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Kapselung mit elastischer Einspannung für piezoelektrische Kristalle
Es ist üblich, in elektrischen oderelektroakustischen Geräten piezoelektrische Kristalle
zu verwenden, die im wesentlichen eine flächenhafte Ausdehnung besitzen und aus
zwei oder mehrereneinzelnen Kristallplättchen zusammengesetzt sind. Als Kristalle
werden, insbesondere bei elektroakustischen Geräten, vorzugsweise solche aus Rochellesalz
benutzt, da diese einen besonders hohen piezo;elektrischen Effekt . aufweisen. Die
Kristallplättchen sind so. aus dem Mutterkristall herausgeschnitten und unter Anbrngung
geeigneter Elektrodenbelegungen so vereinigt, daß sich die plattenförmige Einheit
beim Anlegen ,einer elektrischen Spannung an den Elektronenbelag verwindet oder
verbiegt. Eine solche Einheit wird an einem oder mehreren Punkten oder an einer
Teilfläche zwischen zwei Druckstücke derarteingespannt, daß sich dann der nicht
eingespannte Teil gegenüber der Befestigungsstelle bewegt. Zum Beispiel wird der
aus zwei oder mehr quadratischen Plättchen bestehende Sattelbieger an drei Eckpunkten
eingespannt, und der vierte Eckpunkt bewegt sich beim Anlegen einer Wechselspannung
an den Kristall senkrecht zur Plattenebene auf und ,ab. Der langgestreckte und meist
trapezförmige Bieger dagegen wird an seinem breiten Ende ein Stück weit zwischen
zwei Flächen eingeklemmt, so daß sich - je nach der kristallo.-graphischen Orientierung
- beim Anlegen einer Wechselspannung -entweder sein freies Ende auf und ab bewegt
oder der ganze Bieger um seine Längsachse periodisch tordiert. Bekanntlich tritt
immer auch der umgekehrte Effekt auf: Wenn die Bewegung mechanisch erzwungen wird,
tritt an den Elektroden eine elektrische Ladung auf, die abgeleitet und wieder in
mechanische Arbeit umgesetzt werden kann. Bei derartigen G:eräten ist nun die Größe
des mechanischen
Druckes, unter dem die Kristalle eingespannt werden,
von sehr großem Einfluß auf den Wirkungsgrad der piezoelektrischen Umsetzung. Bei
der Anwendung elastischer Druckstücke hängt auch die Dämpfung der Kristallschwingungen
sehr stark von dem Einspanndruck ab.
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Da die Kristalle vor mechanischen Beschädigungen und vor Feuchtigkeit
geschützt werden müssen, werden sie in der Regel gekapselt, d. h. allseitig luftdicht
eingeschlossen, und das die Bewegung vom oder zum Kristall übertragende Verbindungsglied
ebenfalls luftdicht durch die Kapsel hindurchgeführt.
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Es ist bekannt, eine solche Kapselung in der Weise vorzunehmen, daß
der Kristall unter Zwischenlage von elastischen Zwischenstücken zwischen die beiden
Teile der Kapsel derart eingeklemmt wird, daß gleichzeitig mit dem Verschließen
des Gehäuses auch der Kristall eingespannt wird. Diese bekannte Anordnung ist aus
Abb. i ersichtlich. i ist der Kristall, 2 sind die beiden Teile der Kapsel des Kristalls,
3 sind die elastischen Zwischenstücke und 4 die Spannschrauben für den Zusammenschluß
der beiden Kapselteile 2, bei deren Anziehen der Kristall eingespannt wird.
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Wie ersichtlich, kann diese Art der Kapselung immer angewandt -werden,
ob es sich um Kristalle handelt, die an einer, oder solche, die an mehreren Stellen
einzuspannen sind und ob die Einspannfläche verhältnismäßig klein oder groß bemessen
ist. Sie hat jedoch den Nachteil, daß die Einhaltung bestimmter enger Grenzen für
den Einspa,nndruck des Kristalls Forderungen an die Einhaltung von Toleranzen in
den Abmessungen der verwendeten Teile und in der Elastizität der Zwischenstücke
3 stellt, welche eine Massenherstellung sehr verteuern. Die -naheliegende Maßnahme,
die Einspannung des Kristalls von dem Gehäuseverschluß und den Gehäuseteilen unabhängig
zu machen, also innerhalb des Gehäuses eine besondere Einspannvorrichtung vorzusehen,
hat ebenfalls eine Verteuerung und außerdem eine Vergrößerung der Abmessungen der
Geräte zur Folge und wird aus dem Grunde meistens nicht angewandt. Es ist auch bekanntgeworden,
den Einspanndruck des Kristalls nach dem Einbau in das Gehäuse dadurch veränderlich
zu machen, daß man von außen zugängliche Justierschrauben o. dgl. anbrachte, die
auf die Druckstücke arbeiten, zwischen denen der Kristall eingespannt ist. Auch
diese Anordnung wirkt sich verteuernd auf die Herstellungskosten der Geräte aus.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapselung, welche die größte
Einfachheit mit der Möglichkeit vereinigt, den Einspanndruck des Kristalls nach
seiner Einkapselung in erforderlichem Maße von außen zu verändern. Der Erfindungsgedanke
besteht darin, daß die elastischen Einspannteile des Kristalls, die den Einspanndruck
von den Teilen der Kapsel auf den Kristall übertragen, bis an die Ränder der Gehäuseteile
herangeführt und dort unter Zwischenlage eines starren oder nur wenig elastischen,
etwa der Dicke des eingespannten Kristalls entsprechenden Abstandstückes zwischen
die Gehäuseteile eingeklemmt werden und gleichzeitig als Dichtung für die Kapselung
dienen.
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Durch diese Anordnung werden alle hinsichtlich der Gleichförmigkeit
der Arbeitsweise dieser Geräte bei ihrer Massenhersb°1-lung zu stellenden Forderungen
gleichzeitig erfüllt. Einmal ergibt sich eine sehr einfache und gedrängte Bauweise
für das Gehäuse, das nur aus zwei Einzelteilen besteht und sich dementsprechend
billig herstellen und zeit geringem Zeitaufwand zusammensetzen läßt, sodann eine
leichte Art der Veränderung des Einspanndruckes des Kristalls nach erfolgtem Zusammenbau
durch Nachziehen der das Gehäuse zusammenhaltenden Schrauben ermöglicht. Außerdem
wird auf diese Weise eine zuverlässige Abdichtung des Gehäuses erreicht.
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An Hand der Abb.2 bis 5 soll der Erfindungsgegenstand näher erläutert
werden. Abb.2 und 3 zeigen die erfindungsgemäße Kapselung eines trapezförmigen Biegers
in senkrechtem Mittelschnitt und im Grundriß bei abgenommenem Kapseldeckel. i stellt
den Bieger dar und 2 die beiden Kapselteile. 3 sind die elastischen Zwischenstücke,
zwischen denen der Bieger eingespannt ist. Wie ersichtlich, sind diese an allen
Seiten bis an den Rand des Gehäuses herangeführt und dort zwischen die Gehäuseteile
eingepreßt, wobei ein aus starrem (oder nur wenig elastischem) Stoff bestehendes
Abstandstück 5 dazwischengelegt ist. Die Dicke desselben, die ungefähr gleich der
des Biegers gewählt wird, bestimmt von vornherein, welcher Abteil des Druckes, mit
dem das Gehäuse durch das Anziehen der Schrauben 4 zusammengepreßt wird, auf den
Einspanndruck für den Bieger entfällt. Durch verschieden starkes Anziehen der Schrauben
,4 kann dieser ELnspanndruck noch innerhalb weiterer Grenzen geändert werden. Die
aus zwei Streifen aus dünnen Folien bestehenden Anschlußfahnen 6 werden ungefährdet
zwischen die Zwischenstücke 3 und das Abstandstück 5 eingeklemmt und zu den Lötösen
7 geführt, welche an der Stelle 5a, an dem nach außen springenden Teil des Abstandstückes
5 angebracht sind. Der am freien Ende des Biegers befestigte Stift ä, der durch
eine Öffnung g am Deckel
der Kapsel dicht hindurchgeführt ist, überträgt
die Bewegung vom oder zum Kristall i.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kapselung eines
an drei Eckpunkten einzuspannenden Sattelbiegers zeigen Abb. q. und 5.
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i ist der Sattelbieger, 2 sind die beiden Teile der Kapsel, welche
aus zwei kreisringförmigen Scheiben bestehen. 3 sind die beiden elastischen Zwischenstücke,
die über den Sattelbieger an den Eckpunktena, b und c greifen und wieder von den
Rändern der beiden Kapselteile 2 @erfaßt und unter Zwischenlageeines - starren oder
nur wenig elastischen Abstandstückes 5 beim Zusammenschluß der beiden Kapselteile
2,2 ,eingeklemmt werden. Das .ebenfalls kreisförmige Abstandstück 5 umgibt den Sattelbieger,
ohne ihn zu berühren, und hat ungefähr dieselbe Stärke wie dieser. Die Anschlußfahnen
6 des Sattelbiegers sind wieder zu dem am vorspringenden Teil 5" des Abstandstückes
5 angebrachten Lötösen 7 geführt und sind zwischen die elastischen Zwischenstücke
3 und das Ab-Standstück 5 eingepreßt. Die ganze Anordnung wird durch die Schrauben
q. zusammengehalten. An der freien Ecke d des Sattelbiegers i ist ein Stift 8 angebracht,
der durch eine Öffnung 9 an einem der Gehäusedeckel dicht hindurchgeführt ist und
die Bewegung des Kristalls i nach außen überträgt.