DE836713C - Piezoelektrisches Geraet - Google Patents

Description

• Piezoelektrisches Gerät Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hiezoelektrisches Gerät, besonders auf einen Schwingungsaufnehmer mit zwei gegeneinander beweglichen und gegenüber der Schwingungsrichtung rotationssymmetrischen, durch den Kristallkörper verbundenen Massen. Bei dieser Art von Geräten sind die Massen derart verschieden gewählt, daß beim Antrieb der einen Masse die beiden Massen mit einem gewissen Phasenunterschied schwingen. Dabei ist die vom schwingenden Gegenstand unmittelbar in Bewegung versetzte Masse vorzugsweise möglichst klein und die andere Masse (Gegenmasse) möglichst groß. Die Richtung der Schwingungen wird nachstehend kurz als Achse bezeichnet.
• Es ist bereits bekannt, bei Meß- oder Anzeigegeräten die erwähnten Massen unter Zwischen-Schaltung eines nachgiebigen Mittels durch einen achsensymmetrischen, piezoelektrischen, ring-, zylinder- oder polygonförmigen Kristallkörper zu verbinden. Dieser Körper ist aus einer Anzahl von miteinander sorgfältig vereinigten, z. B. geklebten, Kristallplatten zusammengebaut, deren Hauptachsen einen Winkel von 45° mit den piezoelektrischen b- und c-Achsen bilden.
• Die Befestigung der Kristallplatten aneinander in Form eines einzigen Körpers bereitet oft Schwierigkeiten. Außerdem ist es zwar möglich, bei einer niedrigeren Eigenfrequenz den hinderlichen Einfluß der Resonanzspitze durch das Vorhandensein des nachgiebigen Mittels abzuschwächen; dies hat jedoch den Nachteil einer bedeutend geringeren Empfindlichkeit des Geräts.

  13(i dein Gerät nach der Erfindung sind diese

  Nachteile behoben, und zwar einerseits durch die

  Verwendung einer Anzahl gesonderter, rotations-

  s\@nuuc@trisch zur @cliwingungsaclise angeordneter

  l"'ristalll)lattett, deren Elektrodenflächen parallel

  zur Schwingungsachse liegen, und andererseits,

  indem diese Platten mit den gegeneinander beweg-

  lichen Massen starr verbunden sind.

  1 1 ierdurch entsteht zunächst eine einfache,

  ro@btistv Konstruktion. Iss ist weiter möglich, die

  kristallplatten entweder auf Druck oder auf Schub

  zu beanspruchen. Infolge einer solchen, die Kristall-

  platten auf Schul> oder Druck beanspruchenden,

  starren Befestigung ist die Verwendung ve rhältnis-

  mäßig dünner (0,5 bis i inne) Kristallplatten und

  einer verhältnismäßig großen Gegenmasse (etwa

  ioo g) in<iglich und trotzdem eine liolie Eigenfre-

  quc@nz von einigen tausend Hertz, mit Rücksicht

  auf die anderen Abmessungen der Kristallplatten,

  erzielbar. Die Verwendung dünner Plättchen bietet

  den Vorteil einer hohen elektrischen Kapazität, und

  die schwere Gegenmasse gibt den Vorteil großer

  Empfindlichkeit.

  Für besondere Fälle finit extrem kolier (to-5 Hz)

  Eigenfrequenz können die Plättchen stärker und

  die Gegenmasse kleiner gestaltet werden, wobei

  selbstverständlich auch die sonstigen Abmessungen

  und die Anzahl der Plättchen den besonderen An-

  forderungen angepaßt werden müssest.

  Zur Sicherung der Kristallplättchen vor schäd-

  lichen Folgen einer relativen Verdrehung der

  Massen uni die Achse können die gegeneinander

  beweglichen Massen außerdem durch Organe ver-

  bunden sein, die in der Achsenrichtung nachgiebig

  und in becug auf eine relative Verdrehung uni die

  Achse starr sind.

  Die Erfindung wird in der Zeiclitititig näher er-

  läutert, in der drei 21usführungsbeispiele von

  Schwingungsaufnehmern dargestellt sind.

  Der Schwingungsaufnehmer Bach den Fig. i und 2

  besteht itn wesentlichen aus einem Antriebszylin-

  der i, Kristallplatten 2 und einem als Gegenmasse

  wirksamen Ring 3. Der z. B. aus einer Aluminium-

  legierung bestehende Antriebszylinder wird mittels

  eines Schraubbolzens d am schwingenden Gegen-

  tand befestigt. Der den Antriebszylinder i konzen-

  trisch unigebende Ring 3 ist z. B. aus Eisen oder

  Blei hergestellt. Radial zur gemeinsamen Achse sind

  vier gesonderte, radial angeordnete Kristallplatten 2

  angebracht. Sie sind sowohl finit dein Antriebs-

  zylinder i als auch mit dem Ring 3 starr verbunden.

  Diese starre Verbindung ist so durchführbar, daß

  sowohl der Ring als auch der Zylinder mit Klemm-

  leisten 5 versehen werden, zwischen denen die

  Kristallplatten eingekittet oder einzementiert sind.

  Der Ring und der Zylinder sind außerdem durch

  zwei kreisförmige Platten 6, z. li. aus Eisen, die

  niit mittlerer Aussparung versehen und in konzen-

  trischen Ringen gewellt sind, verbunden. so (laß der

  Ring nur in Richtung der gemeinsamen .lchse be-

  weglich ist. Das Ganze ist vosi einem Rolir j, z. B.

  atis einer Aluminiumlegierung, umgehen, (las am

  Antriebszylinder befestigt und mit einer mittleren

  Öffnung am Scheitel für die Zugänglichkeit des Schraubbolzens 4 versehen ist.
• Die aufgenommenen Schwingungen verlaufen in Richtung der gemeinsamen Achse. Bei diesem Schwingungsaufnehmer werden die Kristallplatten auf Schul> beansprucht. Itn Fall des Seignettesalzes sind sie senkrecht zur elektrischen Achse des Mutterkristalls ausgeschnitten, wobei die Seiten der rechtwinkligen Plättchen z. B. parallel zur B-und (-Achse des Mutterkristalls verlaufen.
• Bei dem Schwingungsaufnehmer nach den Fig.3 und .4 ist die Gegenmasse 8 voni Antriebszylinder 9 umgeben. Die Kristallplatten io sind in diesem Fall annähernd tangential in bezug auf die Gegenmasse 8 angeordnet und gleichfalls starr finit dein Zylinder und der Gegenmasse verbunden. Anstatt eines besonderen Befestigungsbolzens hat der Antriebszylinder, der auch das Gehäuse bildet, am unteren Ende einen Ansatz i i mit Schraubengewinde. Zwischen der Gegenmasse 8 und dein Boden des Antriebszylinders 9 ist ein Dämpfungskörper 12, z. B. aus Gummi, angeordnet. Die Kristallplatten io werden bei diesem Ausführungsbeispiel gleichfalls auf Schub beansprucht. Die tangentiale Anordnung der Kristallplatten ermöglicht geringe radiale Ausmaße des Schwingungsaufnehmers. Die Anordnung der Platten gegenüber den Achsen des Mutterkristalls ist die gleiche wie bei den Platten des Geräts nach den Fig. i und 2. Zwischen der Gegenmasse 8 und dem Antriebszylinder g sind Arretierstreifen 13 angebracht, um das Auftreten von Drehschwingungen zu verhüten.
• Bei (lern Schwingungsaufnehmer nach den Fig. 5 und 6 sind die Kristallplatten 14 auf Druck bzw. auf Zug beansprucht. Im Fall des Seignettesalzes sind sie gleichfalls senkrecht zur a-Achse des Mutterkristalls ausgeschnitten, die Seiten der rechtwinkligen PlaUen bilden jedoch Winkel von 45° mit der b- und (-Achse des Mutterkristalls. Die Kristallplatten sind starr mit einem am schwingenden Gegenstand zu befestigenden Antriebsorgan 15 und mit einer ringförmigen Gegenmasse 16 verbunden.
• Die vorgeschlagenen Schwingungsaufnehmer reagieren nur auf Translationsbeschleunigungen; gegen Taumelschwingungen sind sie unempfindlich. Die Masse der Kristallplatten ist verhältnismäßig groß gegenüber dem ganzen Schwingungssystem der Geräte, so daß ein großer Teil der zugeführten Energie nützlich verwendet wird. Die Eigenfrequenz kann hochgehalten werden und auch die Kapazität hat einen günstigen Wert. Wegen der Schraubverbindung kann der Aufnehmer sehr innig mit dem zu prüfenden Gegenstand verbunden werden, so daß Kontaktresonanz vermieden wird.

Claims (2)

1. PATE 1iTA\SPRttCHE: i. Piezoelektrisches Gerät, besonders Schwingungsaufnehmer mit zwei gegeneinander beweglichen und in bezug auf die Schwingungsachse rotationssymmetrischen Massen, die durch den Kristallkörper verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl einzelner, rotationssymmetrisch zur Schwingungsachse angeordneter Kristallplatten verwendet sind, deren rlektrodenflächen parallel zur Schwingungsachse sind, und daß diese Platten mit den genannten Massen starr verbunden sind.
2. 2. Piezoelektrisches Gerät nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander beweglichen Massen außerdem durch Organe verbunden sind, die in der Achsenrichtung nachgiebig und in bezug auf eine relative Verdrehung um die Achse starr sind.