DE2045214C3 - Piezoelektrische Kristallanordnung - Google Patents

Description

herausragen.

Wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht, enthält die Anordnung ein piezoelektrisches Kristall-Element 20, einen ringförmigen Rahmen 22, ein Paar von kappenähnlichen Endgliedern 24 und 2S sowie ein Paar von Endabdeckungen 28 und 30.

Das piezoelektrische Kristallelement 20 ist üblicherweise aus Quarz oder einem anderen piezoelektrischen Material geschnitten oder geformt und kann beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 1,25 cm und eine Dicke in der Größenordnung von einigen wenigen Zehntel-Millimetern abhängig von den gewünschten Frequenzcharakteristiken haben. Jede der einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Elementes 20 weist eine im allgemeinen kreisförmige Elektrode 32 aus einem geeigneten elektrisch leitenden Elektrodenmaterial auf, das über dem zentralen Abschnitt der entsprechenden Stirnfläche des Elementes 20 liegend befestigt ist. Gold, Silber und verschiedene Legierungen können für derartige Elektroden 32 benutzt werden. Derartige, dünne Schichten aus leitendem Metall können mittels üblicher Techniken, wie beispielsweise Plattieren, Aufstäuben od. dgl. befestigt werden. Ein im allgemeinen ringförmiger Randabschnitt 34 jeder Stirnfläche des Elements 20, der abgeflacht oder dünner als der Zentralabschnitt des Elements 20 sein kann, liegt außerhalb der Elektrode.

Ein Kontaktteil 36 ist für jede Elektrode 32 vorgesehen und erstreckt sich von letzterer in im allgemeinen radialer Richtung auf die Peripherie des Elements 20 zu. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktteile 36 und 36' (vgl. Fig.4) in derzeit üblicher Ausbildung gezeigt, indem sich diese in entgegengesetzten Richtungen und im wesentlichen durchgehend zu dem Rand des Elements 20 erstrecken, wie es infolge der Halterung und elektrischen Ankopplung bei üblichen Kristallanordnungen erforderlich ist Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß keines dieser Erfordernisse bei den Kontaktteilcn 36 für die Benutzung bei der Anordnung 10 entsprechend der Erfindung wesentlich sind, wodurch jede Empfindlichkeit bezüglich der relativen Orientierung der Kontaktteile 36 ausgeschlossen und außerdem eine Einsparung von teurem Elektrodenmaterial möglich wird, indem die Kontaktteile 36 in einem gewissen Abstand von der Peripherie des Elements 20 endea E~ sollte ebenfalls darauf geachtet werden, daß die Breite der Kontaktteile 36 üblicherweise geringer als der Durchmesser der Elektrode 32 ist, um teures Elektrodenmaterial zu sparen und unerwünscht« Dämpfen der piezoelektrischen Charakteristiken des Elements 20 zu vermeiden. Für einen wirksamen Betrieb des Elements 20 reicht es aus, wenn die Elektrode 32 nur mit dem zentralen Abschnitt jedes der einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Elements 20 angeschlossen ist

Der Rahmen 22 besteht aus geeignetem elektrisch isolierendem Material und ist mit einer äußeren peripheren Wand 38 versehen sowie mit einer inneren peripheren Wand, die eine öffnung 40 festlegt Wie dargestellt und entsprechend dem Kristallelement 20 von kreisförmiger Gestalt ist der Rahmen 22 ringförmig und im allgemeinen als röhrenförmige Hülse mit wesentlich geringerer Dicke als Durchmesser ausgebildet Wenn jedoch beispielsweise ein Kristallelement 20 von rechteckförmiger Gestalt angeordnet werden soll, kann der Rahmen 22 uwd die nachfolgend beschriebenen Bauelemente der Kombination ähnliche Formen haben.

Jedes der Endglieder 24 und 26 weist eine Endwand

42 mit einer zentralen öffnung 44 darin und einen Flansch 46 auf, der sich seitlich von der Peripherie der Endwand 42 erstreckt Die Flansche 46 haben einen inneren Durchmesser oder Abmessungen, die ein Aufpassen der kappenähnlichen Glieder 24 und 26 auf die entgegengesetzten Enden des hülsenförmigen Rahmens 22 ermöglichen, wobei die Flansche 46 mit der äußeren peripherischen Wand 38 des Rahmens 22 in Eingriff treten. Die Glieder 24 und 26 bestehen aus

ίο geeignetem elektrisch leitendem und federndem Metall, beispielsweise Messing, Beryllium oder einer geeigneten Legierung mit den gewünschten Eigenschaften, um einen elektrisch leitenden Weg dort hindurch zu schaffen, als auch eine Abschirmung für das Element 20 zu bilden, wenn die verschiedenen Teile der Vorrich tung zusammengebaut sind. Im Bezug auf den letzteren Gesichtspunkt soll bemerkt werden, daß die Flansche 46 der Glieder 24 und 26 eine derartige Breite in bezug auf die Breite der äußeren Wand 38 des Rahmens 22 haben, daß die Flansche 46 sich nicht berühren, wenn die

Glieder 24 und 26 auf den Rahmen ZJ. aufgepaßt sind,

wodurch eine elektrische Isolierung zwischen den

Gliedern 22 aufrechterhalten wird. Jedes der Glieder 24 und 26 weist eine Reihe von

Zungen 48 auf, die aus der Endwand 42 ausgestanzt und nach inner; gebogen sind, so daß sie sich von letzterer in gleicher Richtung wie der Flansch 46 erstrecken. Die Reihe von Zungen 48 in einer Anordnung 10 zur Benutzung mit einem kreisförmigen Kristallelement 20 sind vorzugsweise ringförmig auf der Endwand 42 und im Abstand zwischen dem Flansch 46 und der öffnung 44 angeordnet Die Stelle, an der die Zungen 48 aus der Ebene der Endwand 42 gebogen werden, stellt eine Anzahl von Flächen benachbart den Enden der verschiedenen Zungen 48 dar, die normalerweise im wesentlichen koplanar und angepaßt sind. Wenn die Glieder 24 und 26 auf den Rahmen 22 gepaßt sind, so erstrecken sich die Zungenoberflächen gegen den äußeren Rand 34 des Elementes 20. Die Zungen 48 sind hierbei federnd und ermöglichen ein gewisses Biegen. Es soll ferner darauf hingewiesen werden, daß hinreichend Zungen 48 auf jedem der Glieder 24 und 26 vorgesehen sind, so daß die erwähnten Endoberflächen der Zungen 48 in einem geringeren Abstand als die Breite der

Kontaktteile 36 auf dem Element 20 liegen.

Die Zuführungen 14 und 16 sind an den Gliedern 26 und 24 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Anlöten bei 50, physikalisch befestigt und elektrisch angeschlossen. Wenn nur kurze Zuführungen 14 und 16 erforderlich sind, können diese durch Ausstanzen und Nachaußenbiegen eines geeigneten Zuführungsvorsprunges aus dem Flansch 46 jedes der Glieder 24 und 26 gebildet sein. Die Anordnung der Hauptelemente 20,22,24 und 26 der Vorrichtung 10 ist einfach und unempfindlich. Eines der Glieder 24 wird auf den Rahmen 22 aufgepaßt, indem letzteres in den Flansch 46 an dem Glied 24 eingesetzt wird. Das Element 20 wird dann lediglich in die öffnung 40 des Rahmens 22 gebracht, wobei bemerkt wird, daß der Kontaktteil 36 auf der Stirnseite des Elementes 20 von dem Endoberflächenabschnitt einer der Zungen 48 kontaktiert wird, unabhängig von der Orientierung des Elements 20, relativ zu dem Rahmen 22 oder dem Glied 24. Das andere Glied 26 wird dann auf das gegenüberliegende Ende des Rahmers 22 aufgepaßt worauf die Endoberflächenabschnitte seiner Zungen 48 mit dem Randabschnitt 34 des Elementes 20 gegenüber dem Eingriff des Randab-

Schnittes 34 durch die Zungen 48 an dem Glied 24 in Eingriff treten und wenigstens eine Zunge 48 an dem Glied 26 mit seinem Endoberflächenabschnitt in elektrischen Kontakt mit dem benachbarten Kontaktteil 36 tritt. Vorzugsweise ist die Dimensionierung der Flansche 46 und der äußeren Wand 38 derart, daß die Glieder 24 und 26 relativ festgelegt auf dem Rahmen 22 verbleiben, wobei das Element 20 zwischen einander gegenüberliegenden Zungen 48 der Glieder 24 und 26 gehalten wird, auch wenn diese Zungen 48 leicht aus ihrer normalen Stellung gebogen werden, um eine wirksame Halterung des Elements 20 und wirksamen elektrischen Kontakt mit den Kontaktteilen 36 sicherzustellen.

Die Vorrichtung 10 ist in Fig.5 in Seitenansicht dargestellt, wie sie nach Anordnung der Hauptbauelemente 20, 22, 24 und 26 in vorbeschriebener Weise erscheint. In diesem Zustand befinden sich die metallischen Glieder 24 und 26 in der gleichen Lage in ucZiig aiii u55 υ,ι€ΓΠ€Π( cv, "WiC uiCS ljC'i uCT vervollständigten Vorrichtung der Fall ist. Dementsprechend können Frequenztests der Betriebscharakteristiken des Elements 20 mit der Vorrichtung ausgeführt werden, wie sie entsprechend der Darstellung von Fig.5 zusammengebaut ist. Wenn es dann notwendig ist, zusätzliches Elektrodenmaterial auf eine oder beide der Elektroden 32 aufzubringen, um die Frequenzcharakteristiken des Elements 20 einzuregeln, so kann die mittels üblicher Techniken durch die öffnungen 44 in den Endwänden 42 der Glieder 24 und 26 hindurch geschehen, worauf die Testuntersuchungen und weitere Ablagerung wiederholt werden kann, wenn erforderlich, bis das Element 20 so einreguliert ist, daß es bei der gewünschten Frequenz arbeitet. Hierbei nimmt das Element 20 in bezug auf die zuvor erwähnten metallischen Teile bereits die Lage wie bei der vervollständigten Anordnung 10 ein.
Nach dem Testen und der Einregulierung der gewünschten Frequenz werden die Abdeckungen 28 und 30 auf den Gliedern 24 und 26 angeordnet. Die Abdeckungen 28 und 30 sind in Gestalt und Abmessung angepaßt, daß sie eine abschließende Abdeckung nicht

nur für die Öffnungen 44, sondern auch für die Löcher in den Gliedern 24 und 26 an den Stellen bilden, wo die Zungen 48 ausgestanzt und weggebogen sind. Die Abdeckungen 28 und 30 bestehen vorzugsweise aus elektrisch nicht leitendem Material, und sie können

i^r> üblicherweise aus Papierscheiben mit einem Überzug aus druckempfindlichem anhaftenden Material auf einer Seite 52 gebildet sein, so daß die Abdeckungen 28 und 30 nur aufgelegt und auf die Außenseite der Endwand 42 des entsprechenden Gliedes 24 oder 26 aufgedrück;

Die Anordnung ist dann abgeschlossen, wobei sich alle betriebsmäßigen Teile in ihrer gewünschten Lage befinden und die Anordnung 10 in diesem Zustand benutzt werden könnte. Die zuvor erwähnten Teile werden jedoch vorzugsweise von einer relativ dünnen EiniLhlußschicht 12 umschlossen, um die Anordnung gegen Feuchtigkeitseinflüsse zu schützen. Die Schicht 12 kann auf der Anordnung mittels üblicher Techniken, beispielsi :?ise Vergießen gebildet werden, wobei jedes

in der üblichen Vergußmaterialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet werden kann, die auch als Schutzeinhüllung für verschiedene Arten elektronischer Bauteile verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Piezoelektrische Kristallanordnung mit einem isolierenden Rahmen, einem piezoelektrischen Kristallelement mit gegenüberliegenden Stirnflächen innerhalb des Rahmens, einer elektrisch leitenden Elektrodenanordnung auf den Stirnflächen des Kristallelements und mit Elementen zum federnden Verspannen des Kristallelements in dem Rahmen sowie, zur Kontaktherstellung zwischen der Kristall-Elektrodenanordnung und Anschlußelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zum Verspannen und zur Kontaktgabe aus einem Paar von topfförmigen, von beiden Seiten auf den isolierenden Rahmen (22) aufgeschobenen und aus elektrisch leitfähigem Material gefertigten Teilen (24, 26) bestehen, weiche mit den Anschlußelektroden (14,16) versehen sind, daß die Teile (24,26) aus ihrem Boden (42) in Richtung auf das Kristallelement (20) herausgebogene, federnde Zungen (48) aufweisen, die sich aiii dem Rand (34) des Kristallelementes (20) sowie mit einem Kontaktteil (36, 36') der Elektrodenanordnung (32) in Berührung befinden, daß der Boden (42) mit einer der Elektrodenanordnung (32) benachbarten Öffnung (44) versehen ist, und daß isolierende Abdeckungen (28, 30) zum Verschluß der öffnung (44) und der durch die herausgebogenen Zungen (48) gebildeten öffnungen auf die Endflächen der topfförmigen Teile (24, 26) aufgesetzt sind.

2. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kontaktteile (36,36') jeweils übev nur einen Teil des Randabschnittes (34) erstrecken, daß der Abstand der federnden Zungen (48) in Jmfangsrichtung dergestalt ist, daß wenigstens eine Zunge (48) mit dem Kontaktteil (36,36') in Berührung gelangt, und daß der Rahmen (22), die topfförmigen Teile (24,26) und das Kristallelement (20) in verschiedenen relativen rotationsmäßigen Orientierungen zueinander angeordnet sein können.

3. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Zungen (48) einen integralen Bestandteil der topfförmigen Elemente (24,26) bilden.

4. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (22), die topfförmigen Elemente (24, 26) und das Kristallelement (20) eine kreisförmige Gestalt aufweisen.

5. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die topfförmigen Teile (24, 26) mit Flanschen (46) auf dem Rahmen (22) angeordnet sind, um eine periphere Abschirmung für das Kristallelement (20) zu bilden, und daß die Flansche (46) einen Abstand voneinander aufweisen, um die Teile (24, 26) elektrisch voneinander zu isolieren.

6. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Abdeckungen (28,30) mit einer Haftschicht (52) versehen sind.

7. Piezoelektrische Kristallanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anordnung (10) in eine Schicht aus Gießmaterial (12) eingebettet ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Kristallanordnung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-PS 28 17 778 ist eine derartige piezoelektrische Kristallanordnung bekanntgeworden, bei der in einem mit einem Flansch versehenen isolierenden Rahmen der Reihe nach ein Ring aus leitfähigem Material, das Kristallelement, ein weiterer Ring aus leitfähigem Material, ein Federring sowie ein Spannring

ίο eingesetzt sind. Der Spannring wird mit einem Außengewinde in ein Innengewinde des Rahmens eingeschraubt und verspannt hierbei die gesamte Anordnung. Anschlußelektroden sind durch den Rahmen geführt und an die Ringe aus leitfähigem Material

is angelötet Eine über die gesamte Anordnung gestülpte metallische Kappe dient der Abschirmung. Diese Kappe beeinflußt wesentlich die Betriebsfrequenz des Kristalles, und es ist somit nicht möglich, den Kristall im abgeschirmten Zustand abzustimmen. Darüber hinaus benötigt die bekannte Anordnung relativ viele Teüe bei der Herstellung der Kristallanordnung, was einer Massenfertigung hinderlich im Wege steht

Ausgehend von der bekannten Anordnung ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische Kristallanordnung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und aufgrund ihres Aufbaues eine Fcequenzabstimmung des Kristalles im zusammengebauten Zustand sowie einen zuverlässigen Betrieb gestattet

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer vollständigen piezoelektrischen Kristallanordnung nach der Erfindung;

Fig.2 eine auseinandergezogene perspektivische

Ansicht die verschiedene Aufbauteile, der Anordnung

mit Ausnahme der abschließenden Verschluß- und

Schutzschicht aus Vergußmaterial veranschaulicht;

F i g. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3

von F i g. 1;

F i g. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von F i g. 3 und

Fig.5 eine Seitenansicht der Hauptbauteile der Vorrichtung in angeordnetem Zustand, jedoch vor Aufbringung der Endabdeckungen und der Schutz- und Verschlußschicht

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in bezug auf ein kreisförmiges, scheibenähnliches piezoelektrisches Element beschrieben, obgleich die Erfindung auch bei Kristall-Elementen anderer Gestalt anwendbar ist und obgleich sie bei Kristallen mit einer Gestalt, die eine spezielle Orientierung in bezug auf die Halterungen und die elektrische Kopplung erfordert, wie es bei üblichen Vorrichtungen der Fall ist, besonders weitere Vorteile bringt

Die vollständige Anordnung oder Vorrichtung 10 enthält eine Abdeckungs- und Verschlußschicht 12 aus einem geeigneten Vergußmaterial, wie es üblicherweise für die Umhüllung und den Schutz elektrischer Bauelemente benutzt wird, sowie ein Paar von elektrisch leitenden Drahtzuführungen 14 und 16, die aus der Abdeckschicht 12 zur Ankopplung der Anordnung 10 an einen externen elektrischen Kreis