DE1280988B - Mechanischer Biegeschwinger - Google Patents
Mechanischer BiegeschwingerInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
H03h
Nummer: 1280988
Aktenzeichen: P 12 80 988.0-35 (S 85316)
Anmeldetag: 21. Mai 1963
Auslegetag: 24. Oktober 1968
Mechanischer Biegeschwinger
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, und bei dem Plättchen aus elektrostriktivem Material vorwiegend
innerhalb des durch zwei benachbarte Schwingungsknoten begrenzten Bereiches im Zuge des Biegeschwingers
angeordnet sind.
Es ist durch die österreichische Patentschrift 224 163 unter anderem bereits ein Biegeschwinger
bekanntgeworden, der als Doppelplatten-Biegekristall ausgebildet ist und der im wesentlichen aus einem
Einkristall aus Zinkoxyd besteht, wobei an zwei Flächen des Kristalls Anregungselektroden vorgesehen
sind. Für diese Anordnung ist es jedoch wesentlich, daß der gesamte Biegeschwinger aus einem
elektrostriktiven Material besteht.
Ferner ist eine stimmgabelförmige Anordnung bekannt, bei der die Schwingungsanregung durch im
Stimmgabelfuß angeordnete elektrostriktiv aktive Elemente erfolgt. Für die einwandfreie Funktion
dieser Anordnung ist es jedoch zwingend erforderlich, ein als Stimmgabel ausgebildetes schwingendes
Element zu verwenden.
Weiterhin ist bereits ein mechanischer Biegeschwinger vorgeschlagen worden, der durch Plättchen
aus elektrostritivem 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 und für den es wesentlich ist, 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. Bei diesem älteren Vorschlag wird
davon ausgegangen, beispielsweise bei stabförmigen Biegeschwingern Biegeschwingungen durch Ausnutzung
des sogenannten longitudinalen Piezoeffektes anzuregen, wozu wenigstens zwei Plättchen elektrostriktiven
Materials unmittelbar im Zuge eines Biegeschwingers angeordnet sind und die Schwingungsanregung in der Weise erfolgt, daß das eine Plätt-
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Witteisbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Dietwalt Thierbach, 8000 München;
Josef Adamietz, 8131 Traubing
chen einer Dehnung unterworfen wird, während sich das andere Plättchen gleichzeitig verkürzt. Wie sich
zeigt, werden derartige Biegeschwinger dann gegenüber mechanischer Erschütterung verhältnismäßig
empfindlich, wenn die in Schwingungsrichtung liegende Abmessung beispielsweise auf Grund der
geforderten Eigenresonanzfrequenz verhältnismäßig klein wird; darüber hinaus erschwert diese Forderung
wegen der verhältnismäßig geringen noch zur Verfügung stehenden Lötfläche auch die Herstellung
solcher Biegeschwinger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig
einfacher Weise zu begegnen und Biegeschwinger mit verhältnismäßig großer mechanischer Stabilität zu
schaffen.
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, und bei dem Plättchen aus elektrostriktivem Material vorwiegend
innerhalb des durch zwei benachbarte Schwingungsknoten begrenzten Bereiches im Zuge des Biegeschwingers
angeordnet sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Biegeschwinger
ein Schlitz vorgesehen ist, der sich von der äußeren Begrenzung bis etwa in den Bereich der
hinsichtlich Biegeschwingungen auftretenden neutralen Faser erstreckt, daß in diesen Schlitz wenigstens
ein mit Anregungselektroden versehenes Plättchen elektrostriktiven Materials eingebracht ist, das
in an sich bekannter Weise mit einer senkrecht zu den Anregungselektroden verlaufenden Vorpolarisation
versehen ist, und daß wenigstens zwischen einer der Anregungselektroden und dem Biegeschwinger
eine elektrisch isolierende Zwischenschicht liegt.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
809 628/1374
3 4
Die Fig. 1 zeigt einen mechanischen Biege- fahren stehen dann die Plättchen 6 und 10 wegen der
schwinger, der aus einem durchgehenden Stahlteil 5 bei der Abkühlung des Stahlteils 5 auftretenden
besteht, das mit einem Schlitz 7 versehen ist. Im Längenverkürzung unter einer mechanischen Vor-Schlitz
7 ist ein Plättchen 6 aus einer elektrostrik- spannung, die zweckmäßig so gewählt ist, daß eine
tiven Keramik (wie z. B. Bleizirkonat) eingebracht. 5 innige Verbindung der Plättchen 6 und 10 mit dem
Das elektrostriktive Plättchen 6 ist auf den dem Stahlteil zustande kommt.
Stahlteil zugekehrten Seiten mit metallischen Schich- In den Fig. 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele
ten 8 und 9, vorzugsweise Silberschichten versehen, dargestellt, bei denen zur Trennung der Anregungsdie
beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum elektroden nicht ein elektrostriktiv inaktives, sondern
auf das Keramikplättchen aufgebracht sind. Zwi- io ein elektrostriktiv aktives Material verwendet ist.
sehen der Silberschicht 9 und dem Stahlteil 5 liegt Der Schwinger gemäß der Fig. 3 besteht aus
ein Plättchen 10 aus einem elektrisch nicht leitenden einem durchgehenden Stahlteil 5, in das ein Schlitz 7
Material, das im Ausführungsbeispiel aus Quarzglas eingefräst ist. In den Schwingungsknoten 11 und 12
besteht. In den Schwingungsknoten 11 und 12 sind sind wiederum Drähte befestigt, die der Halterung
metallische Drähte 14 und 15 befestigt, die der Kopp- 15 des Schwingers in einem Gehäuse dienen. Zur besselung
mit weiteren Biegeschwingern eines mehrteiligen seren Übersicht sind diese Drähte sowie das GeFilters
oder der Verankerung des Schwingers in häuse in der Zeichnung nicht dargestellt. Im Schlitz 7
einem nicht näher dargestellten Gehäuse dienen. Auf sind zwei durch eine Silberschicht 28 getrennte
die Silberschicht^ ist ein Zuführungsdraht 16 aufge- Plättchen 20 und 21 aus einem elektrostriktiven Malötet,
der zu einer Anschlußklemme 1 führt. Im ao terial eingelötet. Mit der Silberschicht 28 ist ein Zu-Schwingungsknoten
12 ist ein weiterer Zuführungs- führungsdraht 31 verbunden, der zu einer Klemme 1
draht 17 befestigt, der zu einer Anschlußklemme 3 führt. Im Schwingungsknoten 12 ist am Stahlteil ein
führt. Um die Güte des Schwingers nicht nachteilig zu einer Anschlußklemme 3 führender Zuführungszu
beeinflussen, werden die Zuführungsdrähte 16 draht 30 befestigt. Die Polarisation des Plättchens
und 17 vorteilhafterweise aus einem möglichst leich- 35 20 ist zu der des Plättchens 21 entgegengesetzt geten
und flexiblen Material gebildet. Durch die strich- richtet, wie es durch die Pfeile 24 und 25 angedeutet
punktierte Linie 13 ist noch die sogenannte neutrale ist. Wird an die Klemmen 1 und 3 eine Wechsel-Faser
des Schwingers angedeutet, worunter diejenige spannung U angelegt, dann dehnen sich beispiels-Ebene
zu verstehen ist, in der die bei der Schwingung weise in der positiven Halbwelle beide Plättchen 20
auftretenden Zug- und Druckkräfte ihr Vorzeichen 30 und 21 unter dem Einfluß des elektrischen Feldes
umkehren. aus, während sie sich in der negativen Halbwelle zu-
In der Fig.2 ist eine Ansicht in Längsrichtung sammenziehen, wodurch der Schwinger zu Biegedes
in der Fig. 1 dargestellten Schwingers gezeich- schwingungen angeregt wird,
net, und zwar für den Fall, daß an die Klemmen 1 Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 ist
und 3 eine Wechselspannung U angelegt ist. Durch 35 eine Weiterbildung des in der F i g. 3 dargestellten
den Pfeil 18 ist eine dem elektrostriktiven Plättchen Schwingers in der Weise, daß der Schwinger außer
aufgeprägte Polarisation angedeutet, die beispiels- dem durch die Keramikplättchen 20 und 21 gebilweise
in der positiven Halbwelle der elektrischen deten Anregungssystem noch mit einem weiteren
Wechselspannung mit der elektrischen Feldrichtung elektrostriktiv aktiven System versehen ist. Dieses
übereinstimmt, in der negativen Halbwelle der elek- 40 besteht aus den Keramikplättchen 22 und 23, die in
irischen Wechselspannung entgegengesetzt zur Feld- einen weiteren, im Stahlteil 5 angeordneten Schlitz T
richtung orientiert ist. Entsprechend dieser Polarisa- eingebracht sind. Die Polarisation der Plättchen 22
tion dehnt sich das elektrostriktive Plättchen 6 unter und 23 ist wiederum entgegengesetzt gerichtet, wie
dem Einfluß des elektrischen Feldes aus. Da der es durch die Pfeile 26 und 27 angedeutet ist. Zwi-Schwinger
aus einem durchgehenden Stahlteil be- 45 sehen den Plättchen 22 und 23 liegt eine Silberschicht
steht, werden durch die Ausdehnung des Plättchens 6 29, auf die ein zu einer Anschlußklemme 2' führen-Biegekräfte
auf den Schwinger ausgeübt, der damit der Anschlußdraht 32 aufgelötet ist. Die die Plättentsprechend
den für die elastische Linie gültigen chen 20 und 21 trennende Silberschicht 28 ist mit
Gesetzen durchgebogen wird. Wenn sich die Polari- einem zu einer Klemme 1' führenden Anschlußdraht
tat der an die Klememn 1 und 3 angelegten Wechsel- 50 31 versehen. Vom Schwingungsknoten 12 des Stahlspannung
U umkehrt, zieht sich das Plättchen 6 zu- teiles führt ein weiterer Anschlußdraht 30 zu einer
sammen, wodurch sich der Schwinger in der ent- Klemme 3'.
gegengesetzten Richtung durchbiegt. Dieser Schwin- Legt man an die Klemmen Γ und 3' eine Ein-
gungszustand ist in der Fig. 2 nicht mehr dargestellt. gangswechselspannung Uc, dann führt der Schwinger
Wenn die Frequenz der Wechselspannung U zumin- 55 in der bereits beschriebenen Weise Biegeschwingundest
näherungsweise mit der Eigenfrequenz des gen aus. Auf Grund dieser Biegeschwingungen wer-Schwingers
übereinstimmt, dann führt dieser ausge- den die Plättchen 22 und 23 Dehnungen und Zuprägte
Biegeschwingungen im Takt der angelegten sammenziehungen unterworfen, so daß wegen des
Wechselspannung aus, und zwar symmetrisch zu piezoelektrischen Effektes zwischen der Silberschicht
einer durch die Schwingungsknoten 11 und 12 fest- 60 29 und dem Stahlteil 5 eine Wechselspannung entgelegten
Ebene. steht, deren Frequenz mit der Frequenz der anregen-Das elektrostriktive Plättchen 6 sowie das aus den Spannung übereinstimmt und die an den Klem-Quarzglas
bestehende Plättchen 10 können durch men 2' und 3' als Ausgangswechselspannung Ua ab-Lötung
im Schwinger befestigt sein. Hierzu ist es genommen werden kann.
allerdings erforderlich, auch das Quarzglasplättchen 65 Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die beiden
mit metallischen Belägen zu versehen. Es ist auch elektrostriktiv aktiven Systeme zu beiden Seiten der
möglich, die Plättchen 6 und 10 durch Einschrump- neutralen Faser des Schwingers gegeneinander verfen
im Stahlteil 5 zu befestigen. Bei diesem Ver- setzt angeordnet. Praktisch die gleichen elektrischen
Eigenschaften sind dann zu erreichen, wenn sich die elektrostriktiv aktiven Systeme genau gegenüberliegen,
oder wenn sie nur auf einer Seite der neutralen Faser in einem geeigneten Abstand voneinander
angeordnet sind.
Die F i g. 5 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild für den Fall, das der Schwinger zweipolig (vgl. F i g. 1
bis 3) betrieben wird. Zwischen den Klemmen 1 und 3 ergibt sich ein Impedanzverhalten, daß sich
durch einen Serienschwingkreis mit der Induktivität L, der Kapazität C und einem Verlustwiderstand
R, denen eine Kapazität C11 parallel geschaltet
ist, darstellen läßt.
Das elektrische Ersatzschaltbild eines als Vierpol betriebenen Schwingers (entsprechend der F i g. 4)
ist in der Fi g. 6 dargestellt. Den Eingangsklemmen Γ
und 3' ist eine Querkapazität Cp t nachgeschaltet, im
Längszweig liegt ein verlustbehafteter Serienschwingkreis mit der Induktivität L', der Kapazität C" und
dem Verlustwiderstand R', und am Ausgang liegt im Querzweig eine Parallelkapazität Cn 2. Zwischen den
Klemmen 2' und 3' tritt immer dann eine Ausgangswechselspannung TJa auf, wenn die Eigenfrequenz
des Schwingers wenigstens näherungsweise mit der Frequenz der Eingangswechselspannung U0 übereinstimmt.
In den F i g. 7 bis 9 sind stimmgabelförmige Biegeschwinger dargestellt, deren Verwendung vor allem
bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen vorteilhaft ist, da dort die größere Baulänge eines gleichfrequenten
Biegeschwingers unter Umständen störend wirkt.
Im Ausführungsbeispiel der F i g. 7 liegen zwischen den Gabelzinken eines stimmgabelförmigen
Biegeschwingers 35 zwei Plättchen 36 und 37 aus einer elektrostriktiven Keramik, deren Polarisation
im Sinne der Pfeile 39 und 40 entgegengesetzt gerichtet ist. Von einer die Plättchen 36 und 37 trennenden
Silberschicht 38 führt ein Anschlußdraht 41 zu einer Klemme 1. Ein weiterer Anschlußdraht 44 ist direkt
am Stahlteil der Stimmgabel befestigt und führt zu einer Klemme 3. Da im Stimmgabelfuß ein Punkt
liegt, in dem praktisch keine Bewegungen auftreten, wird dort zweckmäßig ein Haltedraht 42 befestigt,
der der Verankerung der Stimmgabel in einem nicht näher dargestellten Gehäuse dient. Beim Anlegen
einer Wechselspannung an die Klemmen 1 und 3 werden die elektrostriktiv aktiven Plättchen 36 und
37 Dehnungen und Zusammenziehungen unterworfen, die wegen der festen Verbindung dieser
Plättchen mit den Stimmgabelzinken auf die Stimmgabel übertragen werden. Die Stimmgabel wird
immer dann zu Schwingungen angeregt, wenn ihre Eigenfrequenz mit der Frequenz der an den Klemmen
1 und 3 angelegten Wechselspannung wenigstens näherungsweise übereinstimmt.
Der in der F i g. 8 dargestellte Stimmgabelresonator stimmt im wesentlichen mit dem in der F i g. 7
dargestellten überein. Jedoch liegt das elektrostriktiv aktive System hierbei in einem im Verbindungsstück
der beiden Gabelzinken vorgesehenen Schlitz 43. Bedingt durch den Aufbau können die in
den F i g. 7 und 8 gezeigten Stimmgabelresonatoren nur zweipolig betrieben werden, so daß ihr Verhalten
auf das elektrische Ersatzschaltbild der Fig.5 zurückzuführen ist.
Das Verhalten eines Vierpoles läßt sich mit dem in der F i g. 9 dargestellten Stimmgabelresonator erzielen.
Hierbei ist im Verbindungsstück der beiden Gabelzinken einer Stimmgabel 45 ein Schlitz 5 vorgesehen,
in den die Anregungssysteme eingebracht sind. Die Anregungssysteme bestehen aus zwei elektrostriktiv
aktiven Plättchen 46 und 47, zwischen denen ein Abstandsstück 53 aus einem elektrisch
nicht leitenden Material (z. B. Quarzglas) liegt, und deren Polarisation beispielsweise im Sinne der Pfeile
48 und 49 gewählt ist. Von der auf das Plättchen
ίο 46 aufgebrachten Silberschicht 50 führt ein Anschlußdraht
54 zu einer Klemme 1', von der auf das Plättchen 47 aufgebrachten Silberschicht 51 führt
ein Anschlußdraht 55 zu einer Anschlußklemme 2'. Ein weiterer Anschlußdraht 56 ist direkt mit dem
Stahlteil verbunden und führt zu einer Anschlußklemme 3'. Im Ruhepunkt der Stimmgabel 45 ist
wiederum ein Haltedraht 42 befestigt.
Wird an die Klemmen 1' und 3' eine Eingangswechselspannung Uc gelegt, deren Frequenz etwa mit
so der Eigenfrequenz der Stimmgabel übereinstimmt, dann führt diese Biegeschwingungen im Takt der
angelegten Wechselspannung aus. Auf Grund dieser Schwingungen wird das elektrostriktive Plättchen 47
gedehnt und zusammengezogen, so daß zwischen der Silberschicht 51 und dem Stahlteil 45 eine Wechselspannung
auftritt, die als Ausgangswechselspannung an den Klemmen 2' und 3' abgenommen werden
kann. Damit läßt sich der in der F i g. 9 dargestellte Stimmgabelresonator auf das Ersatzschaltbild der
F i g. 6 zurückführen. Praktisch die gleichen elektrischen Verhältnisse werden dann erreicht, wenn die
elektrostriktiv aktiven Systeme und das Abstandsstück 53 zwischen den beiden Gabelzinken (ähnlich
F i g. 7) angeordnet sind.
Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 10 ist in einem durchgehenden Stahlteil 5 ein Schlitz 7 vorgesehen,
in den vier hintereinanderliegende elektrostriktive Plättchen 60, 61, 62 und 63 eingebracht
sind. Die elektrostriktiven Plättchen sind durch Silberschichten 65, 66 und 67 voneinander getrennt.
Von der Silberschicht 65 führt ein Anschlußdraht 68 zu einer Klemme 1', von der Silberschicht 67 führt
ein Anschlußdraht 69 zu einer Anschlußklemme 2', und von der Silberschicht 66 führt ein Anschlußdraht
70 zu einer Klemme 3', die außerdem über einen weiteren Anschlußdraht 71 mit dem Stahlteil 5 in
elektrisch leitender Verbindung steht. In der Regel wird der Anschlußdraht 71 in einen der Schwingungsknoten
11 oder 12 mit dem Stahlteil verlötet. Wegen der leitenden Verbindung über die Drähte 70 und 71
liegt die Silberschicht 66 auf dem gleichen elektrischen Potential wie der Schwinger 5. Die Polarisation
der elektrostriktiven Plättchen ist so gewählt, daß jeweils zwei benachbarte Plättchen entgegengesetzt
polarisiert sind, wie es beispielsweise durch die Pfeile 73 bis 76 angedeutet ist.
Eine an den Klemmen 1' und 3' anliegende Eingangswechselspannung
erzeugt zwischen den Klemmen 2' und 3' in der bereits beschriebenen Weise immer dann eine Ausgangswechselspannung, wenn
die Frequenz der Eingangswechselspannung mit der Eigenfrequenz des Biegeschwingers zumindest näherungsweise
übereinstimmt. Ein gemäß der Fig. 10 aufgebauter Schwinger hat unter anderem den Vorteil,
daß im Stahlstab nur ein Schlitz vorzusehen ist, wodurch sich die mechanische Festigkeit des Schwingers
erhöht. Sein elektrisches Ersatzschaltbild entspricht der in der Fig. 6 dargestellten Schaltung.
In Weiterbildung des in der Fig. 10 dargestellten
Schwingers kann beispielsweise ein weiteres, durch eine metallische Zwischenschicht getrenntes Plättchenpaar
im Schlitz 7 angebracht werden, dessen elektromechanischer Kopplungsfaktor von dem der
übrigen Plättchen abweicht. Eine derartige Anordnung ermöglicht dann in einfacher Weise die Abnahme
einer zusätzlichen Signalspannung, die zur Steuerung weiterer Geräte verwendet werden kann.
In der Fig. 11 ist ein Biegeschwinger dargestellt,
dessen Schwingungsanregung über den sogenannten transversalen piezoelektrischen Effekt erfolgt. Im
StahlteilS ist ein Schlitz 7 vorgesehen, in den ein elektrostriktiv aktives Plättchen 80 eingelötet ist.
Auf das elektrostriktive Plättchen 80 sind Anregungselektroden 81 und 82 in Form von Silberschichten
aufgebracht, die über Zuführungsdrähte 83 und 84 mit den Anschlußklemmen 1 und 3 in Verbindung
stehen. Die Polarisation des elektrostriktiven Plättchens 80 ist durch den Pfeil 84 angedeutet. Beim ao
Anlegen einer Wechselspannung an die Klemmen 1 und 3 wird das Plättchen 80 gedehnt und zusammengezogen.
Diese Bewegung hat wegen des transversalen Effektes Dehnungen und Verkürzungen der
elektrostriktiven Keramik 80 zur Folge, die in der Bewegungsrichtung der mechanischen Dehnung des
Schwingers 5 liegen und diesen somit zu Biegeschwingungen anregen. Die in der Fig. 11 gewählte
Darstellung entspricht einem zweipoligen Schwinger und kann durch ein weiteres gleichartiges System zu
einem als elektrischer Vierpol arbeitenden Schwinger erweitert werden. Analog läßt sich dieses Anregungssystem auch bei den in den Fig. 7 bis 9 dargestellten
stimmgabelförmigen Schwingern verwenden und wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn nur schmale
Filterbandbreiten gefordert sind.
Claims (1)
- Patentansprüche: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 elektromechanisehen Filters vorgesehen ist, und bei dem Plättchen aus elektrostriktivem Material vorwiegend innerhalb des durch zwei benachbarte Schwingungsknoten begrenzten Bereiches im Zuge des Biegeschwingers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Biegeschwinger (5) ein Schlitz (7) vorgesehen ist, der sich von der äußeren Begrenzung bis etwa in den Bereich der hinsichtlich Biegeschwingungen auftretenden neutralen Faser (13) erstreckt, daß in diesen Schlitz (7) wenigstens ein mit Anregungselektroden (8,9) versehenes Plättchen (6) elektrostriktiven Materials eingebracht ist, das in an sich bekannter Weise mit einer senkrecht zu den Anregungselektroden (8, 9) verlaufenden Vorpolarisation (18) versehen ist, und daß wenigstens zwischen einer der Anregungselektroden (9) und dem Biegeschwinger (5) eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (10) liegt.2. Mechanischer Biegeschwinger nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegengesetzt polarisierte, durch eine elektrisch leitende Schicht (28) getrennte Plättchen (20, 21) elektrostriktiven Materials in dem im Biegeschwinger (5) angeordneten Schlitz (7) eingebracht sind.3. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Biegeschwinger (5) zwei nur auf einer Seite der neutralen Faser (13) liegende Schlitze angeordnet sind, in die mit Anregungselektroden versehene Plättchen aus elektrostriktivem Material eingebracht sind.4. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Biegeschwinger (5) zu beiden Seiten der neutralen Faser (13) liegende Schlitze (7, 7') angeordnet sind, in die mit Anregungselektroden versehene Plättchen (22, 23, 24, 25) aus elektrostriktivem Material eingebracht sind.5. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger die Form eines Stimmgabelresonators (35) hat und daß die mit Anregungselektroden versehenen Plättchen (36, 37) aus elektrostriktivem Material zwischen den beiden Gabelzinken angeordnet sind (F i g. 7).6. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger die Form eines Stimmgabelresonators (35) hat und daß die mit Anregungselektroden versehenen Plättchen (36, 37) aus elektrostriktivem Material in einem im Verbindungsstück der beiden Gabelzinken liegenden Schlitz (43) eingebracht sind.7. Mechanischer Biegeschwinger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den elektrostriktiven Plättchen (46, 47) ein Abstandsstück (53) aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Quarzglas, angeordnet ist (F i g. 9).8. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den im Biegeschwinger vorgesehenen Schlitz (7) ein mit Anregungselektroden (81, 82) versehene Plättchen (80) aus elektrostriktivem Material eingebracht ist, dessen Schwingungsanregung senkrecht zur gewünschten mechanischen Dehnung erfolgt.9. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (60, 61, 62, 63) aus elektrostriktivem Material mehrfach durch elektrisch leitende Zwischenschichten (65, 66, 67) unterteilt sind (F i g. 10).10. Mechanischer Biegeschwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Anregungselektroden versehenen Plättchen (ζ. Β. 24, 25) aus elektrostriktivem Material derart in dem im Biegeschwinger (5) angeordneten Schlitz (7) eingebracht sind, daß sie unter einer mechanischen Vorspannung vorgegebener Größe stehen.In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 224163;
USA.-Patentschrift Nr. 1781 513.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen809 628/1374 10.68 © Bundesdruckerei Berlin
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1781513A (en) * | 1928-05-15 | 1930-11-11 | Ets Edouard Belin | Electrical tuning fork |
AT224163B (de) * | 1960-04-07 | 1962-11-12 | Western Electric Co | Piezoelektrische Einrichtung |
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