DE2045214B2 - Piezoelektrische Kristallanordnung - Google Patents
Piezoelektrische KristallanordnungInfo
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Description
herausragen.
Wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht, enthält die
Anordnung ein piezoelektrisches Kristall-Element 20, einen ringförmigen Rahmen 22, ein Paar von kappenähnüchen Endgliedern 24 und 26 sowie ein Paar von
Endabdeckungen 28 und 30.
Das piezoelektrische KristallelemeiK 20 ist üblicherweise aus Quarz oder einem anderen piezoelektrischen
Material geschnitten oder geformt und kann beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von
etwa 1,25 cm und eine Dicke in der Größenordnung von einigen wenigen Zehntel-Millimetern abhängig von den
gewünschten Frequenzcharakteristiken haben. Jede der einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Elementes 20 weist eine im allgemeinen kreisförmige Elektrode
32 aus einem geeigneten elektrisch leitenden Elektrodenmaterial auf, das über dem zentralen Abschnitt der
entsprechenden Stirnfläche des Elementes 20 liegend befestigt ist Gold, Silber und verschiedene Legierungen
können für derartige Elektroden 32 benutzt werden. Derartige dünne Schichten aus leitendem Metall können
mittels üblicher Techniken, wie beispielsweise Plattieren, Aufstäuben od. dgl. befestigt werden. Ein im
allgemeinen ringförmiger Randabschnitt 34 jeder Stirnfläche des Elements 20, der abgeflacht oder dünner
als der Zentralabschnitt des Elements 20 sein kann, liegt außerhalb der Elektrode.
Ein Kontaktteil 36 ist für jede Elektrode 32 vorgesehen und erstreckt sich von letzterer in im
allgemeinen radialer Richtung auf die Peripherie des Elements 20 zu. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktteile 36 und 36' (vgl. F i g. 4) in
derzeit üblicher Ausbildung gezeigt, indem sich diese in entgegengesetzten Richtungen und im wesentlichen
durchgehend zu dem Rand des Elements 20 erstrecken, wie es infolge der Halterung und elektrischen
Ankopplung bei üblichen Kristallanordnungen erforderlich ist Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß
keines dieser Erfordernisse bei den Kontakiteilen 36 für die Benutzung bei der Anordnung 10 entsprechend der
Erfindung wesentlich sind, wodurch jede Empfindlichkeit bezüglich der relativen Orientierung der Kontaktteile 36 ausgeschlossen und außerdem eine Einsparung
von teurem Elektrodenmaterial möglich wird, indem die Kontaktteile 36 in einem gewissen Abstand von der
Peripherie des Elements 20 enden. Es sollte ebenfalls darauf geachtet werden, daß die Breite der Kontaktteile
36 üblicherweise geringer als der Durchmesser der Elektrode 32 ist, um teures Elektrodenmaterial zu
sparen und unerwünschtes Dämpfen der piezoelektrischen Charakteristiken des Elements 20 zu vermeiden.
Für einen wirksamen Betrieb des Elements 20 reicht es aus, wenn die Elektrode 32 nur mit dem zentralen
Abschnitt jedes der einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Elements 20 angeschlossen ist.
Der Rahmen 22 besteht aus geeignetem elektrisch isolierendem Material und ist mit einer äußeren
peripheren Wand 38 versehen sowie mit einer inneren peripheren Wand, die eine öffnung 40 festlegt. Wie
dargestellt und entsprechend dem Kristallelement 20 von kreisförmiger Gestalt ist der Rahmen 22 ringförmig
und im allgemeinen als röhrenförmige Hülse mit wesentlich geringerer Dicke als Durchmesser ausgebildet. Wenn jedoch beispielsweise ein Kristallelement 20
von rechteckförmiger Gestalt angeordnet werden soll, kann der Rahmen 22 und die nachfolgend beschriebenen
Bauelemente der Kombination ähnliche Formen haben.
42 mit einer zentralen öffnung 44 darin und einen
Flansch 46 auf, der sich seitlich von der Peripherie der Endwand 42 erstreckt Die Flansche 46 haben einen
inneren Durchmesser oder Abmessungen, die ein
Aufpassen der kappenähnlichen Glieder 24 und 26 auf
die entgegengesetzten Enden des hülsenförmigen Rahmens 22 ermöglichen, wobei die Flansche 46 mit der
äußeren peripherischen Wand 38 des Rahmens 22 in Eingriff treten. Die Glieder 24 und 26 bestehen aus
ίο geeignetem elektrisch leitendem und federndem Metall,
beispielsweise Messing, Beryllium oder einer geeigneten Legierung mit den gewünschten Eigenschaften, um
einen elektrisch leitenden Weg dort hindurch zu schaffen, als auch eine Abschirmung für das Element 20
zu bilden, wenn die verschiedenen Teile der Vorrichtung zusammengebaut sind. Im Bezug auf den letzteren
Gesichtspunkt soll bemerkt werden, daß die Flansche 46 der Glieder 24 und 26 eine derartige Breite in bezug auf
die Breite der äußeren Wand 38 des Rahmens 22 haben,
daß die Flansche 46 sich nicht berühren, wenn die
wodurch eine elektrische Isolierung zwischen den
Zungen 48 auf, die aus der Endwand 42 ausgestanzt und nach innen gebogen sind, so daß sie sich von letzterer in
gleicher Richtung wie der Flansch 46 erstrecken. Die Reihe von Zungen 48 in einer Anordnung 10 zur
Benutzung mit einem kreisförmigen Kristallelement 20
sind vorzugsweise ringförmig auf der Endwand 42 und
im Abstand zwischen dem Flansch 46 und der öffnung 44 angeordnet. Die Stelle, an der die Zungen 48 aus der
Ebene der Endwand 42 gebogen werden, stellt eine Anzahl von Flächen benachbart den Enden der
verschiedenen Zungen 48 dar, die normalerweise im wesentlichen koplanar und angepaßt sind. Wenn die
Glieder 24 und 26 auf den Rahmen 22 gepaßt sind, so erstrecken sich die Zungenoberflächen gegen den
äußeren Rand 34 des Elementes 20. Die Zungen 48 sind
hierbei federnd und ermöglichen ein gewisses Biegen. Es
soll ferner darauf hingewiesen werden, daß hinreichend Zungen 48 auf jedem der Glieder 24 und 26 vorgesehen
sind, so daß die erwähnten Endoberflächen der Zungen 48 in einem geringeren Abstand als die Breite der
Die Zuführungen 14 und 16 sind an den Gliedern 26
und 24 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Anlöten bei 50, physikalisch befestigt und elektrisch
angeschlossen. Wenn nur kurze Zuführungen 14 und 16
erforderlich sind, können diese durch Ausstanzen und
Nachaußenbiegen eines geeigneten Zuführungsvorsprunges aus dem Flansch 46 jedes der Glieder 24 und
26 gebildet sein.
Die Anordnung der Hauptelemente 20,22,24 und 26
der Vorrichtung 10 ist einfach und unempfindlich. Eines
der Glieder 24 wird auf den Rahmen 22 aufgepaßt, indem letzteres in den Flansch 46 an dem Glied 24
eingesetzt wird. Das Element 20 wird dann lediglich in die öffnung 40 des Rahmens 22 gebracht, wobei
bemerkt wird, daß der Kontaktteil 36 auf der Stirnseite des Elementes 20 von dem Endoberflächenabschnitt
einer der Zungen 48 kontaktiert wird, unabhängig von der Orientierung des Elements 20, relativ zu dem
Rahmen 22 oder dem Glied ,24. Das andere Glied 26
wird dann auf das gegenüberliegende Ende des Rahmers 22 aufgepaßt, worauf die Endoberflächenabschnitte seiner Zungen 48 mit dem Randabschnitt 34 des
Elementes 20 gegenüber dem Eingriff des Randab-
schnittes 34 durch die Zungen 48 an dem Glied 24 in Eingriff treten und wenigstens eine Zunge 48 an dem
Glied 26 mit seinem Endoberflächenabschnitt in elektrischen Kontakt mit dem benachbarten Kontaktteil
36 tritt. Vorzugsweise ist die Dimensionierung der Flansche 46 und der äußeren Wand 38 derart, daß die
Glieder 24 und 26 relativ festgelegt auf dem Rahmen 22 verbleiben, wobei das Element 20 zwischen einander
gegenüberliegenden Zungen 48 der Glieder 24 und 26 gehalten wird, auch wenn diese Zungen 48 leicht aus
ihrer normalen Stellung gebogen werden, um eine wirksame Halterung des Elements 20 und wirksamen
elektrischen Kontakt mit den Kontaktteilen 36 sicherzustellen.
Die Vorrichtung 10 ist in Fig.5 in Seitenansicht
dargestellt, wie sie nach Anordnung der Hauptbauelemente 20, 22, 24 und 26 in vorbeschriebener Weise
erscheint In diesem Zustand befinden sich die metallischen Glieder 24 und 26 in der gleichen Lage in
bezug auf das Element 20, wie dies bei der vervollständigten Vorrichtung der Fall ist. Dementsprechend
können Frequenztests der Betriebscharakteristiken des Elements 20 mit der Vorrichtung ausgeführt
werden, wie sie entsprechend der Darstellung von F i g. 5 zusammengebaut ist. Wenn es dann notwendig
ist, zusätzliches Elektrodenmaterial auf eine oder beide der Elektroden 32 aufzubringen, um die Frequenzcharakteristiken
des Elements 20 einzuregeln, so kann die mittels üblicher Techniken durch die öffnungen 44 in
den Endwänden 42 der Glieder 24 und 26 hindurch geschehen, worauf die Testuntersuchungen und weitere
Ablagerung wiederholt werden kann, wenn erforderlich, bis das Element 20 so einreguliert ist, daß es bei der
gewünschten Frequenz arbeitet. Hierbei nimmt das Element 20 in bezug auf die zuvor erwähnten
metallischen Teile bereits die Lage wie bei der vervollständigten Anordnung 10 ein.
Nach dem Testen und der Einregulierung der gewünschten Frequenz werden die Abdeckungen 28
und 30 auf den Gliedern 24 und 26 angeordnet. Die Abdeckungen 28 und 30 sind in Gestalt und Abmessung
angepaßt, daß sie eine abschließende Abdeckung nicht nur für die öffnungen 44, sondern auch für die Löcher in
den Gliedern 24 und 26 an den Stellen bilden, wo die Zungen 48 ausgestanzt und weggebogen sind. Die
Abdeckungen 28 und 30 bestehen vorzugsweise aus elektrisch nicht leitendem Material, und sie können
üblicherweise aus Papierscheiben mit einem Überzug aus druckempfindlichem anhaftenden Material auf einer
Seite 52 gebildet sein, so daß die Abdeckungen 28 und 30 nur aufgelegt und auf die Außenseite der Endwand 42
des entsprechenden Gliedes 24 oder 26 aufgedrückt werden brauchen.
Die Anordnung ist dann abgeschlossen, wobei sich alle betriebsmäßigen Teile in ihrer gewünschten Lage
befinden und die Anordnung 10 in diesem Zustand benutzt werden könnte. Die zuvor erwähnten Teile
werden jedoch vorzugsweise von einer relativ dünner Einschlußschicht 12 umschlossen, um die Anordnung
gegen Feuchtigkeitseinflüsse zu schützen. Die Schicht 12 kann auf der Anordnung mittels üblicher Techniken
beispielsweise Vergießen gebildet werden, wobei jedes der üblichen Vergußmaterialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante
verwendet werden kann, die auch als Schutzeinhüllung für verschiedene Arten elektronische!
Bauteile verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Piezoelektrische Kristallanordnung mit einem isolierenden Rahmen, einem piezoelektrischen Kristallelement
mit gegenüberliegenden Stirnflächen innerhalb des Rahmens, einer elektrisch leitenden
Elektrodenanordnung auf den Stirnflächen des Kristallelements und mit Elementen zum federnden
Verspannen des Kristallelements in dem Rahmen sowie zur Kontaktherstellung zwischen der Kristall-Elektrodenanordnung
und Anschlußelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zum Verspannen und zur Kontaktgabe aus einem
Paar von topfförmigen, von beiden Seiten auf den
isolierenden Rahmen (22) aufgeschobenen und aus elektrisch leitfähigem Material gefertigten Teilen
(24, 26) bestehen, welche mit den Anschlußelektroden (14,16) versehen sind, daß die Teile (24,26) aus
ihrem Boden (42) in Richtung auf das Kristallelement (20) herausgebogene, federnde Zungen (48) aufweisen,
die sich mit dem Rand (34) des Kristallelementes (20) sowie mit einem Kontaktteil (36, 36') der
Elektrodenanordnung (32) in Berührung befinden, daß der Boden (42) mit einer der Elektrodenanordnung
(32) benachbarten öffnung (44) versehen ist, und daß isolierende Abdeckungen (28, 30) zum
Verschluß der öffnung (44) und der durch die herausgebogenen Zungen (48) gebildeten öffnungen
auf die Endflächen der topfförmigen Teile (24, 26) aufgesetzt sind.
2. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Kontaktteile (36,36') jeweils über nur einen Teil des Randabschnittes (34) erstrecken, daß der Abstand
der federnden Zungen (48) in Umfangsrichtung dergestalt ist, daß wenigstens eine Zunge (48) mit
dem Kontaktteil (36,36') in Berührung gelangt, und daß der Rahmen (22), die topfförmigen Teile (24,26)
und das Kristallclement (20) in verschiedenen relativen rotationsmäßigen Orientierungen zueinander
angeordnet sein können.
3. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden
Zungen (48) einen integralen Bestandteil der topfförmigen Elemente (24,26) bilden.
4. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen
(22), die topfförmigen Elemente (24, 26) und das Kristallelement (20) eine kreisförmige Gestalt
aufweisen.
5. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die topfförmigen
Teile (24, 26) mit Flanschen (46) auf dem Rahmen (22) angeordnet sind, um eine periphere
Abschirmung für das Kristalleiement (20) zu bilden, und daß die Flansche (46) einen Abstand voneinander
aufweisen, um die Teile (24, 26) elektrisch voneinander zu isolieren.
6. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden
Abdeckungen (28,30) mit einer Haftschicht (52) versehen sind.
7. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte
Anordnung (10) in eine Schicht aus Gießmaterial (12) eingebettet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Kristallanordnung nach dem Gattungsbegriff des
Anspruches 1.
Aus der US-PS 28 17 778 ist eine derartige piezoelektrische
Kristallanordnung bekanntgeworden, bei der in einem mit einem Flansch versehenen isolierenden
Rahmen der Reihe nach ein Ring aus leitfähigem Material, das Kristallelement, ein weiterer Ring aus
leitfähigem Material, ein Federring sowie ein Spannring eingesetzt sind. Der Spannring wird mit einem
Außengewinde in ein Innengewinde des Rahmens eingeschraubt und verspannt hierbei die gesamte
Anordnung. Anschlußelektroden sind durch den Rahmen geführt und an die Ringe aus leitfähigem Material
angelötet Eine über die gesamte Anordnung gestülpte metallische Kappe dient der Abschirmung. Diese Kappe
beeinflußt wesentlich die Betriebsfrequenz des Kristalles, und es ist somit nicht möglich, den Kristall im
abgeschirmten Zustand abzustimmen. Darüber hinaus benötigt die bekannte Anordnung relativ viele Teile bei
der Herstellung der Kristallanordnung, was einer Massenfertigung hinderlich im Wege steht
Ausgehend von der bekannten Anordnung ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
piezoelektrische Kristallanordnung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und aufgrund
ihres Aufbaues eine Frequenzabstimmung des Kristalles im zusammengebauten Zustand sowie einen zuverlässigen
Betrieb gestattet.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im
folgenden näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht einer vollständigen piezoelektrischen Kristallanordnung nach der Erfindung;
F i g. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die verschiedene Aufbauteile der Anordnung mit Ausnahme der abschließenden Verschluß- und Schutzschicht aus Vergußmaterial veranschaulicht;
F i g. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die verschiedene Aufbauteile der Anordnung mit Ausnahme der abschließenden Verschluß- und Schutzschicht aus Vergußmaterial veranschaulicht;
F i g. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3
von F i g. 1;
F i g. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von F i g. 3 und
Fig.5 eine Seitenansicht der Hauptbiuteile der
Vorrichtung in angeordnetem Zustand, jedoch vor Aufbringung der Endabdeckungen und der Schutz- und
Verschlußschicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
wird in bezug auf ein kreisförmiges, scheibenähnliches piezoelektrisches Element beschrieben, obgleich die
Erfindung auch bei Kristall-Elementen anderer Gestalt anwendbar ist und obgleich sie bei Kristallen mit einer
Gestalt, die eine spezielle Orientierung in bezug auf die Halterungen und die elektrische Kopplung erfordert,
wie es bei üblichen Vorrichtungen der Fall ist, besonders weitere Vorteile bringt.
Die vollständige Anordnung oder Vorrichtung 10 enthält eine Abdeckungs- und Verschlußschicht 12 aus
einem geeigneten Vergußmaterial, wie es üblicherweise für die Umhüllung und den Schutz elektrischer
Bauelemente benutzt wird, sowie ein Paar von elektrisch leitenden Drahtzuführungen 14 und 16, die
aus der Abdeckschicht 12 zur Ankopplung der Anordnung 10 an einen externen elektrischen Kreis
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