DE1203321B - Elektromechanischer Wandler - Google Patents
Elektromechanischer WandlerInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
H03h
Deutsche Kl.: 21 a4 -10
Nummer: 1203 321
Aktenzeichen: S 81418IX d/21 a4
Anmeldetag: 12. September 1962
Auslegetag: 21. Oktober 1965
Die Erfindung betrifft einen mechanischen Biegeschwinger, der durch Plättchen aus elektrostriktivem
Material zu einem Wandler für den Übergang von elektrischen Schwingungen auf mechanische
Biegeschwingungen und umgekehrt ausgebildet und vorzugsweise als Wandler eines mehrteiligen elektromechanischen
Filters vorgesehen ist. Elektromechanische Schwinger werden häufig zum Aufbau von
mechanischen Filtern verwendet, die beispielsweise als Kanalfilter in der Trägerfrequenztechnik eingesetzt
werden, denn wegen ihrer hohen elektrischen Güte und ihrer kleinen Abmessungen eignen sie sich
gut für Filter in selektiven Verstärkern und Oszillatoren. Für den Frequenzbereich unter 50 kHz erzielt
man besonders mit Biegeschwingern günstige Abmessungen. Derartige Biegeschwinger bestehen in
der Regel aus einem Stahlstab, auf dessen Oberfläche eine elektrostriktive Keramik aufgelötet ist. Die
Schwingungsanregung erfolgt hierbei über den sogenannten transversalen Piezoeffekt, da die quer zur
Richtung des elektrischen Feldes auftretenden Dehnungen bzw. Verkürzungen der elektrostriktiven
Keramik eine Durchbiegung des Stahlstabes bewirken. Der Temperaturkoeffizient der Eigenfrequenz
des elektrostriktiven Materials ist jedoch etwa um den Faktor 100 schlechter als der des Stahles. Auch
die Güte des elektrostriktiven Materials ist erheblich kleiner als die Güte des Stahles, und zwar etwa
um den Faktor 40. Die Temperaturkonstanz und die Güte eines derart aufgebauten Schwingers hängen
daher sehr stark von dem gewählten Verhältnis ab, in dem das elektrostriktiv aktive Material und das
elektrostriktiv inaktive Material zueinander stehen. Dieses Verhältnis bestimmt aber den elektromechanischen
Kopplungsfaktor des Schwingers, da nur das elektrostriktiv aktive Material zur Umwandlung
von elektrischen in mechanische Schwingungen beiträgt. So wird beispielsweise in Filterschaltungen
mit mechanischen Schwingern die maximal erreichbare Bandbreite von diesem Kopplungsfaktor
bestimmt. Man kann also bei einer vorgegebenen Filterbandbreite einen Mindestwert
der Inkonstanz des Schwingers nicht unterschreiten. Weiterhin muß die durch das elektrostriktive
Material gebildete Parallelkapazität wegen ihrer Temperaturabhängigkeit und ihres Verlustwinkels
durch Zuschalten eines Kondensators verbessert werden. Diese Maßnahme bewirkt aber
wiederum eine Verkleinerung des Kopplungsfaktors. Bei Biegeschwingern, deren Schwingungsanregung mittels des transversalen piezoelektrischen
Effektes erfolgt, werden daher auf Grund dieser Elektromechanischer Wandler
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Karl Traub,
Johann Magerl, München
nachteiligen Eigenschaften die Verwendungsmöglichkeiten erheblich eingeengt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Mängel weitgehend zu vermeiden.
Ausgehend von einem mechanischen Biegeschwinger, der durch Plättchen aus elektrostriktivem
Material zu einem Wandler für den Übergang von elektrischen Schwingungen auf mechanische
Biegeschwingungen und umgekehrt ausgebildet und vorzugsweise als Wandler eines mehrteiligen
elektromechanischen Filters vorgesehen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß wenigstens je ein Plättchen mit zumindest näherungsweise senkrecht zur Längsachse des Biegeschwingers
orientierter Plättchenebene und vorzugsweise innerhalb des durch zwei benachbarte Schwingungsknoten
begrenzten Bereiches zu beiden Seiten der neutralen Faser des Biegeschwingers angeordnet
ist, und daß diese vorzugsweise in einer Querschnittsebene des Biegeschwingers liegenden Plättchen
in einer zur Plättchenebene senkrechten Richtung entgegengesetzt polarisiert sind.
Zur Bildung eines elektrischen Vierpols werden
Zur Bildung eines elektrischen Vierpols werden
4.0 zwei Anregungssysteme vorzugsweise symmetrisch zu beiden Seiten des Ortes maximaler Auslenkung
des Biegeschwingers angeordnet.
Eine für die Praxis günstige Ausführungsform ist dann gegeben, wenn die aus elektrostriktivem Material
bestehenden Plättchen je durch eine metallische Schicht, vorzugsweise eine Silberschicht, unterteilt
sind, die parallel zu den durch Länge und Breite des Plättchens festgelegten Begrenzungsflächen verläuft, und wenn diese leitenden Schichten
mit Anschlußdrähten versehen sind. Hierbei kann die Polarisation der unterhalb der neutralen Faser liegenden
Plättchen in bezug auf die Polarisation der
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3 4
oberhalb der neutralen Faser liegenden Plättchen das oberhalb der neutralen Faser liegende Plättderart
gewählt sein, daß die Ausgangsspannung in chen 3 unter dem Einfluß des elektrischen Feldes
Phase mit der anregenden Spannung ist, oder auch aus, während sich das unterhalb der neutralen Faser
so, daß die Ausgangsspannung in Gegenphase mit liegende Plättchen 4 unter dem Einfluß des elekder
anregenden Spannung ist. 5 trischen Feldes zusammenzieht. Dadurch wird der
Als Schwingermaterial wird vorteilhafterweise Schwinger — wie in der F i g. 2 dargestellt — entStahl
oder Quarzglas verwendet, wobei es für die sprechend den für die elastische Linie gültigen GeFertigungstechnik
günstig ist, den Schwingern ran- setzen durchgebogen. Wenn sich die Polarität der anden
oder rechteckigen Querschnitt zu geben. gelegten Wechselspannung umkehrt, zieht sich das
Weiterhin kann der erfindungsgemäße elektro- io Plättchen 3 zusammen, während sich das Plättmechanische
Wandler zur Anregung eines Stimm- chen 4 ausdehnt, so daß sich der Schwinger in der
gabelresonators verwendet werden, bei dem wenig- entgegengesetzten Richtung durchbiegt. Der Schwinstens
in einem Stimmgabelarm längs der neutralen ger führt somit Biegeschwingungen im Takt der anFaser
unterteilte, entgegengesetzt polarisierte Platt- gelegten Wechselspannung aus, und zwar symmechen
aus einem elektrostriktiven Material angeordnet 15 trisch zu einer durch die Schwingungsknoten 7
sind. Bei Verwendung je eines Anregungssystems in und 8 festgelegten Ebene. Um die Anregung stöbeiden
Stimmgabelarmen kann die Polarisation der render Schwingungen zu vermeiden, sind die Keelektrostriktiven
Plättchen ebenfalls derart gewählt ramikplättchen 3 und 4 entlang der neutralen sein, daß die Ausgangsspannung in Phase mit der Faser 13 derart unterteilt, daß der Spalt S entsteht,
anregenden Spannung ist, oder umgekehrt. ao Diese Maßnahme ist deshalb erforderlich, weil die
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von in Richtung der Stabachse wirkenden Kräfte an der
Ausführungsbeispielen näher erläutert. neutralen Faser ihr Vorzeichen umkehren. Wie der
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer mecha- Fig. 2 zu entnehmen ist, stimmen die durch das
nischer Biegeschwinger dargestellt, der aus den elektrische Wechselfeld erzeugten Dehnungen bzw.
quaderförmigen Stahlteilen 1 und 2 besteht, die 25 Verkürzungen der elektrostriktiven Plättchen 3
über die Plättchen 3 und 4 aus einem elektrostrik- und 4 mit der Richtung der bei der Biegung auftiven
Material beispielsweise durch Lötung fest mit- tretenden Zug- und Druckkräfte überein, so daß
einander verbunden sind. Das elektrostriktive Ma- die Schwingungsanregung über den sogenannten
terial ist hierbei derart im Querschnitt des Schwin- longitudinalen Piezoeffekt erfolgt. Wegen der durch
gers angeordnet, daß zwischen den Plättchen 3 30 die Poissonsche Zahl festgelegten Verkettung der
und 4 längs der neutralen Faser 13 ein Spalt S ver- Längsdehnung mit der Querkontraktion läßt sich
bleibt. Als elektrostriktiv aktives Material wird vor- durch die Ausnutzung des longitudinalen Piezoteilhafterweise
eine Bleikeramik (Bleizirkonat) ver- effektes gegenüber einem vergleichbaren, über den
wendet, wie sie z. B. unter dem Handesnamen transversalen Piezoeffekt angeregten Schwinger ein
PZT 6 bekannt ist. Diese Keramik eignet sich hier- 35 etwa dreimal größerer Kopplungsfaktor erreichen,
für deshalb besonders gut, weil ihr Curiepunkt über bzw. ist zur Erzielung des gleichen Kopplungsfak-300°
C liegt und somit eine den Keramikplättchen tors eine etwa um das Quadrat der Poissonschen
aufgeprägte Polarisation durch den Lötvorgang zur Zahl geringere Menge elektrostriktiven Materials erVerbindung
der Stahlteile mit den Keramikplätt- forderlich, wodurch sich eine erhebliche Verbessechen
nicht mehr beeinträchtigt wird. Um eine ein- 40 rung der Temperaturkonstanz und der Güte des
wandfreie Lötung sicherzustellen, ist es erforderlich, Schwingers ergibt. Da sich auch die Flächen, an
die Keramikplättchen 3 und 4 auf der den Stahl- denen elektrostriktives Material und Stahl zusamteilen
zugewandten Seite mit einer Silberschicht zu menstoßen, gegenüber einem vergleichbaren über
versehen, die in der üblichen Weise z. B. durch Auf- den transversalen Effekt angeregten Schwinger
dampfen im Vakuum aufgebracht sein kann. Diese 45 wesentlich verkleinern vermindert sich auch der
Silberschichten dienen dann gleichzeitig als Elektro- störende Einfluß, den die Lötschicht auf die Konden
zum Anlegen der Polarisationsspannung an die stanz des Schwingers ausübt. In einfacher Weise
Keramikplättchen. Die Richtung der den Keramik- kann der Kopplungsfaktor auch dadurch beeinflußt
plättchen aufgeprägten Polarisation ist bei dem in werden, daß die Keramikplättchen 3 und 4 gegender
F i g. 1 dargestellten Schwinger durch die Pfeile 5 50 über der Schwingerachse nicht exakt in einem Win-
und 6 angedeutet. In den Schwingungsknoten 7 kel von 90°, sondern in einem von diesem Wert
und 8 sind dünne Anschlußdrähte 9 und 10 zur Zu- abweichenden Winkel angeordnet werden,
führung der Wechselspannung U angelötet. Weiter- Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Anhin sind in den Schwingungsknoten dünne Drähte regungssystems ist in der Fig. 3 dargestellt. Hierbei 11 und 12 befestigt, die der Übertragung der Biege- 55 setzt sich der Schwinger aus den Stahlteilen 14, 15 Schwingung auf weitere mechanische Resonatoren und 16 zusammen, die mit den elektrostriktiven oder der Verankerung des Schwingers in einem Plättchen 17, 18, 19 und 20 fest verlötet sind. Zur nicht dargestellten Gehäuse dienen. Halterang des Systems in einem Gehäuse sind die in
führung der Wechselspannung U angelötet. Weiter- Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Anhin sind in den Schwingungsknoten dünne Drähte regungssystems ist in der Fig. 3 dargestellt. Hierbei 11 und 12 befestigt, die der Übertragung der Biege- 55 setzt sich der Schwinger aus den Stahlteilen 14, 15 Schwingung auf weitere mechanische Resonatoren und 16 zusammen, die mit den elektrostriktiven oder der Verankerung des Schwingers in einem Plättchen 17, 18, 19 und 20 fest verlötet sind. Zur nicht dargestellten Gehäuse dienen. Halterang des Systems in einem Gehäuse sind die in
Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht in Längsrichtung den Schwingungsknoten befestigten Drähte 11 und
des in der Fig. 1 dargestellten Schwingers, und 60 12 vorgesehen. Die Schwingungsanregung erfolgt in
zwar für den Fall, daß an die Stahlteile 1 und 2 der bereits beschriebenen Weise durch Anlegen einer
über die in den Schwingungsknoten 7 und 8 be- elektrischen Wechselspannung Ue an die Stahlteile
befestigten Zuführungsleitungen 9 und 10 eine 14 und 15. Andererseits werden auf Grand der
Wechselspannung U angelegt ist, deren Frequenz Biegeschwingungen des Stabes die elektrostriktiven
zumindest näherungsweise mit der Eigenfrequenz des 65 Plättchen 19 und 20 gedehnt bzw. verkürzt, so daß
Schwingers übereinstimmt. Entsprechend der den wegen des Piezoeffektes zwischen den Stahlteilen 15
elektrostriktiven Plättchen aufgeprägten, durch die und 16 eine Wechselspannung Ua entsteht, die dann
Pfeile 5 und 6 angedeuteten Polarisation dehnt sich über die Drähte 23 und 24 abgenommen werden
kann. Da die Zuführungsdrähte 22 und 23 am Mittelteil 15 des Schwingers, also an dem Teil mit
der größten Durchbiegung, befestigt werden müssen, ist es zweckmäßig, vor allem für diese beiden Zuführungsdrähte,
die auch in einem gemeinsamen Draht zusammengefaßt werden können, flexible und sehr leichte Drähte zu verwenden, die wegen ihrer
geringen Masse die Biegeschwingungen des Resonators nicht beeinflussen.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann zur
Schwingungsanregung ein elektrostriktives Material verwendet werden, dessen Curiepunkt unterhalb der
Löttemperatur liegt. Ein derartiges Material ist z. B. das bekannte Calzium-Barium-Titanat. Der Schwinger
setzt sich aus den Stahlteilen 25 und 26, sowie aus den elektrostriktiven Plättchen 27, 28, 29 und
30 zusammen. Das elektrostriktiv aktive Material ist derart im Querschnitt des Schwingers angeordnet,
daß entlang der neutralen Faser ein Spalt S verbleibt. Die Plättchen 27 und 28 sowie die Plättchen
29 und 30 sind zu beiden Seiten von elektrisch leitenden Schichten 31 und 31' angeordnet, die
vorzugsweise aus Silber bestehen, und die in der üblichen Weise aufgedampft sind. In den Schwingungsknoten
sind die Zuführungsdrähte 32 und 33 befestigt, die bei entsprechend starker Ausbildung
vorteilhaft gleichzeitig zur Verankerung des Schwingers in einem in der Zeichnung aus Gründen
der Übersichtlichkeit fortgelassenen Gehäuse dienen können. Die Silberschichten 31 und 31' sind mit
weiteren Zuführungsdrähten 34 und 35 versehen. Durch Aufteilung des elektrostriktiven Materials
durch die Silberbeläge 31 und 31' entsteht ein Vierpol entsprechend der Anordnung nach Fig. 3. Es
ist jedoch bei der Anordnung nach Fig. 4, wie ohne weiteres ersichtlich, möglich, die Polarisationsspannung erst dann anzulegen, wenn die einzelnen
Bestandteile des Schwingers bereits miteinander verlötet sind, so daß auch, wie gesagt, Materialien verwendet
werden können, deren Curietemperatur niedriger als die erforderliche Löttemperatur ist.
Die Fig. 5 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des in der F i g. 4 dargestellten Biegungsschwingers,
wenn die Polarisationsrichtung der elektrostriktiven Plättchen in der durch die Pfeile 36, 36', 37
und 37' angedeuteten Weise angenommen wird. Werden die Zuführungsdrähte 34 und 35 zusammengefaßt
und an den einen Pol der Spannungsquelle gelegt, und die Zuführungsdrähte 32 und 33 zusammengefaßt
und an den anderen Pol der Spannungsquelle gelegt, dann ergibt sich das Ersatzschaltbild
eines Serienschwingkreises mit der Induktivität L, der Kapazität C und einem ohmschen Verlustwiderstand
R, denen eine Kapazität Cp parallel geschaltet
ist.
Wenn der Schwinger in Verbindung mit Geräten betrieben wird, deren Eingangs- bzw. Ausgangswiderstände
verhältnismäßig hochohmig sind, werden nur der Anschlußdraht 34 mit dem einen Pol der
Spannungsquelle und der Anschlußdraht 35 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden.
Wenn hierbei die Polarisationsrichtung in der durch das Pfeilpaar 37 und 37' und das Pfeilpaar 38 und
38' angedeuteten Weise angenommen wird, dann ergibt sich das in der F i g. 6 dargestellte Ersatzschaltbild,
das wiederum aus einem verlustbehafteten Serienschwingkreis besteht, dem eine Kapazität parallel
geschaltet ist. Jedoch sind bei dieser Schaltung die Widerstandswerte des Serienschwingkreises um
den Faktor 4 gegenüber dem in der F i g. 5 gezeichneten Ersatzschaltbild größer, so daß der Serienschwingkreis
aus einer Induktivität 4L, einer Kapazität C/4 und einem ohmschen Verlustwiderstand
4 R besteht. Die Parallelkapazität hat den Wert C11IA. Die Güte eines derart geschalteten Schwingers
verändert sich hierbei nicht, da für die Güte lediglich das Verhältnis von Blindwiderstand zu
ίο Verlustwiderstand maßgebend ist. Durch diese Art
der Schaltung können die in derartigen Fällen erforderlichen Anpassungsübertrager entfallen.
Der in der Fig. 4 dargestellte Schwinger läßt sich auch als elektrischer Vierpol betreiben. Das entsprechende
elektrische Ersatzschaltbild ist in der Fig. 7 gezeichnet. Hierzu werden die Anschlußdrähte
32 und 33 miteinander verbunden. Der eine Pol der anregenden Spannung ist an den der
Silberschicht 31 zugeordneten Anschlußdraht 34 anzuschließen, während der andere Pol an die zwisehen
den Punkten 32 und 33 liegende Verbindungsleitung anzuschließen ist. Die Ausgangsspannung
kann von dem der Silberschicht 31' zugeordneten Anschlußdraht 35 und der zwischen den Punkten
32 und 33 liegenden Verbindungsleitung abgenommen werden. Legt man die in der Fig. 4
durch die Pfeile 36, 36', 37 und 37' angedeutete Polarisation zugrunde, dann ergibt sich ein Ersatzschaltbild
mit einer Eingangsquerkapazität Cp/2, einem Längsserienschwingkreis mit der Induktivität
4L, der Kapazität C/4 und dem Verlustwiderstand 4 R und einer am Ausgang liegenden Querkapazität
Cp/2. Zwischen der Ausgangsquerkapazität und dem Längsserienkreis liegt ein idealer Übertrager 39 mit
dem Übersetzungsverhältnis 1: — 1, was lediglich bedeutet, daß bei der .Resonanzfrequenz des Schwingers
die Ausgangsspannung in Gegenphase zur Ein-
. gangsspannung ist. Wählt man jedoch die Polarisation
der zu beiden Seiten der neutralen Faser liegenden elektrostriktiven Plättchen gleich (in der F i g. 4
durch das gestrichelt gezeichnete Pfeilpaar 38 und 38' und das Pfeilpaar 37 und 37' angedeutet), dann
fällt im Ersatzschaltbild der Fig. 7 der ideale Übertrager 39 fort, und die Klemmen 40 und 41
sind durchzuverbinden. Bei einer derart gewählten Polarisation der elektrostriktiven Keramik sind Eingangs-
und Ausgangsspannung bei der Resonanzfrequenz des Schwingers genau in Phase.
Die zur Gewinnung der Ersatzschaltbilder nach den Fig. 5 bis 7 angestellten Überlegungen gelten
in analoger Weise auch für den in der Fig. 3 dargestellten Biegungsschwinger, der je nach den praktischen
Erfordernissen als Zweipol oder als Vierpol zu betreiben ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
kann die Polarisation der elektrostriktiven Plättchen 19 und 20 gleich oder entgegengesetzt
sein mit der Polarisation der Plättchen 17 und 18. Wesentlich ist hierbei nur, daß die oberhalb der neutralen
Faser liegenden Plättchen entgegengesetzt zu den am gleichen Ort unterhalb der neutralen Faser
liegenden Plättchen polarisiert sind.
Ordnet man beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3 die elektrostriktiven Plättchen unsymmetrisch zum
Ort maximaler Auslenkung an und gibt den Pläjtchen 19 und 20 eine von den Plättchen 17 und 18
unterschiedliche Dicke, dann ergibt sich im Ersatzschaltbild der Fig. 7 je nach der Zuordnung der
Polarisation ein idealer Übertrager mit dem Über-
Setzungsverhältnis l:w bzw. 1:—it. Dabei werden
dann auch die Eingangs- und Ausgangsquerkapazitäten unterschiedlich groß, jedoch entspricht ihre
Summe der ersatzschaltbildmäßigen Gesamtquerkapazität.
Bei den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 bis 4 wurde als Resonatormaterial Stahl mit rechteckigem
Querschnitt angenommen. Praktisch die gleichen elektrischen Verhältnisse ergeben sich auch dann,
wenn das Resonatormaterial aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit hoher Güte, wie z.B.
Quarzglas, besteht, und auch dann, wenn die Resonatoren kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in der F i g. 8 ein Stimmgabelresonator dargestellt, bei
dem das erfindungsgemäße Anregungssystem verwendet ist. Ein derartiger Resonator wird mit Vorteil
bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen verwendet, weil dann die erheblich größere Länge eines
stabförmigen Biegeschwingers gleicher Frequenz ao unter Umständen störend ist. Da im Fußpunkt der
Stimmgabel außerdem ein Punkt vorhanden ist, an dem praktisch keine Bewegungen auftreten, kann die
Gabel in diesem Punkt außerordentlich starr in einem Gehäuse befestigt werden. Im Querschnitt der
aus Stahl bestehenden Stimmgabelarme 45 und 46 sind dünne Plättchen 47, 48, 49 und 50 aus einem
elektrostriktiven Material derart eingebracht, daß entlang der neutralen Faser die Spalte S und S' verbleiben.
An den Stimmgabelarmen sind Zuführungsdrähte 51, 52, 53 und 54 zum Anlegen einer elektrischen
Spannung befestigt. Die Polarisation der einzelnen Plättchen ist wiederum so gewählt, daß jeweils
die zu beiden Seiten der neutralen Faser liegenden Plättchen entgegengesetzt polarisiert sind, wie
es durch das Pfeilpaar 55 und 56 bzw. durch das Pfeilpaar 57 und 58 angedeutet ist. Dadurch führen
die Stimmgabelarme beim Anlegen einer elektrischen Wechselspannung beispielsweise an die Anschlußpunkte
51 und 52 ausgeprägte Biegeschwingungen aus, und zwar symmetrisch zur Mittellinie 59. Im
Ruhepunkt des Stimmgabelfußes, d.h. also in dem Punkt, in dem praktisch keine Bewegungen auftreten,
ist ein Haltedraht 60 vorgesehen, der der Verankerung des Stimmgabelresonators in einem nicht dargestellten
Gehäuse dient. Je nach der Art der verwendeten elektrostriktiven Keramik können die
Plättchen 47 bis 50 (wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 4) durch eine elektrisch leitende Schicht
unterteilt sein. Wird der Stimmgabelresonator lediglieh als Zweipol betrieben, dann kann eines der beiden
Anregungssysteme fortfallen. Wird der Resonator als Vierpol betrieben, dann kann an den Klemmen
53 und 54 die Ausgangsspannung abgenommen werden, wenn die Eingangsspannung an den Klemmen
51 und 52 liegt. Je nach der Zuordnung der Polarisation der im Stimmgabelarm 46 eingebrachten
Plättchen in bezug auf die Polarisation der im Stimmgabelarm 45 angeordneten elektrostriktiven
Plättchen läßt sich erreichen, daß die Ausgangsspannung bei der Resonanzfrequenz der Gabel entweder
in Phase oder in Gegenphase zur Eingangsspannung ist.
Claims (10)
1. Mechanischer Biegeschwinger, der durch Plättchen aus elektrostriktivem Material zu einem
Wandler für den Übergang von elektrischen Schwingungen auf mechanische Biegeschwingungen
und umgekehrt ausgebildet und vorzugsweise als Wandler eines mehrteiligen elektromechanischen
Filters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens je ein Plättchen mit zumindest näherungsweise senkrecht zur Längsachse des Biegeschwingers orientierter
Plättchenebene und vorzugsweise innerhalb des durch zwei benachbarte Schwingungsknoten begrenzten
Bereiches zu beiden Seiten der neutralen Faser des Biegeschwingers angeordnet ist,
und daß diese vorzugsweise in einer Querschnittsebene des Biegungsschwingers liegenden Plättchen
in einer zur Plättchenebene senkrechten Richtung entgegengesetzt polarisiert sind.
2. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise
symmetrisch zu beiden Seiten des Ortes maximaler Auslenkung des Biegeschwingers wenigstens je ein Paar von Plättchen elektrostriktiven
Materials angeordnet ist, und daß das eine Plättchenpaar der Schwingungsanregung dient,
während das andere Plättchenpaar die mechanischen Schwingungen in elektrische Schwingungen
umwandelt.
3. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus
elektrostriktivem Material bestehenden Plättchen je durch eine metallische Schicht, vorzugsweise
eine Silberschicht, unterteilt sind, die parallel zu den durch Länge und Breite des Plättchehs festgelegten
Begrenzungsflächen verläuft, und daß diese leitenden Schichten mit Anschlußdrähten
verbunden sind.
4. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Polarisation der unterhalb der neutralen Faser liegenden Plättchen in bezug auf die Polarisation
der oberhalb der neutralen Faser liegenden Plättchen derart gewählt ist, daß die Ausgangsspannung
in Phase mit der anregenden Spannung ist.
5. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Polarisation der unterhalb der neutralen Faser liegenden Plättchen in bezug auf die Polarisation
der oberhalb der neutralen Faser liegenden Plättchen derart gewählt ist, daß die Ausgangsspannung
in Gegenphase mit der anregenden Spannung ist.
6. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeschwinger aus Stahl besteht.
7. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeschwinger aus einem elektrisch nichtleitenden Material, vorzugsweise
Quarzglas, besteht.
8. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeschwinger rechteckigen Querschnitt aufweist.
9. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeschwinger kreisförmigen Querschnitt aufweist.
10. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES81418A DE1203321B (de) | 1962-09-12 | 1962-09-12 | Elektromechanischer Wandler |
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Date | Code | Title | Description |
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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