Piezoelektrischer Messwandler mit einer elastischen Spannhülse zur Aufnahme des piezoelektrischen Kristallsatzes
Die Entwicklung piezoelektrischer Messwandler hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte gemacht, so dass diese in zunehmendem Masse für Druck-, Kraftund Beschleunigungsmessung verwendet werden. Einer allgemeinen Verwendung piezoelektrischer Messwandler steht heute aber in erster Linie noch der verhältnismässig hohe Preis derselben entgegen, da solche Wandler nach wie vor kompliziert gebaut sind und meist aus zwölf oder noch mehr Bestandteilen bestehen.
Die Erfindung bezweckt eine radikale Vereinfachung von piezoelektrischen Messwandlern. Sie ermöglicht beispielsweise den Bau von Wandlern, die nur noch aus vier Hauptbestandteilen bestehen. Dadurch ist eine rationelle Fabrikation und eine einfache Montage möglich, die gestattet, piezoelektrische Messwandler zu ähnlichen Preisen wie ohmsche, induktive oder kapazitive Messwandler auf den Markt zu bringen.
Die Erfindung betrifft demnach piezoelektrische Messwandler mit einer elastischen Spannhülse zur Aufnahme des Piezokristallsatzes zur Messung von Druck, Kraft oder Beschleunigung; sie ist dadurch gekennzeichnet, dass eine äussere Montagehülse den Wandler körper und die Spannhülse umschliesst und derart formschlüssig mit einem Flanschende der Spannhülse in Eingriff steht, dass letztere bei dem auf dem Wandlerkörper abgestützten Piezosatz und in Einbaulage befindlichen Montagehülse unter Vorspannung steht, und dass zwischen Montagehülse und Wandlerkörper eine Verbindung besteht, welche eine relative Lageänderung von Wandlerkörper und Montagehülse verhindert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen piezoelektrischen Wandler in geschweisster oder hartgelöteter Ausführung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen weiteren piezoelektrischen Wandler in ebenfalls geschweisster oder hartgelöteter Ausführung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen piezoelektrischen Wandler in eingepresster oder gebördelter Konstruktion,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen piezoelektrischen Wandler einer Schraubverbindung zwischen Montagehülse und Wandlerkörper.
Allen vier gezeigten Ausführungsformen ist gemeinsam, dass sie nur noch vier Hauptbestandteile mit folgenden Funktionen umfassen: 1. Wandlerkörper mit t elektrischem Anschluss
2. Piezoelektrischer Kristallsatz
3. Spannhülse zur Fassung und Spannung des Kri- stalisatzes
4. Äussere Montagehülse zum Einbau des Wandlers und zum Erzeugen der Vorspannung der Spannhülse.
Der Wandler nach Fig. 1 umfasst den Wandlerkörper 1 mit der elektrischen Anschlusspartie 2, sowie den piezoelektrischen Kristallsatz 3, der aus Quarz- oder keramischen Kristallen bestehen kann und einerseits zwischen der plangeläppten Fläche 4 des Wandlerkörpers 1 und der gleichfalls geläppten Fläche 5 des Spannhülsenbodens 7 eingespannt ist. Die Spannhülse 6 ist als dünnwandige Rohrfeder mit Bodenpartie 7 und Vorspannflansch 8 ausgebildet. Die äussere Montagehülse 9 erfasst mit ihrem Absatz 11 den Vorspannflansch 8 der Spannhülse 6 und spannt diese, bis die Montagehülse an der Stelle 12 auf den Wandlerkörper 1 aufliegt und mit diesem stumpfverschweisst werden kann.
Das Mass der Vorspannung des Piezosatzes wird durch Versuche bestimmt und anschliessend durch Toleranzangaben festgehalten. Anstelle einer Stumpfschweissunglder Stelle 12 kann auch Hartlötung, insbesondere mit Hochfre- quenz, treten.
Fig. 2 zeigt wiederum die gleiche Grundkonstruktion, mit dem Unterschied, dass die Vorspannung der Spannhülse 26 durch Pressitz der äusseren Montagehülse 29 an der Stelle 22 in der gewünschten Lage gehalten wird. Es ist aber auch möglich, die Länge der Spannhülse 26 so zu dimensionieren, dass sie nach gewünschter Vorspannung an der Stelle 25 des Wandlerkörpers 21 aufliegt. Zur Sicherung ist die äussere Mon tagehülse 29 mit dem Wandlerkörper entlang der Naht 22 hartgelötet, was wiederum mit Vorteil mit Hochfrequenz durchgeführt wird. Es ist aber auch möglich, durch Punktschweissung mit radial gerichteten Elektroden eine sichere Verbindung an der Stelle 22 zu erreichen.
Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Ausführungsform, wobei jedoch die Endpartie 32 der äusseren Montagehülse 39 zur Sicherung umgebördeltwurde. Vorzugsweise liegt der Spannflansch 38 der Spannhülse 36 an der Stelle 35 am Wandlerkörper 31 an: dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Wandlerkörper 41 mit der Montagehülse 49 mittels Gewinde 42 so verschraubt ist, dass die Spannhülse 46 auf das richtige Mass vorgespannt ist und der Spannflansch 48 fest gegen den Wandlerkörper 41 geklemmt ist. Zur Abdichtung des Gewindes wird die Nute 47 mit einem Kunststoff ausgefüllt.
Piezoelectric transducer with an elastic clamping sleeve to hold the piezoelectric crystal set
The development of piezoelectric transducers has made significant advances in recent years, so that they are increasingly used for pressure, force and acceleration measurements. A general use of piezoelectric measuring transducers today is primarily opposed by the relatively high price of the same, since such transducers are still of complex construction and usually consist of twelve or more components.
The invention aims to radically simplify piezoelectric transducers. For example, it enables converters to be built that only consist of four main components. This enables efficient manufacture and simple assembly, which allows piezoelectric measuring transducers to be brought onto the market at prices similar to ohmic, inductive or capacitive measuring transducers.
The invention accordingly relates to piezoelectric measuring transducers with an elastic clamping sleeve for receiving the piezocrystalline set for measuring pressure, force or acceleration; It is characterized in that an outer mounting sleeve surrounds the transducer body and the clamping sleeve and is in positive engagement with a flange end of the clamping sleeve in such a way that the latter is pretensioned when the piezo set supported on the transducer body and in the installation position, and that between the mounting sleeve and converter body there is a connection which prevents a relative change in position of converter body and mounting sleeve.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
1 shows a cross section through a piezoelectric transducer in a welded or brazed version,
2 shows a cross section through a further piezoelectric transducer in a likewise welded or brazed version,
3 shows a cross section through a piezoelectric transducer in a pressed-in or crimped construction,
4 shows a cross section through a piezoelectric transducer of a screw connection between the mounting sleeve and the transducer body.
All four embodiments shown have in common that they only comprise four main components with the following functions: 1. Converter body with electrical connection
2. Piezoelectric crystal set
3. Clamping sleeve for setting and tensioning the crystal set
4. Outer assembly sleeve for installing the converter and generating the pre-tensioning of the adapter sleeve.
The converter according to FIG. 1 comprises the converter body 1 with the electrical connection part 2, as well as the piezoelectric crystal set 3, which can consist of quartz or ceramic crystals and on the one hand between the flat-lapped surface 4 of the converter body 1 and the likewise lapped surface 5 of the clamping sleeve base 7 is clamped. The clamping sleeve 6 is designed as a thin-walled tube spring with a bottom section 7 and a prestressing flange 8. The outer mounting sleeve 9 with its shoulder 11 grasps the prestressing flange 8 of the clamping sleeve 6 and tensions it until the mounting sleeve rests on the transducer body 1 at point 12 and can be butt-welded to it.
The degree of pre-tensioning of the piezo set is determined through tests and then recorded by means of tolerance specifications. Instead of a butt weld area 12, brazing, in particular with high frequency, can also be used.
2 again shows the same basic construction, with the difference that the pretensioning of the clamping sleeve 26 is held in the desired position by a press fit of the outer mounting sleeve 29 at the point 22. However, it is also possible to dimension the length of the clamping sleeve 26 so that it rests at the point 25 of the converter body 21 after the desired pretensioning. To secure the outer Mon day sleeve 29 is brazed to the transducer body along the seam 22, which in turn is advantageously carried out with high frequency. But it is also possible to achieve a secure connection at point 22 by spot welding with radially directed electrodes.
Fig. 3 shows an embodiment corresponding to Fig. 2, but with the end section 32 of the outer mounting sleeve 39 being crimped to secure it. The clamping flange 38 of the clamping sleeve 36 is preferably in contact with the transducer body 31 at the point 35: however, this is not absolutely necessary.
4 shows an embodiment in which the converter body 41 is screwed to the mounting sleeve 49 by means of thread 42 in such a way that the clamping sleeve 46 is pretensioned to the correct extent and the clamping flange 48 is firmly clamped against the converter body 41. To seal the thread, the groove 47 is filled with a plastic.