DE2328807A1

DE2328807A1 - Piezokeramischer dickenschwinger

Info

Publication number: DE2328807A1
Application number: DE19732328807
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hirsch; Hans Dr Ing Schuessler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE2328719A1

Description

LIGENTIA

Patent-Verwaltungs-GmbH

6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm (Donau), 1. Juni 1975 PT-UL/Scha/wi - UL 69/222

"Piezokeramischer Dickenschwinger"

Die Erfindung "betrifft einen piezokeramischen Dickenschwinger in Form einer Scheibe, vorzugsweise einer Kreis- oder Rechteckscheibe, auf deren Stirnflächen Elektroden aufgebracht sind.

Elektromechanische Wandler, beispielsweise Longxtudinalwandler, bestehen in der Regel aus wenigstens zwei mechanisch schwingfähigen Resonatorteilen, zwischen denen ein piezoelektrisches Element, etwa ein piezokeramischer Dickenschwinger, eingefügt ist (Figur 1). Solche Dickenschwinger (Figur 2 und 3) sind jedoch üblicherweise nicht nur im Dickenschwingungsgrundmode.sowie gegebenenfalls den entsprechenden Oberwellen anregbar,
sondern auch in einer ganzen Reihe von Nebenwellen, welche
zu unerwünschten Dämpfungseinbrüehen in der Durchlaßkurve eines Filters führen. So enthält beispielsweise die Durchlaßcharakteristik eines zylinderfönnigen Longitudinalwandlers, dessen
Mittenfrequenz bei etwa 460 kHz liegt, schon bei etwa 600 kHz

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einen weiteren Durchlaßbereich, der von einem über die Querkontraktion angeregten Radialmode herrührt. Da der Wandler bei dieser Nebenfrequenz zu dem einen recht beträchtlichen elektromechanischen Kopplungsfaktor zeigt, ist damit auch eine Nebenwellenanregung für das gesamte Filter in diesem Frequenzgebiet verbunden.

Die bekannten Maßnahmen zur Unterdrückung von Nebenwellen in einer Filteranordnung laufen in erster Linie auf eine Dämpfung der Nebenwellen durch Resonatoren oder Koppelelemente mit unterschiedlichem Nebenwellenspektrum hinaus (DBP 1 219 601). Hierbei werden z. B. die vom Eingangswandler erregten Störmoden durch Verwendung von Resonatoren mit stark unterschiedlichen Abmessungen im Filter unterdrückt, während die Anregung von Schwingungsmoden im Bereich der Bandmittenfrequenz des Filters hiervon unbeeinflußt bleibt. Als Nachteil muß hierbei jedoch die unterschiedliche Größe der einzelnen Teile des Filters in Kauf genommen werden, was einer Automatisierung der Filterherstellung sehr im Wege steht. Vorteilhafter wäre ein gleicher Durchmesser für alle Resonatoren, um damit sowohl für den Abgleich als auch für den Zusammenbau Einfachwerkzeuge und eine weitgehende Automatisierung zu ermöglichen, jedoch müßten dann die zur Nebenwellenunterdrückung erforderlichen Maßnahmen bereits im Filtereingang getroffen werden.

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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen vorzugsweise in einem elektromechanischen Wandler verwendbaren piezokeramischen Dickenschwinger in Form einer Scheibe anzugeben, der eine Nebenwellenanregung bereits von vornherein weitgehend ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Zwecke der Unterdrückung von transversalen Schwingungsmoden in der Scheibe der äußere Bereich der Scheibe bevorzugt anregbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch eine bevorzugte Anregung des äußeren Bereichs der Scheibe die Anregung von transversalen Schwingungsmoden, beispielsweise Radialschwingungen, beeinträchtigt wird, ohne daß dadurch die Wirksamkeit der Anregung, beispielsweise von Dickenschwingungen, merklich verringert wird.

Dies ist einmal dadurch zu erreichen,·daß der äußere Bereich der Scheibe stärker polarisiert ist als der innere Bereich (Figur 4 und 5) oder daß der innere Bereich sogar überhaupt nicht polarisiert ist (Figur 6 und 7). Die Elektroden können dabei in der Weise ausgebildet sein, daß sie den größten Teil der Stirnflächen bedecken (Figur 4- bis 7) oder daß sie lediglich den äußeren Bereich der Scheibe anregen (Figur 8 und 9).

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Besonders zweckmäßig ist es, gewisse Bereiche der Scheibe in zueinander entgegengesetzten Richtungen zu polarisieren (Figur 10) und die Anregung durch das Wechselfeld mit Hilfe üblicher, d. h. die Stirnflächen der Scheibe zum größten Teil überdeckender Elektroden erfolgen zu lassen (Figur 11). Soll dagegen von einer homogen polarisierten Scheibe ausgegangen werden (Figur 12), so ist eine gegenphasige Anregung auch dadurch zu erreichen, daß die Elektrodenbeläge auf jeder Stirnfläche etwa gemäß Figur 13 in zwei Bereiche aufgeteilt werden, welche, wie in Figur 12 aufgezeichnet, miteinander verschaltet werden, wobei allerdings kompliziertere Metallteile für den Resonator nach Figur 1 notwendig werden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, durch eine sinngemäße Erweiterung der vorstehend genannten Möglichkeit im Rahmen der Erfindung Anordnungen herzustellen, welche mehr als nur zwei gegenphasig anregbare Bereiche in der Scheibe erzeugen.

Für die Radialschwingung ist der innere Bereich,der im Kraftbereich der Schwingung liegt, völlig wirksam, während der äußere Bereich,der im Geschwindigkeitsbereich der Schwingung liegt, nur schwach wirksam, ist. Für die Dickenschwingung sind dagegen bei einer Anordnung gemäß Figur 2 oder 3 alle Bereiche der Scheibe gleich wirksam. Wählt man die Abmessungen der Bereiche jedoch in der Weise, daß die Flächen der Bereiche ent-

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gegengesetzter Polarisation in einer Scheibenebene (Figur und 11) oder die Flächen der entgegengesetzt gepolten Elektroden auf den Stirnflächen (Figur 12 und 13) verschieden groß sind, wobei im vorliegenden Fall der äußere Bereich größer sein muß als der innere, so wird bei einer Integration der Wirkungen über die Gesamtfläche eine Resultierende verbleiben, durch welche eine "bevorzugte Anregung der Dickenschwingung hervorgerufen werden kann.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf keramische Dickenschwinger von rechteckiger Gestalt. Auch hierbei ist es möglich, durch völlig analoge Maßnahmen transversale Schwingungsmoden zu vermeiden, ohne daß die Dickenschwingungsmoden merklich schwächer angeregt werden. Die Ausführungsformen gemäß Figur 14 bis 19 sind demnach mit denjenigen gemäß Figur 10 und 11 vergleichbar, jedoch können selbstverständlich auch die anderen vorgeschlagenen Möglichkeiten sinngemäß auf rechteckförmige Schwingkörper übertragen werden.

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Claims

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Patentansprüche

(1.JPiezokeramischer Dickenschwinger in Form einer Scheibe, vorzugsweise einer Kreis- oder Rechteckscheibe, auf deren Stirnflächen Elektroden aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet _t daß zum Zwecke der Unterdrückung von transversalen Schwingungsmoden in der Scheibe der äußere Bereich der Scheibe bevorzugt anregbar ist.

2. Piezokeramischer Dickenschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der äußere Bereich der Scheibe in Dickenrichtung polarisiert ist.

3. Piezokeramischer Dickenschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich der Scheibe stärker polarisiert ist als der innere.

4. Piezokeramischer Dickenschwinger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Bereiche der Scheibe, vorzugsweise der innere und der äußere Bereich, zueinander entgegengesetzte Polarisationsrichtungen aufweisen und daß der Flächeninhalt der Bereiche mit entgegengesetzter Polarisationsrichtung in einer Schnittebene parallel zur Scheibenebene verschieden groß ist.

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">.. Piezokeramischer Dickenschwinger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungselektroden auf jeder Stirnfläche der Scheibe aus einem
zumindest den äußeren Bereich der Scheibe überdeckenden äußeren Belag bestehen.

6. Piezokeramischer Dickenschwinger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungselektroden auf jeder Stirnfläche der Scheibe aus einem
inneren Belag und einem äußeren Belag bestehen, wobei jeweils der innere Belag einer Stirnfläche mit dem äußeren Belag der anderen Stirnfläche elektrisch verbunden ist und daß die von dem inneren Belag und dem äußeren Belag überdeckten
Flächen auf jeder Stirnfläche verschieden groß sind.

7. Piezokeramischer Dickenschwinger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung
als elektromechanisch wirksames Element in einem Wandler,
vorzugsweise einem Longitudinalwandler.

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