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Title:
PIEZOELECTRIC TRANSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/085055
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a piezoelectric transformer (1) comprising an input section (2) and an output section (3); the input section (2) is designed to convert an alternating voltage applied thereto into a mechanical vibration, and the output section (3) is designed to convert a mechanical vibration into an voltage. The piezoelectric transformer (1) has a longest edge (13) and a shortest edge (14), the longest edge (13) being no more than 20 times longer than the shortest edge (14).

Inventors:
WEILGUNI MICHAEL (AT)
PUFF MARKUS (AT)
KUDELA PAVOL (AT)
DÖLLGAST BERNHARD (AT)
Application Number:
PCT/EP2016/077719
Publication Date:
May 26, 2017
Filing Date:
November 15, 2016
Export Citation:
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Assignee:
EPCOS AG (DE)
International Classes:
H01L41/107; A61B18/04; C01B13/11
Foreign References:
JPH10223938A1998-08-21
JPH08151265A1996-06-11
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
STIEGLITZ, Jan (DE)
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Claims:
Piezoelektrischer Transformator (1) zur Erzeugung von Plasma,

aufweisend einen Eingangsbereich (2) und einen

Ausgangsbereich (3) ,

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 piezoelektrische Transformator (1) eine längste Kante (13) und eine kürzeste Kante (14)

aufweist, wobei die längste Kante (13) eine Länge aufweist, die maximal das Zwanzigfache der Länge der kürzesten Kante (14) beträgt.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß Anspruch 1, wobei die längste Kante (13) eine Länge von weniger als 45 mm aufweist.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die längste Kante (13) eine Länge von weniger als 35 mm aufweist.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,

wobei auf einer ersten Seitenfläche (6) des

Eingangsbereichs (2) eine erste Außenelektrode (8) angeordnet ist, wobei auf einer zweiten Seitenfläche (7) des

Eingangsbereichs (2), die der ersten Seitenfläche (6) gegenüberliegt, eine zweite Außenelektrode angeordnet ist,

wobei der Eingangsbereich (2) in einer Stapelrichtung (S) übereinander gestapelte piezoelektrische Schichten (5) und Elektroden (4) aufweist, wobei die Elektroden (4) in der Stapelrichtung (S) abwechselnd entweder mit der ersten Außenelektrode (8) oder mit der zweiten

Außenelektrode kontaktiert sind, und

wobei der Ausgangsbereich (3) eine monolithische piezoelektrische Schicht (9) aufweist.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die längste Kante (13) sich von dem

Eingangsbereich (2) zu dem Ausgangsbereich (3) erstreckt .

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die kürzeste Kante (14) senkrecht zur längsten Kante (13) ist.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,

wobei der piezoelektrische Transformator (1) eine Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz aufweist.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die längste Kante (13) eine Länge aufweist, die maximal das Fünfzehnfache der Länge der kürzesten Kante (14) des piezoelektrischen Transformators (1) beträgt.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß Anspruch 1, wobei die kürzeste Kante (14) eine Länge zwischen 10 mm und 1 mm aufweist.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei durch das Verhältnis der Länge der längsten Kante (13) zu der Länge der kürzesten Kante (14)

Plasmazündungen entlang der längsten Kante (13) im Ausgangsbereich (3) vermieden werden.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei durch das Verhältnis der Länge der längsten Kante (13) zu der Länge der kürzesten Kante (14) mechanische Belastungen des piezoelektrischen Materials im

Ausgangsbereich (3) verringert sind.

Piezoelektrischer Transformator (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei durch das Verhältnis der Länge der längsten Kante (13) zu der Länge der kürzesten Kante (14)

für ein kleineres Bauteil eine gleiche oder verbesserte Effizienz der Ozongenerierung erreicht wird. 13. Plasmagenerator aufweisend einen piezoelektrischen

Transformator (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.

Description:
Beschreibung

Piezoelektrischer Transformator Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Transformator. Der piezoelektrische Transformator kann zur Erzeugung von Plasma, insbesondere einem nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasma, eingesetzt werden. Bei bekannten quaderförmigen piezoelektrischen

Transformatoren wurde beobachtet, dass es zu Plasmazündungen entlang der längsseitigen Kanten des Ausgangsbereichs kommt. Diese Plasmazündungen führen zu unerwünschten Rückkopplungen, bei denen mechanische Spannungen in einem piezoelektrischen Material des Ausgangsbereichs erzeugt werden, die zu Rissen in dem Material führen können. Dadurch kann die Lebensdauer des piezoelektrischen Transformators verkürzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten piezoelektrischen Transformator anzugeben, der beispielsweise eine längere Lebensdauer aufweisen kann.

Diese Aufgabe wird durch einen piezoelektrischen

Transformator gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst.

Es wird ein piezoelektrischer Transformator vorgeschlagen, der einen Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich aufweist, wobei der Eingangsbereich dazu ausgestaltet ist, eine

angelegte Wechselspannung in eine mechanische Schwingung zu wandeln, und wobei der Ausgangsbereich dazu ausgestaltet ist, eine mechanische Schwingung in eine elektrische Spannung zu wandeln. Ferner weist der piezoelektrische Transformator eine längste Kante und eine kürzeste Kante auf, wobei die längste Kante eine Länge aufweist, die maximal das Zwanzigfache der Länge der kürzesten Kante beträgt.

Das Verhältnis der Länge der längsten Kante zu der Länge der kürzesten Kante wird auch als Aspektverhältnis bezeichnet. Es konnte gezeigt werden, dass bei piezoelektrischen

Transformatoren, die ein Aspektverhältnis von < 20:1

aufweisen, unerwünschte Plasmazündungen entlang der

längsseitigen Kante im Ausgangsbereich vermieden werden können. Dementsprechend kommt es bei diesen Transformatoren nicht zu erheblichen mechanischen Belastungen des

piezoelektrischen Materials im Ausgangsbereich, sodass hier keine Risse entstehen und die Lebensdauer nicht verkürzt wird .

Der piezoelektrische Transformator kann beispielsweise ein Transformator vom Rosen-Typ sein. Der piezoelektrische

Transformator kann ferner derart konstruiert sein, dass das Aspektverhältnis ^ 2:1, vorzugsweise ^ 5:1, ist.

Als Kanten können hierbei die Linien bezeichnet werden, an denen zwei Seitenflächen des piezoelektrischen Transformators aneinander stoßen. Der piezoelektrische Transformator kann im Wesentlichen quaderförmig sein. Dabei können die Kanten des Transformators abgerundet sein. Insbesondere können die Kanten mit einem sehr geringen Radius abgerundet sein, der beispielsweise ^ 0 , 5 mm beträgt .

Die längste Kante kann sich in einer Längsrichtung von einem Eingangsbereich hin zu einem Ausgangsbereich erstrecken. Die kürzeste Kante kann eine Kante einer ausgangsseitigen Stirnseite sein. Die ausgangsseitige Stirnseite ist eine Endfläche, die vom Eingangsbereich weg weist.

Wie oben beschrieben, weist der piezoelektrische

Transformator mit einem Aspektverhältnis von < 20:1 eine längere Lebensdauer auf, da es nicht zu erheblichen

mechanischen Belastungen des Ausgangsbereiches kommt. Darüber hinaus weist dieser Transformator weitere Vorteile auf. Das bevorzugte Aspektverhältnis von < 20:1 führt zu einer

verbesserten Effizienz der Ozongenerierung . Insbesondere kann bei gleichbleibender Eingangsleistung pro Volumeneinheit des piezoelektrischen Transformators bei dem Aspektverhältnis von < 20:1 mehr Ozon produziert werden. Die Verbesserung der Effizienz der Ozongenerierung ist begründet in einer

Verbesserung der Anpassung der Ausgangsimpedanz des

piezoelektrischen Transformators an die vom Plasma erzeugte Impedanz, welche sich bei dem Aspektverhältnis von < 20:1 einstellt . Der piezoelektrische Transformator kann ein piezoelektrischer Transformator zur Erzeugung von Plasma sein. Dabei handelt es sich bei dem Plasma vorzugsweise um nicht-thermisches

Atmosphärendruck-Plasma . Vorzugsweise weist die längste Kante eine Länge von weniger als 45 mm auf. Vorzugsweise weist die längste Kante eine Länge von weniger als 35 mm auf. Die längste Kante kann eine Mindestlänge von 10 mm aufweisen. Eine solche verkürzte Bauform des piezoelektrischen

Transformators weist zahlreiche Vorteile auf. Die zur Polung eines solchen piezoelektrischen Transformators erforderliche Polungsspannung hängt im Wesentlichen von der Länge des piezoelektrischen Transformators ab. Dementsprechend ist zur Polung eines Transformators, dessen längste Kante eine Länge von weniger als 45 mm, beziehungsweise von weniger als 35 mm, aufweist, nur eine geringe Spannung erforderlich. Dadurch wird das Herstellungsverfahren des jeweiligen

piezoelektrischen Transformators vereinfacht.

Ferner hängt die Resonanzfrequenz des jeweiligen

piezoelektrischen Transformators von der Länge der längsten Kante ab. Eine kurze Länge der längsten Kante ermöglicht es, piezoelektrische Transformatoren mit einer hohen

Resonanzfrequenz zu fertigen. Beispielsweise kann durch eine längste Kante, die kürzer als 35 mm ist, eine

Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz erreicht werden. Solche Resonanzfrequenzen sind insbesondere bei Plasmageneratoren, die in medizinischen Anwendungen eingesetzt werden,

vorteilhaft .

Ferner führt eine höhere Resonanzfrequenz zu steileren

Flanken der Ausgangsspannung, die wiederum positiv auf die Effizienz der Ozongenerierung wirken.

Auf einer ersten Seitenfläche des Eingangsbereichs kann eine erste Außenelektrode angeordnet sein. Auf einer zweiten

Seitenfläche des Eingangsbereichs, die der ersten

Seitenfläche gegenüberliegt, kann eine zweite Außenelektrode angeordnet sein. Der Eingangsbereich kann in einer

Stapelrichtung übereinander gestapelte piezoelektrische

Schichten und Elektroden aufweisen. Die Elektroden können in der Stapelrichtung abwechselnd entweder mit der ersten

Außenelektrode oder mit der zweiten Außenelektrode

kontaktiert sein. Der Ausgangsbereich kann eine monolithische piezoelektrische Schicht aufweisen. Das piezoelektrische Material der piezoelektrischen Schicht im Ausgangsbereich kann identisch sein zu dem piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schichten im Eingangsbereich. Die längste Kante kann sich von dem Eingangsbereich zu dem

Ausgangsbereich erstrecken. Die kürzeste Kante kann senkrecht zur längsten Kante sein.

Der piezoelektrische Transformator kann eine Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz aufweisen. Diese Frequenzen sind

insbesondere für Anwendungen im medizinischen Bereich

vorteilhaft .

Die längste Kante kann eine Länge aufweisen, die maximal das Fünfzehnfache der Länge der kürzesten Kante des

piezoelektrischen Transformators beträgt. Dementsprechend kann sich ein Aspektverhältnis von < 15:1 einstellen. Durch eine so kleine Wahl des Aspektverhältnisses kann

sichergestellt werden, dass es nicht zu Plasmazündungen entlang der längsseitigen Kanten kommt. Auch die Effizienz der Ozongenerierung kann auf diese Weise weiter erhöht werden .

Die kürzeste Kante kann eine Länge zwischen 10 mm und 1 mm aufweisen. Vorzugsweise weist die kürzeste Kante eine Länge zwischen 5 mm und 2 mm auf. Die Länge der kürzesten Kante wird so gewählt, dass sich ein vorteilhaftes Aspektverhältnis von < 20:1 einstellt. Durch das Verhältnis der Länge der längsten Kante zu der

Länge der kürzesten Kante können Plasmazündungen entlang der längsten Kante im Ausgangsbereich vermieden werden.

Dementsprechend kann auf einen Isolierung, beispielsweise einen Schrumpfschlauch, der den Ausgangsbereich teilweise ummantelt, verzichtet werden. Der piezoelektrische

Transformator kann somit im Ausgangsbereich frei von einer Isolierung sein. Der piezoelektrische Isolator kann

insbesondere keinen Schrumpfschlauch aufweisen.

Durch das Verhältnis der Länge der längsten Kante zu der Länge der kürzesten Kante können mechanische Belastungen des piezoelektrischen Materials im Ausgangsbereich verringert sein.

Durch das Verhältnis der Länge der längsten Kante zu der Länge der kürzesten Kante kann eine verbesserte Effizienz der Ozongenerierung erreicht werden. Insbesondere kann es durch diese Wahl des Aspektverhältnisses ermöglicht werden, die

Bauteilgröße zu verringern und gleichzeitig die Effizienz der Ozongenerierung beizubehalten oder sogar zu verbessern.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Plasmagenerator, der den oben beschriebenen piezoelektrischen Transformator aufweist. Der Plasmagenerator kann insbesondere zur Erzeugung eines nichtthermischen Atmosphärendruck-Plasmas geeignet sein. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der

Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt einen piezoelektrischen Transformator in

perspektivischer Ansicht.

Figur 2 zeigt die Ergebnisse einer Messung, bei der die

Ozonproduktion für den in Figur 1 gezeigten piezoelektrischen Transformator mit einem Vergleichsbeispiel verglichen wird.

Figur 3 zeigt die Messergebnisse einer Messung, wobei die

Ozongenerierung pro Volumeneinheit betrachtet wird.

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. Im

Eingangsbereich 2 weist der piezoelektrische Transformator 1 Elektroden 4 auf, an die eine Wechselspannung angelegt werden kann. Die Elektroden 4 erstrecken sich in einer Längsrichtung L des piezoelektrischen Transformators 1. Die Elektroden 4 sind in einer Stapelrichtung S, die senkrecht zu der

Längsrichtung L ist, abwechselnd mit einem piezoelektrischen Material 5 gestapelt. Das piezoelektrische Material 5 ist dabei in Stapelrichtung S 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 Längsseite 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 S abwechselnd entweder mit der ersten

Außenelektrode 8 oder der zweiten Außenelektrode elektrisch kontaktiert .

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

Längsrichtung L 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 ist das

piezoelektrische Material zu einer einzigen monolithischen Schicht geformt, die vollständig in der Längsrichtung L polarisiert ist. Dabei weist das piezoelektrische Material im Ausgangsbereich 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. Die im

Ausgangsbereich 3 erzeugte elektrische Spannung liegt somit zwischen der Stirnseite 10 und dem Ende der Elektroden 4 des Eingangsbereichs 2 an. An der ausgangsseitigen Stirnseite 10 liegt dabei eine Hochspannung an. 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.

Es kommt sowohl an den seitlichen Längskanten 11 als auch an den Kanten 12 der ausgangsseitigen Stirnseite 10 zu Zündungen von Plasma. Die Plasmazündungen entlang den seitlichen

Längskanten 11 führen zu unerwünschten Rückkopplungen, bei denen hohe mechanische Spannungen in dem piezoelektrischen Material 9 des Ausgangsbereiches 3 erzeugt werden, die im Dauerbetrieb des piezoelektrischen Transformators 1 zu Rissen führen können, wodurch die Lebensdauer des piezoelektrischen Transformators 1 verringert wird. Um eine solche Beschädigung des piezoelektrischen Transformators 1 infolge der

Plasmazündung zu vermeiden, ist der piezoelektrische

Transformator 1 derart ausgestaltet, dass die Plasmazündung vor allem an der ausgangsseitigen Stirnseite 10 auftritt und die Plasmazündung an den seitlichen Längskanten 11 vermieden wird .

Bei dem piezoelektrischen Transformator 1 kommt es

insbesondere an den Stellen zu einer Plasmazündung, an denen im Ausgangsbereich 3 des piezoelektrischen Transformators 1 ein Maximum des elektrischen Potentials auftritt. Im

Folgenden wird genauer erläutert, wie der piezoelektrische

Transformator 1 konstruiert ist, um die Plasmazündung an den seitlichen Längskanten 11 nach Möglichkeit zu vermeiden.

Der piezoelektrische Transformator 1 weist eine quaderförmige Form auf, wobei der piezoelektrische Transformator 1 eine längste Kante 13 und eine kürzeste Kante 14 aufweist. Die ausgangsseitige Stirnseite 10 weist eine rechteckige Form auf, wobei die kürzeste Kante der Stirnseite 10 die kürzeste Kante 14 des piezoelektrischen Transformators 1 darstellt. Die längste Kante 13 des piezoelektrischen Transformators 1 ist senkrecht zur ausgangsseitigen Stirnseite 10 und

erstreckt sich von dem Eingangsbereich 2 zu dem

Ausgangsbereich 3. Bei der längsten Kante 13 handelt es sich um eine seitliche Längskante 11.

Das Verhältnis der Länge der längsten Kante 13 zu der Länge der kürzesten Kante 14 wird als Aspektverhältnis bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass der piezoelektrische Transformator 1 Plasma insbesondere in verstärktem Maße an der ausgangsseitigen Stirnseite 10 erzeugt, wenn der

piezoelektrische Transformator 1 derart konstruiert ist, dass sich ein Aspektverhältnis -S 20:1 ergibt.

Das Aspektverhältnis wirkt sich auf die Kapazität des

Ausgangsbereiches 3 des piezoelektrischen Transformators 1 aus. Der Ort, an dem im Ausgangsbereich 3 ein Maximum eines elektrischen Potentials erreicht wird, verschiebt sich wiederum in Abhängigkeit von der Kapazität des

Ausgangsbereichs 3. Die Ausgangskapazität nimmt mit kleiner werdendem Aspektverhältnis zu. Es konnte sowohl experimentell als auch theoretisch gezeigt werden, dass bei einem

Aspektverhältnis von < 20:1 eine hinreichend große

Ausgangskapazität erreicht wird, bei der das Maximum des erzeugten Ausgangspotentials auf der ausgangsseitigen

Stirnseite 10 liegt. Wird das Aspektverhältnis größer als 20:1 gewählt, nimmt die Ausgangskapazität ab und das Maximum des Ausgangspotentials verschiebt sich entlang der seitliche Längskanten 11 weg von der ausgangsseitigen Stirnseite 10 in eine Richtung hin zu dem Eingangsbereich 2. In diesem Fall kommt es zu unerwünschten Plasmazündungen entlang der Kanten 11. In einem ersten Ausführungsbeispiel weist die längste Kante 13 eine Länge von 41 mm auf. Die Kanten 12 der

ausgangsseitigen Stirnseite 10 weisen eine Länge von 6 mm und 3 mm auf. Dementsprechend ist die 3mm lange Kante der

Stirnseite 10 die kürzeste Kante 14 des piezoelektrischen Transformators 1. Damit ergibt sich ein Aspektverhältnis von 13,667:1, d.h. ein vorteilhaftes Aspektverhältnis, das kleiner gleich 20:1 ist. Bei einer experimentellen Untersuchung wurden zehn piezoelektrische Transformatoren 1 gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiel in einem Dauerbetrieb von 1000 Stunden betrachtet, wobei bei keinem der Transformatoren 1 im

Ausgangsbereich 3 ein Riss erzeugt wurde und es zu

dementsprechend keinem Ausfall von einem der

piezoelektrischen Transformatoren 1 kam.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die längste Kante 13 kleiner als 35 mm sein. Beispielsweise kann der piezoelektrische Transformator 1 eine längste Kante 13 mit einer Länge von 30 mm aufweisen. Die Stirnseite 10 weist Kantenlängen von 3 mm und 2,4 mm aufweisen. Auch in diesem Fall ergibt sich das vorteilhafte Aspektverhältnis von < 20:1. Insbesondere ergibt sich ein Aspektverhältnis von

12,5:1.

Die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators 1 hängt von der Länge der längsten Kante 13 ab. Das zweite Ausführungsbeispiel führt zu einer Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz.

Piezoelektrische Transformatoren 1 mit einer Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz sind insbesondere für medizinische

Anwendungen einsetzbar. Zu einer solchen medizinischen

Anwendung zählt beispielsweise das Schneiden von Geweben mittels Plasmaschneiden. Dabei sollte das Reizen von Nerven vermieden werden. Die Ionenleitfähigkeit von Nerven nimmt bei Frequenzen ab 100 kHz signifikant ab. Dementsprechend eignen sich Plasmageneratoren, die mit Frequenzen von über 100 kHz arbeiten, besonders gut für das Plasmaschneiden von Gewebe. Der oben beschriebene piezoelektrische Transformator 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann in einem solchen

Plasmagenerator eingesetzt werden.

Figur 2 zeigt die Messergebnisse einer Vergleichsmessung, bei der ein piezoelektrischer Transformator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verglichen wurde mit einem

Vergleichstransformator, der eine Länge von 71 mm und eine Stirnseite mit dem Querschnitt 6mm x 3 mm aufweist. In beiden Fällen wurde Luft als Prozessgas verwendet und von dem jeweiligen piezoelektrischen Transformator 1 ionisiert.

In Figur 2 ist auf der Abszissenachse die Leistung in W eingetragen, mit der der jeweilige piezoelektrische

Transformator 1 betrieben wurde. Auf der Ordinatenachse ist die produzierte Menge an Ozon in mg/Stunde aufgetragen. Die in Figur 2 gezeigten Messergebnisse zeigen, dass kein

signifikanter Unterschied in der Ozonproduktion zu finden ist. Insbesondere können mit dem piezoelektrischen

Transformator 1, der das vorteilhafte Aspektverhältnis von < 20:1 aufweist, eine im Wesentlichen identische Menge an Ozon bei gleicher Eingangsleistung produziert werden, wobei der piezoelektrischen Transformator 1 mit dem Aspektverhältnis -S 20:1 eine deutlich kürzere Länge als der

Vergleichstransformator aufweist .

Figur 3 stellt ebenfalls einen Vergleich zwischen dem

piezoelektrischen Transformator gemäß dem ersten

Ausführungsbeispiel und dem Vergleichstransformator, der nicht das bevorzugte Aspektverhältnis von < 20:1 aufweist, dar. Hierbei wird ein Produkt aus Eingangsleistung und

Volumen des jeweiligen Transformators betrachtet. Auf der Abszissenachse ist das Produkt aus Eingangsleistung und

Volumen in W x cm-^ aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist wiederum die pro Stunde erzeugte Menge an Ozon in mg

aufgetragen. Als Prozessgas wurde wiederum Luft verwendet. Es ist deutlich zu erkennen, dass der piezoelektrische

Transformator 1 mit dem bevorzugten Aspektverhältnis pro Volumeneinheit eine größere Menge an Ozon produziert.

Dementsprechend weist dieser piezoelektrische Transformator 1 eine höhere Effizienz der Ozongenerierung auf.

Diese experimentell beobachtete Verbesserung der Effizienz der Ozongenerierung an Luft infolge des vorteilhaften

Aspektverhältnisses kann auch theoretisch erklärt werden. Die Effizienz der Ozongenerierung hängt von der Anpassung der Ausgangsimpedanz des piezoelektrischen Transformators 1 an die durch das Plasma erzeugte Impedanz sowie von der

Steilheit der Flanken der Ausgangsspannung ab. Die

Flankensteilheit der Ausgangsspannung hängt bei einer

sinusförmigen Spannung im Wesentlichen von der

Resonanzfrequenz ab. Dementsprechend weisen piezoelektrische Transformatoren 1, deren längste Seite 13 eine geringe Länge aufweist und die dementsprechend eine hohe Resonanzfrequenz aufweisen, steile Flanken auf, die sich wiederum positiv auf die Effizienz der Ozongenerierung auswirken.

Es konnte ferner gezeigt werden, dass das vorteilhafte

Aspektverhältnis die Anpassung der Impedanz des

piezoelektrischen Transformators 1 an eine von dem Plasma erzeugte Impedanz verbessert.

Sowohl die Längskanten 11 als auch die Kanten 12 der

ausgangsseitigen Stirnseite des piezoelektrischen

Transformators können abgerundet sein. Ist der Kurvenradius der abgerundeten Kanten hinreichend klein gewählt,

beispielsweise kleiner als 0,5 mm, kann der piezoelektrische Transformator 1 näherungsweise als quaderförmig betrachtet werden .

Bei einigen Ausführungsbeispielen des piezoelektrischen

Transformators 1 weist dieser im Ausgangsbereich 3 eine isolierende Schicht auf, die beispielsweise von einem

Schrumpfschlauch gebildet wird. Die isolierende Schicht kann die ausgangseitige Stirnseite 10 freilassen und die übrigen Seitenflächen des Ausgangsbereichs 3 zumindest teilweise bedecken. Die isolierende Schicht soll unerwünschte

Plasmazündungen entlang der seitliche Längskanten 11

verhindern und diese zu diesem Zweck abdecken. Da aufgrund des vorteilhaften Aspektverhältnisses keine Plasmazündungen entlang der seitlichen Längskanten 11 zu erwarten sind, kann der piezoelektrische Transformator 1 frei von der

isolierenden Schicht im Ausgangsbereich 3 sein. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine solche isolierende Schicht vorgesehen werden, um die Isolierung des

Ausgangsbereichs 3 weiter zu verbessern.

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 seitliche Längskante

12 Kante der Stirnseite

13 längste Kante

14 kürzeste Kante

L Längsrichtung

S Stapelrichtung