DE750584C - Haltevorrichtung fuer piezoelektrische Kristalle - Google Patents

Description

Die Erfindung· bezieht sich auf eine Haltevorrichtung· für piezoelektrische, parallel zu den Hauptflächen schwingende Kristalle, bei welcher eine mechanische Schwingungskopp lung über die Halterung vermieden ist.

Gemäß der Erfindung sollen die Kristalle nur in einer Knotengegend durch gegenüberliegende Federn mit kleinen, den Kristall berührenden Kontaktflächen gehalten werden.

Es ist schon eine Anordnung bekanntgeworden, bei welcher das Gewicht eines Kristalls von dem Quetschfuß einer Röhre getragen wird, während zwei Federn den Kristall auf seinem Stützpunkt festhalten. Bei einer solaäien Anordnung kann man den Kristall nicht zu freien Grundschwingungen erregen, während das beim Erfindungsgegenstand ohne weiteres möglich ist, weil der Kristall nur in einer Knotengegend gehalten wird.

Ferner ist es bekanntgeworden, einen einzigen Kristall an seinen Knotenstellen bzw. in der neutralen Zone zu halten, um weitgehende Dämpfungsfreiheit zu erreichen. Daraus kann aber der Fachmann nicht die Lehre entnehmen, daß eine solche Abstützung des Kristalls besonders vorteilhaft ist, wenn eine größere Anzahl von Kristallen in einer einzigen Haltevorrichtung untergebracht werden soll.

An Hand der Figuren sollen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden. Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen zwei piezoelektrische Quarzkristalle 10 und 20, von denen jeder vier metallische Elektroden 30 bis 2,7 mit gleichen Flächen aufweist, die in deren Längsrichtung liegen und mit ihnen eine Einheit bilden. Die beiden Kristalle sind an ihren Knotenpunkten durch acht Blattfedern 40 bis 47 eingespannt und in ihrer Lage gehalten. Die Blattfedern besitzen an ihren freien Enden metallische Kontaktflächen 50, welche den Kristall an seinen Knotenpunkten festhalten und die elektrischen Verbindungen mit den Elektroden 30 bis 37 der piezoelektrischen Kristalle 10 bis 20 herstellen. Die Blattfedern 40 bis 47 werden durch Distanzstücke 60, 61 und 62 aus Isoliermaterial in einem zweckmäßigen Abstand voneinander gehalten. Ein Bolzen 64 ragt durch die

Öffnungen der Distanzstücke 60. 61 und 62 und ebenso durch die Ortnungen der Blattfedern 40. 41, 44 und 45, die durch zwei um ilen Bolzen 64 liegende Isolierbuchsen von diesem isoliert sind. Eine mit Gewinden versehene Leiste 67 nimmt das Gewinde des Bolzens 04 auf. die die Blattfedern 40, 41. 42 und 45 und die Abstandsstücke üo. 61 und 62 zusammenhält. Ein weiterer Bolzen 70. der die Blattfedern 42. 43, 46 und 47 sowie die Abstandsstücke 00. 61 und 62 zusammenhalt, ist ebenfalls in der Leiste 67 befestigt. Die Bolzen 04 und 70 sowie die Leiste 67 sind von den Blattfedern 40 bis 47 isoliert. Der von der Kontaktfläche 50 auf die piezoelektrischen Kristalle 10 und 20 ausgeübte Druck kann durch Veränderung der Stärke der Abstandsstücke 60 und 62 geändert werden.

Die acht Federn 40 bis 47 oder ihre Anschlußleitungen können durch isolierte Öffnungen in dem Kupferdeckel So eines Kupferbehälters S 2, in dem der piezoelektrische Kristallaufbau untergebracht ist, führen. Dieser Aufbau wird von der Platte So des Behälters S 2 durch vier Schrauben S 4 und eine Isolierplatte S6 getragen. Die mit den Metallfedern 40 bis 47 verbundenen acht Anschlußösen 72 bis 79 können so zusammengeschaltet werden, wie es die Fig. 1 zeigt, um ein Kreuzgliedfilter zu erhalten.

Die Kontaktfläche 50 kann aus einem geeigneten Metall, beispielsweise Gold oder Silber, bestehen oder, wie es die Fig. 4 zeigt, mit einem Kern 51 aus Metall, z.B. weichem Messing, versehen sein. Die Endfläche 52 i'Fig. 4) des Kontaktstückes 50 steht mit der Fläche des Kristalls in Berührung. Die Kontakttläche 52 kann kreisrund, quadratisch oder rechteckig sein oder irgendeine sonstige Form aufweisen, die der Knotenfläche des schwingenden Kristalls angepaßt ist.

Wie die Fig. 4 darstellt, können die Flächen 2 5 der Kerne 51 parallel zu den Elek- +5 troden 30 und 31 des Kristalls 10 angeordnet und mit runden Kanten 53 versehen sein. Die Kerne 51 und insbesondere die Flächen 52 sowie die abgerundeten Kanten 53 können mit einer dickeren Schicht 54 aus Zinn oder einem Metall gleicher Eigenschaften überzogen sein, das weicher als der Metallüberzug bis 27 der piezoelektrischen Kristalle 10 und 20 ist.

Die Zinnschicht 54 kann etwa 0,1 mm stark 55 ?ein. Die Kontaktflächen 55 aus Zinn befit/en eine, flache Form und sind somit den Flächen der metallischen Überzüge 30 bis 37 der piezoelektrischen Kristalle 10 und 20 angepaßt.

fio Die Mitte der Kontakt fläche 55 kann mit einem kleinen Ansatz 57 versehen sein, der in eine größere Aussparung 58 der Kristallelektrode 31 an dem Knotenpunkt des Kristalls 10 hineinragt, um den Kristall besser festzuhalten und zu zentrieren.

Wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, können die Kristalle 10 oder 20 für Jongitudinale Schwingungen ihrer Grundfrequenz angeordnet werden. In diesem Falle liegt der Knoten, die Knotenlläche der Kristalle 10 oder 20, auf einer Linie, die im wesentlichen durch die Breite und in der Mitte zwischen den beiden schmalen Enden des Kristalls verläuft. Die Kontaktstücke 50 halten die Kristalle 10 und 20 längs einer solchen Knotenlinie und besitzen eine genügend kleine Kon-, taktfläche_: um eine übermäßige Dämpfung der Schwingungen zu vermeiden. Jedes Paar der Kontaktstücke 50 liegt in koaxialer Flucht. So liegen beispielsweise die Ansätze 50 der Federn 40 und 41 in einer Achse.

Die Fig. 5 und 6 zeigen im wesentlichen die gleiche Haltevorrichtung wie die Fig. 1 bis 3. Ein Kristall 10 ist zwischen um die Bolzen 64 und 70 drehbaren Blattfedern angeordnet und kann längs der Achse L Longitudinalschwingungen ausführen, welche der zweiten Harmonischen entsprechen. Der Kristall 10 besitzt zwei Elektrodenpaare, die aus vier einzelnen Metallüberzügen 90 bis 93 von gleich "großen Flächen bestehen.

Wenn es sich um longitudinale Schwingungen der zweiten Harmonischen handelt. Hegen die Knotenpunkte des Kristalls 10 auf Linien, die durch die Breite des Kristalls verlaufen und einen Abstand von den schmalen Seiten haben, der Vi der Länge des Kristalls beträgt (Fig. 6). Die Ansätze 50 der Federn 40 bis 43 greifen den Kristall 10 in diesen Knotenlinien an. Sind die Kontaktflächen der Ansätze 50 rechtwinklig, so Hegt die Achse der größeren Länge in der Richtung der Knotenlinien des Kristalls 10.

Die Fig. 7 und S zeigen Kristallhalter, die um die Bolzen 64 und 70 drehbar angeordnet sind und zur Befestigung eines piezoelektrischen Kristalls dienen, wenn dieser Biegungsschwingungen ausführen soll. In diesem Falle liegen die Knotenpunkte auf einer Linie 105, die durch die Länge/ des Kristalls in der Mitte zwischen den seitlichen Kanten und auf Linien, die in einem Abstand von 0,224 der Länge / von den schmalen Kanten des Kristalls verlaufen. Die Ansätze 50 der Federn 40 bis 43 halten den Kristall 10 an solchen Knotenpunkten, die durch die Schnittpunkte der Linien 105, 106 und 107 in den Fig. 7 und S gebildet sind. Die Kontakt flächen der Ansätze 50 sind für Kristalle, die Biegungsschwingungen unterworfen werden, Vorzugs- lsu weise kreisrund. Zur Erregung eines Kristalls, der liiegungsschwingungen ausführen

soll, können, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, die Elektroden des Kristalls 10 bei 104 in vier einzelne metallische Überzüge 100 bis 103 aufgeteilt werden. Die koaxialen Ansätze 50 der Federn 40 und 41 bilden die Kontakte mit den metallischen Überzügen 100 und 101 gleich großer Fläche. Die koaxialen Ansätze 50 der Federn 42 und 43 stellen die Berührung mit den Metallüberzügen 102 und 103 her, die ebenfalls gleich große Ansätze aufweisen.

Sollen zwei einzelne elektrische Stromkreise bei einem einzigen Kristall 10 vorgesehen werden, so werden die metallischen Schichten nicht wie in den Fig. 7 und 8 spitzwinklig der Linie 105 gegenüber aufgeteilt, sondern die Teilung erfolgt längs der Mittellinie 105. Die koaxialen Ansätze 50 der Federn 40 und 41 liegen dann auf der Linie 106 etwas oberhalb der Mittellinie 105 und stehen mit den gegenüberliegenden oberen Platten in Berührung, während die koaxialen Ansätze 50 der Federn 42 und'43 auf der Linie 107 etwas unterhalb der Mittellinie 105 liegen und hier den Kontakt mit den gegenüberliegenden unteren Platten herstellen.

Die Fig. 9,10 und 11 zeigen Kristallhaltevorrichtungcn nach den Fig. 1 bis 3, durch die 'ein oder mehrere stimmgabelförmige piezoelektrische Kristalle erregt und im Knotenpunkt gehalten werden. Der U-förmige Quarzkristall 110 beispielsweise besitzt vier metallische Elektrodenpaare 111 bis 118, die durch die Metallplatten 120 bis 123 miteinander verbunden sind. Die Elektroden sowohl wie die Platten bilden eine Einheit mit dem Quarzkristall 11 o. Die Verbindungsplatte 120 verbindet die Elektroden 111 und 117 miteinander, die gleich große Flächen besitzen. In ähnlicher "Weise verbindet die Platte 121 die Elektroden 112 und 118, die der Elektrode iii bzw. 117 gegenüberliegen. Auch die Elektroden 114 und 116 sind durch die Platte 123 miteinander verbunden, während die Platten 113 und 115, die durch die Platte 122 miteinander in Verbindung stehen, den Elektroden 114 und 116 gegenüber angeordnet' sind. Auch die Elektroden 113 und 115 haben gleich große Flächen. Die Knotenpunkte des Kristalls 110 liegen auf der durch das Joch des Kristalls 110 in der Mitte zwischen, den beiden Gabelungen führenden Linie 125. Die koaxialen Ansätzeso der Blattfedern 40 und -41 fassen den piezoelektrisehen Kristall 110 an solchen Knotenpunkten und bilden einen Kontakt mit den Platten 120 und 121. Das gleiche gilt für die Federn 42 und 43.

Die in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Haltevorrichtungen können zur Befestigung einer größeren Anzahl von piezoelektrischen Kür-

pern verschiedener Größe und Form dienen, die nach verschiedenen Bewegungsarten schwingen. Die Fig. 12 und 13 zeigen einen Vielfachhalter zur Befestigung von vier piezoelektrischen Kristallen 141 bis 144. Alle Kristalle werden an ihren Knotenpunkten durch die Kontaktstücke 50 auf den freien Enden von fünf Blattfedern 150 bis 154 gehalten und elektrisch verbunden. Jede Feder ist drehbar an einem Ende auf dem Bolzen 160 gelagert, der sich durch koaxiale Öffnungen in den Federn erstreckt und mit einer Mutter 161 versehen ist. Dieser Bolzen ist mit Isolierbuchsen 162 versehen, die ihn von den Federn 150 bis 154 isolieren. In ähnlicher Weise werden die Federn von dem Bolzen durch Isolierscheiben 163 und 164 isoliert. Durch die Isolierscheiben 166 werden die Federn unter sich in einem entsprechenden Abstand gehalten, der den piezoelektrischen Elementen 141 bis 144 angepaßt ist, damit die Ansätze 50 elastisch gegen die Knotenpunkte der Kristalle anliegen. Die Kristalle 141 bis 144 in den Fig. 12 und 13 schwingen longitudinal längs der Länge/.

Die piezoelektrischen Kristalle 141 und 143 können gleicher Frequenz sein, um die Kreuzzweige eines elektrischen Wellenfilters zu bilden. Für die Reihenarme eines solchen FiI-ters können die piezoelektrischen Kristalle 142 und 144 unter sich eine gleiche Frequenz besitzen, die sich jedoch von der Frequenz der Kristalle 141 und 143 unterscheidet. Eine mechanische Kopplung ist zwischen den bei gleicher oder verschiedener Frequenz schwingenden Kristallen 141 bis 144 nicht vorhanden. Die Anschlüsse α und d, die mit den Anschlußösen 171 und 173 verbunden sind, können die Eingangsklemmen sein, wäh- >o" rend die Anschlüsse b und c, die an die Anschlußöse 172 und die Yerbindungsleitung 175 angeschlossen sind, als Ausgangsklemmen dienen können.

Die Fig. 14 zeigt eine andere Ausführungsart eines Vielfachkristallhalters, in dem eine Anzahl piezoelektrischer Kristalle 141 bis 144 an ihren Knotenpunkten befestigt werden. Diese Kristalle können die gleiche Form besitzen und in der gleichen Filterschaltung iiu enthalten sein, wie sie in den Fig. 12 und 13 dargestellt ist. Hier sind vier umgebogene Federn 200 bis 203 aus Metall an einem Ende mit Hilfe von Messingplatten 205 und 206 durch Schrauben 207 an den gegenüberliegenden Enden eines Isolierblockes 20S befestigt. Der Block 20S ragt durch die Mittelöffnung eines anderen Isolierblockes 20g; beide Blöcke werden durch den Bolzen 210 zusammengehalten. Vier gleiche Kontaktstücke 220 bis 223 können an beiden Enden des Blockes 209 befestigt werden und dienen

zum Einspannen der Kristalle 141 bis 144 an ihren Knotenpunkten. Diese Ansätze liegen koaxial zu den freien Enden der entsprechenden Federn 200 bis 203. Die Ansätze 220 und 221 sowie die Ansätze 222 und 223 können aus zwei getrennten metallischen Teilen bestehen, die sich durch zwei einzelne Löcher in dem Block 209 erstrecken, wenn elektrische Verbindungen, beispielsweise für ein in der Fig. 12 beschriebenes Filter, vorgesehen werden sollen. Wenn keine elektrische Verbindung zwischen den Ansätzen 220 und 221 oder 222 und 223 erforderlich ist, können diese unter sich isoliert sein.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Haltevorrichtung für piezoelektrische, parallel zu den Hauptflächen schwingende Kristalle zur Vermeidung mechanischer Schwingungskopplung über die Halterung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle nur in einer Knotengegend durch gegenüberliegende Federn mit kleinen, den Kristall berührenden Kontaktflächen ten werden.
2. 2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den

   gehal-Kristall berührenden Kontaktflächen aus einem weicheren Metall bestehen als die Kristallelektroden.
3. 3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kristall berührenden Kontaktflächen eine Form besitzen, welche den Knotenflächen entspricht.
4. 4. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall von einem Paar Blattfedern getragen wird, welche an einem gemeinsamen Träger drehbar befestigt sind.
5. 5. Haltevorrichtung nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet., daß die Blattfedern so befestigt sind, daß sie sich um eine Achse biegen, welche parallel zu den Hauptflächen des Kristalls liegt.

   Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   deutsche Patentschrift Nr. 515 702;

   USA.- - -19781SS;

   deutsche Patentschriften .... - 484340, 596 744, 494716·

   Hierzu I Blatt Zeichnungen