DE2019357A1 - Umformer,insbesondere elektromechanischer Umformer - Google Patents

Description

DTpT. Tn'g. R. Meriens ο«-. ««,-.,

Frankfurt/Main I, Amnielburgstr. 34.

Q2rJt32JL.fis_ Prankfurt am Main,

20. April 1970 H 31 P 198

HONEYWELL INC.

2701 Fourth Avenue South Minneapolis, Minn. USA

Umformer, Insbesondere elektromechanlscher Umformer

Die Erfindung betrifft einen Umformer mit als Biegeschwinger ausgestaltetem Körper der mittels zweier parallel zueinander und senkrecht zur Körperlängsachse liegender Federn mit einer, ortsfesten Halterung verbunden ist.

Bei den bekannten Umformern dieser Art besteht die Schwierigkeit, daß die Befestigungspunkte des Körpers gegenüber den hauptsächlich an der Energieumformung beteiligten Teilen des Körpers phasenverschoben schwingen, wodurch-.slch ein schlechter Wirkungsgrad für die Umformer ergibt. Die phasenverschobene Bewegung der Befestigungspunkte soll daher möglichst klein gehalten werden.

Durch die amerikanische Patentschrift 3 3^1 721 sind Umformer bekannt geworden, bei denen die Phasenverschiebung der Bewegung der Befestigungspunkte sehr klein gehalten wird. Bei diesen Umformern sind die beiden senkrecht zur Körperlängsachse stehenden Endflächen des Körpers mit den Enden zweier ebenfalls senkrecht zur Körperlängsachse stehender flacher Metallfedern verbunden. Die beiden anderen Enden der Federn sind an einer ortsfesten Halterung befestigt. ■

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BAD ORIGINAL

Ein Nachteil der bekannten Umformer ist es, daß insbesondere bei großen Biegebewegungen des Körpers die Federn an dem zur Halterung hin gerichteten Ende der Endflächen leicht brechen, weil hler die durch die sich ändernden Neigung der Endflächen bedingte Beanspruchung der Federn am größten ist. Die Gefahr eines Pederbruches wächst mit der Größe des Umformers.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Gefahr einer Überlastung der Federn stark herabzusetzen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes dem Körper zugewandte Ende der Federn mit einer Endfläche des Körpers verbunden ist, die im Ruhezustand des Umformers senkrecht zur Körperlängsachse liegt und zur Halterung hin durch eine senkrecht zur Federlängsachse in Höhe der Körperlängsachse liegende Ebene begrenzt ist, so daß sich während des Umformerbetriebes die Federn im wesentlichen an einer Stelle verbiegen, die in oder unmittelbar neben der Schnittlinie von Feder und Ebene liegt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das auf die Feder einwirkende Biegemoment im wesentlichen an einer Achse angreift, die gleichzeitig die Neigungsachse der Körperendfläche bildet.

Es ergibt sich eine besonders günstige Lösung, wenn der .Umformer ein piezoelektrischer Umformer ist, dessen aus mindestens einem piezoelektrischen Kristall aufgebauter Körper über zwei Blattfedern mit der Halterung verbunden ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Umformer derart ausgestaltet, daß jede der Federn ein sich zu beiden Seiten der Schnittlinie erstreckendes kurzes Längsstück mit verringertem Querschnitt besitzt, wodurch sich eine Ausnehmung ergibt, die verhindert, daß die zu Halterung hin gerichtete und quer zur Federliingsachse liegende Seitenkante der Körperendfläche auf die Feder einwirken kann.

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In weiterer Ausgestaltung des Umformers empfiehlt es sich, daß jedes der körperseitigen Federenden zwischen einer Klemmplatte und einer der Endflächen des Körpers eingespannt ist, wobei die Klemmplatten an beiden Seiten des Körpers mit den Endflächen verschraubt sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, das nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert wird. Darin zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßeη Umformers, wobei die senkrecht zur Federlängsachse in Höhe der Körperlängsachse liegende Ebene in Blickrichtung des Betrachters verläuft,

Figur 2 eine Vorderansicht des Umformers nach Figur 1, in der der Betrachter senkrecht auf die Ebene schaut und bei der die Halterung durch den Körper verdeckt wird, Figur 3 eine Ausschnittvergrößerung des einen Endes des Umformers nach Figur 1, in der gleichzeitig noch eine abgeänderte Feder dargestellt wird,

Figur 4 eine Abänderung des Umformerendes nach Figur 3, Figur 5 die bei den bekannten Umformern auftretenden .Biegebeanspruchungen der Feder, wie sie sich beispielsweise bei den in der amerikanischen Patentschrift 3 341 721 beschriebenen Umformern ergeben, und

Figur 6 die Biegebeanspruchungen der Feder, wie sie sich bei dem erfindungsgemäßen Umformer ergeben,

In Figur 1 ist ein als Biegeschwinger ausgestalteter Körper 10 über zwei Blattfedern 14, 16 an einer Halterung 12 befestigt. Die Feder 14"und.16 sind in der Halterung 12 mittels zweier Klemmblöcke 18, 20 verankert. Die Halterung 12 gehört zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse gegenüber dem der Körper 10 schwingt. Der Körper 10 wird von Schrauben 22 durchdrungen, die, wie bereits

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in. dem oben genannten amerikanischen Patent beschrieben, die einzelnen Umformerelemente zusammenhalten, welche zwischen zwei weiteren Klemmblöcken 32 und 3^ liegen. Die Klemmblöcke 32 und 34 besitzen jeweils einen Ansatz 32a, 3^a, deren äußerer Abschluß durch die Endflächen 32b, 34b des Körpers 10 gebildet wird. Die Endflächen 32b, 3^b werden von einer Ebene A-A begrenzt, die in Höhe der Körperlängsachse senkrecht zur Längsachse der Federn liegt, wobei sich die durch die Ebene A-A. begrenzten Endflächen gegenüber der Halterung 12 nach außen erstrecken.

Zwei Klemmplatten 28, 30 sind mittels die Feder Iff, 16 durchdringender Schrauben 24,26 mit den Ansätzen 32a, 3^a verschraubt, wodurch die Federenden fest mit den Endflächen 32b, 3^b verbunden sind. Wie aus Figur 2 ersichtlich, erstrecken sie die Ansätze 32a, Jtka. der Klemmblöcke 32, 3^ nicht über die gesamte Breite des Körpers 10. Aus Figur 2 läßt sich auch gut die unterschiedliche Aufgabe der Schrauben 22 und der Schrauben 24, ablesen.

Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung das obere Ende des Körpers 10, das links von der aus Figur 1 ersichtlichen Ebene A-A liegt. In Figur 3 sieht man, wie sich der Kopf einer der Schrauben 24 gegen die obere Klemmplatte 28 legt, wodurch das eine Ende der Blattfeder 14 gegen die Endfläche 32b des Körpers 10 gepresst wird. Da sich der Aufbau der Federbefestigung an den beiden Körperenden nicht voneinander unterscheidet, wird nur die Befestigung am oberen Körperende beschrieben. Die Blattfeder l4 besitzt ein kurzes Längsstück l4a mit verringertem Querschnitt, wodurch gegenüber der Endfläche 32b sowie der gegenüberliegenden Fläche der Klemmplatte 28 eine Ausnehmung gebildet wird. Die Feder 14 verbiegt sich hauptsächlich an dem kurzen Längsstück 14a mit verringertem Querschnitt, das in Höhe der Ebene A-A und damit in Höhe der Längsachse des Körpers liegt. Eine weitere weniger starke Federverbiegung tritt in der Mitte zwischen der Ebene A-A und der Halterung 12 auf.

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Figur 4 zeigt eine Abwandlung des in Figur 5 dargestellten Aufbaues, wobei für einander entsprechende Bauelemente die gleichen Bezugszeichen beibehalten wurden. Bei dieser Abwandlung wurde das kurze Längsstück mit verringertem Querschnitt der Feder l4 . durch eine abgerundete Kante 52c am Ansatz 32a und an der Klemmplatte 28 ersetzt. Durch diese Maßnahme wird die Federbelastung in Höhe der Körperlängsachse vermieden, die dadurch entsteht-, daß die in Höhe der Körperlängsachse liegenden Kanten der Klemmplatte 28 und des Ansatzes J2a auf die Feder l4 einwirken.

Die zur Verhinderung der Fe'derbelastung dienenden Maßnahmen nach ι Figur J3 und Figur 4 können entweder wahlweise oder auch gemeinsam bei dem in Figur 1 und Figur 2 gezeigten Umformer angewendet werden.

Figur 5 zeigt die Verbiegung der Federn, wenn sie, wie in der amerikanischen Patentschrift 3 341 721 beschrieben, an dem Körper befestigt sind. Die gestrichelten Linien zeigen den als Biegeschwinger ausgestalteten Körper und die Federn in ihrer Ruhelage, während die ausgezogenen Linien den Körper und die Federn im ausgelenkten Zustand darstellen. Aus der Zeichnung ergibt sich, daß die Feder im wesentlichen jenseits der konkaven Seite und damit noch um so mehr jenseits der Längsachse B-B des Körpers verbogen wird. Das kommt daher, daß während der Körper schwingt, eine beträchtliche Hebelwirkung längs der Strecke zwischen der Längsachse I B-B bis zu der Linie, an der die Feder die konkav« Fläche verläßt, auf die Feder ausgeübt wird.

In Figur 6 ist das eine Ende des zu dem erfindungsgemäßen Umformer gehörigen Körpers mit dem an ihm befestigten Federende schematisch dargestellt. Aus der Zeichnung läßt sieh die erheblich verminderte Hebelwirkung erkennen, die auf die Feder einwirkt. Die Verminderung der Hebelwirkung kommt dadurch zustande, daß die Feder 14 nur mit der Hälfte des Körpers 10 verbunden ist', die in Figur 6 sich links von der Fläche A-A befindet. Hierdurch liegt die Biegeachse der Feder 14 beträchtlich näher an der Längsachse des Körpers als in Figur 4.

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Während in dem erfindungsgemäßen Aufbau des Umformers nach Figur 1, 2 und 6 die Biegebeanspruchung der Federn 14 und 16 vermindert ist, wird mehr Energie gebraucht, um den Körper 10 in Biegeschwingungen zu versetzen, bei denen er mit seinem Mittelteil gegenüber Halterung 12 ausgelenkt wird. Hierdurch ergibt sich ein verbesßerter Wirkungsgrad, der Energieumformung des Umformers. Das bedeutet, daß die Federn der Auslenkung des Umformers einen größeren elastischen Widerstand entgegensetzen, da bei dem erfindungsgemäßen Umformer die wesentliche Verbiegung der Federn über eine kürzere Länge der Federn erfolgt als dies bei den bekannten Umformern der Fall war. Der Umformer eignet sich besonders als elektro-mechanischer bzw. elektro-akustischer Umformer.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (χ? Umformer mit als Biegeschwinger ausgestaltetem Körper der j mittels zweier parallel zueinander und senkrecht zur Körperlängsachse liegender Federn mit einer ortsfesten Halterung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dem Körper (10) zugewandte Ende der Federn (l4,l6) mit einer Endfläche (32b,34b) des Körpers (10) verbunden ist, die im Ruhezustand des Umformers senkrecht zur Körperlängsachse liegt und zur Halterung (12) hin durch eine senkrecht zur Federlängsachse in Höhe der Körperlängsachse liegende Ebene (A-A) begrenzt ist, so daß sich während des Umformerbetriebes die Federn im wesentlichen an einer Stelle (14a) verbiegen, die in oder unmittelbar neben der Schnittfläche von Feder und Ebene liegt.

   2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein piezoelektrischer Umformer ist, dessen aus mindestens einem piezoelektrischen Kristall aufgebauter Körper (10) über zwei Blattfedern (14, 16) mit der Halterung (12) verbunden ist.

   J. Umformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Federn (14, 16) ein sich zu beiden Seiten der Schnittlinie erstreckendes kurzes Längsstück (14a) mit verringertem Querschnitt besitzt.

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   4. Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge. kennzeichnet, daß jedes der körperseitigen Pederenden zwischen einer Klemmplatte (28, JO) und einer der Endflächen (32b, 3^b) des Körpers (10) eingespannt ist, wobei die Klemmplatten an beiden Seiten des Körpers mit
   den Endflächen verschraubt sind.

   5. Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mit weiteren gleichartig befestigten Körpern (10) versehen ist.

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