DE1447995C3 - Elektromechanischer Wandler mit einem Piezo-Widerstandselement - Google Patents

Description

der biegsame Bereich zwischen diesen Hebelarmen durch den verbleibenden schmalen Stegabschnitt (140) am Boden des Querschlitzes (136) gebildet ist und das Piezo-Widerstandselement auf der dem Stegabschnitt (140) abgewandten Seite des Trägers befestigt ist und den Querschlitz (136) überbrückt.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezo-Widerstandselement (150) in einer in Längsrichtung des Trägers (126) quer zum Querschlitz (136) verlaufenden Längsnut eingebettet ist.

4. Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (126) aus Isoliermaterial besteht und sowohl auf der ununterbrochenen Rückseite als auch auf den beiden oberen durch den Querschlitz voneinander getrennten Hebelarmseiten Leiterbeläge (130, 132 e, 132/) angebracht sind und das Piezo-Widerstandselement elektrisch mit den beiden durch den Querschlitz (136) voneinander getrennten Leiterbelägen (132 e und 132/) verbunden ist.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der untere durchgehende Leiterbelag (130) am einen Ende (142) des Trägers (126) mit dem einen oberen Leiterbelag (132/) verbunden ist (Brücke 138).

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Verjüngung des Wirkabschnittes (159) des Wider-Standselements so gewählt ist, daß die Eulersche Knickspannung besonders groß ist.

7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Träger aus einem Piezo-Widerstandsmaterial besteht.

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler mit einem auf einem Träger befestigten Piezo-Widerstandselement, das zwischen zwei flachen Befestigungsabschnitten einen verjüngten Wirkab-

Schließlich ist es bei einem Mikrophon bekannt, das hierbei verwendete Piezo-Widerstandselement in Form eines zylinderförrnigen Halbleiterkörpers mit einem verjüngten Wirkabschnitt auszubilden und den Verlauf dieser im Querschnitt ebenfalls runden Verjüngung so zu wählen, daß die Eulersche Knickspannung besonders groß ist. Das Widerstandselement ist dabei mit den runden Stirnflächen seiner zylinderförmigen Befestigungsabschnitte zwischen Membran und einer Stellschraube des Mikrophons frei gehalten (DT-PS 1 168 971). Auch hier ist dieses Widerstandselement keinen Biegespannungen ausgesetzt, im Gegenteil, solche Biegespannungen sollen hier gerade vermieden werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wandler der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß er einen größeren Wirkungsgrad und eine größere Empfindlichkeit besitzt und trotzdem einen sehr einfachen gedrungenen und robusten Aufbau ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wandler nach dem Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wandlers ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch das funktionell Zusammenwirken der im Hauptanspruch aufgezeigten Kombinationsmerkmale wird der überraschende Vorteil erzielt,, daß ein solcher Wandler eine sehr große Empfindlichkeit besitzt und noch dazu eine lineare Abhängigkeit zwischen der an ihm angelegten mechanischen Druckspannung und der abgegebenen elektrischen Spannung. Neben der vorherrschenden Druck- und Zugbeanspruchung des Widerstandselements, die bei dem erfindungsgemäßen Wandler überwiegt, wird nämlich auch noch eine geringfügige Biegebeanspruchung auf das Widerstandselement übertragen, was auf die biegsame Ausbildung des Trägers zurückzuführen ist. Eine solche geringfügige Biegekraft wird aber nur in dem verjüngten Wirkabschnitt des Widerstandselements wirksam, was auf die Lage biegsamen Bereichs in bezug auf diesen Wirkabschnitt zurückzuführen ist. Es sind daher keine Brüche des sehr empfindlichen Widerstandselements zu befürchten, denn diese Biege-

spannungen werden gleichmäßig über das Element verteilt. Durch diese zusätzliche geringfügige Verbiegung, die ihrerseits eine Spannungserzeugung zur Folge hat, wird die Kennlinie eines solchen Widerstandselements linearisiert. Ein erfindungsgemäßer Wandler eignet sich wegen seiner extrem linearen Kennlinie besonders gut als Tonabnehmer, zumal er sehr klein und leicht auswechselbar ausgebildet werden kann.

seite als auch in die Unterseite des Materials Nuten 160, 160 einätzt. Der schmalere Verbindungsabschnitt, der hierbei eine Eulersche Säule 159 bildet, hat an seiner dünnsten Stelle in waagerechter Richtung eine Dicke von etwa 0,18 mm und in senkrechter Richtung eine Dicke von etwa 0,025 mm. Hierbei ist die Querschnittsform nicht rechteckig, sondern mehr oder weniger oval. .

Das die Elektroden 133 und 135 tragende Ende

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- ίο 144 des Wandlers kann in einem Sockel od. dgl. eintischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher gesetzt werden. Das von diesem Sockel abgewandte erläutert. · andere Ende, des Wandlers 100 kann sich ungehin-

Fig. 1 bis 3 zeigen mögliche Ausführungsformen dert um das Gelenk 140 drehen, wie es in Fig. 1 für einen erfindungsgemäßen Wandler; bei A durch einen gekrümmten Pfeil angedeutet ist.

Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele für das 15 Bei einer solchen Drehung tritt eine verringerte Behierbei anwendbare Piezo-Widerstandselement; wegung zwischen den Oberkanten des Querschlitzes

F i g. 6 zeigt an Hand eines Diagramms die Ände- 136 auf, wobei das zwischen diesen Oberkanten anrung der Streckgrenze des Widerstandselements in geordnete Piezo-Widerstandselement dadurch bean-Abhängigkeit von seiner Querschnittsfläche. spracht wird, daß es abwechselnd gedehnt und zu-

Der Wandler 100 nach F i g. 1 umfaßt einen Träger 20 sammengedrückt wird, wenn das freie Ende 142 bei- 126, der durch einen Querschlitz 136 in zwei Hebel- spielsweise durch die Nadel eines Tonabnehmers arme 122 und 124 geteilt ist. Quer über dem relativ Schwingungen ausführt.

schmalen Querschlitz 136 ist das Piezo-Widerstands- Der Wirkungsgrad wird durch die Verwendung

element 150 befestigt, das im Bereich dieses Quer- einer Verbindung erhöhter Biegsamkeit verbessert, Schlitzes gedehnt und zusammengedrückt werden 25 die im Vergleich zu dem Piezo-Widerstandselement kann, ohne auszuknicken. eine sehr kleine Torsionskonstante aufweist. Das

Der Träger 126 besteht aus einem geschichteten
Isoliermaterialkörper mit Leiterbelägen 130 und 132,
z. B. aus Kupfer. Bei einer zweckmäßigen Ausbildungsform hat der Träger eine Länge von etwa 30 lieh ist, um den Wandler mit Piezo-Widerstands-10 mm, eine Breite von etwa 1,5 mm und eine Dicke element auszubiegen, sehr klein sein. Zu diesem von etwa 0,5 mm.

Der untere Belag 130 ist ungeteilt. Der Querschlitz 136 ist so ausgebildet, daß an dieser Stelle die Dicke

des Trägers 126 möglichst gering wird. Die Breite 35 rückbleibt, der die beiden Hebelarme 122 und 124 des Schlitzes 136 beträgt in Richtung der Längsachse verbindet. Die Drehachse ist praktisch an dem biegsamen Bereich 140 selbst angeordnet, so daß an dieser Stelle nur eine sehr geringe Torsionskonstante zur Wirkung kommt. In der Praxis kann eine etwas 40 größere Torsionskonstante, als sie durch den Kupferbelag 130 gebildet wird, erzeugt werden, indem man z. B. eine kleine Menge des Trägermaterials am Boden des Querschlitzes beläßt, so daß dieses Material die Verbindung erhöhter Biegsamkeit in einem ge-45 wissen Ausmaß unterstützt, wobei immer noch die Torsionskonstante um die Drehachse auf einem Betrag von weniger als etwa 5 °/o der Torsionskonstante des Piezo-Widerstandselementes selbst gehalten wird. Die Verbindung erhöhter Biegsamkeit verursacht nur

den Ende 144 des Trägers 126 bildet den einen An- 50 eine sehr geringe Steifigkeit um die Schwingungsschluß 133, und das diesem Ende 144 zugewandte achse X-X, und sie verleiht dem Wandler eine erheb-Ende des Belages 130 bildet den zweiten Anschluß
135 des Wandlers.

Das Piezo-Widerstandselement 150 ist flach ausgebildet und besitzt die Umrißform einer Sanduhr, d. h., es weist zwischen zwei flachen Abschnitten 154 und

heißt, die Kraft, die erforderlich ist, um das freie Ende 142 ohne Piezo-Widerstandselement auszulenken, soll im Vergleich zu der Kraft, die erforder-

Zweck wird im wesentlichen das gesamte Trägermaterial an dem biegsamen Bereich entfernt, so daß im wesentlichen nur noch der dünne Belag 130 zu-

des Trägers etwa 0,25 mm. Die Leiterbeläge 130 und 132 haben eine Dicke im Bereich von etwa 0,0125 bis etwa 0,075 mm, beispielsweise von nur etwa 0,033 mm.

Der Querschlitz wird z. B. mit einer Diamantsäge eingeschnitten. Als Trägermaterial wird vorzugsweise Epoxyharz mit einer Glasfaserbasis verwendet, das bei den anzuwendenden Löttemperaturen keine Verformung erleidet und nicht zerstört wird.

Ein Ende 142 des Trägers wird mit dem metallischen Belag 138 überzogen und so der eine Metallabschnitt 132/ mit dem unteren Belag 130 elektrisch verbunden. Der Abschnitt 132 e am gegenüberliegen-

156 einen schmaleren Verbindungsabschnitt auf. Die Abschnitte 154 und 156 sind mit den Abschnitten 132 e und 132/ auf beiden Seiten des Querschlitzes 136 verlötet.

Ein solches Piezo-Widerstandselement 150 kann, wie F i g. 5 zeigt, aus einem flachen Piezo-Widerstandsmaterial mit einer Dicke von etwa 0,125 mm und einer Länge von etwa 1,9 mm hergestellt werden.

liehe Starrheit um die neutrale Achse Z-Z und eine mittlere Steifigkeit gegen eine Durchbiegung um die Achse Y-Y.

Das freie Ende 142 schwingt um eine Schwingachse X-X, die parallel zu dem Schlitz 136 verläuft, so daß das Piezo-Widerstandselement längs einer zur Längsachse der Unterstützung parallelen Beanspruchungsachse gedehnt und zusammengedrückt wird. Jedoch kann nur eine sehr geringe Bewegung um die neutrale Achse Z-Z eintreten, die rechtwinklig zu den beiden anderen Achsen verläuft.

Der dynamische Widerstand der hier beschriebenen Piezo-Widerstandselemente 150 beträgt etwa

Der schmalere Verbindungsabschnitt wird in der 65 100 Ohm. So macht es keine Schwierigkeiten, den Weise hergestellt, daß man in die Längskanten des effektiven Eingangswiderstand eines Verstärkers an Materials Schlitze 158, 158 einätzt, deren Breite etwa den effektiven Widerstand des Piezo-Widerstands-0,2 mm beträgt, und daß man sowohl in die Ober- elements anzupassen.

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F i g. 2 und 3 zeigen die Anwendung eines gemäß von 0,28 mm. Die Anschlußabschnitte haben im der Erfindung aufgebauten Wandlers als Beschleuni- Grundriß eine quadratische Form, und ihre Seitengungsmesser. Gemäß F i g. 2 sind zwei Piezo-Wider- länge beträgt etwa 1,3 mm. Der schmalere Verbinstandselemente 150 a und 150 b vorgesehen, die dungsabschnitt wird durch zwei einander gegenüber-Rücken an Rücken mit Hilfe eine elektrisch nicht 5 liegende Nuten 216 abgegrenzt, die auf beiden Seiten leitenden Schicht 151 miteinander verbunden sind. des Elements vorgesehen sind, sowie durch zwei Der Abschnitt 154 a eines der Piezo-Widerstands- weitere Nuten 218 auf der Oberseite und der Unterelemente, z.B. des Elements ISOb, wird durch einen sehe des Elements. Die Nuten 216 haben an ihren Gegenstand 152 unterstützt, der Beschleunigungen inneren Enden halbzylindrische Bodenflächen. Der ausgesetzt ist, während sich der andere Abschnitt 156 α ίο Radius dieser Bodenflächen beträgt etwa 0,3 mm. Die über die Unterstützung 152 hinaus erstreckt und an Nuten 218 werden auf eine Tiefe von etwa 0,07 mm seinem äußeren Ende eine Masse M trägt, die mit Hilfe eingeschnitten. Hierbei hat der dünnere Verbindungseines Drahtes W an dem Element aufgehängt ist. Bei abschnitt einen Querschnitt von etwa 0,15X0,15 mm, dieser Anordnung wirkt praktisch jedes der Piezo-Wi- und die kleinste Querschnittsfläche beträgt etwa derstandselemente gegenüber dem anderen Element 15 0,0002 cm². Der Verbindungsabschnitt hat nahezu als Verbindung erhöhter Biegsamkeit. Jedes Element einen quadratischen Querschnitt, doch wird er durch ist um die Drehachse X-X nachgiebig, jedoch um die einen chemischen Ätzvorgang an den Kanten etwas neutrale Achse Z-Z steif, d. h. längs der Achse, die abgerundet. Dieser Abschnitt ist mit den Anschlußparallel zu der Richtung verläuft, in welcher die abschnitten durch zügig abgerundete, sich nach außen Kraft auf das Ende des angelenkten Trägers auf ge- 20 verbreiternde Abschnitte verbunden,
bracht wird, um zu bewirken, daß der freie Teil des Der zwischen den Anschlußabschnitte liegende Trägers gegenüber dem verankerten oder feststehen- Abschnitt 210 des Piezo-Widerstandselements nach den Teil um den biegsamen Bereich gedreht wird. Fig. 4 bildet praktisch eine Eulersche Säule von geWenn man die jeweils einer Eulerschen Säule ent- ringer Länge mit der Umrißform einer Sanduhr, und sprechenden Abschnitte 159 α sehr breit und über die 25 diese Säule wird in seitlicher Richtung nicht unterganze Breite jedes Elements sehr dünn ausbildet, stützt. Die Länge α des Verbindungsabschnittes ist weist jeder Abschnitt 159 a eine ausreichende Festig- etwas größer als seine kleinste Dicke. In jedem Fall keit auf, so daß er selbst als Verbindung erhöhter ist die Länge des Verbindungsabschnittes kleiner als Biegsamkeit wirken kann. Bei der Anordnung nach die Länge (etwa das Drei- bis Vierfache der kleinsten F i g. 2 wirkt somit jeder der breiten Abschnitte 159 α 30 Dicke des Verbindungsabschnittes), die zu einem als gelenkiger Träger für das andere Element. Ausknicken der Säule führen könnte.

Der Wandler 153 trägt an seinem äußeren Ende Die Bedeutung der Verwendung eines Verbindungseine Verbindungsleitung 138 a. Ferner sind an ihm abschnittes von kleineren Abmessungen, der nicht Zuleitungen 155 und 155 a vorgesehen, die ebenso ausknicken kann, liegt darin, daß dieser Abschnitt wie eine Zuleitung 157 an der Unterstützung 152, 35 des Piezo-Widerstandselements bis zur Zerstörung z. B. mit einer Brückenschaltung verbunden werden zusammengedrückt werden kann, ohne auszuknicken. können. Diese Tatsache erleichtert das Ansprechen auf Druck-Gemäß Fig. 3 ist eine MasseM an einem Ende und Zugbeanspruchungen über einen großen Beaneines Trägers 161 befestigt, dessen anderes Ende fest spruchungsbereich, ohne daß der Wandler durch eine mit einem Gegenstand 162 verbunden ist, der Schwin- 40 statische Zugkraft vorgespannt wird. Hierdurch vergungen oder andere beschleunigte Bewegungen längs doppelt sich praktisch der Beanspruchungsbereich, einer Achse Z-Z ausführen kann, die rechtwinklig innerhalb dessen das Element benutzt werden kann, zur Längsachse des Trägers 161 verläuft. Auf der ohne einer Vorspannkraft ausgesetzt zu sein,
ebenen Oberseite des Trägers 161 ist ein Piezo- Bei der Herstellung der erflndungsgemäßen Piezo-Widerstandselement auf beiden Seiten einer Nut 164 45 Widerstandselemente kann man verschiedene Arten befestigt, und ein weiteres Element ist auf beiden von Piezo-Widerstandsmaterial verwenden. Am Seiten einer zweiten Nut 166 an der Unterseite des besten geeignet sind Halbleitermaterialien, z. B. SiIi-Trägers befestigt. Die Nuten begrenzen einen bieg- zium, das mit einer kleinen Menge Bor gedopt worsamen Bereich, an dem die größte Durchbiegung des den ist. Zu den weiteren brauchbaren Materialien Trägers auftritt, wodurch die Empfindlichkeit der 50 gehört auf geeignete Weise gedoptes Germanium, Anordnung erhöht wird. Siliziumkarbid und Galliumarsenid. Ein Material mit Bei dem Beschleunigungsmesser nach F i g. 3 wird einem Widerstand von 3 Ohm-cm bei Raumtempedas obere Piezo-Widerstandselement gedehnt, wäh- ratur (unbeansprucht) hat sich als sehr zweckmäßig rend das untere Element zusammengedrückt wird, erwiesen. Bei einem solchen Material besitzt das und das obere Element wird zusammengedrückt, wenn 55 Dehnungsmesserelement mit den vorstehend angegedas untere Element gedehnt wird. Somit nimmt der benen Abmessungen einen Widerstand von etwa Widerstand eines der Piezo-Widerstandselemente ab, 350 Ohm. Dieser Widerstand macht das Element wenn der Widerstand des anderen Elements zunimmt, sehr geeignet zur Verwendung als Dehnungsmesser, und umgekehrt. Einerseits ist der Widerstand genügend klein, so daß F i g. 4 zeigt Einzelheiten des Piezo-Widerstands- 60 eine übermäßige Aufnahme von Störsignalen, die auf elements 200 gemäß Fig. 3. Die Umrißform des Starkstromleitungen u. dgl. zurückzuführen sind, verElements 200 entspricht derjenigen einer Sanduhr, mieden wird, jedoch ist der Widerstand andererseits d. h., es sind zwei größere Abschnitte 212 vorhanden, genügend groß, um eine Anpassung an andere Widermit denen zwei elektrische Leitungen 214 leitend ver- stände einer Brückenschaltung oder die Anpassung bunden sind. Das Piezo-Widerstandselement nach 65 an einen Verstärker zu erleichtern, was insbesondere F i g. 4 hat die Form eines Klotzes von rechteckigem dann gilt, wenn es sich um Festkörperschaltungen Querschnitt mit einer Gesamtlänge L von 2,5 mm, handelt. Im allgemeinen läßt sich ein Widerstand eine Gesamtbreite W von 1,3 mm und eine Dicke H zwischen 10 und 3000 0hm leicht erzielen.

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Die maximale positive Dehnung oder Längung, die innerhalb deren die Zugfestigkeit im wesentlichen

noch nachgewiesen werden kann, richtet sich nach konstant und von der Querschnittsfläche unabhängig

der Streckgrenze des Materials des Dehnungsmesser- ist. Praktisch ist die Streckgrenze des Materials unter-

elements bei einer Beanspruchung durch Zugkräfte. halb dieser Zone höher als oberhalb derselben, doch

Die maximale negative Beanspruchung oder Zusam- 5 variiert sie aus noch nicht geklärten Gründen im

mendrückung, die noch nachgewiesen werden kann, umgekehrten Verhältnis zur Querschnittsfläche. Bei

richtet sich nach der maximalen Last, die das Piezo- der vorteilhaftesten Ausbildungsform der Erfindung

Widerstandselement aufnehmen kann, ohne zerstört wird die Querschnittsfläche des Verbindungsabschnitts

zu werden. Die Messung dieser Widerstandsänderun- so gewählt, daß sie innerhalb der Zone konstanter

gen wird durch die Tatsache erleichtert, daß durch io Zugfestigkeit (Dyn) liegt.

den dünnen Verbindungsabschnitt des Piezo-Wider- In F i g. 6 ist eine graphische Darstellung der Änstandselements starke Ströme geleitet werden können, derung der Streckgrenze in Abhängigkeit von der ohne daß eine Überhitzung zu befürchten ist. In der Querschnittsfläche für einen dünnen Stab aus SiIi-Praxis zeigt es sich, daß Änderungen des Widerstan- zium wiedergegeben. Man erkennt, daß der Streckdes um ±20%> innerhalb des Beanspruchungs- 15 grenzenmodul einen Wert von 3· 10¹⁰Dyn/cm² hat, bereichs auftreten, innerhalb dessen Messungen wenn die Querschnittsfläche etwa 2 · 10~⁵ cm² bedurchgeführt werden können, ohne daß eine Be- trägt, und daß sich ein Wert von 4 · 10⁹ Dyn/cm² Schädigung des Elements zu befürchten ist. Tatsäch- ergibt, wenn die Querschnittsfläche etwa 2 · 10~⁴ cm² lieh kann eine Widerstandsänderung von 45Vo auf- beträgt, und daß der Streckgrenzenmodul im umgetreten, bevor das Element zerstört wird. Bei kleinen 20 kehrten Verhältnis zur Querschnittsfläche in dem Querschnittsflächen im Faserbereich wurden Wider- Zwischenbereich variiert, bei dem es sich um die Standsänderungen von ± 6O°/o vor dem Eintreten des Zone Z einer im wesentlichen konstanten Streckkraft Bruchs beobachtet. handelt. Der Streckgrenzenmodul von 4-10⁹Dyn/

Die Empfindlichkeit eines Piezo-Widerstandsele- cm², der für Stäbe von großem Querschnitt charakments hängt davon ab, in welcher Richtung die Be- 25 teristisch ist, wird als Grundwert bezeichnet. Der anspruchung bezüglich der Achse des Kristallgefüges Querschnittsbereich, unterhalb dessen sich der Streckaufgebracht wird. Bei Silizium wird eine maximale grenzenmodul gegenüber dem vorstehenden Wert Empfindlichkeit in der (111)-Richtung erzielt. Daher erhöht, wird als Faserbereich bezeichnet,
wird das Dehnungsmesserelement so hergestellt, daß Wenn man den Querschnitt des Piezo-Widerstandsdie Beanspruchungsachse Y-Y längs der (lll)-Rich- 30 elements in die Zone der konstanten Streckgrenze tung des Kristalls verläuft. Damit optimale Ergeb- verlegt, ist die Obergrenze der Beanspruchung, die nisse erzielt werden, wird das Piezo-Widerstands- nachgewiesen werden kann, ohne daß eine Reckung element als Einkristall hergestellt. eintritt, von der Querschnittsfläche unabhängig und

Das Piezo-Widerstandselement 150 nach F i g. 5 daher im wesentlichen frei von Änderungen, die sich ähnelt bezüglich seiner Konstruktion und Zusammen- 35 andernfalls als Folge von Querschnittsunterschieden Setzung weitgehend dem Piezo-Widerstandselement zwischen verschiedenen Piezo-Widerstandselementen 200 nach Fig. 4. Jedoch ist gemäß Fig. 5 aus noch ergeben könnten. Arbeitet man in diesem Bereich, zu erläuternden Gründen ein Verbindungsabschnitt kann man den Widerstandswert innerhalb eines von kleinerem Querschnitt vorgesehen. Vorzugsweise großen Bereichs von Werten wählen, ohne den Verwerden die Piezo-Widerstandselemente so hergestellt 4° lauf der Reckkraft zu ändern. Messungen der Widerbzw, unterstützt, daß der einer Beanspruchung aus- Standsänderung werden durch die Tatsache erleichgesetzte aktive Teil des Elements eine Eulersche tert, daß starke Ströme durch den Verbindungs-Säule bildet. Wenn man einen sehr kleinen Quer- abschnitt des Dehnungsmesserelements geleitet werschnitt im Faserbereich vorsieht, läßt sich ein höherer den können, ohne daß eine Überhitzung eintritt; dies effektiver elektrischer Widerstand des aktiven Ab- 45 ist auf die Wärmeaufnahmewirkung der größere Abschnitts erzielen. Gleichzeitig kann man die im fol- messungen aufweisenden Endabschnitte zurückzugenden beschriebene anomale Erscheinung vorteil- führen.

haft ausnutzen, gemäß welcher sich eine Er- Bei dem Piezo-Widerstandselement nach Fig. 1,

höhung der Streckgrenze des Piezo-Widerstandsele- das sich bis jetzt am besten bewährt hat, beträgt die

ments ergibt, wenn man die Querschnittsfläche ver- 5° kleinste Querschnittsfläche 5 · 1O^-5Cm². Diese Quer-

kleinert. schnittsfläche liegt im Faserbereich und praktisch

Wenn man die Querschnittsfläche des Verbindungs- auch in dem Bereich, in welchem die Bruchkraft von

abschnitts verkleinert, zeigt es sich, daß die Streck- der Querschnittsfläche unabhängig ist und praktisch

grenze (Dyn/cm²) eine anormale Zone durchläuft, nahe der Schulter der Zugfestigkeitskurve liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Elektromechanischer Wandler mit einem auf einem Träger befestigten Piezo-Widerstandselement, das zwischen zwei flachen Befestigungsabschnitten einen verjüngten Wirkabschnitt mit allmählichen Übergangsbereichen aufweist und das mit seinen flachen Befestigungsabschnitten an dem Träger befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) die Befestigungsabschnitte (154,156; 212) jeweils nur mit einer Flachseite flach auf der Oberseite des Trägers (126) befestigt sind und schnitt mit allmählichen Ubergangsbereichen aufweist und das mit seinen flachen Befestigungsabschnitten an dem Träger befestigt ist.

   Es ist ein Wandler dieser Art bekannt (US-PS 3 089 108, Fig. 18), bei dem der Träger durch zwei gegenüberliegende Platten gebildet ist, zwischen denen frei tragend die relativ dünnen und damit sehr empfindlichen Widerstandselemente befestigt sind. Die flachen Enden der Widerstandselemente sind dabei in entsprechend flachen Schlitzen dieser Platten eingesetzt.

   Bei einem anders aufgebauten Wandler dieser Art, bei dem das Widerstandselement durch zwischen Bolzen gespannte Widerstandsdrähte gebildet ist und

   b) der Träger (126) aus zwei Hebelarmen (122, 15 der damit auf einem anderen physikalischen Grundprinzip, nämlich der Dehnung von Widerstandsdrähten beruht, ist es bekannt, diese die Drähte aufnehmenden Bolzen jeweils an einem Träger anzubringen, der aus zwei gelenkig miteinander verbun-

   im Abstand liegenden Bereich (140) biegsam 20 denen Hebelarmen besteht (US-PS 2 909 744). Die miteinander verbunden sind. Widerstandsdrähte sind dabei so gespannt, daß sie

   2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jeweils diesem zwischen den Hebelarmen gebildeten zeichnet, daß die beiden Hebelarme (122, 124) Gelenk unmittelbar gegenüberliegen. Das Widerdurch einen in der Mitte mit einem Querschlitz Standselement dieses bekannten Wandlers kann keine (136) versehenen Längsträger (126) gebildet sind, 25 Biegespannungen umsetzen.

   124) gebildet ist, die in einem dem verjüngten Wirkabschnitt (159) des Piezo-Widerstandselements gegenüber und von den Befestigungsstellen des Widerstandselements (150)