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