DE2836117A1 - Piezoelektrischer wandler - Google Patents

Piezoelektrischer wandler

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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.¥eickmann, Dipl.-Phys. Dr. Jfc
Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
Dr.-Ing. H. Liska ; .
DXIIIH 8 MÜNCHEN 86, DEN
POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
P.R. Mallory & Co. Inc., 3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana, V.St.A.
Piezoelektrischer Wandler
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler mit einem an ein Substrat gekoppelten piezoelektrischen Element.
Piezoelektrische Wandler der vorstehend genannten Art nach den Figuren 1 und 2 sind in Tonalarmvorrichtungen verwendet worden, wie dies beispielsweise in der üS-PS 3 815 129 beschrieben ist. Die Wandler werden dabei mit einer Tonfrequenz von etwa 3,0 Kilohertz betrieben, welche die Grund-Resonanzfrequenz des Wandlers darstellt. Generell wird ein bekannter Wandler der in Rede stehenden Art durch ein piezoelektrisches keramisches Element, das mechanisch und elektrisch an ein Substrat gekoppelt ist, sowie durch wenigstens zwei am piezoelektrischen keramischen Element vorgesehene Elektroden gebildet. Um ein Tonsignal mit einer Frequenz von etwa 3,0 Kilohertz, welche die Grund-Resonanzfrequenz des Wandlers darstellt, zu erzeugen, muß der Wandler bestimmte vorgegebene Abmessungen, das sind der Substratdurchmesser, die Substratdicke sowie der Durchmesser und die Dicke des piezoelektrischen keramischen Elementes besitzen. Bezogen auf diese vorgegebenen Abmessungen besitzt der Wandler zusätzlich zu einer Grund-Resonanzfrequenz einen Grund-Knotenpunktdurchmesser. Typischerweise sind derartige Wandler an wenigstens einem Punkt auf einem Kreis montiert, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Grund-Knotenpunktdurchmesser ist.
Es kann wünschenswert sein, die Grund-Resonanzfrequenz eines konventionellen piezoelektrischen Wandlers der vorbeschriebenen Art unter Aufrechterhaltung desselben Grund-Knotenpunktdurchmessers und desselben Substratdurchmessers zu re-
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duzieren, so daß eine Tonalarmvorrichtung mit einer tieferen Tonfrequenz im gleichen Gehäuse wie eine Tonalarmvorrichtung mit einer höheren Frequenz von 3,0 Kilohertz realisiert werden kann. Typische Möglichkeiten zur Reduzierung der Grund-Resonanzfrequenz einer freien kreisförmigen Scheibe sind in an sich bekannter Weise eine Erhöhung des Durchmessers der Scheibe, eine Änderung der Materialzusammensetzung der Scheibe oder eine Reduzierung der Dicke der Scheibe. Eine Erhöhung des Substratdurchmessers des oben erläuterten Wandlers führt jedoch zu einer entsprechenden Erhöhung des Grund-Knotendurchmessers des Wandlers, wobei Materialien, welche für einen konventionellen Wandler mit 3,0 Kilohertz zweckmäßig sind, jedoch nicht die gleichen wesentlichen Vorteile bieten. Die weiteren Möglichkeiten einer Reduzierung der Dicken des piezoelektrischen keramischen Elementes und/oder des Substrates erweisen sich nicht als praktisch, da eine ökonomische Herstellung eines piezoelektrischen keramischen Elementes mit einer Dicke, welche wesentlich kleiner als eine vorgegebene Dicke ist, nur begrenzt möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Reduzierung der Grund-Resonanzfrequenz eines piezoelektrischen Wandlers unter Aufrechterhaltung des Grund-Knotendürchmessers und eines vorgegebenen Substratdurchmessers bzw. Gesamtdurchmessers des Wandlers anzugeben.
Insbesondere soll es dabei möglich sein, die Grund-Resonanzfrequenz von etwa 3,0 Kilohertz eines konventionellen piezoelektrischen Wandlers auf eine Resonanzfrequenz von etwa 2,0 Kilohertz unter Aufrechterhaltung des Grund-Knotendurchmessers und des vorgegebenen Substratdurch-
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Dabei soll weiterhin auch die Impedanz des Wandlers im wesentlichen nicht erhöht werden.
Schließlich soll mit einem solchen Wandler eine hochfrequente Tonalarmvorrichtung geschaffen werden können, in der die Frequenz des Tonsignals ohne Änderung des Gehäuseaufbaus der Vorrichtung möglich ist.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen Wandler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Substrat zur Reduzierung der Wandler-Resonanzfrequenz segmentiert ist.
Damit wird es möglich, die Resonanzfrequenz eines konventionellen piezoelektrischen Wandlers unter Aufrechterhaltung des Grund-Knotendurchmessers und eines vorgegebenen Substratdurchmessers bzw. Gesamtdurchmessers des Wandlers zu reduzieren.
Die Segmentierung zur Reduzierung der Wandler-Resonanzfrequenz erfolgt dabei insbesondere durch radiales Schlitzen des Substrates.
Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht eines konventionellen piezoelektrischen Wandlers mit drei Elektroden;
Fig. 2 einen Querschnitt des konventionellen piezoelektrischen Wandlers in einer Ebene 2-2 in Fig. 1;
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Fig. 3 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wandlers; und
Fig. 4 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wandlers in einer Ebene 4-4 in Fig. 3.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen typischen piezoelektrischen Wandler 10. Dieser piezoelektrische Wandler 10 umfasst ein kreisförmiges piezoelektrisches keramisches Element 14 mit einem vorgegebenen Durchmesser C und einer vorgegebenen Dicke T!/ das mechanisch und elektrisch an ein kreisförmiges Substrat 12 aus Messing mit einem vorgegebenen Durchmesser T und einer vorgegebenen Dicke TL1 gekoppelt ist. Weiterhin umfasst dieser piezoelektrische Wandler eine Elektrode 16, eine Elektrode 18 sowie eine nicht dargestellte Elektrode, welche zwischen dem Substrat 12 und dem piezoelektrischen keramischen Element 14 liegt. Die Elektroden 16 und 18 sowie die nicht dargestellte Elektrode werden durch eine dünne Schicht bzw. einen dünnen überzug aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Silber gebildet. Die Ausgestaltung des piezoelektrischen Wandlers 10 gemäß den Fig. 1 und 2 mit drei Elektroden,, nämlich den Elektroden 16 und 18 sowie der nicht dargestellten Elektrode stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform dar, auf welche die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht beschränkt ist.
Typischerweise wird der konventionelle piezoelektrische Wandler 10 gemäß den Fig. 1 und 2 so betrieben, daß er eine Tonfrequenz erzeugt, welche gleich seiner Grund-Resonanzfrequenz ist. Die gewünschte Tonfrequenz und damit die Grund-Resonanzfrequenz des Wandlers ist etwa gleich 3,0 Kilohertz. Um einen piezoelektrischen Wandler 10 mit einer Grund-Resonanzfrequenz von etwa 3,0 Kilohertz herzu-
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stellen, müssen die folgenden vorgegebenen Abmessungen gewählt werden:
Durchmesser D des Substrates 12 aus Messing = 3,4925 cm
Dicke T" des Substrates 12 aus Messing . = 0,0254 cm
Durchmesser C des keramischen Elementes 14 = 2,54 cm
Dicke T.J des keramischen Elementes 14 = 0,0254 cm
Eine Gesamtdicke T1 des Substrates 12 aus Messing und des keramischen Elementes 14 des konventionellen Wandlers beträgt daher typischerweise 0,0508 cm. Darüber hinaus ist ein Grund-Knotendurchmesser N7 welcher im wesentlichen durch den Durchmesser D des Substrates 12 aus Messing festgelegt ist, typischerweise gleich etwa 2,2225 cm. Bekannte Wandler der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art werden typischerweise an wenigstens einem Punkt auf einem Kreis 30 montiert, dessen Durchmesser gleich dem Grund-Knotendurchmesser N ist (Knotenpunktmontage). Es ist hier darauf hinzuweisen, daß in Fig. 2 aus Übersichtlichkeitsgründen die Dicken der Elektroden 16 und 18, des piezoelektrischen keramischen Elementes 14 sowie des Substrates 12 aus Messing bezogen auf die anderen Abmessungen des piezoelektrischen Wandlers 10 übertrieben dargestellt sind.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Möglichkeit zur Reduzierung der Grund-Resonanzfrequenz des konventionellen piezoelektrischen Wandlers 10 gemäß Fig. 1 auf eine Frequenz von etwa 2,0 Kilohertz, wobei der Grund-KnotendurcTimesser N und der Substratdurchmesser D des vorbekannten Wandlers 10 aufrechterhalten bleiben, so daß eine niederfrequentere Tonalarmvorrichtung (mit 2,0 Kilohertz) unter Verwendung des gleichen Gehäuses wie für eine höherfrequente Tonalarmvorrichtung (3,0 Kilohertz) realisierbar isto Gemäß Fig. umfasst ein piezoelektrischer Wandler 10' mit einer Resonanzfrequenz von etwa 2,0 Kilohertz ein kreisförmiges
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piezoelektrisches keramisches Element 14' mit einem Durchmesser C, welcher kleiner als der vorgegebene Durchmesser C ist, und mit einer Dicke Tl, welche kleiner als die vorgegebene Dicke T' des Wandlers 10 mit 3,0 Kilohertz (Fig. 1) ist. Weiterhin umfasst der Wandler 10" ein kreisförmiges Substrat 12' aus Messing, an das das keramische Element 14 * mechanisch und elektrisch angekoppelt ist. Dieses Substrat besitzt einen Durchmesser D, welcher gleich dem vorgegebenen Durchmesser D ist, und eine Dicke T'l, welche kleiner als die vorgegebene Dicke TL1 des Wandlers 10 mit 3,0 Kilohertz (Fig. 1) ist. Entsprechend dem bekannten Wandler sind am Substrat 12' und an dem keramischen Element 14' Elektroden 16 und 18 sowie eine nicht dargestellte Elektrode vorgesehen. Da die Dicken T^ und T^ des keramischen Elementes 14' bzw. des Substrates Ϊ 2' kleiner als die Dicken Ti und TL1 für das keramische Element 14 bzw. das Substrat 12 des bekannten Wandlers mit 3,0 Kilohertz sind, ergibt sich für den Wandler 10' mit 2,0 Kilohertz (Fig. 4) eine Gesamtdicke T„, welche kleiner als die Gesamtdicke T- des Wandlers 10 mit 3,0 Kilohertz (Fig. 2) ist. Weiterhin sind beim piezoelektrischen Wandler 10' mit 2,0 Kilohertz acht Schlitze 22 vorgesehen, welche jeweils radial und symmetrisch in das Substrat 12' aus Messing geschnitten sind und wenigstens bis zum Kreis 30 reichen, dessen Durchmesser gleich dem Grund-Knotendurchmesser N ist. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Schlitze 22 radial vom Umfang bzw. γ,ρΐη Rand des kreisförmigen Substrats 12' ausgehend eingeschnitten und auf den Mittelpunkt des kreisförmigen Substrates 12' hin wenigstens bis zum Kreis 30 gerichtet. Auch im vorliegenden Fall stellt die Ausgestaltung mit drei Elektroden lediglich ein Beispiel für Wandler dar, auf den die erfindungsgemäßen Maßnahmen anwendbar sind. Der Knotendurchmesser N des piezoelektrischen Wandlers 10' ist gleich dem Grund-Knotendurchmesser N des bekannten piezoelektrischen Wandlers
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10 (Fig. 1). Auch in Fig. 4 sind die Dicken der Elektroden 16 und 18, des piezoelektrischen keramischen Elementes 14' sowie des Substrates 12" aus Messing im Vergleich zu den anderen Abmessungen des piezoelektrischen Wandlers 10' aus Übersichtlichkeitsgründen übertrieben dargestellt.
Durch die vorstehend genannten Maßnahmen ist. eine Reduzierung der Resonanzfrequenz von 3,0 Kilohertz des konventionellen piezoelektrischen Wandlers 10 auf eine Resonanzfrequenz von etwa 2,0 Kilohertz unter Aufrechterhaltung des Grund-Knotendurchmessers N und des Substratdurchmessers D des konventionellen piezoelektrischen Wandlers 10 möglich.
Es ist bekannt, daß die Abmessungs- und Materialparameter, welche die Resonanzfrequenz einer freien kreisförmigen Scheibe bestimmen, durch folgende Gleichung gegeben sind:
f =
darin bedeuten:
f = die Resonanzfrequenz
t = die Dicke der kreisförmigen Scheibe,
r = den Radius der kreisförmigen Scheibe
Q = den Elastizitätsmodul
η = die Dichte des die kreisförmige Schej.be bildenden Materials
CT = die Querdehnungsziffer
Aus der vorstehenden Gleichung ergibt sich, daß an sich die Änderung des Radius r der Scheibe das zweckmäßigste Mittel zur Reduzierung der Resonanzfrequenz f ist. Eine
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Änderung des Radius des Substrats 12 aus Messing des Wandlers 10 (Fig. 1) führt jedoch zu einer entsprechenden Änderung des Grund-Knotendurchmessers N. Bei einer Reduzierung der Resonanzfrequenz durch Änderung des Radius r des Substrats 12 aus Messing kann daher derselbe Grund-Knotendurchmesser N und der vorgegebene Durchmesser D des Substrats 12 nicht aufrechterhalten werden. - .,
Aus der obigen Gleichung ergibt sich weiter, daß auch eine Änderung der Materialzusammensetzung des Substrates 12 und/ oder des piezoelektrischen Elements 14 zu dem gewünschten Ergebnis führen würde. Es wurde jedoch gefunden, daß die Dichte ρ und der Elastizitätsmodul Q von wirtschaftlich verwendbaren Materialien, welche durch Messing und Keramik gegeben sind, nicht ausreichend unterschiedlich sind, um Materialänderungen zweckmäßig erscheinen zu lassen. Gemäß der obigen Gleichung bleibt dann als einziger noch zu ändernder Parameter zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses die Dicke t der die kreisförmige Scheibe bildenden Materialien.
Da sich der konventionelle piezoelektrische Wandler 10 (Fig. 1) aus zwei kreisförmigen Scheiben (Substrat 12 und keramisches Element 14) unterschiedlicher Durchmesser zusammensetzt, ist die obige Formel zur Berechnung., der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Wandlers 10 nicht mehr gültig. Es konnte jedoch empirisch gefunden werden, daß die Resonanzfrequenz des konventionellen Wandlers 10 durch die
obige 1/r -Beziehung angenähert werden kann, wenn die Dicken Ti und T" des keramischen Elementes 14 und des Substrates aus Messing etwa gleich sind.
Soll daher die Resonanzfrequenz eines konventionellen Wandlers mit f 1 gleich 3,0 Kilohertz auf beispielsweise fr2 gleich 1,9 Kilohertz reduziert werden, so erscheint dazu die Reduzierung der Gesamtdicke T1 des Wandlers 10 als einzige
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zweckmäßige Möglichkeit, wobei aufgrund der oben genannten Gleichung gilt:
oder
Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, müßte die Gesamtdicke T0 des piezoelektrischen Wandlers 10' gleich 0,03048 cm sein. Daraus würde eine Dicke TI für das keramische Element 14' von 0,01524 cm und eine Dicke T^ für das Substrat 12' aus Messing von 0,01524 cm folgen. Bei einer Reduzierung der Dicke des Substrates 12" aus Messing von 0,0254 cm des konventionellen Wandlers 10 auf 0,01524 cm entstehen keine speziellen Probleme. Aus herstellungstechnischen Gründen wird es jedoch unökonomisch, die Dicke des keramischen Elementes 14* auf Größen von weniger als 0,02032 cm zu reduzieren. Bei Dicken TI und TJJ des keramischen Elementes 14' und des Substrates 12' aus Messing von 0,02032 cm ergibt sich aus der Beziehung:
welche aus der Gleichung:
.412t [_
f =
daß die Resonanzfrequenz von 3,0 Kilohertz des konventionellen Wandlers 10 in wirtschaftlicher Weise bei einer Reduzierung der Dicken des keramischen Elementes 14 und des Substrates 12 aus Messing nur auf 2,4 Kilohertz reduziert werden kann. Es zeigt sich also, daß eine Reduzierung der Dicken des keramischen Elementes 14 und des Substrates 12 aus Messing nicht zu dem gewünschten Ergebnis eines Wandlers 10
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mit einer Resonanzfrequenz von etwa 2,0 Kilohertz führt Aus der Schwingungsgleichung:
si mc
in der:
f = die Resonanzfrequenz
m = die Masse des schwingenden Materials
c = die reziproke Steifigkeit des schwingenden Materials
bedeuten, wird ermittelt, daß die Resonanzfrequenz des Wandlers 10 reduziert werden kann, wenn die reziproke Steifigkeit c des Teils des Substrats 12, welcher sich über den vorgegebenen Durchmesser C des piezoelektrischen keramischen Elementes 14 hinaus erstreckt, ohne wesentliche Änderung der Masse m des Wandlers 10 erhöht werden kann. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der reziproken Steifigkeit c des Substrates 12 aus Messing ohne wesentliche Änderung der Gesamtmasse m des Wandlers 10 besteht in einer radialen Schlitzung des Substrates 12 aus Messing von seinem Rand wenigstens bis zum Kreis 30, dessen Durchmesser gleich dem Grund-Knotendurchmesser N ist. Zur Festlegung der Zahl von Schlitzen 22 sowie zur Festlegung, ob die Schlitze bis zum vorgegebenen Durchmesser C des keramischen Elementes 14 oder bis zum Grund-Knotendurchmesser N des Wandlers 10 mit 3,0 Kilohertz reichen sollen, wurde eine Reihe von "Versuchen mit den folgenden Ergebnissen durchgeführt:
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Anzahl von Schlitzen 22
fr kHz prozentuale
Änderung von f
2,894 kHz -
2,768 kHz 4,35 %
2,631 kHz 9,08 %
2,960 kHz -
2,798 kHz 5,47 %
2,640 10,8 %
0 Schlitze
6 Schlitze bis zum keramischen Element 14 vorgegebenen Durchmessers C
6 Schlitze bis zum Grund-Knotendurchmesser N
0 Schlitze
8 Schlitze bis zum keramischen Element 14 vorgegebenen Durchmessers C
8-Schlitze bis zum Grund-Knotendurchmesser N
Es zeigt sich also, daß eine radiale Schlitzung des frei vorstehenden Teils des Substrats 12 aus Messing zu einer Reduzierung der Resonanzfrequenz des Wandlers 10 ohne wesentliche Änderung von dessen Impedanzcharakteristik führt. Darüber hinaus ergibt eine radiale Schlitzung des Substrates 12 aus Messing bis zum Kreis 30 mit einem dem Grund-Knotendurchmesser N des Wandlers 10 gleichen Durchmesser-eine doppelte prozentuale Änderung der Resonanzfrequenz f gegenüber einer Schlitzung bis zum vorgegebenen Durchmesser C des keramischen Elementes 14. Der Prozentsatz der-Änderung ist dabei größer, wenn acht Schlitze 22 (Fig. 3) anstelle von sechs Schlitzen 22 im Substrat 12 aus Messing vorgesehen werden. Darüber hinaus wurde untersucht, ob sich eine Segmentierung des Substrates 12' mit Schlitzen gegenüber einer andersartigen Segmentierung, beispielsweise mit drei
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" 7 —
Ecken oder Kreisen als vorteilhaft erweist. Dabei haben sich keine Unterschiede zwischen den verschiedenen Segmentierungsarten ergeben. Die Segmentierung durch Schlitze stellt daher nur.eine Möglichkeit für die Segmentierung des Substrates 12' dar. ■
Die Verwendung von acht Schlitzen 22, welche symmetrisch und radial vom Rand in das Substrat 12' aus Messing bis zu einer Tiefe geschnitten werden, die nicht kleiner als der Kreis 30 mit einem dem Grund-Knotendurchmesser N gleichen Durchmesser ist, führt im Gegensatz zur Änderung der Resonanzfrequenz f um 10,8 % auf 2,4 kHz durch Reduzierung der Dicke T'j des Substrates ' 12' und der Dicke T Λ des keramischen Elementes 14' auf jeweils 0,02032 cm zu einer Änderung der Resonanzfrequenz f für den Wandler 10' auf etwa 2,136 kHz, was sehr nahe bei dem gewünschten Wert von 2,0 kHz für den Wandler 10' liegt. Um die Herstellung eines Wandlers mit einer Resonanzfrequenz von 2,0 kHz zu erleichtern, wurde der vorgegebene Durchmesser C des keramischen.Elementes (Fig. 1) auf einen Durchmesser C reduziert, welcher kleiner als der Grund-Knotendurchmesser ist, wodurch verhindert wird, daß ein (nicht dargestelltes) Klebemittel zur Befestigung des keramischen Elementes 14' am Substrat 12' aus Messing die Schlitze 22 teilweise füllen kann. Es zeigt sich dabei, daß die Reduzierung des vorgegebenen Durchmessers C des keramischen Elementes 14 (Fig. 1) auf einen Durchmesser C die Resonanzfrequenz f des Wandlers 10' weiter reduziert. Eine Reduzierung des Durchmessers C des keramischen Elementes 14 führt jedoch auch zu einer Erhöhung der Impedanz des Wandlers 10'. Die Reduzierung des Durchmessers C des keramischen Elementes 14 soll daher primär aus Herstellungsgründen und nicht zur Reduzierung der Resonanzfrequenz f des Wandlers 10' erfolgen.
SSSSt
Leerseite

Claims (17)

  1. Patentansprüche
    .^Piezoelektrischer Wandler mit einem an ein.Substrat gekoppelten piezoelektrischen Element, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12') zur Reduzierung der Wandler-Resonanzfrequenz segmentiert ist.
  2. 2. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentierung zur Reduzierung der Wandler-Resonanzfrequenz ohne Änderung vorgegebener Wandlerabmessungen erfolgt.
  3. 3. Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentierung durch radiales Schlitzen des Substrates (12') vorgenommen ist.
  4. 4. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis
    3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentierung des Substrats (12') durch wenigstens einen in das Substrat geschnittenen 'Schlitz (22) gebildet ist.
  5. 5. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis
    4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Wandler-Resonanzfrequenz durch Segmentierung des Substrats (12') unter Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Knotenpunktlage
    (N) erfolgt, wobei der vorgegebene Knotenpunkt im Substrat (12') liegt.
  6. 6. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche T bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzung des Substrats (12') radial wenigstens bis zur vorgebenen Knotenpunktlage (N) reicht.
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  7. 7. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Reduzierung der Wandler-Resonanzfrequenz von 3 Kilohertz auf 2 Kilohertz unter Aufrechterhaltung einer vorgebenen Knotenpunktlage
    (N) und eines vorgegebnen Wandler-Gesamtdurchmessers mittels Segmentierung bei einer kreisförmigen Wandlergestalt mit einer kreisförmigen Substratscheibe (12') vorgegebenen Durchmessers (D) und einer vorgegebenen Dicke (TJp sowie mit einem an die Substratscheibe (12') gekoppelten piezoelektrischen Element (14') in Form einer Kreisscheibe vorgegebenen Durchmessers (C) und vorgegebener Dicke (T').
  8. 8. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken (T^, T') des Substrats (12") und des piezoelektrischen Elementes (14') gegenüber einem nicht-segmentierten Wandlerelement mit nicht-reduzierter Wandler-Resonanzfrequenz reduziert sind.
  9. 9. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch acht symmetrische, vom Umfang bis wenigstens zur vorgegebenen Knotenpunktlage (N) in das Substrat (12') geschnittene Schlitze (22).
  10. 10. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Segmentierung mittels wenigstens eines Radialschlitzes (22) im Substrat (12!) reduzierte Wandler-Resonanzfrequenz die Grund-Resonanzfrequenz ist und daß die Resonanzfrequenz-Reduzierung ohne Änderung der Knotenpunktlage (N) erfolgt.
  11. 11. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch wenigstens zx^ei mit dem piezo-
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    elektrischen Element (14*) elektrisch gekoppelte Elektroden (16, 18) .
  12. 12. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (121) eine kreisförmige Messingscheibe ist.
  13. 13. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektri- · sehe Element (14') eine kreisförmige Keramikscheibe ist.
  14. 14. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein auf einem Kreis (30) auf dem Substrat (12') liegender Punkt bei Erregung mit der Wandler-Resonanzfrequenz einen vibrationsfreien Knotenpunkt bildet.
  15. 15. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Substrat
    . (12') segmentierender Schlitz (22) bis zu einer Tiefe, welche bis zu dem vibrationsfreien Knotenpunkt auf dem Kreis (30) reicht, in das Substrat (121) geschnitten ist.
  16. 16. Piezoelektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß acht Schlitze (22) jeweils symmetrisch vom Umfang des Substrats (12") wenigstens bis zum vibrationsfreien Punkt auf dem Kreis *
    (30) in das Substrat (12') geschnitten sind.
  17. 17.-Verwendung eines piezoelektrischen Wandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einer Tonalarmvorrichtung,
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    gekennzeichnet durch ein Wandlergehäuse/ an das der Wandler an wenigstens einem Punkt auf einem Kreis, dessen Durchmesser gleich einem Grund-Knotenpunkt-Durchmesser bei der Grund-Resonanzfrequenz des Wandlers ist, mechanisch angekoppelt ist, wobei eine Reduzierung der Grund-Resonanzfrequenz des Wandlers durch wenigstens einen bis zum Grund-Knotenpunktdurchmesser radial in das kreisförmige Substrat (12') geschnittenen Schlitz (22) gegenüber einem Wandler ohne Resonanzfrequenz-Reduzierung keine Gehäuseänderung notwendig macht.
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DE19782836117 1977-08-18 1978-08-17 Piezoelektrischer wandler Granted DE2836117A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/825,599 US4156156A (en) 1977-08-18 1977-08-18 Method for reducing the resonant frequency of a piezoelectric transducer

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Publication Number Publication Date
DE2836117A1 true DE2836117A1 (de) 1979-03-15
DE2836117C2 DE2836117C2 (de) 1988-04-28

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ID=25244428

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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US (1) US4156156A (de)
JP (1) JPS5443718A (de)
AU (1) AU515336B2 (de)
BR (1) BR7805285A (de)
CA (1) CA1109955A (de)
DE (1) DE2836117A1 (de)
FR (1) FR2400796A1 (de)
GB (1) GB2005469B (de)
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