DE2618175C3

DE2618175C3 - Vorrichtung zur Kontaktierung elektromechanischer Antriebsschwinger

Info

Publication number: DE2618175C3
Application number: DE19762618175
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Bergmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2618175B2; DE2618175A1

Description

und 2, (8) als

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, und bei der am mechanischen Resonator unter geringem Druck mittels einer Spitze angreifende Kontaktierungsmittel vorgesehen sind.

Vor der Endmontage eines elektromechanischen Filters, bei der die Antriebsschwinger im allgemeinen durch Anschweißen eines oder mehrerer Koppeldrähte mit den übrigen Resonatoren verbunden werden, ist es zur Einhaltung der geforderten Filterwerte notwendig, die für die FÜterbemessung wesentlichen Parameter der Antriebsschwinger zu messen und falls erforderlich, beispielsweise einen abschließenden Frequenza.bgleich vorzunehmen. Hierzu müssen die in der Regel mit einer Piezokeramik versehenen Antriebsschwinger in einer entsprechenden Meß- bzw. Abgleichvorrichtung elek· trisch 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 Meßapparatur verbunden sind. Die eine Elektrode der Piezokeramik ist bei den gebräuchlichen Antriebsschwingern im allgemeinen über e'ine Lötverbindung mit dem metallischen Resonator leitend verbunden und kann deshalb mit Hilfe von in den Schwingungsknoten befestigten Haltebeinen ohne Schwierigkeiten, beispielsweise über eine an den Haltebeinen angreifenden Halterung, mit den Anschlüssen der Meß- bzw. Abgleichvorrichtung, elektrisch leitend verbunden werden.

Wesentlich schwieriger ist es, die andere Elektrode der Piezokeramik rückwirkungsfrei an die Meßapparatur anzuschließen. Zur Lösung dieses Problems ist es beispielsweise bekannt, einen sehr dünnen Draht auf 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 Anschlußdrahtes im späteren Filter wegen der durch die verschiedenen Manipulationen bereits verringerten Festigkeit des dünnen Drahte* 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 Lot- bzw. Drahtreste die Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers eine unerwünschte Veränderung erfährt.

Der DD-PS 80 125 ist ferner ein Hinweis auf eine Kontaktiervorrichtung für mechanische Resonatoren zu entnehmen, bei der die Kopplung zwischen dem Resonator und einem Meßwandler durch ein mechanisches Kopplungselement vorgenommen werden soll. Ein Hinweis auf eine bestimmte Bemessung eines solchen einseitig mit der Stirnfläche eines Meßwandlers verbundenen Kopplungselementes, beispielsweise als Resonator, ist dieser Patentschrift jedoch nicht zu entnehmen, so daß eine rückwirkungsfreie Kopplung nicht gegeben sein kann.

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 Nachbehandlungsfreiheit des Antriebsschwingers gewährleistet ist.

Ausgehend von einer Vorrichtung zur Kontaktierung Von mechanischen Resonatoren, die als Antriebsschwinger für elektromechanische Filter mit einem elektrostriktivern Wandler Und mit in deri SchwirigUrigsknoten befestigten stiftförmigen Haitebeinen versehen sind, bei der die Antriebsschwinger von einer an den Haltebeinen angreifenden Halterung erfaßt sind, und bei der am

mechanischen Resonator unter geringem Druck mittels einer Spitze angreifende Kontaktierungsmittel vorgesehen sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Kontaktierungsmittel ein einseitig fest eingespannter dünner Stab vorgesehen ist, s 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 / für eine mit der Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers überein- ι υ stimmende Frequenz als λ/4-Schwinger bemessen ist

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 Schwin- \K gers liegen darf.

Vorteilhaft ist es weiterhin, als Stab einen gestreckten Drahi aus Federwerkstoff vorzusehen, der an seinem einen Ende fest in einen Einspannblock eingespannt ist Die Masse des Einspannblockes, der auch federnd m aufgehängt sein kann, sollte dabei im allgemeinen wenigstens gleich der Masse des Antrie:;sschwingers oder erforderlichenfalls auch beliebig größer gewählt sein.

Besonders vorteilhaft ist es, daß entsprechend der für 2'. 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. jü

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend no^h näher erläutert in der Zeichnung zeigen

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kontaktierung eines Antriebsschwingers mittels eines r> als λ/4-Längsschwinger ausgebildeten Drahtes;

F i g. 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kontaktierung eines Antriebsschwingers mittels eines a^/4-Biegeschwinger ausgebildeten Drahtes.

In der ^p i g. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ·)< > zur Kontaktierung eines Antriebsschwingers für die Messung der wichtigsten Parameter, insbesondere der Resonanzfrequenz schematisch dargestellt.

Bei dem in der F i g. 1 mit der Bezugsziffer 1 versehenen Antriebsschwinger handelt es sich um einen v> 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 Stihlkörper des Antriebsschwingers leitend verbunden und kann deshalb mit Hilfe der in den Schwingungsknoten des Antriebsschwingers befestigten stiftförmigen Haltebeinen 4 ohne weitere Schwie- v> rigkeiten, 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. «i

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 hi Stirnfläche auf die Elektrodenschicht 5 der Piezokeramik 3 aufgesetzt ist Die Abmessung des Drahtes 8 sind so gewählt, daß sich in ihm bei der Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers eine λ/4-Resonanz ausbildet- Je nach Frequenzlage kann für den Draht die Längsschwingung oder die Biegeschwingung verwendet werden. In der F i g. 1 findet die insbesondere für höhere Frequenzen vorteilhafte Längsschwingung Verwendung. In diesem Fall ist die Resonanzfrequenz des Drahtes proportional zur Drahtlänge. Bei einern praktischen Ausführungsbeispiel, bei dem die Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers etwa 50 kHz beträgt, ergibt sich für den als λ/4-Schwinger betriebenen Draht 8 eine Länge / von etwa 20 mm. Bei dem oben erwähnten 50 kHz Antnebsschwinger mit -einem Gewicht von zirka 1 Gramm beträgt die Drahtstärke für die Längsschwingung etwa 0,2 bis 03 mm. Die Rückwirkungsfreiheit des als λ/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 Güten des Antriebsschwingers im ^ohen Maße rückwirkungsfrei, so daß die Kontaktstei'e auch im Schwingungsbauch des Antriebsschwingers liegen kann. Das in dem Einspannblock 7 befestigte Ende des Drahtes 8 ist mit dem zweiten Anschluß der MeßschJtung 6 elektrisch leitend verbunden.

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 i«t darauf zu achten, daß die Masse des Einspannblockes wenigstens etwa so groß gewählt ist, wie die Masse des Antriebsschwingers 1.

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 seiner Piezokeramik 3 angelegte und in der Meßschaltung gebildete Wechselspannung, deren Frequenz näherungsweise mit der Resonanzfrequenz des Antriebs-."■:hwingers übereinstimmt, über den Querkontraktionseffekt zu Biegeschwingungen angeregt Der Schwingungsbauch dieser Biegeschwingung befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Haltebeinen des Antriebsschwingers, also im Bereich der Piezokeramik. Die Schwingungsrichtung, die in der F i g. 1 durch den Pfeil 9 angedeutet ist, verläuft parallel zur Achse des Drahte«. 8. Der zwischen dem Einspannblock 7 und der Piezokeramik 3 eingespannte Draht 8 wird nun zu Längsschwingungen angeregt, deren Amplitude an der Kontaktstelle mit der Piezokeramik übereinstimmt mit der Amplitude des Antriebsschwingers. Durch die Bemessung des Drahtes 8 als λ/4-Schwinger wird nun einerseits eine sichere Kontaktgebung und andererseits eine hohe Rückwirkungsfreiheit gewährleistet, se daß der Antriebsschwinger in seiner Schwingung nicht gedämpft und in seiner Resonanzfrequenz nicht verworfen wird.

Die F i g. 2 unterscheidet sich von F i g. 1 dadurch, daß der Draht 8 in seinem freien Ende rechtwinklig abgebogen ist und als λ/4-Biegeschwinger betrieben wird. Durch die rechtwinklige Abbiegung des freien Endes des Drahtes 8 wird hier erreich^ 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 D/l², mit DaIs Durchmesser und /als Länge des Drahtes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich nun 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kontaktierung von mechanischen Resonatoren, die als Antriebsschwinger für elektromecbanische 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, und bei der am mechanischen Resonator unter geringem Druck mittels einer Spitze angreifende Kontaktierungsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktierungsmittel ein einseitig fest eingespannter dünner Stab (8) vorgesehen ist, dessen freies Ende mit der dem Resonator (1) abgewandten Elektrode (5) des elektrostriktiven Wandlers (3) in Berührungskontakt ist, und daß der Stab (8) durch entsprechende Wahl seiner freien Länge / für eine mit der Resonanzfrequenz des Antriebsschwingers (1) übereinstimmende Frequenz als λ/4-Schwinger bemessen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stab (8) ein gestreckter, aus Federwerkstoff bestehender Draht vorgesehen ist, der an seinem einen Ende fest in einen Einspannblock (7) eingespannt ist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1
dadurch gekennzeichnet, daß der Stab
Längsschwinger vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1
dadurch gekennzeichnet, daß der Stab
Biegeschwinger vorgesehen ist.

5. Vorrichtung luch An pruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Stabes (8) rechtwinklig abgebogen ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannblock (7) federnd aufgehängt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, gekennzeichnet durch seine Verwendung als dauerhafter elektrischer Anschluß des Antriebsschwingers innerhalb eines mechanischen Filters.

und 2, (8) als