DD214030A1 - Piezoelektrischer schwingungswandler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Schwingungswandler, der zur Erregung und Aufnahme von mechanischen Schwingungen dient. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind festkoerpermechanische Untersuchungen mit der Resonanzmethode. Damit es gelingt, Frequenzspektren von Probekoerpern sowohl lueckenlos als auch unbeeinflusst vom Wandlersystem zu erregen und aufzunehmen, ist die Lagerung des Piezoelements sowie die Ankopplung an den Probekoerper folgendermassen zu gestalten: Das Piezoelement (1) ist auf einem Dauermagneten (4) befestigt uns zusammen mit diesem auf einer verschiebbaren Platte (5) bezueglich des Probekoerpers gutpositionierbar. Das drahtfoermige Ankoppelelement (2) besitzt ein elastisches Glied (3), z.B. in Form einer Windung.

Description

Titel der Erfindung Piezoelektrischer Schwingungswandler

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft piezoelektrische Schwingungswandler, die zur Erregung und .Aufnahme von mechanischen Schwingungen geeignet sind. Die vorgeschlagenen Wandlerpaarungen sind universell in der Schwingungstechnik anwendbar, lin bevorzugtes Einsatzgebiet sind festkörpermechanische Untersuchungen mit der Hesonanzmethodec

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der direkte und der reziproke piezoelektrische Effekt werden bereits in der Schwingungstechnik angewendet. Beispielsweise enthält die EBD - SB 1902849 einen mechanisch-elektrischen bzw. elektrisch-mechanischen Wandler, der aus einer dünnen folie besteht. In der BBD - SB 3OOIS87 wird ein Sensor zum Erfassen von Schwingungen mit einem Schwingungselementaus piezokeramischen Material beschrieben, welches in einem Einspannkörper aus Epoxidharz gehalten ist«, Desvi/eiteren ist es bekannt, das piezoelektrische Element über einen dünnen_s leicht durchgebogenen Draht an den Schwinger au koppeln.

Dia .bekannten Wandlerelemente gestatten es jedoch nicht, die PrequeηsSpektren von schwingungsfähigen Systemen (Probekörpern) lückenlos und ohne merkliche Beeinflussung durch die Wandler z-u ermitteln.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Wandlersysteme'auf der Grundlage des piezoelektrischen Effekts bereitzustellen, mit denen es gelingt, Frequenzspektren von- Probekörpern sowohl-lückenlos als auch unbeeinflußt vom Wandlersystem zu erregen und aufzunehmen. Das ist insbesondere bei der PräzisionsbeStimmung elastischer Konstanten mit Hilfe der Besonanzmethode von größter Wichtigkeit.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Art der Lagerung und der Ankopplung des Piezoelements so zu gestalten, daß eine störende Beeinflussung der Meßfrequenz verhindert wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt für einen piezoelektrischen Schwingungswandler, dessen Pie ζ oe leine nt mit einem drahtförmigen Ankoppelelernent verbunden ist, in der Weise, daß das Piezoeleiaent zwecks Lagerang auf einem Dauermagneten befestigt ist und das Ankoppelelement ein elastisches Glied enthält, welches vorteilhaft in Form einer Windung oder Al>- winklung unterschiedlichster Art (z. B. V - oder U - förmig) ausgeführt ist. Als Pieζoelernent kommen Längs- oder Biegeschwinger in Betracht. Mit dem Längsschwinger ist das Ankoppelelement am besten fest zu verbinden, z. B. durch Löten oder Kleben, wobei aber auch die Verbindung durch Berührungskontakte möglich istj.die aber insbesondere beim Biegeschwinger zum linsatz kommen sollte.

Wird dar Schwingungswanö,ler bei höheren Temperaturen eingesetzt, so sollte das Ankoppelelement aus einem Material mit geringer Wärmeleitung bestehen. Als geeigneter Werkstoff wurde Quarzglas ermittelt. Sine zwischen der Wärmequelle und dem Piezoelement angeordnete Blende schirmt die Wärmestrahlung ab. Die Wirkung der Blende wird erhöht, wenn die der Wärmequelle zugewandte Seite 'verspiegelt ist. Durch die erfindungsgemäße Art der Lagerung des Piezoelementes, welche eine gute Positionierbaxkeit bezüglich des Probekörpers gewährleistet sowie die erfindungsgemäße Gestaltung des Ankoppele lerne nt es gelingt 6Sf ein lückenloses Frequenzspektrum aufzunehmen und eine optimale Amplitudenüberhöhung zu garantieren,

Ausf ührungsbeispiel

Dia Erfindung wird nachfolgend anhand von Aasführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fjg«.·"? : einen Schwingungswandler mit piezokexamischen Längsschwinger,

Fig. 2 : einen Schwingungswandler mit Biegeschwinger and Fig. 3 : einen Schwingungswandler für den Einsatz unter Hochtamperaturbedingungen.

Der Aufbau dex 7/andlersysteme ist mit handelsüblichen Piezoelementen als Längs- oder Biegeschwinger realisierbar, wobei die geometrischen Abmessungen dem Anwendungszweck: entsprechend optimiert werden.

In Pig. 1 ist das Pie ζ οθ lerne nt 1 als piasokeramlscher Längsschwinger ausgeführt. Das Ankoppelelernent 2 besteht aus Stahldraht und besitzt ein elastisches' Glied 3 in Form einer Windung. Die Verbindung des Ankoppe!elements 2 mit dem Pieao Längsschwinger erfolgt z. B. durch Löten oder Kleben. Das Pieaoelement 1 ist auf einem Dauermagnet 4 befestigt, z. B. aufgeklebt, der es gestattet, durch Verschieben auf einer Stahlplatte 5 in zwei Sichtungen und zusätzliche Verschiebung der Platte 3 und deren Lagerung 6 in der dritten Sichtung, das Piezo - bzw. Anäoppelelement optimal am Probekörper (nicht dargestellt) zu positionieren.

In Pig. 2 ist das auf dem Dauermagneten gelagerte Piezoelement 7 ein Biegeschwinger. Hier erfolgt 'die Befestigung des Ankoppele lerne nt s 2 durch Berührungskontakt,, Dia Anordnung nach Fig.- 3 zeigt den Einsatz des Wandlers unter Hochtemperaturbedingungen (bis etwa 1300 K), Das Ankoppe Ie lerne nt 2 besteht aus Quarzglas, damit die Wärmeleitung von der Heizquelle (nicht dargestellt) zum Piezoelement 1 auf ein Minimum reduziert wird. Das elastische Glied 3 ^urde hier in Form einer V-förmigen Abwicklung ausgeführt. Die Abschirmung der Wärmestrahlung erfolgt mit einer Blende 8, welche auch eine verspiegelte Fläche besitzen kann.

Claims (9)

1. Srfindungsanspruch

   1. Piezoelektrischer Schwingungswandler, dessen Piazoelement mit einem drahtförmigen Ankoppelelement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pie ζoelament (1, 7) auf einem Dauermagneten (4) befestigt ist und das Ankoppelelement (2) ein elastisches Glied (3) enthält.
2. 2. Piezoelektrischer Schwingungswanciler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (3) in Form einer Windung oder Abwinklung ausgeführt ist.
3. 3. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 2. oder^i-,- dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement (1) ein Längsschwinger ist,
4. 4. Piezoelaktronischer Schwingungswandler nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankoppelelement (2) mit dem Piezoelement (1) fest verbunden ist oder die Verbindung durch Berührungskontakt erfolgt.
5. 5. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet_s daß das Piezoelement (7) ein Biegeschwingar ist.
6. 6. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Yerbindung des Ankoppelelements (2) mit dem Piezoelement (7) durch Berührungskontakt erfolgt.
7. 7. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankoppele lernent (2) aus einem Material mit geringer Wärmeleitung und hoher Temperaturbeständigkeit besteht.
8. 8. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Material Quarzglas ist.
9. 9. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 7 o^ex 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement (1) durch eine Blende (8) vor Wärmestrahlung abgeschirmt ist.

   ΊΟ. Piezoelektrischer Schwingungswandler nach Punkt 9> dadurch gekennzeichnet j daß die der Wärmequelle zugewandte Seite der Blende (8) verspiegelt ist.

   Zeichnung