DE1101526B - Haltevorrichtung fuer einen im wesentlichen scheibenfoermigen piezoelektrischen Koerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Haltevorrichtung für einen im wesentlichen scheibenförmigen piezoelektrischen Körper mit schneidenförmigem Rand, in welcher der Körper mittels federnder Elemente aus Draht, welche an ihren freien Enden einige angewickelte Schraubenwindungen besitzen, an wenigstens zwei Punkten seines Randes gehalten wird.

Für die praktische Brauchbarkeit derartiger Haltevorrichtungen ist es von entscheidender Bedeutung, daß der piezoelektrische Körper darin bei auf die Haltevorrichtung ausgeübten Stoßen fest und sicher gelagert ist und daß bei Erschütterungen auch keine Drehbewegungen des piezoelektrischen Körpers vorkommen können. Durch solche Drehbewegungen würde nicht nur der elektrische Kontakt der Elektroden des piezoelektrischen. Körpers mit den Zuführungsleitungen in Mitleidenschaft gezogen werden, sondern es würden sich auch Änderungen der piezoelektrischen Schwingungseigenschaften des Körpers ergeben. Die Elektroden werden in üblicher Weise als Metallbelegungen auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers oder einem Teil dieser Oberfläche angebracht.

Derartige Haltevorrichtungen müssen auch so ausgebildet sein, daß sie mit den Methoden neuzeitlicher Massenfertigung in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können. Sie müssen leicht sein und wenig Raum beanspruchen, um bei der steigenden Verwendung piezoelektrischer Körper in Nachrichtenschaltungen auch in Geräten geringen Gewichtes und geringer Raumausdehnung untergebracht werden zu können.

Es ist bereits eine Haltevorrichtung bekannt, in welcher der Rand des piezoelektrischen Körpers zwischen den Windungen der an den Enden zweier drahtförmiger federnder Elemente vorgesehenen Schraubenwicklungen eingeklemmt ist, ohne daß von einer Abstützung an einem weiteren Punkt des Randes Gebrauch gemacht wird. Derartige Halterungsvorrichtungen haben sich in der Praxis als nicht befriedigend erwiesen. Da der Reibungskoeffizient zwischen den miteinander in Berührung stehenden Oberflächenteilen der Schraubenwindungen und des piezoelektrischen Körpers gering ist, besteht die Gefahr, daß der Körper bei Erschütterungen, besonders bei Beschleunigungskomponenten senkrecht zur Verbindungsgeraden der Halterungsstellen, aus der Fassung fällt oder Drehbewegungen ausführt. In der Beschreibung einer derartigen bekannten Haltevorrichtung wird daher erwähnt, daß die Schraubenwindungen mit der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers verklebt sein sollen. Die Anwendung solcher Klebemassen hat jedoch den Nachteil, daß ihre Anbringung am Rande des piezoelektrischen Körpers zu einer Änderung der Resonanzfrequenz führt, deren Ausmaß nicht vernachlässigt, aber auch nicht genügend genau vorher be-

Haltevorrichtung für einen

im wesentlichen scheibenförmigen

piezoelektrischen Körper

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,

Berlin-Charlottenburg 1,

Ernst-Reuter-Platz

Dr. Hans Awender, Berlin-Nikolassee,

und Erhard Becker, Berlin-Lichtenrade,

sind als Erfinder genannt worden

stimmt werden kann. Bei nachträglichen Änderungen der Masse oder des Elektrizitätsmoduls des Klebers treten fortwährend Änderungen der Schwingungseigenschaften, besonders der Eigenfrequenz, auf. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich die Klebeverbindung bei Erschütterungen löst.

Praktische Versuche, welche der Erfindung vorausgingen, haben gezeigt, daß auch durch die Anwendung eines weiteren Halterungselementes in Verbindung mit der erwähnten bekannten Halterung mittels zweier an den Enden schraubenförmig gestalteter Federn, beispielsweise derartig, daß der piezoelektrische Körper durch die federnden Elemente mit einem weiteren Randpunkt gegen das weitere Halterungselement gedruckt wird, allein noch keine prinzipielle Änderung des Verhaltens gegenüber Erschütterungen erzielt werden kann, sondern diese immer wieder Drehbewegungen des Körpers zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung für einen im wesentlichen scheibenförmigen piezoelektrischen Körper zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile der bekannten Haltevorrichtungen nicht aufweist. Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck in die Schraubenwindungen; der Federenden je ein Stückchen Schlauch aus einem kautschukartigen Material oder aus einem synthetisch hergestellten Kunststoff eingeschoben und die Ganghöhe der Schraubenwindungen so groß bemessen, daß sich der Rand des piezoelektrischen Körpers auf den eingeschobenen Schlauch stützen kann; außerdem wird der Körper in an sich bekannter Weise durch die federnden Elemente mit wenigstens einem weiteren Randpunkt gegen ein weiteres Halterungselement gedrückt.

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Durch den Übergang auf das an sich bekannte pers stützt. In der Normallage ist der Rand des piezo-

Prinzip der Drei- oder Mehrpunkthalterung und durch elektrischen Körpers nicht mit den Schraubenwindun-

Verwendung schlauchförmiger Auflageteile in den gen des Federumgselementes in Berührung. Diese

Federwindungen werden bei der Haltevorrichtung Windungen bieten jedoch seitlich neben dem Rand nach der Erfindung größere Auflagekräfte ohne Ge- 5 einen Schutz gegen das Herausspringen des Körpers

fahr des Aussplitterns am Rande und infolge höherer aus der Fassung bei Stoßen. Ferner läßt sich durch die

Reibungskräfte eine bessere Sicherheit gegen Dreh- Zusammensetzung der Federelemente aus zwei we-

bewegungen unter dem Einfluß von Erschütterungen sentlich voneinander verschiedenartig ausgebildeten

erzielt. Teilen der Anlagedruck der Elemente am Rand des

Es sei erwähnt, daß bereits eine Haltevorrichtung io Körpers leichter auf den erforderlichen Wert einstel-

für einen im wesentlichen scheibenförmigen piezoelek- len, so daß auch mit größerer Sicherheit Drehibewe-

trischen Körper bekannt ist, in welcher dieser inner- gungen bei Erschütterungen verhindert werden

halb eines aus vier Streben gebildeten rechteckigen können.

oder annähernd quadratischen Rahmens eingeklemmt Zur Lösung der letztgenannten Teilaufgabe trägt ist. Ein Paar innerhalb des Rahmens einander gegen- 15 auch eine mechanische Verbindung zwischen den freien über angeordneter Streben besteht aus Metall, wäh- Enden der federnden Elemente bei, welche in einer rend das andere Paar von Streben aus Kunststoff her- bevorzugten Ausführungsform der Haltevorrichtung gestellt ist. Die Metallstreben dienen dabei gleichzeitig nach der Erfindung vorgesehen ist. Das zu diesem als elektrische Zuführungen, indem sie mit leichtem Zweck vorgesehene Verbindungselement ist selbst Druck an bis über den Rand des piezoelektrischen 20 ebenfalls federnd ausgebildet und dient zur Vergröße-Körpers hinausgeführten Belegungsteilen anliegen. rung und zur beliebigen Einstellung der Andruck-Es hat sich ergeben, daß diese bekannte Konstruktion kräfte gegenüber dem Rand des piezoelektrischen einer Haltevorrichtung den praktischen Erfordernis- Körpers. Es besitzt im allgemeinen die Gestalt eines sen nicht genügt. Unter dem Einfluß von Erschütte- Bügels, dessen Enden in die Schlauchstücke innerhalb rungen kam es zu Drehungen des pieizoelektrischen 25 der schraubenförmig gewundenen Teile der Fede-Körpers innerhalb seiner Halterung, so daß nicht nur rungselemente eingeschoben sind, oder die Form einer Änderungen seiner elektrischen Eigenschaften, son- Drahtschleife, welche durch die Schlauchstücke hindern sogar Unterbrechungen der Kontaktstellen mit durchgeführt ist. Die mechanische Vorspannung des den Zuführungsleitungen vorkamen. Wenn es aber Bügels bzw. der Drahtschleife soll einstellbar sein, auch nicht immer zu einer Unterbrechung der Zufüh- 30 um die Andruckkräfte gegenüber dem Rand des Körrung kommen muß, so werden doch durch leichte pers dadurch auf den gewünschten Wert einstellen zu Drehungen des Körpers innerhalb der Haltevorrich- können. Für diesen Zweck können verschiedene getung bereits Änderungen des Übergangswiderstandes eignete Konstruktionen des Verbindungselementes gean den Kontaktstellen bedingt. wählt werden.

Es ist ferner eine bekannte Haltevorrichtung für 35 Das erwähnte weitere, außer den federnden Elemeneinen im wesentlichen scheibenförmigen piezoelektri- ten vorgesehene Halterungselement, welches gewöhnschen Körper zu erwähnen, bei der zwei aus Draht lieh am Boden der Halterungsvorrichtung angeordnet hergestellte federnde Elemente der scheibenförmigen ist, soll vorzugsweise ebenfalls aus kautschukartigem Körper gegen eine Kunststoffauflage am Boden der Material oder einem synthetisch hergestellten Kunst-Halterungsvorrichtung drücken. Die freien Enden der 40 stoff bestehen und einen Schlitz zur Aufnahme des federnden Elemente sind mit Kunststoffüberzügen Randes des piezoelektrischen Körpers aufweisen. Die versehen. Der scheibenförmige piezoelektrische Kör- Form des Schlitzes, besonders seine Länge und Tiefe, per wird in dieser Halterungsvorrichtung demnach an können so bemessen sein, daß sich der piezoelektrische drei Punkten am Rande gehalten. Es hat sich ergeben, Körper im wesentlichen mit einer Stelle seines Randaß bei Erschütterungen in dieser Haltevorrichtung 45 des am Boden des Schlitzes abstützt. In diesem Fall ebenfalls Drehbewegungen des piezoelektrischen' Kör- ergibt sich eine Unterstützung an drei Punkten des pers beobachtet werden konnten und daß sogar bei Randes des piezoelektrischen Körpers, so daß man starken Stoßen ein Herausspringen des Körpers aus von einer Dreipunkthalterung sprechen kann. Die der Fassung vorkommen konnte. Ferner war es nicht Form des Schlitzes, besonders seine Länge und Tiefe, ganz befriedigend, daß bei dieser Haltevorrichtung 50 können aber auch so bemessen sein, daß sich der piezoeine Einstellung des von den federnden Elementen elektrische Körper mit zwei voneinander getrennten auf die Quarzscheibe ausgeübten Druckes nur mit Stellen seines Randes an den Enden des Schlitzes abSchwierigkeiten möglich war. stützt. In diesem Fall ergibt sich eine Unterstützung

Bei einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten an vier Punkten, und die Halterung muß sinngemäß

Haltevorrichtung bestehen die federnden Elemente 55 als eine Vierpunkthalterung bezeichnet werden,

aus zwei voneinander zu unterscheidenden Teilen, In Fig. 1 der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausfüh-

nämlich einem geraden Teil, der sich im allgemeinen rungsform einer Haltevorrichtung nach der Erfindung

parallel zu einer der großen Oberflächen des scheiben- dargestellt;

förmigen piezoelektrischen Körpers erstreckt, und Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Möglichkeiten der

einem daran angesetzten schraubenförmig gewundenen 60 Abstützung des Randteiles des piezoelektrischen Kör-

Teil, dessen Achse sich im allgemeinen ungefähr senk- pers gegenüber der am Bodenteil der Haltevorrichtung

recht zu den großen Oberflächen des Körpers erstreckt. befestigten Auflage, welche außer den federnden HaI-

Infolge der verschiedenartigen Ausbildung sind auch terungs'elementen als weiteres Halterungselement

die Federkonstanten dieser beiden Teile voneinander dient; in

verschieden. Während der gerade Teil verhältnismäßig 65 Fig. 5 bis 8 sind verschiedene Formen für das niesteif ist, verhält sich der schraubenförmig gewundene chanische Verbindungselement zwischen den Enden Teil wesentlich weicher. In den letzteren sind nun der Federungselemente dargestellt
Stückchen eines aus Kautschuk oder Kunststoff be- In Fig. 1 ist 1 die Bodenplatte der Haltevorrichstehenden Schlauches eingeschoben, auf welchen sich tung, in d'er die beiden Steckerstifte 2 angebracht sind, der schneidenförmige Rand des piezoelektrischen Kör- 70 An den beiden oberen Enden der Steckerstifte 2 sind

die Federungselemente 3 befestigt. Zu diesem Zweck sind an den unteren Enden der Federungselemente einige Schraubenwindungen in Form einer sogenannten Locke angewickelt, welche über die Enden der Steckerstifte 2 gezogen sind. Die Schraubenwindungen der Locke werden mit den Enden der Steckerstifte verlötet. Auf diese Weise sitzen die Federungselemente 3 fest auf den Enden der Steckerstifte und stehen mit diesen in elektrischem Kontakt. Die oberen Enden der Federungselemente weisen ebenfalls einige angewickelte schraubenförmige Windungen auf, die in Fig. 1 mit 4 bezeichnet sind. Die Ganghöhe der Windungen 4 ist so bemessen, daß der schneidenförmige Rand des piezoelektrischen Körpers zwischen diesen Windungen Platz hat und sich auf den eingeschobenen Kunststoffschlauch 5 stützt, ohne in der Normallage die Schraubenwindungen mehr als nur ganz leicht zu berühren.

Man erkennt aus der Zeichnung gemäß Fig. 1, daß in beiden schraubenförmig gewickelten Endteilen 4 der Federungselemente 3 kurze Stückchen Kunststoffschlauch 5 eingelegt sind, auf welche sich der Rand des scheibenförmigen piezoelektrischen Körpers stützt. Durch die beiden Kunststoffschlauchstückchen 5 ist die Drahtschleife 6 hindurchgeführt, die bei 7 mit einigen Windungen zusammengedreht ist, um auf diese Weise den Anpreßdruck zwischen den Enden der Federungselemente 3 bzw. den Kunststoffschläuchen 5 und dem piezoelektrischen Körper einzustellen. Durch mehr oder weniger starkes Zusammendrehen der Enden der Verbindungsschleife 7 wird der Körper 9 mehr oder weniger stark gegen die am Bodenteil der Halterungsvorrichtung befestigte Auflage 8 gedrückt.

Die Elektroden für den piezoelektrischen Körper sind in Form leitender Metallbeläge auf dem Körper selbst angebracht. Der Randteil des Körpers ist von Metallbelägen im wesentlichen frei, jedoch reicht von der mittleren Metallbelegung zum Rand auf jeder Seite ein Streifen der Belegung bis zu dem schneidenförmigen Rand des Körpers, wo auf jeder Seite ein dünner Draht 10 auf dem Randteil der Belegung angelötet und mit der zugehörigen Feder 3 verbunden ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform einer Haltevorrichtung nach der Erfindung kann der Druck, mit welchem der Körper 9 durch die Fedem 3 und die Verbindungsschleife 6 gegen die Auflage 8 gepreßt wird, sehr fein eingestellt werden. Nach der endgültigen Einstellung bleibt dieser Druck auch unter allen Umständen und auch bei Erschütterungen und Stoßen erhalten. Man kann den Druck so bemessen, daß keine Drehungen des piezoelektrischen Körpers bei Erschütterungen eintreten. Ein Herausspringen des piezoelektrischen Körpers aus seiner Fassung ist dadurch vollständig vermieden, daß ein Ausfedern der Halterungselemente 3 nach den Seiten durch die Verbindungsschleife 6 verhindert wird. Ein seitliches Herausrutschen des schneidenförmigen Randes aus seiner Lagerung wird außerdem durch die Schraubenwindungen 4 verhindert, welche die Bewegungen des Randes nach den Seiten hin begrenzen. Die Auflage 8 besitzt einen Schlitz, in den der Rand des Körpers 9 eingreift.

In den Fig. 2 bis 4 sind verschiedene Ausführungsformen der Auflage 8 dargestellt, welche außer den federnden Elementen 3 als weiteres Halterungselement dient. Die Auflage 8 ist gewöhnlich aus einem kautschukartigen Material oder aus einem sich ähnlich verhaltenden synthetisch hergestellten Kunststoff gefertigt. Fig. 2 zeigt, daß der Boden der Auflage 8 eine geringere Krümmung aufweist als die Peripherie des piezoelektrischen Körpers. Infolgedessen berührt der Körper 9 den Boden der Auflage 8 im wesentlichen mit einer Stelle seines Randes. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Auflage 8 dargestellt, bei der der Boden der Auflage eine stärkere Krümmung als die Peripherie des piezoelektrischen Körpers 9 besitzt. Infolgedessen liegt der piezoelektrische Körper an der Auflage mit zwei Stellen seines Randes auf, die sich bei den Enden des Schlitzes der Auflage 8 befinden. In derselben Weise liegt auch bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 4 der piezoelektrische Körper mit zwei Stellen seines Randes an der Auflage 8 an, wobei die Auflage 8 aus zwei Schichten zusammengesetzt ist, welche von einer schlitzartigen Öffnung durchbrochen sind.

In Fig. 5 ist eine konstruktive Ausführungsform des \'erbindungselementes dargestellt, welches zur mechanischen Verbindung zwischen den Enden der Federungselemente 3 dienen kann. Das Verbindungselement hat die Gestalt eines Drahtbügels 11, dessen Enden durch die Schlauchstücke 5 hindurchgesteckt und zur Sicherung gegen Herausrutschen umgebogen werden. Das Verbindungselement besitzt in dem bügelartigen Verbindungsteil eine Kröpfung 12j welche mehr oder weniger aufgebogen werden kann, wodurch die Vorspannung der Halterung gegenüber dem piezoelektrisehen Körper beliebig eingestellt werden kann. Die Kröpfung 12 vertritt also hier die Aufgabe der zusammengedrehten Drahtenden 7 in Fig. 1.

In Fig. 6 ist ebenfalls ein bügelartiges Verbindungselement 13 dargestellt, jedoch besitzt dieses bügelartige Element keine Kröpfung zur Einstellung der Vorspannung, sondern es ist über seinen ganzen mittleren bügelartigen Teil leicht gerundet ausgeführt, so daß durch Biegen dieses gerundeten Teiles ebenfalls die Entfernung der Federenden voneinander eingestellt werden kann, so daß ebenfalls eine Wahl der Vorspannung der Halterung gegenüber dem Körper 9 möglich ist.

Fig. 7 zeigt noch einmal herausgezeichnet das in Fig. 1 verwendete Verbindungselement in Gestalt der Drahtschleife 6, deren Enden bei 7 umeinandergewickelt sind, wodurch die Weite der Drahtschleife und damit die Vorspannung bestimmt wird.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Form des Verbindungselementes in Gestalt einer Drahtschleife 15, deren Enden bei 16 miteinander verhakt sind. Der Verbindungsteil 17 der Schleife 15 ist in Form eines flachen Bogens, also gerundet, geführt, so daß durch Biegen an dieser Stelle die Entfernung der Federenden und damit die Vorspannung eingestellt werden kann.

Die in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsformen des Verbindungselementes erlauben es, mit Hilfe des Verbindungselementes gleichzeitig eine Verbesserung der Abstützung der Halterung gegenüber dem Gehäuse zu bewirken. Wenn die in Fig. 1 nicht dargestellte flach kastenförmige Haube über die Halterungsvorrichtung gezogen und auf dem Bodenteil der Halterungsvorrichtung befestigt ist, so legen sich die außenliegenden Teile der Bügel bzw. Verbindungsschleifen gegen die Innenwand der Haube und bewirken eine besonders feste Abstützung, die das eingebaute piezoelektrische Bauelement gegen Beschädigungen bei starken Stoßen schützt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Haltevorrichtung für einen im wesentlichen scheibenförmigen piezoelektrischen Körper mit schneidenförmigem Rand, in welcher der Körper mittels federnder Elemente aus Draht, welche an

ihren freien Enden einige angewickelte Schraubenwindungen besitzen, an wenigstens zwei Punkten seines Randes gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schraubenwindungen (4) der Federenden je ein Stückchen Schlauch (5) aus einem kautschukartigen Material oder aus einem synthetisch hergestellten Kunststoff eingeschoben und die Ganghöhe der Schraubenwindungen so groß bemessen ist, daß sich der Rand des piezoelektrischen Körpers (9) auf den eingeschobenen Schlauch (5; stützen kann und daß der Körper in an sich bekannter Weise durch die federnden Elemente mit wenigstens einem weiteren Randpunkt gegen ein weiteres Halterungselement gedrückt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenfalls federndes Verbindungselement in Gestalt eines Bügels (11), dessen Enden in die Schlauchstücke eingeschoben sind, oder einer Drahtschleife (6), welche durch die Schlauchstücke hindurchgeführt ist, vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Vorspannung des Bügels (11) bzw. der Drahtschleife (6) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere, außer den federnden Elementen vorgesehene Halterungselement (8) aus kautschukartigem Material oder einem synthetisch hergestellten Kunststoff besteht und einen Schlitz zur Aufnahme des Randes des piezoelektrischen Körpers (9) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Schlitzes, besonders seine Länge und Tiefe, so bemessen ist bzw. sind, daß sich der piezoelektrische Körper (9) im wesentlichen mit einer Stelle seines Randes am Boden des Schlitzes abstützt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Schlitzes, besonders seine Länge und Tiefe, so bemessen ist bzw. sind, daß sich der piezoelektrische Körper (9) mit zwei voneinander getrennten Stellen seines Randes an den Enden des Schlitzes abstützt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 387 083, 2 660 680,
784 326.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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