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Piezoelektrischer Biegeschwinger Bekanntlich lassen sich als piezoelektrische
Biegeschwinger ausgebildete, vorzugsweise aus Seignettekristall bestehende Empfänger
oder Sender für mechanische Schwingungen derart herstellen, daß man zwei in bekannter
Weise aus einem piezoelektrischen Kristall herausgeschnittene Platten derart zusammenkittet,
daß die polaren Achsen der beiden Platten entgegengesetzt zueinander orientiert
sind und daß zwei zur polaren Achse senkrecht liegende Flächen aufeinanderl,iegen.
Bringt man zwischen die beiden Kristalle und ebenso auf die zur gemeinsamen Fläche
gegenüberliegenden Flächen je eine Elektrode, so wird sich, wenn man die Außenelektroden
miteinander verbindet, in einer bestimmten Spannungsphase der eine Kristall .dehnen
und der andere Kristall verkürzen. Das ganze System führt also eine Biegeschwingung
aus, deren Ebene senkrecht zur Elektrodenebene liegt.
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Ein derartiger Biegeschwinger weist zwei wesentliche Nachteile auf.
Der eine Nachteil besteht .darin, daß eine auf Biegung beanspruchte Kittfläche vorhanden
ist, die nur schwer in gleichmäßiger Dicke und Homogenität herzustellen ist und
sehr leicht zerspringt und zu Störungen Anlaß gibt. Der zweite Nachteil besteht
darin, daß sich bei einer Biegung des Schwingers die zusammengekitteten Flächen
etwas gegeneinander verschieben. Diese Verschiebung bedingt aber eine Abschwächung
der Empfindlichkeitskurve des als Sender oder Empfänger verwendeten Schwingers.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, sind piezoelektrische Biegeschwinger
entwickelt worden, die aus einem Kristallkörper bestehen, der auf den zu seiner
polaren Achse senkrechten Flächen je zwei nebeneinanderliegende, gegeneinander isolierte
Elektroden trägt. Sowohl zwei einander gegenüberliegende als auch zwei benachbarte
Elektroden werden bei diesem Schwinger ungleichnamig aufgeladen. Ein solcher Schwinger
schwingt in einer zu den Elektrodenebenen parallelen Ebene.
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Derartige piezoelektrische Biegeschwinger eignen sich besonders als
Stabilisatoren. Als Stabilisatoren werden sie bekanntlich in ihrer
Eigenfrequenz
erregt. Verwendet man jedoch diese piezoelektrischen Biegeschwinger als Energiewandler
zur Aufnahme eines größeren Frequenzbereiches, d. h. erregt man sie außerhalb, vorzugsweise
unterhalb ihrer Eigenfrequenz, so zeigen sie einen schwerwiegenden Nachteil.
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Bei einem als Energiewandler verwendeten piezoelektrischen Biegeschwinger
ist seine EMK die am meisten interessierende Größe. Diese EMK ist nun bekanntlich
abhängig vom Verhältnis der Eigenkapazität des Schwingers zur äußeren Parallelkapazität.
Die Eigenkapazität des Schwingers und die Eigenfrequenz sind selbst wieder von seinen
geometrischen Abmessungen abhängig. Bei den bekannten piezoelektrischen Bie#geschwing
# rn, e bei denen auf den zur polaren Achse normalen Flächen je zwei Elektroden
vorgesehen sind, ist nun für eine vorgegebene Eigenfrequenz die Eigenkapazität'
in den meisten Fällen sehr klein, so daß auch die nutzbare EMK des Schwingers sehr
klein ist. Dieser Nachteil ist bei :dem Schwinger nach der Erfindung vermieden.
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Das Kennzeichen eines piezoelektrischen Biegeschwingers nach der Erfindung
besteht darin, daß mehrere Kristallplatten, die auf den zur polaren Achse normalen
Flächen je zwei nebeneinanderliegende, gegeneinander isolierte Elektroden tragen,
von denen sowohl zwei einander gegenüberliegende als auch zwei benachbarte ungleichnamig
aufgeladen sind, mit diesen Flächen derart aufeinandergeschichtet sind, daß die
Platten in einer zur Elektroebene parallelen Ebene schwingen. Es ist zweckmäßig,
die Kristallplatten derart aufeinanderzuschichten, daß die polaren Achsen zweier
benachbarter Platten entgegengesetzt zueinander orientiert sind. Man erreicht dadurch,
daß der eine Elektrodenbelag der einen Platte gleichzeitig Elektrode für die benachbarte
Platte ist.
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In der Abb. i ist ein piezoelektrischer Biegeschwinger beispielsweise
.dargestellt. In dieser Abbildung sind drei aufeinandergeschichtete Kristallplatten
1, 2 und 3 gezeichnet. Die Lage der polaren Achsen dieser Platten i bis 3 ist durch
die Pfeile 1', 2' und 3' angedeutet. Sowohl auf den zu den polaren Achsen der Kristallplatten
i und 3 äußeren normalen Flächen als auch zwischen den Kristallplatten i und 2 bzw.
2 und 3 sind je zwei nebeneinanderliegende, gegeneinander isolierte Elektroden .I
und 5 angeordnet. Von diesen Elektroden werden sowohl zwei einander gegeni überliegende
als auch zwei benachbarte ungleichnamig aufgeladen. Die Kristallplatten i bis 3
sind derart aufeinandergeschichtet, daß die polaren Achsen zweier benachbarter Platten
entgegengesetzt zueinander orientiert sind.
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Der in der Abb. i beispielsweise dargestellte piezoelektrische Biegeschwinger
nach der Erfindung schwingt in einer zu den Elektrod:enebenen parallelen Ebene,
wie es in der Abb. i durch die Pfeile 6 und die gestrichelte Linie,7 angedeutet
ist. Der vorliegende piezoelektrische Biegeschwinger kann auch zu Oberschwingungen
angeregt werden, wenn man die nebeneinanderliegenden Elektroden senkrecht zu ihrer
Trennungslinie an den Schwingungsknoten des Kristalls unterteilt. Die Abb. 2 zeigt
beispielsweise einen derartigen piezoelektr ischen Biegeschwinger. In dieser Abbildung
ist g der aus mehreren Kristallplatten zusammengesetzte Schwinger. Auf den zu den
polaren Achsen senkrechten Flächen, die bei der gewählten Darstellungsweise mit
der Zeichenebene zusammenfallen bzw. zu dieser parallel liegen, sind wieder die
Elektroden .4 und 5 angebracht. Diese Elektroden .4 und 5 sind an den Knotenstellen
io und i i des piezoelektrischen Schwingers senkrecht zu ihrer Trennungslinie unterteilt.
Dieser Schwinger führt Schwingungen in der durch die punktierte Linie i i angedeuteten
Weise aus.