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Vorrichtung zur Kontaktierung elektromechanischer Antriebs-
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schwinger Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontaktierung
von mechanischen Resonatoren, die als Antriebsschwinger für elektromechanische Filter
mit einem elektrostriktiven Wandler und mit in den Schwingungsknoten befestigten
stiftförmigen Haltebeinen versehen sind, bei der die Antriebsschwinger von einer
an den Haltebeinen angreifenden Halterung erfaßt sind.
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Vor der Endmontage eines elektromechanischen Filters, bei der die
Antriebsschwinger im allgemeinen durch Anschiieißen eines oder mehrerer Koppeldrähte
mit den übrigen Resonatoren verbunden werden, ist es zur Einhaltung der geforderten
Filterwerte notwendig, die für die Filterbemessung wesentlichen Parameter der Antriebsschwinger
zu messen und falls erforderlich, beispielsweise einen abschließenden Frequenzabgleicn
vorzunehmen.
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Hierzu mUssen die in der Regel mit einer Piezokeramik versehenen Antriebsschwinger
in einer entsprechenden Meß- bzw. Abgleichvorrichtung elektrisch angeschlossen werden.
Für eine exakte Messung ist es dabei erforderlich, daß die auf der Piezokeramik
aufgebrachten Elektroden elektrisch sicher und dabei besonders rückwirkungsarm,
d.h. ohne eine Schwingungsdämpfung zu verursachen und ohne die Resonanzfrequenz
zu verwerfen, mit der Meßaperatur verbunden sind. Die eine Elektrode der Piezokeramik
ist bei den gebräuchlichen Antriebsschwingern im allge-
meinen über
eine Lötverbindung mit dem metallischen Resonator leitend verbunden und kann deshalb
mit Hilfe von in den Schwingungsknoten befestigten Haltebeinen ohne Schwierigkeiten,
beispielswoise über eine an den Haltebeinen angreifenden Halterung, mit den Anschlti.ssen
der Meß- bzw. Abgleichvorrichtung, elektrisch leitend verbunden werden.
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Wesentlich schwieriger ist es, die andere Elektrode der Piezokeramik
rückwirkungsfrei an die Meßaperatur anzuschließen. Zur Lösung dieses Problems ist
es beispielsweise bekannt, einen sehr dünnen Draht au£ die äußere Elektrode der
Piezokeramik aufzulöten. Nach der Messung und dem eventuell erforderlichen Frequenzabgleich
muß bei dieser Methode jedoch der dünne Draht von der Piezokeramikelektrode wieder
abgelötet bzw. abgerissen werden, da eine Weiterverwendung des schon angelöteten
dünnen Mi schlußdrahtes im späteren Filter wegen der durch die verschiedenen Manupulationen
bereits verringerten Festigkeit des dünnen Drahtes nicht mehr möglich ist. Das fertige
Filter erfordert nämlich, um die im allgemeinen gestellten Stoß- und Schüttelforderungen
erfüllen zu können, einen genau nach Vorschrift geformten und durch keinerlei zusätzliche
Verbiegungen mechanisch bereits vorbelasteten Anschlußdraht. Nachteilig ist, daß
die oben angegebene Methode wegen der zusätzlichen Arbeitsgänge einer Automatisierung
nur sehr schwer zugänglich ist, da hierfür außerdem besondere Vorkehrungen notwendig
sind, um den Antriebsschwinger nach dem Einstecken in die Meß- und Abgleichvorrichtung
in eine zum Abgleich nötige exakte Lage zu bringen. Ein weiterer Nachteil ist darin
zu sehen, daß durch auf der Elektrode der Piezokeramik verbleibende Löt- bzw. Drahtreste
die Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers eine unerwünschte Veränderung erfährt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kontaktierung
von Antriebsschwingern anzugeben, bei der die oben geschilderten Nachteile vermieden
werden und durch die eine die Schwingungseigenschaften des Antriebsschwingers praktisch
nicht
beeinflussende sichere elektrische Kontaktierung sowie eine IGachbelaalldlungsSreiheit
des Antriebsschwingers gewährlestet ist.
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Ausgehend von einer Vorrichtung zur Kontaktierung von mechanischen
Resonatoren, die als Antriebsschwinger für elektromechanische Filter mit einem elektrostriktiven
Wandler und mit in den Schwingungsknoten befestigten stiftförmigen Haltebeinen versehen
sind, bei der die Antriebsschwinger von einer an den Haltebeinen angreifenden Halterung
erfaßt sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung
einen einseitig fest eingespannten dünnen Stab enthält, dessen freies Ende mit der
dem Resonator abgewandten Elektrode des elektrostriktiven Wandlers in Berührungskontakt
ist, und daß der Stab durch entsprechende Wahl seiner freien Länge 1 für eine mit
der Resonanz frequenz des Antriebsschwingers übereinstimmende Frequenz als A/4-Schwinger
bemessen ist.
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Vorteilhaft ist besonders, daß die erfindungsgemäße Anordnung auch
bei großen Güten des Antriebsschwingers in hohem Maße rückwirkungsfrei ist, so daß
die Kontaktstelle auch im Schwingungsbauch des Schwingers liegen darf.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, als Stab einen gestreckten Draht aus
Federwerkstoff vorzusehen, der an seinem einen Ende fest in einen Einspannblock
eingespannt ist. Die Masse des Einspannblockes, der auch federnd aufgehängt sein
kann, sollte dabei im allgemeinen wenigstens gleich der Masse des Antriebsschwingers
oder erforderlichenfalls auch beliebig größer gewählt sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, daß entsprechend der für den Antriebsschwinger
geforderten Frequenzlage der Stab wahlweise, insbesondere für hohe Frequenzen, als
Längsschwinger oder für entsprechend niedrigere Frequenzen mit rechtwinklig abgebogenem
freien Ende als Biegeschwinger ausgebildet sein kann.
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Anhand der i.n der Zeichnung dargestellten AusfuIirungsbei spiele
wird die Erfindung nachstehend noch näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig.1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Kontaktierung eines Antriebsschwingers mittels eines als h/4-längsschwinger ausgebildeten
Drahtes; Fig.2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kontaktierung eines
Antriebsschwingers mittels eines als A/4-Biegeschwinger ausgebildeten Drahtes.
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In der Fig.1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kontaktierung
eines Antriebsschwingers für die Messung der wichtigsten Parameter, insbesondere
der Resonanzfrequenz schematisch dargestellt.
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Bei dem in der Fig.1 mit der Bezugsziffer 1 versehenen Antriebsschwinger
handelt es sich um einen Biegeschwinger kreisförmigen Querschnitts mit einer angeschliffenen
planen Fläche 2, auf deren Mitte eine mit zwei Elektrodenschichten versehene Piezokeramik
3 durch eine Lötverbindung aufgebracht ist. Durch diese Lötverbindung ist eine der
auf beiden Seiten der Piezokeramik aufgebrachten Elektrodenschichten mit dem Stahlkörper
des Antriebsschwingers leitend verbunden und kann deshalb mit Hilfe der in den Schwingungsknoten
des Antriebsschwingers befestigten stiftförmigen Haltebeine 4 ohne weitere Schwierigkeiten,
beispielsweise durch eine an den Haltebeinen angreifende Halterung, kontaktiert
werden. Zu diesem Zweck ist die in der Fig.1 nicht näher dargestellte Halterung
mit dem ersten Anschluß einer Meßschaltung 6 elektrisch leitend verbunden.
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Zur Kontaktierung der dem Resonator abgewandten Elektrodenschicht
5 enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einseitig fest in einen Einspannblock
7 eingespannten gestreckten, aus
Federwerkstoff bestehenden Draht
8, dessen freies Ende mit seiner Stirnfläche auf die Elektrodenschicht 5 der Piezokeramik
3 aufgesetzt ist. Die Abmessungen des Drahtes 8 sind so gewählt, daß sich in ihm
bei der Resonancfrcquenz des Antriebsschwi.ngers eine \/4-Resonanz ausbildet. Je
nach Frequenzlage kann für den Draht die Längs schwingung oder die Biege schwingung
verwendet werden. In der Fig.1 fIndet die insbesondere für höhere Frequenzen vorteilhafte
Längsschwingung Verwendung. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz des Drahtes
proportional zur Drahtlänge.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel, bei dem die Resonanzfrequenz
des Antriebsschwingers etwa 50 kHz beträgt, ergibt sich für den als \/4-Schwinger
betriebenen Draht 8 eine Länge 1 von etwa 20 mm. Bei dem oben erwähnten 50 kHz Antriebsschwinger
mit einem Gewicht von zirka 1 Gramm beträgt die Drahtstärke für die Längsschwingung
etwa 0,2 bis 0,3 mm. Die Rückwirkungsfreiheit des als k/4-Schwinger bemessenen Federdrahtes
wird durch die Transformation des Schwingungsbauches an der Kontaktstelle des Federdrahtes
in einen Schwingungsknoten an der Einspannstelle erreicht. Damit ist die Anordnung
auch bei großen GUten des Antriebsschwingers im hohen Maße rückwirkungsfrei, so
daß die Kontaktstelle auch im Schwingungsbauch des Antriebsschwingers liegen kann.
Das in dem Einspannblock 7 befestigte Ende des Drahtes 8 ist mit dem zweiten Anschluß
der Meßschaltung 6 elektrisch leitend verbunden.
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Der Einspannblock 7 kann starr oder auch federnd mit der Vorrichtung,
beispielsweise mit einer gemeinsamen Grundplatte, verbunden sein. Bei einer federnden
Aufhängung des Einspannblocks 7 ist darauf zu achten, daß die Masse des Einspannblockes
wenigstens etwa so groß gewählt ist, wie die Masse des Antriebsschwingers 1.
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Anschließend soll die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung am
Beispiel einer Frequenzmessung kurz erläutert werden. Der anfangs in seiner Ruhestellung
in der Halterung befindliche Antriebsschwinger 1 wird durch eine an den beiden Elektroden
sei-
ner Piezokeramik 3 angelegte und in der Meßschaltwlg gebildete
Weehzelspannung, deren Frequenz näherungsweise mit der Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers
übereinstimmt, über den Querkontraktionseffekt zu Biegeschwingungen angeregt. Der
Schwinglmgshauch dieser Biegeschwirlgung befindet sich in der Mitte zwischen den
beiden fIalteb2inen des Antriebsschwingers, also im Bereich der Piezokeramik. Die
Schwingungsriclltung, die in der Fig.1 durch den Pfeil 9 angedeutet ist, verläuft
parallel zur Achse des Drahtes 8. Der zwischen dem Einspannblock 7 und der Piezokeramik
3 eingespannte Draht 8 wird nun zu Längsschwingingen angeregt, deren Amplitude an
der Kontaktstelle mit der Piezokeramik übereinstimmt mit der Amplitude des Antriebsschwingers.
Durch die Bemessung des Drahtes 8 als k/4-Schwinger wird nun einerseits eine sichere
Kontaktgebung und andererseits eine hohe Rückwirkungsfreiheit gewährleistet, so
daß der Antriebsschwinger in seiner Schwingung nicht gedämpft und in seiner Resonanzfrequenz
nicht verworfen wird.
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Die Fig.2 unterscheidet sich von Fig.1 dadurch, daß der Draht 8 an
seinem freien Ende rechtwinklig abgebogen ist und als h/4-Biegeschwinger betrieben
wird. Durch die rechtwinklige Abbiegung des freien Endes des Drahtes 8 wird hier
erreicht, daß dieser mit seiner Stirnfläche mit der äußeren Elektrode 5 der Piezokeramik
in definiertem Berührungskontakt ist. Die Ausführung nach Fig.2 ist besonders vorteilhaft
für niederfrequente Anwendungen, beispielsweise im Gebiet von 10 kHz, da sich in
diesem Falle günstige Abmessungen des als Biegeschwinger betriebenen Drahtes 8 ergeben.
Die Resonanzfrequenz eines solchen Drahtes ist proportional zum Quotienten Dz12,
mit D als Durchmesser und 1 als Länge des Drahtes.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch bei einem fertig montierten
elektromechanischen Filter anwenden, bei dem dann der bisherige angelötete Anschlußdraht
durch den als Längs-bzw. als Biegeschwinger betriebenen Federdraht dauerhaft ersetzt
ist.
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7 Patentansprüche 2 Figuren
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