DE2139174B2 - Piezoelektrischer keramische resonatoranordnung - Google Patents

Description

• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein akustischer Dämpfer aus wärmeschrumpfbarem Schlauch auf den Umfang des piezoelektrischen Keramikresonators aufgeschrumpft. Auch mit dieser Anordnung lassen sich unerwünschte Schwingungen sehr wirksam eliminieren.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
• wird der vorbestimmte Druck eines Gewichtes zusätzlich eingestellt, indem man den elektrischen Zuleitungsdraht an die Kontakteinrichtung anschließt, den elektrischen Leiterdraht in den Endteil des Glasröhrchens einschmilzt, den Keramikresonator mit seiner gegenüberliegenden Elektrodenfläche auf die Kontakteinrichtung legt, die elektrische Kontakteinrichtung mit einem weiteren elektrischen Leiterdraht unter dem vorherbestimmten Druck des Gewichtes auf den keramischen Resonator herabdrückt, den Glaskolben an der Öffnung, durch die der andere elektrische Leiterdraht sich erstreckt, dicht verschließt, um das Glasgehäuse, das die elastische Kontakteinrichtung mit vorbestimmtem Druck hält, auszubilden, und den Keramikresonator und die Kontakteinrichtung luftdicht abdichtet. Hierbei ist vorteilhaft, daß die Anordnung sich sehr einfach und kompakt zusammensetzen läßt.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
• Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer keramischen Resonator-Anordnung nach der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 und 3 sind Schnitte durch weitere Ausführungsformen der Keramikresonator-Anordnung nach der Erfindung.
• Fig.4 erläutert zeichnerisch die Durchführung der vorliegenden Erfindung.
• Der in der Fig. 1 dargestellte keramische Resonator 100 als Ganzes weist den eigentlichen keramischen Resonator 10 und einen Glaskolben 20 auf.
• Der keramische Resonator wird an den Elektrodenflächen 2 und 3 unter einem vorherbestimmten Druck von zwei Kontaktmitteln 15 und 17 getragen, mit denen die elektrischen Leiterdrähte 11 und 12 verbunden sind. Die Leiterdrähte 11 und 12 sind durch die Wandung des Glaskolbens 20 hindurchgeführt und an den betreffenden Durchführungsstellen 14 und 13 luftdicht abgedichtet.
• Der keramische Resonator 10 besteht aus einem piezoelektrischen keramischen Körper 1, an dessen beiden entgegengesetzten Seiten die zwei Elektroden 2 und 3 angebracht sind. Der Resonator schwingt bei einer gewählten Hauptresonanzfrequenz. Die Curietemperatur des piezoelektrischen keramischen Körpers muß höher sein als 1600 C, um ein Schwinden der piezoelektrischen Wirksamkeit zu vermeiden, nachdem der Resonator in den Glaskolben bei einer hohen Temperatur eingeschlossen worden ist. Ein für einen solchen Resonator geeignetes piezoelektrisches Material ist eine Feststofflösung aus Blei-Zirkonat-Titanat und/oder deren Abwandlungen. Dieses Material ist für die Zwecke der Erfindung deswegen besonders gut geeignet, weil dessen Curietemperatur im allgemeinen über 4000 C beträgt und damit verhältnismäßig höher liegt als die anderer Materialien.
• Die Elektroden 2 und 3 werden an den betreffenden Seiten des piezoelektrischen Körpers unter Anwendung herkömmlicher Verfahren aufgebracht, z. B.
• durch Brennen einer Silberfarbe und/oder durch elektrofreies Plattieren.
• Die Kontakteinrichtung 12 besteht aus einem nagelkopfförmigen Teil am Ende des Leiterdrahtes 12. Die ebene Seite des Nagelkopfes trägt den Resonator 10. Das andere Kontaktmittel 15 besteht aus einem schlangenlinienförmig ausgestalteten feinen Wolframdraht. Das eine Ende dieses Drahtes stellt einen elastischen Punktkontakt mit der Elektrodenfläche 2 her, und der Resonator 10 ist zwischen dem federnden feinen Draht und dem nagelförmigen Kopf stabil gelagert. Das andere Ende des federnden feinen Drahtes ist an dem einen Ende des Leiterdrahtes 11 befestigt. Bei dieser Ausführungsform wird der Resonator 10 von zwei Kontaktmitteln mit einem Flächen- und einem Punktkontakt getragen. In der Praxis können auch Punkt- oder Flächenkontakte allein verwendet werden. Bei der Halterung des keramischen Resonators mit dem vorherbestimmten Druck ist eine der erforderlichen Bedingungen, daß von den beiden Kontaktmitteln wenigstens ein Kontaktmittel in der Längserstreckung der Leiterdrähte federnd wirkt.
• Um eine gute Glasversiegelung zu erreichen, sollen die Wärmeexpansionskoeffizienten der beiden Leiterdrähte 11 und 12 möglichst gleich demAusdehnungskoeffizienten des Glaskolbens 20 sein. Z. B. können mit Leiterdrähten aus Eisen-Nickel-Legierungen und mit einem Kolben aus Weichglas gute luftdichte Versiegelungen hergestellt werden. Besonders gut geeignet ist eine Kombination von Dumet-Drähten und Bleiglas. Der Innenraum 30 des Glaskolbens 20 wird mit trockener Luft gefüllt, um mit Sicherheit ein stabiles Arbeiten des keramischen Resonators zu erreichen. Ist beispielsweise ein inertes Gas erforderlich, so kann der Innenraum 30 während des Versiegelns des Glaskolbens mit dem inerten Gas gefüllt werden.
• Die Fig. 2 und 3 zeigen abgeänderte Ausführungen der Einrichtung nach der Fig. 1, wobei die einander gleichen oder entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei einem piezoelektrischen keramischen Resonator ist oftmals eine akustische Dämpfung erforderlich, um eine unerwünschte Ansprache in der Nähe der Hauptresonanzfrequenz zu vermeiden. Bei dem Resonator nach der Fig. 2 ist zwischen dem Kontaktmittel 17 und dem keramischen Resonator 10 ein akustisches Dämpfungsmittel angeordnet. Ein Gemisch aus Xylen, Silikongummi und Silberpulver wirkt gut als akustisches Dämpfungsmittel 18 bei der Beseitigung einer unerwünschten Ansprache bei guter elektrischer Leitfähigkeit. Als ein Beispiel aus der Praxis sei angeführt, daß ein 10,7 MHz-Resonator (keramisch), der nach dem Dicken-Abscher-Modus schwingt, mit Erfolg gehaltert werden kann unter Verwendung des akustischen Dämpfungsmittels, das aus dem genannten Gemisch aus Xylen, Silikongummi und Silberpulver besteht, wobei die unerwünschte Ansprache wesentlich vermindert wird. Das Gemisch besteht gewichtsmäßig aus 65 o/o Xylen, 12 0/0 Silikongummi und 23 o/o Silberpulver und weist als akustisches Dämpfungsmittel eine gute Wirkung bei der Beseitigung einer unerwünschten Ansprache auf.
• Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung des akustischen Dämpfers 18, der bei der piezoelektrischen keramischen Einrichtung nach der Erfindung verwendet werden kann. Das in der Fig. 3 dargestellte akustische Dämpfungsmittel 18 besteht aus einem wärmeschrumpfbaren Kunststoffschlauch. Dieser Kunststoffschlauch 18 muß bei einer Temperatur unter 1800 schrumpfbar sein und auf den keramischen Resonator 10 passen. Für den akustischen Dämpfer 18 können verschiedene Kunststoffe verwendet werden, z. B. Teflon, Neoplan oder Polyäthylen. Der akustische Dämpfer ist besonders wirksam bei einem piezoelektrischen keramischen Resonator, der Dickenschwingungen ausführt, z.B. nach dem Dicken-Abscher-Modus bei einer Frequenz von mehr als 1 Megahertz.
• Die oben beschriebene piezoelektrische keramische Einrichtung kann nach den nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Eines dieser Verfahren wird unter Hinweis auf die Fig. 4 beschrieben. Der Boden des Glaskolbens 20, durch den der Leiterdraht 12 am Teil 13 abgedichtet hindurchgeführt ist, wird auf eine Unterlage 25 so aufgesetzt, daß das oben offene Ende 29 des Glasrohres 31 nach oben gerichtet ist. Hiernach wird der keramische Resonator 10 auf die Kontakteinrichtung 17 aufgesetzt, und der durch Wärme schrumpfbare Kunststoffschlauch 18 wird auf den Resonator aufgeschoben. Der Leiterdraht 11 mit dem an diesem angebrachten gewundenen Kontaktdrähtchen 15 wird durch ein Führungsglied 26 und durch die Öffnung 29 hindurchgeführt und mit dem Resonator 10 in Berührung gebracht. Der vom Kontaktdrähtchen 15 auf den Resonator 10 ausgeübte Druck wird von einem auf das obere Ende des Leiterdrahtes 11 einwirkenden Gewicht 27 bestimmt. Am offenen Ende 29 des Glasrohres 31 ist eine elektrische Heizwicklung 22 angebracht. Bei dieser Anordnung kann die Ansprache des Resonators unter Benutzung der beiden Leiterdrähte überprüft werden, wobei der günstigste Halterungsdruck durch Verändern der Schwere des Gewichtes 27 bestimmt werden kann. Nachdem alle erforderlichen Maßnahmen getroffen worden sind, wird das Glasrohr 21 am Leiterdraht 11 verschlossen und versiegelt, zu welchem Zweck durch die Heizwicklung 22 über die Anschlüsse 23, 24 ein elektrischer Strom geleitet wird. Während des Versiegelns des Glaskolbens wird die Temperatur des Resonators 10 auf 100 bis 1500 C gehalten, so daß der Kunststoffschlauch 18 auf dem Resonator zum Schrumpfen gebracht wird.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung mit einem piezoelektrischen Keramikresonator mit zwei an gegenüberliegenden Hauptflächen angebrachten Elektroden, einem Glaskolben, in dem der piezoelektrische Keramikresonator mittels zweier Kontakteinrichtungen an den Elektrodenflächen gehaltert ist, und an den Kontakteinrichtungen vorgesehenen elektrischen Zuleitungsdrähten, die sich durch den Glaskolben erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontakteinrichtungen (15, 17) den piezoelektrischen Keramikresonator (10) mit dem vorbestimmten Druck eines Gewichtes (27) haltern und der vorbestimmte Druck an den Endteilen (13, 14) des Glaskolbens (20) aufrechterhalten wird, an denen ein Paar elektrischer Leiterdrähte (11, 12) senkrecht in axialer Ausrichtung luftdicht in den Glaskolben (20) eingeführt sind.
2. 2. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem piezoelektrischen Keramikresonator (10) und der anderen Kontakteinrichtung (17) ein akustischer Dämpfer (18) aus leitendem Gummi befindet.
3. 3. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Dämpfer (18) aus wärmeschrumpfbarem Schlauch auf den Umfang des piezoelektrischen Keramikresonators (10) auf geschrumpft ist.
4. 4. Piezoelektrische Keramikresonator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Druck des Gewichtes (27) zusätzlich eingestellt wird, indem man den elektrischen Leiterdraht an die Kontakteinrichtung anschließt, den elektrischen Leiterdraht (12) am Endteil (13) des Glaskolbens (31), in dem sich eine Öffnung (29) befindet, einschmilzt, indem man das Gebiet, wo der Leiterdraht (12) aus dem Kolben (31) heraustritt, schmilzt, und indem man dem Keramikresonator (10) mit der gegenüberliegenden Elektrodenfläche (3) auf die Kontakteinrichtung (17) legt, die elektrische Kontakteinrichtung (15) mit einem weiteren elektrischen Leiterdraht (11) unter dem vorbestimmten Druck des Gewichtes (27) gegen den Keramikresonator (10) drückt, den Glaskolben (31) an der Öffnung (29), durch die der andere elektrische Leiterdraht (11) verläuft, verschließt, um das Glasgehäuse (20), das die elastische Kontakteinrichtung (15) unter dem vorbestimmten Druck hält, auszubilden, und den Keramikresonator (10) und die Kontakteinrichtungen (17, 15) luftdicht ab dichtet.

   Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische keramische Resonatoranordnung mit einem piezoelektrischen keramischen Resonator mit zwei an gegenüberliegenden Hauptflächen angebrachten Elektroden, einem Glaskolben, in dem der piezoelektrische keramische Resonator durch ein Paar Kontakteinrichtungen an den Elektrodenflächen gehaltert ist, und mit sich durch den Glaskolben hindurch erstreckenden elektrischen Zuleitungen an den Kontakteinrichtungen.

   Es ist bekannt, daß piezoelektrische Quarz- oder Keramikresonatoren sich zu mechanischen Schwingungen auf einer Betriebsfrequenz erregen lassen.

   Die Resonatoren müssen sorgfältig gehaltert sein, damit die Halterung keine Störschwingungen und damit unerwünschte Nebenresonanzen einführt. Um die Halterungsprobleme zu bewältigen, werden die Resonatoren vielfach an nachgiebigen Anschlüssen elastisch gehaltert; diese Anordnung ist als »Druckhalterung« bekannt.

   Die US-PS 2384756 lehrt die typische Druckhalterung eines Quarzresonators. In der US-PS 2639 393 ist eineDruckhalterung für mehrere Quarzresonatoren gezeigt. In der US-PS 3 299 301 ist ein piezoelektrisches Keramikfilter offenbart, bei dem mehrere Kerainikresonatoren elastisch gehaltert sind.

   Eine Quarzhalterung in einem Glaskolben zwecks Evakuierung ist in der US-PS 2266 070 beschrieben.

   Weiterhin offenbart die US-PS 3008060 eine Halterung für einen piezoelektrischen Quarz, der luftdicht in einen Glaskolben eingeschlossen ist. Die DT-PS 532 549, die GB-PS 287175 und die GB-PS 477 344 zeigen weitere Möglichkeiten, Quarz luftdicht in einem Glaskolben zu haltern.

   Bei den oben beschriebenen Anordnungen werden der Quarz, die Halterung und Glaskolben unabhängig voneinander zusammengebaut. Der Quarz muß also bereits vor dem Verschließen des Glaskolbens in geeigneter Weise gehaltert sein.

   Bei der Verwendung von piezoelektrischem Keramikmaterial ist der Einsatz eines Glaskolbens auf Schwierigkeiten gestoßen, da die Curie-Temperatur der piezoelektrischen Keramik unter 600° C liegt; vergl. »Piezoelectric Transducer Materials« in Proc.

   IEEE, Bd. 53, Nr. 10, Oktober 1965, 5. 1372 bis 1386, Tabelle IV. Es war also bis jetzt nicht möglich, einen in einen Glaskolben eingesetzten Keramikresonator praktisch zu verwirklichen.

   Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine piezoelektrische keramische Resonatoranordnung mit einem Glaskolben zu schaffen, bei der der Keramikresonator sich einfach und leicht mit vorbestimmtem Druck und ohne Störresonanzen montieren läßt.

   Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beiden Kontakteinrichtungen den piezoelektrischen Keramikresonator mit dem vorbestimmten Druck eines Gewichtes haltern und der vorbestimmte Druck an den Enden des Glaskolbens aufrechterhalten wird, an denen ein Paar elektrischer Leiterdrähte in axialer Ausrichtung luftdicht in den Glaskolben eingeführt sind.

   Nach einer Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zwischen dem piezoelektrischen Keramikresonator und der anderen Kontakteinrichtung ein akustischer Dämpfer aus leitendem Gummi. Mit dieser Anordnung lassen sich unerwünschte Schwingungen sehr wirkungsvoll beseitigen.