DE880324C - Regelbare Daempfung bei piezoelektrischen Schwingkristallen - Google Patents

Description

• Regelbare Dämpfung bei piezoelektrischen Schwingkristallen Ein piezoelektrischer Schwingkristall besitzt eine, ganze Reihe anregbarer Resonanzfrequenzen. seiner Eigenschwingung. Stab-förmige, Kristalle beispielsweise können als Längsschwinger oder als Biegeschwinger jeweils in, der Grundschwingung oder verschiedenen Oberschwingungen erregt werden. Bekannt ist ferner die, unerwünschte Erscheinung der Mehrwelligkeit. Es wäre für viele Anwendungen wichtig, ein Mittel an: der Hand zu haben, um unerwünschte Frequenzen zu unterdrücken.
• Es besteht ferner oft die Notwendigkeit, als Filter verwendete Schwingkristalle zur Verbreiterung ihrer Resonanzkurve, auf einen ganz bestimmten Wert ztz dämpfen:. Die nur begrenzt hierfür brauchbaren rein, schaltungsmäßigen Maßnahmen können diese Aufgabe entweder überhaupt nicht oder nur sehr ungenügend lösen.
• Die, Erfindung gibt nun einen Weg an, bestimmte Frequenzen bei einem Schwingkristall in. einem weiten Bereich, praktisch von o bis unendlich, stetig zu dämpfen, ohne daß die übrigen Frequenzen dadurch merklich beeinträchtigt werden. Das geschieht dadurch, daß mit dem Schwingkristall kurze leichte Drähtchen kleinster Abmessungen und einfachster Form, metallische oder nichtmetallische Stifte, z. B. aus Glas oder keramischem Material, oder aridere schwingungsfähige Gebilde fest verbunden werden und daß durch deren Größen- oder Formänderung- eine Abstimmung ihrer Eigenfrequemz (Grund- oder Oberschwingungen) auf die oder .in die Nähe der zu dämpfenden, Frequenz erfolgt, wodurch diese auf einen beliebigem. Wert gedämpft werden kann. Die Befestigung wird an. Stellendes Kristalls vorgenommen, die- nicht Knotenstellen der zu dämpfenden Schwingung sind.
• Die Zeichnung möge den Erfindungsgedanken näher erläutern.
• In Abb. i wird der Schwingkristall i beispielsweise als Biegeschwinger mit der yz-Ebene als Schwingungsebene und. den Knotenpunkten :2 in. seiner Grundschwingung erregt. Zur Einstellung eines ganz bestimmten Dämpfungswertes dieser Frequenz wird ein leichter kurzer Stift 3 aus Metall oder Glas mit dem Kristall verbunden, beispielsweise angelötet oder mit Glasfluß bei höherer Temperatur angeschmolzen. Material und Abmessungen dieses Stiftes mögen so gewählt sein, daß seine Eigenfrequenz bei Erregung in einer Viertelwellenlänge kleiner als die zu dämpfende Frequenz ist. Dann können durch Abfeilen oder Abschleifen die Abmessungen so weit verringert werden, daß eine seiner Eigenschwingungen (Grund- oder Oberschwingung) mit der Frequenz des Schwing kristalls im Resonanz kommt. In diesem Falle wird das freie Ende des Stiftes 3 zum Schwingungsbauch und die größte Dämpfung erreicht. Werdern die Abmessungen: des Stiftes so abgestimmt, daß das freie Ende zum Schwingungsknoten wird, so ist die Dämpfung am kleinsten. Zwischen beidem, Grenzen kann die Dämpfun.gsabstimmung durch Änderung der Abmessungen des schwingungsfähigen Gebildes, durch Abnehmen oder Zugeben von Material, beispielsweise durch- kleine Korrekturen mittels Lot, oder aber durch Formänderung, beispielsweise, durch Umbiegen bei einem Metalldraht, vorgenommen werden. Die Gewichtsänderungen können dabei sehr gering gehaltene werden. Die Abstimmung .ist überraschend einfach durchzuführen. Die. Stifte oder Drähte können. an beliebiger Stelle außerhalb der Knoten der zu dämpfenden Schwingung angebracht werden, z. B. an den xz- und yz-Flächen, so-,via in beliebiger Richtung, die je nach Zweckmäßigkeit für den einzelnen Fall gewählt wird.
• Da eine sehr selektive und wirksame Dümpfung der gewünschten. Frequenz eintritt, während. der Einfiuß auf andere Frequenzen sehr gering ist, kann das Verfahren: zweckmäßig zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen verwendet werden. Zu diesem Zwecke ist beispielsweise in Abb. i links ein dünnes Metalldrähtchen so befestigt, daß seine beiden freien Enden q, und 5 verschieden, lang sind. Während der Schwingkristall auf der Grundfrequenz schwingt, ist das Drähtchen 5 beispielsweise auf die dreifacheOberschwingung, das Drähtchen q. auf die für den Schwingkristall in Frage kommende Längsschwingung abgestimmt. Beide-Frequenzen können .sich - dann auch unter sonst für sie günstigsten Verhältnissen niemals erregen, während die Grundschwingung des Kristalls nicht merklich gedämpft wird. Zur Verhinderung von Frequenzen anderer Schwingungsformen des Kristalls können die Resonanzkörperchen in besonderen Fällen an Knoten der erwünschten. und am Schwingungsbauch. dar unerwünschten, zu dämpfenden Schwingung angebracht werden. Es tritt dann praktisch überhaupt keine Beeinflussung der gewünschten Schwingung eire.
• Die Abmessungen und Gewichte der Resonanzkörperchen können .sehr gering gehalten werden. Trotzdem sind diese genügend wirksam. Für eine Frequenz von 8 kHz genügt beispielsweise ein Stahldrähtchen von o,i mm Durchmesser und 3 mm Länge mit einem Gewicht von nur etwa o,18 mg. Es kann aber auch ein Kupferdraht von o,5 mm Durchmesser und 5 mm Länge mit einem Gewicht von 8,7 mg verwendet werden. Bei 8o kHz betragen die Längen und Gewichte nur etwa den dritten Teil hiervon. Je nach Bedarf kann man also in weiten Grenzen die Resonanzkörperchen so, auswählen, wie sie für den beabsichtigten Zweck am günstigsten sind: bei sehr kleiner Masse ist die Abstimmung etwas schwieriger, und umgekehrt. Überraschend ist, daß so überaus leichte Resonanzkörperchen die Schwingungen selbst mehrerer Gramm schwerer Schwingkristalle so wirksam unterdrücken können, daß kein Selbstschwingen mehr möglich ist,während .nicht abgestimmte Körper selbst vom hundertfachen: Gewicht dies nicht vermög'en.
• In besonderem, Fällen ist es möglich, die Dämpfungsregeilung durch Abgreifen bestimmter Längen an einem schwingungsfähigen Gebilde konstanter Abmessungen vorzunehmen. In Abb. 2 ist beispielsweise der leichte und dünne Draht 7 einerseits mit dem Kristall 6, auf der anderen Seite unter Zwischenschaltung einer Federung 8 unmittelbar oder über einen Isolator mit der Gehäusewand 9 verbunden. Auf diesem Draht entstehen beim Schwingen des Kristalls 6 eine größere Anzahl stehender Wellen. Im Bereich einer Halbwellenlänge wird an dem dem Kristall abgekehrten Ende des Drahtes unter einer Eichsskäla io eine Klemmvorrichtung i i entlang geführt. Durch Abgreifen. verschiedener Längen kann die Dämpfung stetig von einen maximalen bis zu einem minimalen Wert verändert werden.
• Das beschriebene Verfahren ist neu und ermöglicht die Lösung von Aufgaben, die sonst nicht oder nur unvollkommen gelöst werden könnten. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin!, daß durch einfachste Maßnahmen und mit sehr geringem Aufwand die Dämpfung bestimmter Frequenzen in. einem weiten Bereich auf beliebige Werte gebracht werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur regelbaren Dämpfung bestimmter Frequenzen bei piezoelektrischen Schwingkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwingkristall an Stellen außerhalb der Knoten der zu dämpfenden Schwingung Resonanzkörperchen einfachster Form und geringsterAbmessungen oder andere schwingungsfähige Gebilde verbunden werden und daß durch deren Größen- oder Formänderung die Dämpfung der gewünschten Frequenz auf einen beliefiigen Wert eingestellt wird. ?. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsregelung durch Abgreifen bestimmter Längen mittels einer Klemmvorrichtung an einem mit dem Schwingkristall verbundenen schwingungsfähigen Gebilde konstanter Abmessungen vorgenommen wird.