren angeordnet sein, die ebenfalls eine Zeile oder ein Array bilden. Die Transformatoren werden dabei mit einer Eingangsspannung versorgt, wobei zu beachten ist, dass unmittelbar zueinander benachbarte Transformatoren jeweils mit einer zueinander um 90° versetzten Eingangsspannung versorgt werden sollten, dass einander gegenüberliegende Transformatoren ebenfalls mit einer Eingangsspannung versorgt werden sollten, die um 90° zueinander versetzt sind und dass die Transformatoren, die auf einer Diagonalen angeordnet sind, jeweils mit phasengleichen Eingangsspannungen versorgt 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 Spalt

12 Zwischenraum

101 zweiter piezoelektrischer Transformator

103 Ausgangsbereich

110 ausgangsseitige Stirnseite

201 dritter piezoelektrischer Transformator

301 vierter piezoelektrischer Transformator x Stapelrichtung

z longitudinale Richtung