DE3635482C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallvibrator mit mindestens einem Elek­ trostriktivelement mit einem in Dickenrichtung polarisierten, ggf. in mehre­ re Segmente aufgeteilten Elektrostriktivkörper und mit Metallteilen auf bei­ den Seiten des Elektrostriktivelements bzw. der Elektrostriktivelemente, wo­ bei auf einer Fläche des Elektrostriktivkörpers mindestens zwei jeweils um­ fangsmäßig in zwei Segmente geteilte Elektrodenpaare vorgesehen und die Me­ tallteile über ein Befestigungselement mit dem Elektrostriktivelement bzw. den Elektrostriktivelementen verbunden sind.

Der bekannte Ultraschallvibrator, von dem die Erfindung ausgeht (DE-OS 33 06 755) dient zum Antrieb eines bewegbaren Körpers, wobei eine auf der Oberfläche des Ultraschallvibrators erzeugte fortschreitende Welle in eine gerichtete Bewe­ gung des gegen den Ultraschallvibrator gedrückten Körpers umgewandelt wird. Die fortschreitende Welle wird dabei durch Interferenz von Longitudinal- und Transversalwellen gebildet.

Zur Erzeugung der fortschreitenden Welle sind dort zwei in Dickenrichtung po­ larisierte Elektrostriktivelemente vorgesehen, die jeweils in vier Segmente mit Elektroden aufgeteilt sind. Die vier Segmente bzw. die damit verbundenen Elektroden sind diagonal miteinander parallel geschaltet und mit voneinander unabhängigen Anregungssignalen beaufschlagbar. Werden die parallel geschal­ teten Elektroden beispielsweise mit einer phasenverschobenen hochfrequenten Spannung beaufschlagt, so wird am Abtriebsende des Ultraschallvibrators eine rotierende Kreisschwingung erzeugt. Diese Kreisschwingung kann durch Umkeh­ ren der Phase der an den jeweils parallel geschalteten Elektroden angelegten hochfrequenten Spannung umgekehrt werden. Für den bekannten Ultraschallvibra­ tor ist wesentlich, daß an dessen Abtriebsende ausschließlich kreisförmige bzw. elliptische Schwingungen, d. h. Torsionsschwingungen erzielt werden kön­ nen. Der bekannte Ultraschallvibrator ist nicht dafür ausgelegt, am Abtriebs­ ende Axialschwingungen zu erzeugen. Folglich kann der aus der DE-OS 33 06 755 bekannte Ultraschallvibrator dann nicht verwendet werden, wenn am Abtriebsende eine aus Torsionsschwingung und Axialschwingung zusammengesetzte Überlagerungs­ schwingung erforderlich ist, wie es beispielsweise bei einem Schwenkschneider der Fall ist.

Aus der DE-PS 25 30 045 ist ein elektrostriktiver Motor bekannt, zu dessen An­ trieb ein Ultraschallvibrator vorgesehen ist. Am Abtriebsende des dort verwen­ deten Ultraschallvibrators werden aus Axialschwingungen, Biege- bzw. Torsions­ schwingungen und Querschwingungen resultierende Überlagerungsschwingungen er­ zeugt. Die Überlagerungsschwingungen werden jedoch ausschließlich über eine so­ genannte Betriebsschwingung, beispielsweise eine Axialschwingung, erzeugt, so daß es sich bei den zusätzlich auftretenden Schwingungsarten um sogenannte parasitäre Schwingungen handelt. Der aus der DE-PS 25 30 045 bekannte Ultra­ schallvibrator wird also ausschließlich über eine vorgegebene Schwingungsart gesteuert, so daß unabhängig voneinander erzeugte individuelle Schwingungen dort nicht gesteuert werden können. Folglich ist es bei dem bekannten Ultra­ schallvibrator nicht möglich, die am Abtriebsende auftretende Überlagerungs­ schwingung durch gezielte Steuerung beispielsweise der Torsionsschwingung und der Axialschwingung zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aus der DE-OS 33 06 755 bekann­ ten Ultraschallvibrator so auszugestalten und weiterzubilden, daß mit einfa­ chen konstruktiven und steuertechnischen Mitteln am Abtriebsende eine steuer­ bare, aus Torsionsschwingungen und Axialschwingungen zusammengesetzte Über­ lagerungsschwingung erzeugbar ist.

Der erfindungsgemäße Ultraschallvibrator, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufga­ be gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Elektrodenpaaren abgewandten Fläche des Elektrostriktivkörpers eine gemeinsame Elektrode aus­ gebildet ist, daß die Metallteile so geformt sind, daß die Resonanzfrequenzen für Biegeschwingungen und für Axialschwingungen gleich sind, daß die Elektro­ den einerseits alle miteinander parallel schaltbar und an alle parallel geschal­ teten Elektroden zu Axialschwingungen führende Anregungssignale gleicher Phase anlegbar sind, daß die Elektroden andererseits diagonal bzw. abwechselnd mit­ einander parallel schaltbar und an die beiden Gruppen von parallel geschalte­ ten Elektroden zu Biegeschwingungen führende Anregungssignale entgegengerich­ teter Phase anlegbar sind und daß die Anregungssignale gleiche Frequenz - die Resonanzfrequenz für Biegeschwingungen und Axialschwingungen - aufweisen und sich überlagernd an die Elektroden angelegt sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallvibrator werden die Elektroden der Elek­ trodenpaare mit zwei überlagerten Anregungssignalen gespeist, von denen eines zu Torsionsschwingungen bzw. Biegeschwingungen, das andere zu Axialschwingun­ gen führt. Die individuellen Schwingungskomponenten - Biegeschwingung und Axialschwingung - werden von unabhängigen Anregungssignalen gleicher Frequenz erzeugt und ergeben gemeinsam Überlagerungsschwingungen.

Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Ultraschallvibrator auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nach­ folgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Ultra­ schallvibrators anhand der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Anschlußdiagramm zur Steuerung eines Ultraschallvibrators ge­ mäß der Erfindung,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Ultraschall­ vibrator,

Fig. 3 den Ultraschallvibrator aus Fig. 2 im Schnitt zusammen mit Darstel­ lungen der Verlagerungsverteilungen in diesem Ultraschallvibrator,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung von Schwingungsbildern, die aus Axialschwingungen und Biegeschwingungen zusammengesetzt sind,

Fig. 5 bis 11 graphische Darstellungen verschiedener Schwingungsbilder und

Fig. 12 in einer perspektivischen Darstellung ein bei dem erfindungsge­ mäßen Ultraschallvibrator verwendetes Elektrostriktivelement.

Bevor ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 11 erläutert werden wird, sollen die Bedeutungen verschiedener Begriffe deutlich gemacht werden. Eine Torsionsschwingung oder Schwingungen in Richtung eines rechten Winkels mit der Achse des Ultraschallvibrators der vorliegenden Erfindung sind alle Resonanz-Biegeschwingungen unter Berücksichti­ gung der Art ihrer Erzeugung. Es sind dies als Resonanz-Biegeschwingungen Schwin­ gungen in Richtung eines rechten Winkels zur Achse am Abtriebsende des Ultra­ schallvibrators. In gleicher Weise sind dies auch die Schwingungen in Torsions­ richtung am Abtriebsende des Ultraschallvibrators. In der nachfolgenden Beschrei­ bung werden derarte Schwingungen als "Schwingung in einer Richtung senkrecht zur Achse" und "Torsionsschwingung" bezeichnet, wohingegen bei Bezugnahme auf den Erzeugungsmechanismus der Schwingungen diese als "Biegeschwingungen" bezeichnet werden.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschallvibra­ tors 20. Wie sich aus Fig. 3a ergibt, sind hier zwei Schichten mit Elektrostrik­ tivelementen 9 mit einer dazwischen angeordneten Elektrodenplatte 14 vorgesehen und mit Hilfe von zwei Metallteilen 16 und 17 sowie mit Hilfe eines Bolzens 21 bzw. einer Gewindeschraube als Befestigungselement miteinander integral ver­ spannt. Bei genauerer Betrachtung stellt man ein röhrenförmiges Isolations­ teil 22 fest, das zwischen dem inneren Umfang einer Öffnung im Elektrostriktiv­ element 9 und dem äußeren Umfang des Bolzens 21 eingesetzt ist. Das Metallteil 17 weist eine Durchgangsbohrung 23 und einen eingelassenen Bereich größeren Durch­ messers auf, während das Metallteil 16 mit einem Mutter-Gewindebereich 25 zur Aufnahme des Bolzens 21 versehen ist. Des weiteren weist das Metallteil 17 zwei Nuten 27 auf, die in axialer Richtung ausgerichtet sind und zu den Nuten 15 im ersten Metallteil 16 korrespondieren. Die Nuten 27 enden vor der unteren Stirnseite des Metallteils 17.

Bei dem zuvor erläuterten Ultraschallvibrator 20 werden zunächst alle An­ schlüsse der Elektrodenplatte 14 und damit die Elektroden 12 parallel geschal­ tet und eine Wechselspannung gegenüber der gemeinsamen Anschlußlasche 19 wird angelegt und die Frequenz dieser Wechselspannung wird auf die axiale Resonanz­ frequenz abgestimmt. Dadurch schwingt der Ultraschallvibrator 20 in Axialrich­ tung und das Abtriebsende 26 erzeugt eine Resonanzschwingung mit maximaler Ver­ lagerung. Die Verlagerungsverteilung wird in diesem Fall so wie in Fig. 3c ge­ zeigt und die Resonanz tritt bei der halben Wellenlänge auf. Alsdann werden die Anschlüsse der Elektrodenplatte 14 diagonal miteinander parallel geschaltet und Wechselspannungen entgegengerichteter Phase gegenüber der gemeinsamen Anschluß­ lasche 19 werden angelegt. Die Frequenz wird auf die Resonanzfrequenz für Bie­ geschwingungen abgestimmt. Damit schwingt der Ultraschallvibrator nun in Tor­ sionsrichtung und die einander gegenüberliegenden Enden des Abtriebsendes 26 führen eine Resonanzschwingung mit maximaler Verlagerung aus. Dies beruht da­ rauf, daß die Zustände von Expansion und Kontraktion der Segmente der Elektro­ striktivelemente 9 zwischen benachbarten Segmenten entgegengerichtet sind, so daß die Metallteile 16, 17 eine Biegeschwingung ausführen. Dies führt zu einer Torsionsschwingung am Abtriebsende 26. Die Verlagerungsverteilung bei Biege­ schwingungen ist in Fig. 3b gezeigt und die Resonanz ergibt sich bei ³/₂-Wel­ lenlängen. Nebenbei gesagt, kann der verformte Bereich in Längsrichtung des ersten Metallteils 16 so gestaltet sein, daß die Amplitude für Axialschwin­ gungen verstärkt ist, daß die Amplitude für Torsionsschwingungen verstärkt ist und daß die Resonanzfrequenzen in Axialrichtung und in Torsionsrichtung miteinander übereinstimmen. Die Nuten 15 und 27 in den Metallteilen 16 und 17 sind hilfreich, um schädliche Spannungen, die durch die Biegeschwingungen er­ zeugt werden, abzubauen.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Steuerspan­ nung für Biegeschwingungen und die Steuerspannung für Axialschwingungen ein­ ander überlagernd angelegt. Um das zu erreichen, ist im in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel mit dem Ultraschallvibrator 20 ein Transformator 28 vorgesehen. Die gemeinsame Anschlußlasche 19 des Ultraschallvibrators 20 ist geerdet und mit der Erdseite einer Steuerspannungsversorgung 29 für Axial­ schwingungen verbunden. Die Anschlußlaschen 18 der Elektrodenplatte 14 sind abwechselnd miteinander parallel geschaltet und mit den beiden Enden 31 bzw. 32 einer Sekundärwicklung 30 des Transformators 28 elektrisch verbunden. An einen Mittelabgriff 33 der Sekundärwicklung 30 des Transformators 28 ist das freie Ende der Steuerspannungsversorgung 29 angeschlossen. An eine Primärwick­ lung 34 des Transformators 28 ist eine Steuerspannungsversorgung 35 für Biege­ schwingungen angeschlossen, wobei ein Ende der Primärwicklung 34 mit einem An­ schluß der Steuerspannungsversorgung 35 gemeinsam geerdet ist.

Mit Hilfe der zuvor erläuterten Steuerung des erfindungsgemäßen Ultraschall­ vibrator 20 ist es möglich, durch Änderung der Steuerbedingungen verschiede­ ne Schwingungsbilder überlagerter Schwingungen zu erzeugen. Zunächst werden die Steuerspannungsversorgungen 29 und 35 mit gleicher Frequenz bei Resonanz­ frequenz und in Phase miteinander betrieben. Die vom Punkt A am Außenrand des Abtriebsendes 26 des Ultraschallvibrators 20 ausgeführte Schwingung entspricht der Geraden 38 in Fig. 4. Dies liegt daran, daß die Axialschwingung 36 und die Torsionsschwingung 37 in Phase und rechtwinklig zueinander verlaufen, was sich aus Fig. 4 gut ergibt. Wird nun die relative Phase zwischen den Schwingungen um 180° verschoben, so ergibt sich für die Axialschwingung 39 die gestrichel­ te Linie in Fig. 4 und die Überlagerungsschwingung entspricht der Geraden 40, d. h. die Schwingungsrichtung ist um 90° gedreht worden. Wird die relative Phase weiter um 90° gedreht, so ergibt sich eine kreisförmige Schwingung ent­ sprechend dem Kreis 41 in Fig. 4. Je nach dem, ob die relative Phase 90° vor­ läuft oder nachläuft, ist die Drehrichtung geändert. Durch Änderung der rela­ tiven Amplitude der beiden überlagerten Schwingungen werden elliptische Schwin­ gungen erzeugt und in diesem Fall kann durch Kombination verschiedener relati­ ver Amplituden und relativer Phasen eine geneigte elliptische Schwingung er­ zeugt werden. Wie wohl bekannt ist, kann durch orthogonale Überlagerung von Sinusschwingungen eine große Anzahl von Überlagerungsschwingungen bzw. Schwin­ gungsbildern erzeugt werden. Die Fig. 5 bis 11 zeigen Schwingungszustände des Ultraschallvibrators 20, wenn er mit gesteuerter Amplitude und/oder gesteuerter relativer Phase betrieben wird.

Zunächst wird der Ultraschallvibrator 20 nur von der Steuerspannungsversor­ gung 29 her mit der Spannung der Steuerspannungsversorgung 35 bei Null betrie­ ben. Punkt A in Fig. 2 schwingt dann in Axialrichtung, wie in Fig. 5d gezeigt. Nun wird die Amplitude des Ausgangssignals der Steuerspannungsversorgung 35 vergrößert und bei relativer Phase gegenüber dem Ausgangssignal der Steuerspannungs­ versorgung 29 eingestellt auf 90°. Das Schwingungsbild ändert sich von einer horizontal langgestreckten Ellipse über eine Kreisform zu einer vertikal lang­ gestreckten Ellipse entsprechend den Fig. 5c, b, a. Wird die relative Phase auf -90° geändert, so ändert sich die Drehrichtung gegenüber dem zuvor erläu­ terten Fall und das Schwingungsbild verändert sich gemäß den Fig. 5e, f, g. Fig. 5 zeigt also die Schwingungsbilder, die sich ergeben, wenn die Axial­ schwingung konstant gehalten und die Amplitude der Torsionsschwingung bei ei­ ner relativen Phase von ±90° geändert wird.

Im nächsten Fall wird nur die Spannung der Steuerspannungsversorgung 35 ange­ legt und die Spannung der Steuerspannungsversorgung 29 wird bei Null gehalten. Nun führt der Punkt A eine Torsionsschwingung senkrecht zur Achse aus mit der Achsenlage, wie in Fig. 6d gezeigt. Wird nun die Amplitude der Steuerspannungs­ versorgung 29 vergrößert, so ergeben sich Schwingungsbilder, bei denen sich die Elliptizitäten und Drehrichtungen entsprechend der Amplituden und der relativen Phasen ± 90° ändern, wie das in den Fig. 6c, d, a bzw. 6e, f, g dar­ gestellt ist. Fig. 6 zeigt also die Schwingungsbilder für den Fall, daß die Amplitude der Torsionsschwingung konstant gehalten und die Amplitude der Axial­ schwingung verändert sowie die relativen Phasen um ± 90° geändert werden.

Der nächste Fall ist der, bei der die relative Phase der beiden Steuerspan­ nungsversorgungen 29, 35 konstant ist und bei konstanter Amplitude der Steuer­ spannung der Steuerspannungsversorgung 29 und die Amplitude der Steuerspannung der Steuerspannungsversorgung 35 von Null an erhöht wird. Hier verändert die Axialschwingung ihren Neigungswinkel und vergrößert gleichzeitig ihre Ampli­ tude, wie in den Fig. 7a bis e dargestellt. Bei umgekehrter Phasenlage und Erhöhung der Steuerspannung der Steuerspannungsversorgung 35 von Null an ändert sich der Neigungswinkel in entgegengesetzter Richtung gegenüber Fig. 7 bei Ver­ größerung der Amplitude der Schwingung, wie in den Fig. 8a bis e dargestellt. Fig. 7 zeigt also die Schwingungsbilder, wenn die Amplitude der Axialschwin­ gung konstant gehalten und die Amplitude der Torsionsschwingung geändert wird. Fig. 8 zeigt demgegenüber die Schwingungsbilder bei gleichen Amplitudenver­ hältnissen, aber invertierter Phase der Torsionsschwingung.

Im nächsten Fall wird die Torsions-Steuerspannung der Steuerspannungsversor­ gung 35 konstant gehalten und die Amplitude der Axial-Steuerspannung der Steuer­ spannungsversorgung 29 von Null an erhöht, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Phasenlage gegenüber der Steuerspannungsversorgung 35. Jetzt erhöht sich die Amplitude der Torsionsschwingung gleichzeitig mit der Änderung des Neigungs­ winkels, wie in den Fig. 9a bis e dargestellt. Bei Umkehrung der Phasenlage zwischen den Steuerspannungen und Veränderung der Amplitude der Steuerspannung der Steuerspannungsversorgung 29 verändert sich die Amplitude der Torsions­ schwingungen gleichzeitig mit der Änderung des Neigungswinkels in der entgegen­ gesetzten Richtung, wie in Fig. 10a bis e dargestellt. Entsprechend den Fig. 7 und 8 zeigen auch die Fig. 9 und 10 die Schwingungsbilder in den Fällen, in denen die Torsionsseite konstant bleibt und die Axialseite geändert wird.

Schließlich werden Steuerspannungen angelegt, die die Amplituden von Schwin­ gungen in Axialrichtung und Torsionsrichtung gleich werden lassen und die re­ lative Phase zwischen den beiden Steuerspannungen der Steuerspannungsversor­ gungen 29 und 35 wird auf 0° eingestellt. Dann ergibt sich eine lineare Schwin­ gung im Winkel von 45° mit der Achsenlage wie in Fig. 11e gezeigt. Wird jetzt die relative Phase gesteuert, so lassen sich Schwingungsbilder, wie eine ge­ neigte Ellipse, Fig. 11d, ein Kreis, Fig. 11c, eine geneigte Ellipse entgegen­ gesetzter Richtung, Fig. 11b und eine Gerade mit entgegengesetzter Neigung, Fig. 11a, realisieren. Bei Umkehrung der relativen Phase entstehen die ent­ sprechenden Schwingungsbilder mit umgekehrter Drehrichtung, wie in den Fig. 11f, g, h, i gezeigt.

Die zuvor gegebene Beschreibung macht deutlich, daß durch die Steuerung der Amplitude sowohl der axialen Steuerspannung als auch der Torsions-Steuerspan­ nung mit Hilfe der Steuerspannungsversorgungen 29 und 35 und durch Steuerung der relativen Phase zwischen den Steuerspannungen eine große Vielzahl von Überlagerungsschwingungen bzw. Überlagerungs-Schwingungsbildern erzeugt wer­ den können, beispielsweise eine Gerade, eine geneigte Gerade, eine Ellipse, eine geneigt liegende Ellipse, ein Kreis usw. Im übrigen ist es möglich, eine Steuerspannungsversorgung 29, wie hier für die Komponente in Axialrich­ tung, unabhängig von der anderen Steuerspannungsversorgung 35, hier für die Komponente in Torsionsrichtung bzw. in einer Richtung senkrecht zur Achse zu steuern. Das heißt, daß es nun möglich ist, die Steuerung so auszuführen, als wenn jeweils für sich sowohl ein Axial-Vibrator als auch ein Torsions-Vibra­ tor vorhanden wäre. Auf diese Weise wird es besonders leicht möglich, das Schwingungsbild so zu steuern, daß z. B. die Elliptizität bei konstant ge­ haltenen Amplituden gesteuert wird. Ganz besonders einfach wird die Steue­ rungstechnik durch Verwendung des zuvor erläuterten Transformators 28.

Obwohl im zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel ein Ultraschallvibrator 20 mit einem Abtriebsende 26 in I-Form verwendet worden ist, ist die vorliegen­ de Erfindung selbstverständlich nicht auf einen solchen Ultraschallvibrator beschränkt. Die Erfindung ist anwendbar bei einem Ultraschallvibrator, bei dem das Elektrostriktivelement einen Elektrostriktivkörper aufweist, der in Dickenrichtung polarisiert ist, wobei in zwei Teile unterteilte Elektroden auf einer Seite und eine gemeinsame Elektrode auf der anderen Seite des Elek­ trostriktivkörpers ausgebildet sind. Metallteile sind mit beiden Seiten des Elektrostriktivelements über ein Befestigungselement integral verspannt. Die Erfindung ist auch anwendbar bei einem Ultraschallvibrator mit in Dickenrich­ tung polarisiertem Elektrostriktivkörper, bei dem eine Mehrzahl von Elektro­ denpaaren auf einer Seite angeordnet ist und der mit einem Vibrationsteil in­ tegriert ist, mit Beinabschnitten, die umfangsmäßig in gleicher Anzahl wie die Anzahl von Elektrodenpaaren aufgeteilt sind.

Bei einem weiteren, für die Anwendung der Erfindung geeigneten Ultraschall­ vibrator weist das Elektrostriktivelement einen Elektrostriktivkörper auf, der in Dickenrichtung polarisiert ist und vier oder eine größere, gerade An­ zahl von Elektroden aufweist, die auf einer Seite radial ausgebildet sind mit Isolationsbereichen dazwischen. Hier ist eine gemeinsame Elektrode auf der anderen Seite des Elektrostriktivkörpers angebracht und Metallteile sind mit beiden Seiten des Elektrostriktivelements mit Hilfe eines Befestigungsele­ ments integral verspannt.

Die Erfindung kann auch bei einem Ultraschallvibrator eingesetzt werden, bei dem ein Elektrostriktivelement in Dickenrichtung polarisiert und mit in zwei Teile unterteilten Elektroden versehen sowie mit einem Metallteil verbunden ist. Dort ist ein Abtriebsende mit zumindest drei Anschlußbeinen, die radial daran ausgeformt sind, am Metallteil ausgebildet.

Schließlich kann die Erfindung bei einem Ultraschallvibrator angewandt werden, bei dem das in Richtung seiner Dicke polarisierte Elektrostriktivelement mit in jeweils zwei Teile unterteilten Elektroden versehen und mit einem Metall­ teil verbunden ist. Das Metallteil weist darin angebrachte Nuten in einer zur Anzahl der Elektrodenpaare korrespondierenden Anzahl auf, die entlang Trenn­ linien zwischen den Elektrodenpaaren ausgerichtet sind.

Wenngleich die Steuerspannungsversorgungen im zuvor erläuterten Ausführungs­ beispiel der Erfindung als Versorgung mit Steuerspannung erläutert worden sind, wobei die Steuerspannungen in ihrer Amplitude oder relativen Phase steuerbar sind, lassen sich natürlich auch an sich bekannte Konstantspannungsquellen oder Konstantstromquellen verwenden. Auch lassen sich Steuerstromversorgungen verwenden. Bei Parallelresonanzfrequenzen empfiehlt sich eher die Verwendung einer Konstantspannungsquelle zur Steuerung, wohingegen sich bei Reihenreso­ nanzfrequenzen die Verwendung einer Konstantstromquelle zur Steuerung empfiehlt.

Claims (7)

1. Ultraschallvibrator mit mindestens einem Elektrostriktivelement (9) mit ei­ nem in Dickenrichtung polarisierten, ggf. in mehrere Segmente aufgeteilten Elek­ trostriktivkörper (11) und mit Metallteilen (16, 17) auf beiden Seiten des Elek­ trostriktivelements (9) bzw. der Elektrostriktivelemente (9), wobei auf einer Fläche des Elektrostriktivkörpers (11) mindestens zwei jeweils umfangsmäßig in zwei Segmente geteilte Elektrodenpaare (10) vorgesehen und die Metallteile (16, 17) über ein Befestigungselement (21) mit dem Elektrostriktivelement (9) bzw. den Elektrostriktivelementen (9) verbunden sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der den Elektrodenpaaren (10) abgewandten Fläche des Elektrostriktivkörpers (11) eine gemeinsame Elektrode (13) ausgebildet ist, daß die Metallteile (16, 17) so geformt sind, daß die Resonanzfrequenzen für Biege­ schwingungen und für Axialschwingungen gleich sind, daß die Elektroden (12) einerseits alle miteinander parallel schaltbar und an alle parallel geschalte­ ten Elektroden (12) zu Axialschwingungen führende Anregungssignale gleicher Phase anlegbar sind, daß die Elektroden (12) andererseits diagonal bzw. ab­ wechselnd miteinander parallel schaltbar und an die beiden Gruppen von parallel geschalteten Elektroden (12) zu Biegeschwingungen führende Anregungssignale ent­ gegengerichteter Phase anlegbar sind und daß die Anregungssignale gleiche Fre­ quenz - die Resonanzfrequenz für Biegeschwingungen und Axialschwingungen - auf­ weisen und sich überlagernd an die Elektroden (12) angelegt sind.

2. Ultraschallvibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anre­ gungssignale Steuerspannungen sind.

3. Ultraschallvibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ spannungen in ihrer Amplitude gesteuert sind.

4. Ultraschallvibrator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen in ihrer relativen Phase gesteuert sind.

5. Ultraschallvibrator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die relative Phase zwischen den Steuerspannungen auf 90° eingestellt ist und die Amplitude der Steuerspannungen steuerbar sind.

6. Ultraschallvibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anre­ gungssignale Steuerströme sind.

7. Ultraschallvibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Transformator (28) mit einer Primärwicklung (24) und einer Sekun­ därwicklung (30) vorgesehen und die eine Elektrode (12) jeweils eines Elektro­ denpaares (10) an ein Ende und die andere Elektrode (12) jeweils eines Elektroden­ paares (10) an das andere Ende der Sekundärwicklung (30) angeschlossen ist, daß an die Primärwicklung (34) eine Biegeschwingung-Steuerspannung anlegbar ist und daß an einen Mittelabgriff (33) der Sekundärwicklung (30) eine Axialschwingungs- Steuerspannung anlegbar ist.