DE2241189A1 - Laengsschwinger mit besonders grosser amplitude der mechanischen schwingung - Google Patents

Description

• Längsschwinger mit besonders großer Amplitude der mechanischen Schwingung Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen Längsschwinger in der Gestalt eines Stabes mit möglichst großer Amplitade der mechanischen Schwingung in der Schwingungsrichtung zu schaffen, der arus polykristallinem, piezoelektrischem, keramischem Stoff besteht. Solche Stoffe sind bekanntLich im gesinterten Endzustand elektrostriktiv und zeigen piezoelektrische Wirkungen erst nach einer sogenannten Vorpolarisctfion, die gewöhnlich nach einer Erhitzung des Stoffes während der Abkühlung bis zur Raumtemperatur mit einem Gleichfeld von bestimmter eLektrischer feldstärke erzielt wird. Die Stoffe können zum Beispiel dem Stoffsystem BLeititanat-Zirkonat angehören.
• Der für den Schwinger vorgesehene Stab ist in elektrischer Hinsicht etwa hälftig unterteilt. Wie aus Fig. 1 ersichtLich, ist er mit mindestens 3, ggf. 4 ELektroden versehen. Zwei Elektroden 1 und 2 bedecken die einander gegenüberstehenden gr&ßten Oberf'lächen des Linken Stabteils. Die dritte Elektrode 3 ist am stirnseitigen Ende des rechten Stabteils angebracht und umfaßt ggf. das Stabende nach Art einer Kappe. Die ggf. aufgebrach'te vierte Elektrode 4 umfaßt den Stab beispieLsweise aLs schmaler Ring, vorzugsweise in geringem Abstand von der ELektrode 3. AnsteLLe einer Ringform kann die ELektrode 4 auch die Gestalt eines kleinen Metallflecks auf der OberfLäche des rechten Stabteits besitzen.
• Die Elektroden können durch eine Metallabscheidung, zum Beispiel chemische Vernickelung, die die gesamte Staboberfläche bedekt, hergesteLLt sein; danach werden die Flächen, die frei von ECektroden bleiben soLLen, gebiLdet, indem das zuvor aufgebrachte Metall durch einen Ätzvorgang beseitigt wird; hierbei sind die Flachen der vorgesehenen ELektroden abgedeckt.
• Die notwendige Vorpolarisation des Stabes ist zuerst in der Längsrichtung vorgenommen worden, indem die einander gegenüberstehenden Elektroden 1 und 2 des linken Stabteils elektrisch miteinander verbunden wurden und die Gleichspannung für die Vorpolarisation zwischen diesen beiden Elektroden einerseits und einer der ELektroden 3 oder 4 andererseits angeLegt wurde.
• Danach wurde eine zweite Vorpolarisation in der Querrichtung vorgenommen, bei der die Gleichspannung zwischen den beiden gegenuberstehenden Elektroden 1 und 2 angelegt wurde.
• Die geschiLderte Vorpotarisation von Stäben in der Längs- und der Ouerrichtung ist für andere Anwendungsgebiete bereits bekannt.
• In Fig. 1 sind die PoLarisationsrichtungen gestrichelt eingezeichnet, Erfindungsgemäß wird für den Betrieb des Längsschwingers die ggf.
• nach Art einer Kappe ausgeführte ELektrode 3 mit e i n e r der ELektroden 1 und 2 verbunden. Für den FaLL, daß eine vierte Elektrode nicht angewendet wird, ist die Ausführung nach der Erfindung auch so möglich, daß die Kappen-ELektrode 3 so weit nach links hin (vgl. Bezugsziffern 5 und 6) herübergeogen wird, daß sie zwar die ELektrode 1 (Fig. 2) eLektrisch kontaktierend berührt, jedoch zwischen ihr und der Elektrode 2 ein ausreichend breiter isolier-nder Trennstreifen verbleibt.
• Die Amplitude der mechanischen Schwingungen des Schwingers nach der Erfindung in der Längsrichtung ist größer als die eines gewöhelichen Längsschwingers mit den gleichen Abmessungen.
• Diese Amplitude kann in einer an sich bekannten Weise verstärkt werden. Hierzu wird ein flaches oder rundes Anschlußstück 7 (sogenanntes Horn), dessen Breite bzw. Durchmesser mit zunehmendem Abstand von der AnschLußsteLLe vermindert ist, zum Beispiel nach einem Expõnentialgesetz, mit dem Schwingerstab mechanisch fest verhunden. Als Stoff für das Anschlußstück empfiehlt sich in soLcher, der eine gute Energieübertragung gewährleistet, zum Beispiel Aluminium. Zur mechanischen Verbindung dieses Anschlußstijckes mit dem Schwingerstab kann eine durchgehende Nut im Anschluastück mit einer Breite gleich der Dicke des Schwingerstabes dienen. Das Anschlußstuck kann dann in einfacher Weise auf den Schwingerstab aufgesetzt und b-ispielsweise durch Verkleben fest verbunden werden.
• Der geschiLderte Längsschwinger ist besonders als wesentlicher TeiL solcher Werkzeuge geeignet, mit denen unerwünschte Schichten auf festen Körpern durch SchLag- Stoß- und/oder Schabe-wirkungen entfernt werden können. Für die Bearbeitung von FLächen begrenzter Ausdehnung kann ein zugespitztes Stoßteit 8 verwendet werden (Fig. 3)..
• Bekanntlich wird das Verhalten der in Betracht kommenden keramischen Stoffe durch Temperaturänderungen stark beeinflußt. Damit der Benutzer des genannten werkzeugs bei Temperaturschwankungen (oder bei Schwankungen anderer Einflußfaktoren) nicht zu einem ständigen NachregeLn genötigt ist, wird dieses automatisch durchgeführt, wodurch - zumindest in guter Annäherung - optimale Schwingungsverhältnisse erreicht werden. Dies geschieht, indem gemäß Fig. 4 eine Ruckkopplung verwendet wird. Als AnschLußsteLLe hierfür dient die ELektrode 4. Bei Verwendung von Gleichstrom als Energiequelle bedeuten: 9 ... . die GleichspannungsquelLe, 10 ... . den OsziLLator, 11 .;. . den Schwinger, die ... . die RückkoppLungsteitung.
• Nach weiterer Erfindung wird der Schwinger vorzugsweise für zahnärzttiche Zwecke verwendet, insbesondere für die Beseitigung von Zahnstein, wobei der Frequenzbereich vorteiLhaft zwischen 40 und 80 kHz gewählt wird. Hierbei Liegen Werkzeugteil 8 und ELektrode 3 aus Sicherheitsgründen an Erde.
• Der technische Fortschritt, der durch die Erfindung erreicht wird, besteht in der Erzielung großer AmpLituden, verglichen mit Schwingern gLeicher Abmessungen und einer herkömmlichen PoLartsierung in nur einer Hauptrichtung. falls von der Rückkopplung gemäß Fig. 4 Gebrauch gemacht wird, werden automatisch optimale Schwingungsverhältnisse hergestellt und chwanhungseinfLusse, Insbesondere durch wechselnde Temperaturen, bestmöglich kompensiert. - Ferner ist ein Betrieb mit Gleichstrom niederer Spannung und relativ geringer Eingangs Leitung ermöglicht.
• Patentansprüche

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 9 Längsschwinger in Gestatt eines Stabes aus polykristalliner Piezokeramik mit inagaz1 3 oder 4 Elektroden, der in an sich bekannter Weise bis etwa zur haLben Stab Länge in Querrichtung und im übrigen Stabteil in Längsrichtung vorpolarisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise kappenförmig gestaLtete dritte Elektrode (3) das'stirnsei-tige Ende des in Längsrichtung vorpolarisierten Stabteites bedeckt oder'umfaßt, daß ggf. das gleiche Ende eine vierte, als Rückkopplungs-ELektrode dienende ELektrode (4) trägt und daß die dritte Elektrode (3) mit einer der beiden, vorangehend zum Ouerpolarisieren benutzten ersten und zweiten ELektrode (1 oder 2) eLektrisch verbunden ist.
2. 2.) Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte eLektrische Verbindung der dritten ELektrode (3) mit e i n e r (1, Fig. 2) der zum Querpolarisieren benutzten Eektroden entweder durch eine Verlängerung der genannten Kappen form oder durch ein nahezu allseitiges MetaLLi'sieren des in Längsrichtung vorpoLarisierten Stabteils derart hergesteLLt ist, daß diese e i n e Elektrode (t) eLektrisch-kontaktierend berührt wird, jedoch die a n d e r e Etektrode (2) isoliert verbleibt.
3. 3.) Schwinger nach Anspruch 1' oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (3) außenseitig ein mechanisch mit ihr fest verbundenes Anschlußstück (7) trägt, dessen Querschnitt in an sich bekannter Weise mit zunehmendem Abstand vor der Schwinger-Stirnseite abnimmt (Fig. 3).
4. 4.) Schwinger nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennreichnet, daß die ring- oder fleckenförmige vierte Elektrode (4> zum AnschLuß' einer Rückkopplungsleitung (12) dient (Fig. 4).
5. 5.) Verwendung eines Schwingers nach einem der vorstehenden Ansprüche, vorzugsweise mit einem; Frequenzbereich von 40 bis 80 kHz, in der Dental-Technik, beispielsweise für ein zahnschmelzschonendes Entfernen von Zahnstein.

   L e e r s e i t e