Piezoelektrisches Wandlerelement Die Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektri- sches Wandlerelement, das einen plattenförmigen, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Hohlräumen versehenen Körper enthält, der aus Material mit piezoelektrischen Eigenschaften hergestellt ist.
Für eine Vorrichtung zum Aufzeichnen oder Abtasten einer rillenförmigen Aufzeichnungsspur, in der gleichzeitig zwei aufeinander senkrecht stehende Schwingungen aufgezeichnet werden bzw. worden sind, mit Hilfe eines gemeinsamen Aufzeichen- bzw. Abtastgliedes, welcher Körper aus zwei Teilen besteht, die je ausschliesslich auf eine der beiden Schwingungsrichtungen ansprechen.
Eine Vorrichtung mit einem derartigen Wandler- element ist aus der deutschen Auslegeschrift Nr.<B>1067</B> 232 bekannt. Die beiden Teile, in die der Wandlerkörper teilbar ist, bestehen hier je aus einer Kristallplatte. Der Aufbau der Vorrichtung ist dabei derart, dass das Wandlerelement waag recht angeordnet und an einer Seite eingeklemmt ist, während am andern Ende ein nachgiebiger Kör per angebracht ist, der die Verbindung des Elementes mit dem Nadelhalter herstellt. Die Achse des Nadel halters ist gleichfalls etwa waagrecht gerichtet.
Hier durch ergibt sich eine symmetrische Anordnung des sogenannten 0-90 -Systems, das heisst, die beiden Schwingungsrichtungen werden oder sind waagrecht bzw. senkrecht in der rillenförmigen Spur geschnit ten. Bei Abtastung der Spur wird durch eine waag rechte Auslenkung eine Platte des als sandwich ausgebildeten Wandlerelementes lediglich auf Torsion beansprucht, für welche Bewegung die andere Platte unempfindlich ist, während diese letztere durch eine senkrechte Auslenkung der Nadel auf Biegung be ansprucht wird,
für die die erste Platte unempfind lich ist. Wenn man für eine Aufzeichnungs- oder Abtast- vorrichtung ein Wandlerelement schaffen will, das sich zur Verwendung des sogenannten 45-45 -Sy- stems eignet, so könnte man zu diesem Zweck vom bekannten Element ausgehen, indem dieses unter einem Winkel von 45 zur waagrechten Ebene an geordnet wird, aber dies hätte den Nachteil, dass es sich dann nicht mehr um eine symmetrische Anord nung handelt.
Man könnte weiter unter Beibehaltung der symmetrischen Anordnung die Signale mit Hilfe eines einfachen Netzwerkes derart um 45 in der Phase verschieben, dass die beiden Schwingungs richtungen unter 45' in der rillenförmigen Spur auf gezeichnet werden. Die Widerstände usw. aus denen dieses Netzwerk aufgebaut ist, führen jedoch einen unerwünschten Spannungsverlust herbei und bilden eine unnötige Komplikation.
Der beabsichtigte Zweck .ist auf einfachere und zweckmässigere Weise gemäss der Erfindung dadurch erreichbar', dass jeder der beiden Teile des Körpers sowohl auf Biegung als auch auf Torsion anspricht, während die Teile sich derart in den piezoelektrischen Eigenschaften voneinander unterscheiden, dass beim Aufzeichnen oder Abtasten einer Spurkomponente mit einer: Schwingungsrichtung unter 451 zur Auf zeichnungsebene die den Deformationen dieser Spur komponente entsprechenden elektrischen Signalfelder im einen Teil des genannten Körpers gleich gerich tet sind.
Auf diese Weise lässt sich eine waagrechte An ordnung beibehalten, wodurch die Symmetrie gesi chert ist, was selbstverständlich auch bei senkrechter Anordnung des Wandlerelementes der Fall ist. Als Material, das für die Herstellung des Wandler elementes verwendet werden kann, sei keramisches Material erwähnt, das eine remanente Polarisation aufweist, z. B. Barium- oder Strontiumtitanate, jedoch insbesondere die Blei-Zirkon-Titanate und die natür lichen, oder künstlichen Kristalle, die eine natür liehe Polarisationsrichtung aufweisen, wie Quarz, Turmalin oder Seignettesalz.
Es ist bekannt, dass aus diesen Materialien plattenförmige Körper verschiedener Gestalt her stellbar sind. Hierbei soll nicht nur an die einfachen flachen Platten, die aufeinandergeklebt ein Wandler, element vom sogenannten sandwich -Typ liefern, sondern auch an verwickeltere Formen gedacht wer den, wie Körper mit einem Hohlraum, mit mehreren Hohlräumen oder mit einem komplizierten Kanal- System. Die Wahl hängt in all diesen Fällen von dem mechanischen oder physikalischen Anforderungen ab, die an das Element gestellt werden,
und von den verfügbaren Werkzeugen und Fähigkeiten.
Im Prinzip kann man zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens jede Kombination von zwei der vorstehend erwähnten Gestaltungen wählen, obgleich mit Rücksicht auf die Symmetrie erwogen werden soll, zwei identische Körper zu benutzen, z. B. zwei Körper vom sogenannten sandwich -Typ, die neben einander angeordnet werden, wodurch das so erhal tene Wandlerelement die bevorzugten Merkmale auf weist, dass jeder der Teile des Wandlerkörpers aus zwei Platten besteht, die mit den Seitenflächen an einander grenzen, wobei eine Platte lediglich auf Bie gung und die andere lediglich auf Torsion anspricht,
während die Teile durch zwei miteinander verbun dene Elektroden voneinander getrennt sind.
Bei einer Ausführungsform des Wandlerelementes nach der Erfindung, bei der gleichfalls zwei sand- wiches nebeneinander angeordnet sind, besteht jeder der Teile des Wandlerkörpers aus zwei Platten, die zueinander nach Art zweier Diagonalen angeordnet sind und von denen zwei Elektroden miteinander ver bunden sind, wobei eine Platte lediglich auf Biegung und die andere lediglich auf Torsion anspricht.
In den erwähnten Fällen kann vorteilhaft eine Torsions- und/oder eine Biegungsplatte wegfallen, mit der Massgabe, dass der restliche Teil des Wandler körpers an sich wiederum vom sandwich -Typ ist, während diejenige der beiden Torsions- oder. Bie- gungsplatten, die nach Fortfall einer solchen Platte übrigbleibt, nicht mit einem Elektrodenpaar, sondern mit zwei Elektrodenpaaren versehen wird.
Wenn sowohl eine Torsionsplatte als auch eine Biegungsplatte in Wegfall kommen, weist ein. Wand- lerelement gemäss der Erfindung, bei dem insbeson dere der Wandlerkörper aus zwei Platten besteht, deren Hauptflächen aneinandergrenzen, wobei eine Platte lediglich auf Biegung und die andere Platte lediglich auf Torsion anspricht, das bevorzugte Merk mal auf, dass die Hauptflächen je mit zwei sich in der Längsrichtung der Platte-erstreckenden Elektro den bedeckt sind,
wobei eine Elektrode der auf Torsion ansprechenden Platte mit einer Elektrode der auf Biegung ansprechenden Platte unmittelbar verbunden ist. In all diesen Fällen ergibt sich ein Element, das, wenn die übigen Elektroden jedes Teils miteinander verbunden sind, für das 45-45 -System geeignet ist.
Wenn diese Verbindungen unterbrochen werden, eignet sich das Element für das 0-90 -System. Des halb können Schaltmittel vorhanden sein, durch die in einer Stellung eines Schalters die Elektroden, die .in bezug auf die miteinander verbundenen Elektro den eines auf beide Deformationen ansprechende Teils gerade auf der andern Hauptfläche der Platten liegen, miteinander verbunden sind, während in der andern Stellung des Schalters diese Verbindung unterbrochen ist.
Obgleich bei einer Kombination von z. B. zwei sandwiches nebeneinander durchaus nicht immer der -Machteil eine Rolle spielt, dass zuviel Raum be ansprucht wird, kann dennoch der Fall eintreten, dass man die Möglichkeit eines universellen Wandler- elementes nicht zu benutzen wünscht. In diesen Fällen ermöglicht die Erfindung eine Lösung, die sich nur für das 45-45 -System eignet und einen kompakten Bau dadurch ergibt, dass vorzugsweise jeder Teil des Wandlerkörpers aus einer einzigen Platte besteht, die sowohl auf Biegung als auch auf Torsion anspricht.
Bei einer besonderen Ausführungsform, bei der die Platten so aus den Kristallen herausgeschnitten sind, dass die Hauptflächen der Platten senkrecht zur elektrischen Achse verlaufen, bilden die Seitenflächen der Platten einen Winkel a (wobei 0 < a < 45 ), vorzugsweise einen Winkel von 22,5 mit der mecha nischen oder optischen Achse.
Bekanntlich spricht eine Platte, die so ausge schnitten ist, dass der Winkel a = 0 ist, nur auf Torsion an, während eine Platte, bei der der Winkel a = 45' ist, nur auf Biegung anspricht. Dadurch, dass der Schnitt so durchgeführt wird, dass der Win kel a der Beziehung<I>0 < a < 45 </I> genügt, ergibt sich eine Platte, die sowohl auf Biegung als auch auf Torsion anspricht.
Obgleich es für bestimmte Anwendungen, z. B. die Aufzeichnung oder Abtastung zweier Signale, von denen eines ein monaurales und das andere ein Effektsignal ist, gleichgültig ist, unter welchem Winkel a die beiden Platten ausgeschnitten sind, ist es unter anderem für Stereophoniezwecke erwünscht, den Winkel a so zu wählen, dass die einer der Schwingungsrichtungen entsprechenden Signalfelder so entgegengesetzt sind, dass sie sich aufheben.
Wenn a = 22i/2 ist, ist die übersprechdämpfung zwischen den beiden stereophonischen Kanälen maximal, das heisst, wenn eine Stereophonieplatte abgetastet wird, in der die Aufzeichnung dem 45-45 -System ent spricht, wird, wenn nur eine Modulation in der linken Rillenwand vorhanden ist, nur von einem der Teile des. Wandlerelementes eine Spannung abgege ben, während der andere Teil völlig spannungslos ist.
Bei einer andern Ausführungsform des für das 45-45 -System geeigneten Wandlerelementes sind die Platten des Wandlerkörpers aus keramischem piezoelektrischem Material hergestellt, das durch ein Feld vorpolarisiert ist, dessen Feldlinien in einer Ebene liegen, die schräg in bezug auf die Haupt flächen der Platten ist, vorzugsweise einen Winkel von 45 mit ihnen bildet und die Hauptflächen ge mäss einer zu einer der Seitenflächen parallelen Linie schneidet.
Es ist bekannt, dass ein Körper aus keramischem piezoelektrischem Material sich als ein reiner Biege schwinger verhält, wenn er in einer Richtung senk recht zu den Hauptflächen vorpolarisiert ist, und auf reine Torsion anspricht, wenn er in der Längsrich tung vorpolarisiert ist.
Auch hier gilt, dass für be sondere Verwendungen, unter anderem für Stereo phoniezwecke, der Winkel, unter dem die Platte vor polarisiert werden muss, damit sie in gleichem Masse auf Biegung und Torsion anspricht, etwa die Hälfte des Winkels sein muss, den die erwähnten Polarisa- tionsrichtungen einschliessen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der beiliegenden Zeichnung dargestellter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 stellt die Orientierung der Anisotropie- achsen in einem kristallinischen Material dar.
Die Fig. 2 und 3 stellen einen Torsionsparallel- schwinger dar.
Die Fig. 4. und 5 stellen einen Biegungsparallel bzw. -reihenschwinger dar.
Die Fig. 6-18 stellen ein Wandlerelement gemäss der Erfindung aus kristallinem Material dar. Dabei zeigen die Fig. 6-12 ein Wandlerelement in Form eines sandwich , das aus zwei Platten besteht, von denen jede sowohl auf Biegung als auch auf Torsion an spricht, so dass sich das Element für das 45-45'- System eignet, während die Fig. 13-16 unterschiedliche, als sandwich ausgebildete Wandlerelemente darstellen, die aus vier Platten bestehen,
wobei insbesondere die in den Fig. 14-16 dargestellten Wandlerelemente infolge des Vorhandenseins von Schaltmitteln universell sind. Fig. 17 stellt gleichfalls ein universelles Wandler- element in Form eines sandwich dar, das drei Platten enthält.
Fig. 18 stellt gleichfalls ein universelles Wandler- element dar, das zwei nebeneinander angeordnete Hohlkörper enthält.
Die Fig. 19 und 20 stellen einen Torsionsparallel- schwinger aus keramischem Material dar.
Die Fig. 21 und 22 zeigen einen Biegeparallel- bzw. -reihenschwinger aus keramischem Material. Die Fig. 23-28 stellen ein Wandlerelement ge mäss der Erfindung dar, das aus keramischem Mate rial hergestellt ist. Hierbei stellt Fig. 23 ein Wandl'erelement in Form eines sand- wich dar, das aus zwei Platten besteht, von denen jede nicht nur auf Biegung, sondern auch auf Torsion anspricht, so dass das Element für das 45-45 -System geeignet ist.
Die Fig. 24 und 25 stellen universelle Wandler- elemente in sandwich Ausbildung dar, die aus vier Platten bestehen und mit Schaltmitteln versehen sind.
Fig. 26 stellt gleichfalls ein universelles Wandler- element dar, das zwei aneinander befestigte platten förmige Hohlkörper enthält.
Fig. 27 stellt ein universelles Wandlerelement dar, das aus der Kombination von zwei massiven Platten in Form eines sandwich einerseits und einem mit mehreren Hohlräumen versehenen Körper anderseits besteht.
Fig. 28 zeigt ein hohles plattenförmiges Wand- lerelement vom 45-45 -Typ, das jedoch auch aus kristallinem Material hergestellt sein kann. Die Erfindung wird zunächst an Hand von Wandlerkörpern erläutert, die aus piezoelektrischen Kristallen herausgeschnitten sind.
In Fig. 1 ist angegeben, wie die Anisotropie- achsen, das heisst die elektrische Achse e, die mecha nische Achse m und die optische Achse o in bezug aufeinander orientiert sind.
Werden aus solchen Kristallen zwei Platten von der mit 1 bezeichneten Form herausgeschnitten, deren Hauptflächen sich senkrecht zur e-Achse erstrecken und deren Seiten flächen parallel zur m- und o-Achse verlaufen (der Winkel a, unter dem diese Schnitte erfolgen, ist indiesen Fällen 0 , und zwar entweder in bezug auf die m-Achse oder in bezug auf die o -Achse), und werden diese Platten zu einen sogenannten sandwich zusammen gesetzt, so spricht ein solcher Körper nur auf Torsion an.
Es ist gleichgültig, ob die Platten in gleichem Sinne, wobei eine Drehung von entweder 90 oder 180 um die e-Achse erlaubt ist, oder in entgegen gesetztem Sinne, das heisst, wobei eine der Platten um die m- oder o-Achse gedreht ist, aufeinander be festigt werden. In beiden Fällen, die in Fig. 2 und 3 dargestellt sind, wird infolge einer im Punkt 3 wirk samen, waagrecht gerichteten Kraft H der Wandler- körper tordiert.
Dies führt in den Platten 1 und 2 entgegengesetzt gerichtete Scherspannungen herbei, die auf Grund des piezoelektrischen Effektes im Ma terial elektrische Ladungsverschiebungen erzeugen, deren Felder in den beiden Platten entgegengesetzt gerichtet sind, wie schematisch in den Figuren an gegeben ist. Ein derartiges Element wird häufig als Parallelelement bezeichnet, weil die Felder in bezug aufeinander parallel gerichtet sind.
In Fig. 2 wird die durch die Deformation im Ele ment erzeugte Spannung den Elektroden 4 und 5 entnommen, wobei die Platten die Elektrode 6 ge meinsam haben. In Fig. 3, in der die Platte 2 um gedreht ist, wird die Spannung den Elektroden 4 und 7 entnommen, während die Elektrode 8 gemein sam ist.
Wenn man zwei. Platten aus der m- o-Ebene herausschneidet, deren Schnittflächen einen Winkel von 45 mit der m- oder o-Achse bilden, wobei somit a = 45 , wie, z. B. in Fig. 1 durch q angege ben ist, und diese zu einem sogenannten sandwich zusammensetzt, ergibt sich ein Element, das nur auf Biegespannungen anspricht.
Dabei macht es jedoch einen Unterschied, wie die Platten aufeinander gelegt werden. Werden sie in gleichem Sinne aufeinandergelegt, so ergibt sich ein Biegeschwinger, der gleichzeitig ein Parallel- element ist.
In. Fig. 4 ist die elektrische Ladungsver schiebung infolge einer durch eine im Punkt 3 an- greifende senkrecht gerichtete Kraft V herbeigeführ- ten Biegespannung schematisch angegeben, wobei die obere Platte 9 gestaucht und die untere Platte 10 gedehnt wird.
Wird jetzt die Platte 10 um die m- oder o-Achse gedreht, so ergibt sich ein Biege schwinger, der gleichzeitig ein Reihenelement ist (Fig. 5). In Fig. 4 wird die infolge der Deformation im Element erzeugte Spannung den Elektroden 11 und 12 entnommen, wobei die Platten die Elektro den 13 gemeinsam haben. In Fig. 5, in der die Platte 10 umgedreht ist, wird die Spannung den Elektroden 11 und 14 entnommen, während die Elektrode 15 gemeinsam ist.
Ein Torsionsparallelschwinger nach Fig. 3 und ein Biegereihenschwinger nach Fig. 5 lassen sich zu einem Wandlerelement kombinieren., das sich für das 45-45 -System eignet. Dies wird an Hand der Fig. 6-11 näher erläutert, in denen ein Wandler- element dargestellt ist, bei dem jeder der beiden Teile des Körpers aus einer Platte 16 oder 17 be steht, die sowohl auf Biegung als auf Torsion an spricht.
Solche Platten sind erzielbar, wenn man den Schnitt im Kristall so durchführt, dass der Winkel .x der Beziehung 0 < a < 45 genügt.
Bekanntlich wird bei Abtastung einer Rille, in die zwei Signale unter 45 mit der flachen Oberfläche geschnitten sind, der Nadelhalter bei der Wiedergabe eines völlig von links kommenden Schalles durch eine Kraft L bewegt, die einen Winkel von 45 mit der Plattenoberfläche bildet. Diese Kraft lässt sich in eine waagrechte und eine senkrechte Komponente zerlgen. Unter der Einwirkung der im Punkt 3 an greifenden waagrechten Komponente H wird der Körper tordiert, so dass die in Fig. 6 schematisch angegebene elektrische Ladungsverschiebung in den Platten 16 und 17 auftritt.
In Fig. 7 ist die elektrische Ladungsverschiebung infolge der senkrechten Kom ponente V, durch die; das Element gebogen wird, schematisch angegeben. In Fig. 8 ist der Zustand dargestellt, der sich ergibt, wenn die beiden Kompo nenten gleichzeitig auftreten, das heisst, wenn die Nadel eine Auslenkung durch ein in der Rille vor handenes Signal L erfährt.
Durch das Vorhanden sein der Aussenelektroden 18 und 19 und einer Innenelektrode 20 addieren sich die Ladungsverschie bungen in der obern Platte, während sie sich in der untern Platte ausgleichen. In. den Fig. 9-11 ist das gleiche Wandlerelement dargestellt, wenn ein von rechts kommendes Signal vom Nadelhalter wieder gegeben wird. Die Kraft R, die auf den Nadelhalter ausgeübt wird, lässt sich wieder in eine senkrechte Komponente V und eine waagrechte Komponente H zerlegen, welch letztere im Vergleich zum vorstehen den Fall (Fig. 6-8) ihr Vorzeichen geändert hat.
Ent sprechend hat auch das elektrische Feld in Fig. 8 sein Vorzeichen geändert, während dieses in Fig. 10 unverändert ist. Das resultierende elektrische Feld infolge der Kraft R ist in Fig. 11 schematisch an gegeben. Es stellt sich heraus, dass in der obern Platte 16 die gesonderten Felder einander entgegen wirken, während sie sich in der untern Platte 17 ver stärken. Auf diese Weise ergibt sich ein Element, das einen Körper enthält, der in zwei Teile (16 und 17) teilbar ist, die je auf eine der beiden einen Winkel von 45' mit der Plattenoberfläche bildenden Schwin gungsrichtungen ansprechen.
Wie ersichtlich, spricht jeder dieser Teile nicht nur auf Torsion, sondern auch auf Biegung an, während die Teile sich hin sichtlich ihrer piezoelektrischen Eigenschaften so voneinander unterscheiden, dass beim Schneiden oder Abtasten in einer Schwingungsrichtung unter 45 die jeder dieser Deformationen entsprechenden Si gnalfelder im einen Teil gleichgerichtet und im an dern Teil entgegengesetzt gerichtet sind. Diese An forderung wird von der vorstehend erwähnten Kom bination eines Torsionsparallelschwingers und eines Biegereihenschwingers erfüllt, wobei die Platten z. B. beide aus dem ersten Quadranten herausgeschnitten sind.
Umgekehrt lässt sich der beabsichtigte Effekt auch mittels einer Kombination eines Torsionsreihen- schwingers und eines Biegeparallelschwingers er reichen, z. B. dadurch, dass eine Platte aus dem ersten Quadranten und eine Platte aus dem vierten Quadranten miteinander kombiniert werden.
In Fig. 12 ist das Wandlerelement, das in den Fig. 6-11 dargestellt ist, in eine Vorrichtung zum Wiedergeben einer rillenförmigen Aufzeichnungsspur aufgenommen, in der gleichzeitig zwei senkrecht auf einander stehende Schwingungen aufgezeichnet sind. Das aus den Platten 16 und 17 bestehende Wandler- element ist an einer Seite in den Block 22 einge klemmt, etwa in der Mitte durch einen Streifen 23 abgestützt und über einen nachgiebigen Körper 20 mit einem Nadelhalter 18 verbunden. Der nach giebige Körper dient zur Übertragung der Kraft, die durch die Modulation der Rille auf die Nadel 19 aus geübt wird.
Der Nadelhalter ist bei 21 gelagert und berührt in dem in den vorstehenden Figuren (2-11) bereits erwähnten Punkt 3 den nachgiebigen Körper 20.
Eine Wandlervorrichtung, die sich auch für das 45 -45 -System eignet, ist in Fig. 13 dargestellt. Sie besteht aus einer Kombination eines Torsionsparallel- schwingers nach den Fig. 2 und 3 und eines Biege reihenschwingers nach Fig. 5, die mit Hilfe eines Kittes 24, 28 aneinander befestigt sind, während die Aussenelektroden 25 und 26 und die Innenelektrode 27 gemeinsam sind. Dadurch, dass hier die beiden auf Biegung und Torsion ansprechenden Teile des Körpers je aus zwei gesonderten Platten 1, 9 bzw.
2, 10 bestehen, ist die Orientierung der untern Torsinnsplatte 2 in bezug auf die obere Torsions- platte 1 nicht mehr wichtig, so dass die Bezeichnung der Flächen ccdd bei den Platten 1 und 2 fort gelassen ist, aber für die Biegeplatten 9 und 10 ist diese Bezeichnung noch immer wichtig.
In den Figuren sind auch die Anschlussklemmen für das linke Signal L und das rechte Signal R an gegeben. Bei Abtastung wird das linke Signal zwi schen Klemmen 29 und 30 und das rechte Signal zwischen Klemmen 30 und 31 entnommen. Anstelle der gemeinsamen Innenelektrode 27 können zwei. ge trennte Innenelektroden, die die Platten 1 und 9 bzw. die Platten 2 und 10 bedecken, Verwendung finden. Im Zusammenhang mit vorstehendem kann auch hier eine Kombination eines Torsionsreihenschwingers und eines Biegeparallelschwingers gewählt werden.
Wenn jetzt die Hauptflächen dieser vier Platten je mit einem eignen Elektrodenpaar versehen werden, während die Elektroden richtig angeschlossen werden, so ist die Weise, in der die Torsions- und Biege platten in bezug aufeinander orientiert sind, mithin die Frage, ob die ddbb-Ebene der obern Platte an die ccaa-Ebene oder an die ddbb-Ebene der untern Platte grenzen muss, völlig gleichgültig geworden. Dann kann weiter die in Fig. 13 dargestellte Anord nung der vier Platten in bezug aufeinander geändert werden, indem z.
B. die untern Platten oder die obern Platten oder die einander diagonal gegenüberliegen den Platten ihre Stellung ändern. Die Verbindung der Elektroden miteinander muss stets derart sein, dass eine Kombination einer Torsions- und einer Biegeplatte einen der beiden Teile des Körpers dar stellt, der auf eine der beiden Schwingungsrichtungen anspricht.
Nachstehend werden einige dieser Kombinationen näher erläutert, und zwar für diejenigen Ausführungs beispiele, die unter Verwendung von Schaltmitteln der besprochenen Art sich nicht nur für das 45 -45 -System, sondern auch für das 0 --90 -Sy- stem eignen.
Mit Rücksicht auf die Tatsache, dass für das 0 -90 -System eine Kombination einer Tor sions- und einer Biegeplatte erforderlich ist, die, wenn eine Vorrichtung nach Fig. 12 Verwendung findet, in senkrechtem Sinne in bezug aufeinander verschoben sind, eignen die erwähnten Kombinatio nen, die sich von Fig. 13 ableiten lassen, sich sämt lich für ein universelles Schallplattenschneid- oder Tonaufnahmegerät.
Die Fig. 14, 15 und 16 zeigen drei dieser Mög lichkeiten, bei denen für die Zufuhr bzw. Abnähme des L- oder R-Signals beider Systeme die gleichen Klemmen Verwendung finden. In Fig. 14 sind die Biegeplatten 9 und 10 noch als ein Reihenschwinger angegeben; diese Anordnung ist in den Fig. 15 und 16 weggefallen.
In Pig. 14 spricht der aus den Platten 1 und 9 bestehende Teil auf ein unter 45 geschnit tenes L-Signal und der aus' den Platten 2 und 10 bestehende Teil auf ein unter 45 geschnittenes R- Signal an. Der Schalter 33 ist dabei in der ausgezo gen gezeichneten Lage. Jetzt sind die Elektroden 34 und 11 des einen Teils und die Elektroden 5 und 14 des andern Teils miteinander verbunden. Die Innen elektrode 27 haben die beiden Teile gemeinsam.
In der gestrichelten Lage des Schalters 33 eignet sich das Wandlerelement für das 0 -90 -System. Das von einer waagrechten Auslenkung der Nadel her rührende linke Signal L wird der Torsionsplatte 1, das einer senkrechten Auslenkung entsprechende rechte Signal R der Biegeplatte 10 entnommen.
Fig. 15 unterscheidet sich von Fig. 14 in dem Sinne, dass die Biegeplatten 9 und 10 nicht als Reihenschwinger angeordnet sind. Zwar wird der eine Teil des Wandlerkörpers von den Platten 1 und 9 gebildet, was aus der Tatsache hervorgeht, dass sie die Elektrode 35 gemeinsam haben und in der aus gezogenen Lage des Schalters 33 auch die Elektro den 4 und 11, aber in diesem Falle ist in bezug auf den andern Teil des Wandlerkörpers die Elektrode 5 mit der Elektrode 14 und die Elektrode 35 mit der Elektrode 12 unmittelbar verbunden.
Fig. 16 zeigt einen Wandlerkörper, bei dem im Vergleich zum Körper nach Fig. 15 die Platten 2 und 9 ihre Stellen gewechselt haben. In diesem Falle besteht der eine Teil des Körpers aus den Platten 1. und 10, was wiederum aus der Tatsache hervorgeht, dass in der ausgezogenen Lage des Schalters 33 die Elektroden 4 und 12 unmittelbar miteinander ver bunden sind, während die Platten die Elektrode 37 gemeinsam haben. Bei den Platten 2 und 9 des an dern Teils sind die Elektroden 39 und 11 einerseits und die Elektroden 38 und 37 anderseits unmittel bar miteinander verbunden.
Fig. 17 stellt einen Wandlerkörper dar, der drei Kristallplatten enthält und sich gleichfalls sowohl für das 45 -4.5 - als auch für das 0 -90 -System eignet. Es unterscheidet sich vom Wandlerkörper nach Fig. 16 nur dadurch, dass die beiden Biegeplatten 9 und 10, durch eine einzige Biegeplatte 41 ersetzt sind, die jedoch mit zwei Elektrodenpaaren versehen ist.
Das gleiche hätte man auch mit den beiden Torsions- platten anstelle der Biegeplatten machen können, während es auch möglich ist, den Wandlerkörper aus der Kombination einer einzigen Torsionsplatte und einer einzigen Biegeplatte herzustellen, was bedeuten würde, dass in der Figur die Trennwand 24 ver schwindet.
In Fig. 18 ist ein Fall dargestellt, in dem das Wandlerelement aus zwei hohlen plattenförmigen Kristallen 45 und 46 besteht, die durch ein Klebe mittel 4.4 miteinander verbunden sind, und von denen der eine auf Torsion und der andere auf Biegung anspricht. Durch passende Verbindung der auf den Aussen- und Innenflächen dieser Kristalle angebrach ten Elektroden ergibt sich ein Element, das wiederum für beide Systeme brauchbar ist.
Zu diesem Zweck ist der Hohlkristall 45 aussen mit Elektroden 47 und 4$ und innen mit einer Elektrode 49 und der Hohl kristall 46 aussen mit Elektroden 51 und 52 und innen mit zwei getrennten Elektroden 43 und 53 versehen, welch letztere mit der Elektrode 49 ver bänden ist. Bei Anwendung des 0 -90 -Systems (Schalter 33 in der gestrichelten Lage) wird während der Wiedergabe das L-Signal zwischen den Elektro den 47 und 49 und das R-Signal zwischen den Elek troden 49 (52) und 43 entnommen.
Bei Anwendung des 45 -45 -Systems (Schalter 33 in der ausgezo genen Lage) werden die Elektroden 47 und 51 einer seits und die Elektroden 43 und 48 anderseits unmit telbar miteinander verbunden.
Es werden jetzt einige Ausführungsformen von Wandlerelementen nach der Erfindung unter Ver wendung keramischem, piezoelektrischem Materials erörtert, wobei ihre Wirkung zunächst an Hand der Fig. 19-22 erläutert wird. Die Fig. 19 und 20 zei gen einen Wandlerkörper, der nur auf Torsion an spricht und den bereits erläuterten Fig. 2 und 3 ent spricht.
Der Körper besteht aus zwei Platten 55 und 56, die in einer Richtung senkrecht zu einer der Sei tenflächen vorpolarisiert sind, was durch das Symbol P angegeben ist. Wie immer die untere Platte in bezug auf die obere Platte orientiert sein mag, in sämtlichen Fällen ergibt sich ein Torsionsschwinger, der auch ein Parallelelement ist (siehe die in den Figuren schematisch angegebenen Ladungsverschie bungen, die infolge einer im Punkt 3 angreifenden waagrechten Kraft H auftreten). Nur wenn die untere Platte um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse gedreht wird, ergibt sich ein Torsionsschwinger, der zugleich ein Reihenelement ist. Dieser Fall ist je doch nicht dargestellt.
Die Spannung wird in. Fig. 19 den Elektroden 57 und 58 entnommen oder an sie angelegt, wobei die Innenelektrode 54 gemeinsam ist, während in Fig. 20 die Spannung den Aussen elektroden 57 und 59 entnommen bzw. an sie ange legt wird, wobei die Innenelektrode 60 gemeinsam ist. Die Fig. 21 und 22, die eine Ähnlichkeit mit den Fig. 4 und 5 zeigen, stellen einen Wandlerkörper vom Biegetyp dar.
Der Körper besteht aus zwei Platten 64 und 65, die in einer zu den Hauptflächen senkrechten Richtung vorpolarisiert sind, was durch P, den Vektor der remanenten Polarisation, ange geben ist. Die Orientierung der beiden Platten 64 und 65 in Fig. 21 ist derartig, dass sich ein Biege schwinger ergibt, der gleichzeitig ein Parallelelement ist, während in Fig. 22 die Orientierung derartig ist, dass der Biegeschwinger auch ein Reihenelement ist (man vergleiche die schematisch angegebenen La dungsverschiebungen, die infolge einer im -Punkt 3 angreifenden senkrechten Kraft V auftreten).
Die Spannung wird in Fig. 21 den Aussenelektroden 62 und 63 entnommen bzw. an sie angelegt, wobei die Innenelektrode 61 gemeinsam ist; in Fig. - 22 wird die Spannung den Aussenelektroden 62 und 66 ent nommen bzw. an sie angelegt, während die Innen elektrode 67 gemeinsam ist.
Ebenso, wie an Hand der Fig. 6-11 für Kristall platten nachgewiesen wurde, lassen sich auch aus keramischem Material Platten herstellen, von denen jede nicht nur auf Biegung, sondern auch auf Tor sion anspricht, und die, wenn sie mit einer gemein- Samen Innenelektrode 72 versehen sind, sich ohne weiteres für das 45 -45 -System eignen. Dieser Fall ist in Fig. 23 dargestellt und kann als eine Kombina tion des Torsionsparallelschwingers nach Fig. 20 und des Biegeschwingers nach Fig. 22 betrachtet werden.
Die Platten 68 und 69, die je aussen mit einer Elek trode 70 bzw. 71 überzogen sind, sind zu diesem Zweck in einem elektrostatischen Feld hoher Feld stärke vorpolarisiert, deren Feldlinien in einer Ebene liegen, die schräg in bezug auf die Hauptflächen der Platten gerichtet ist und sie gemäss einer zu einer der Seitenflächen parallelen Linie schneidet. Dies kann dadurch erfolgen, dass das vorzupolarisierende Material unter diesem Winkel zwischen zwei Platten angeordnet wird, zwischen denen das elektrostatische Feld angelegt wird, oder dadurch, dass die einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Platte (zeit weilig) mit Elektroden versehen werden, die einan der diagonal gegenüberliegen.
Wenn man den Wandlerkörper jedoch aus je nur auf Biegung oder nur auf Torsion ansprechenden Platten aufbaut und dann Kombinationen vom Sandwich Typ herstellt, die mindestens eine auf Torsion ansprechende und eine auf Biegung an sprechende Platte enthalten, und weiter die Haupt flächen jeder Platte mit einer gesonderten Elektrode versieht, wobei, wenn die Kombination nur aus einer Biegeplatte und einer Torsionsplatte besteht, jede Hauptfläche mit zwei Elektroden versehen wer den muss, so lässt sich durch angemessene Verbin dung dieser Elektroden miteinander ein Wandler- körper erhalten,
der sich nicht nur für das 45 -4.5 - System eignet, weil in ihm zwei Teile nachweisbar sind, die je für sich auf Biegung und auf Torsion ansprechen, sondern auch für das 0 -90 -System.
Die Fig. 24-27 zergen einige der vielen Möglich keiten. In den Fig. 24 und 25 besteht der Körper aus, vier Platten, von denen die Platten 55 und 56 auf Torsion und die Platten 64 und 65 auf Biegung ansprechen, wobei die Innenelektrode 73 gemeinsam ist. In Fig. 25 haben die beiden Torsionsplatten 55 und 56 und die Biegungsplatte 64 die Innenelektrode 74 gemeinsam, während die Biegeplatte 65 eine ge sonderte Innenelektrode 75 besitzt und ihre Aussen elektrode 63 mit der Innenelektrode 74 verbunden ist.
Ein Vertauschen der vier Platten 55, 56, 64 und 65 miteinander ist immer möglich, während auch eine Torsions- und/oder eine Biegeplatte fort gelassen werden kann, mit der Massgabe, dass der Rest an sich wieder einen Wandlerkörper vom Sandwich Typ bildet. Eine andere Beschränkung dieses Fortlassens liegt darin, dass, wenn z. B. eine Torsionsplatte wegfällt, bei der übrigbleibenden Torsionsplatte auf jeder Hauptfläche zwei getrennte Elektroden angebracht werden müssen.
Eine der unterschiedlichen Möglichkeiten ist im ersten Teil der Figurenbeschreibung in bezug auf Kristallelemente bereits in Fig. 17 angegeben.
Fig. 26 stellt ein Wandlerelement dar, das sich wiederum zur Verwendung als universelles Wandler- element eignet, wobei das Wandlerelement aus zwei Hohlkörpern 77 und 78 besteht, die durch ein Klebe mittel 79 miteinander verbunden sind. Der Körper 77 spricht auf Torsion, der Körper 78 auf Biegung an, wie durch die Vektoren P symbolisch angegeben ist, wobei in jedem. dieser Körper die Polarisation in entgegengesetzten Richtungen erfolgt ist.
Aussen sind die Körper 77 mit Elektroden 80 und 81 bzw. 82 und 83 und innen mit Elektroden 84 bzw. 85 überzogen, welche zwei letztere unmittel bar miteinander verbunden sind. Es ist leicht ersicht lich, dass auf Grund der angebrachten Bedrahtung der ganze Wandlerkörper in zwei Teile geteilt ist, von denen einer das Material zwischen den Elek troden 80 und 84 und zwischen den Elektroden 82 und 85 enthält, während der andere das Material zwischen den Elektroden 81 und 84 und zwischen den Elektroden 83 und 85 enthält. Die Teile spre chen somit je sowohl auf Biegung als auch auf Torsion an.
Fig. 27 zeigt ein universelles Wandlerelement, das aus der Kombination von zwei zu einem sand wach vereinigten massiven Platten 55 und 56 einer seits und einem Körper 87 anderseits besteht, die mit einem Haftmittel 88 aneinander befestigt sind. Der Körper 87 enthält drei Hohlräume 89, die je mit einer Elektrode 90 bekleidet sind, und alle drei Elektroden sind unmittelbar mit der Elektrode 60 verbunden. Aussen ist der Körper 87 weiter mit Elektroden 91 und 92 versehen.
Fig. 28 zeigt ein hohles Wandlerelement für das 45 -45 -System, das aus zwei Teilen 95 und 96 be steht, die je sowohl auf Biegung als auch auf Torsion ansprechen und durch ein Haftmittel 97 miteinander verbunden sind. Beide Teile sind mit Elektroden 93, 94 bzw. 98, 99 versehen, wobei die Elektroden 94 und 98 unmittelbar miteinander verbunden sind. Die erwähnten Teile können aus keramischem oder kri stallinem Material hergestellt sein, während es gleich falls möglich ist, dass ein Teil aus keramischem und der andere aus kristallinem Material besteht.
Die erwähnten Beispiele stellen nur eine Aus wahl aus den zahllosen Möglichkeiten dar, auf die das Prinzip der Erfindung anwendbar ist, und zu denen auch die unterschiedlichen Kombinationen zu rechnen sind, die aus diesen Beispielen gebildet wer den können.