Piezoelektrischer Biegeschwinger Piezoelektrische Biegeschwinger,
wie sie beispielsweise in dem Buch A. S c h e i b e, Piezoelektrizität des
0 uarzes, Dresden 1938, S. 115 bis 1:23, beschrieben sind, werden
heute in Quarz als gestreckte Stäbe bis herab zu Frequenzen von, etwa iooo
Hz hergestellt. Bei diesen stabförmigen Biegeschwingern bilden sich bei Resonanz
zwischen erregendem Feld
und einer elastischen Biegungseigenf riequenz auf
der Stablänge mindestens zwei Knotenstellen aus, deren Entfernung #12 beträgt. Bewegung
und elastische Spannung längs der Stabachse sind in Phase. Für eine Frequenz von
iooo Hz beträgt ihre Länge bei ZD 3 mm Breite bereits 130 mm. Die
Herstellung so langerQuarzstäbe machtschonerheblicheSchwierigkeiten, Man muß ja
bedenken, daß sie nur aus Quarzkristallen entsprechend großer Abmessungen herausgeschnitten
werden können" die nur in beschränkter Menge zur Verfügung stehen und an deren Reinheit
überdies hohe Anforderungen zu stellen sind. Piezoelektrische Oszillatoren und Filter
für noch tiefere Frequenzen werden aus diesem Grunde heute nicht ausgeführt, obwohl
ein technisches Bedürfnis hierfür vorliegt. Es würde deshalb technisch und mit Rücksicht
auf Materialersparn#is an Rohkristall von großer Bedeutung sein, wenn es gelänge,
die Abmessungen der heute gebräuchlichen piezoelektrischen Biegeschwinger bei gleicher
Frequenz herabzusetzen oder sogar solche für noch tiefere Frequenzen herzustellen.Piezoelectric bending transducer Piezoelectric bending transducer as cheibe example, in the book A. S, piezoelectricity of 0 uarzes, Dresden 1938, p described 115 to 1:23, are today täbe in quartz as stretched south down to frequencies of approximately 100 Hz manufactured. With these rod-shaped flexural oscillators, at least two nodal points are formed along the rod length when there is a resonance between the exciting field and an elastic natural bending frequency, the distance of which is # 12. Movement and elastic tension along the rod axis are in phase. For a frequency of 100 Hz, its length at ZD 3 mm wide is already 130 mm. The production of such long quartz rods makes considerable difficulties. One must remember that they can only be cut out of quartz crystals of correspondingly large dimensions "which are only available in limited quantities and whose purity is also subject to high requirements. Piezoelectric oscillators and filters for even lower frequencies are therefore not carried out today, although there is a technical need for this. It would therefore be of great technical importance, with regard to raw crystal material savings, if it were possible to reduce or even reduce the dimensions of the piezoelectric flexural oscillators commonly used today at the same frequency to produce such for even lower frequencies.
Zur Herabsetzung der Abmessungen piezoelektrischer Schwingkristalle
für niedrige Frequenzen sind bereits Vorschläge bekanntgeworden, durch
besondere
Elektrodenanordnung bei fester Einspanung an einem Ende solche Kristalle zu 2/4
Biegeschwingungien anzuregen. Diese Versuche haben bisher zu keiner technisch befriedigend-en
Lösung geführt und keinerlei praktische Anwendung ermöglicht. Die Gründe liegen
in der hohen Dämpfung und stark-en Frequenzbeeinflußbarkeit solcher Kristalle durch
die erforderliche starre Halterung, die die von den Schwingkristallen. ausg&ibten
Kräfte aufnehmen muß. Für sich allein oder bei elastischerAufhängung haben solche
Kristalle übeerhaupt keine Resonanzstelle, die 2/4 entspricht. Sie bilden also keine
freien Systeme, sondern sind nur zusammen mit einer starren Halterung als Gegengewicht
überhaupt resonanzf-ähig.To reduce the dimensions of piezoelectric oscillating crystals
proposals for low frequencies have already been made known by
special
Electrode arrangement with fixed clamping at one end such crystals to 2/4
To stimulate bending vibrations. These attempts have so far not been technically satisfactory
Solution led and no practical application possible. The reasons are
in the high attenuation and the ability to influence the frequency of such crystals
the required rigid support that holds the one of the vibrating crystals. output
Must absorb forces. On their own or with elastic suspension they have
Crystals have no resonance point at all, which corresponds to 2/4. So they do not form
free systems, but are only used together with a rigid bracket as a counterweight
at all capable of resonance.
Erfindungsgemäß werden, nun demgegenüber Schwin&kristalle benutzt,
die durch besondere Formgebung zu einem in sich ausgeglichenen System geringer Dämpfung
ausgebildet werden und für'sich allein ohne besondere Anforderung-en an die Eigenschaf
ten der Halterung, insbesondere auch bei freier, elastischer Aufhängung,
sehr gut schwingen. Dies geschieht dadurch, daß der Biegeschwinger in Form zweier
symmetrischer Schenkel hergestellt wird, die an ihrem einen Ende in der Schwingungsebene
senkrecht zu ihrer Achse starr miteinander verbunden sind. Im einfachsten Fall entsteht
dann eine U-Form. Ein solcher Biegeschwinger besitzt eine ausgeprägte Eigenschwingung
für eine Frequenz, bei der die Länge eines Schenkels etwa gleich 2/4 ist. Wird er
durch ein elektrisches Wechselfeld dieser Frequenz angeregt, so bildet sich eine
stehende Biegungsschwingung aus mit zweiBäuchen an den freien Enden und einem Schwingungsknoten
an der Verbindungsstelle. Hier heben sich die von beiden Schenkeln ausgehenden Bewegungen
auf. Die Bewegungskräfte werden in Zug- und Druckschwankungen in dem starren Verbindungsst##i.ck
umgewandelt., According to the invention now contrast oscillations and crystals used, the lower by special shaping to a balanced-contained system attenuation be formed and für'sich alone without any particular request-en to the char acteristics of the holder, in particular also at f ree, elastic suspension, very good swing. This is done in that the flexural oscillator is manufactured in the form of two symmetrical legs which are rigidly connected to one another at one end in the oscillation plane perpendicular to their axis. In the simplest case, a U-shape is created. Such a flexural oscillator has a pronounced natural oscillation for a frequency at which the length of a leg is approximately equal to 2/4. If it is excited by an alternating electric field of this frequency, a standing bending oscillation develops with two bulges at the free ends and a oscillation node at the connection point. The movements emanating from both thighs cancel each other out here. The movement forces are converted into tension and pressure fluctuations in the rigid connecting piece ## i.ck.
In der Abbildung ist ein solcher Biegeschwinger gezeichnet. Der U-förmige
Quarzteil a trägt als Anregungselektroden Metallbelegungen b, die hier beispielsweise
für eine dreipolige Ausführung mit .einer Schwingung in der Z-Richtung
- gezeichnet sind, mit ihren Verbindung-en c. An die Beläge sind bei
d die Zuf Ührungsdrähte angelötet. X, Y, Z bezeichnen die Achsenrichtungen
des Kristalls. Die beiden symmetrischen, parallel verlaufenden Hälf ten schwingen
gegeneinander auf 2/4 mit je einem Schwingungsbauch am freien Ende. Am an-deren
Ende werden ihre Bewegungskomponenten durch eine senkrecht zu ihrer Achse verlaufende
starre Verbindung gegenseitig kompensiert, so daß hier ein Knoten entsteht.Such a flexural oscillator is shown in the illustration. The U-shaped quartz part bears a metal coatings as excitation electrodes b, the Z-direction here, for example, for a three-pole design with .One vibration in the - are drawn with their connecting-en c. The feed wires are soldered to the coverings at d. X, Y, Z denote the axis directions of the crystal. The two symmetrical, parallel Hälf th vibrate against each other to 2/4, each with an antinode at the free end. At the other end, their components of movement are mutually compensated for by a rigid connection running perpendicular to their axis, so that a knot is created here.
Solche besonders geformte #/4 Biegeschwingger sind neu. Sie besitzen
wesentliche technische Vorteile. Ihre Längenabraessungen sind wesentlich kleiner
als die bisher gebräuchlicher Biegeschwinger mit 42 Erregung, nämlich nur
etwa o"4 mal so groß. Sie besitzen besonders geringe Dämpfung, da sie ein in sich
ausgeglichenes System darstellen, infolgedessen keine besonderen Anforderungen an
die Halterung stellen, sondern auch bei elastischer, freischwebender Aufhängung
sehr gut schwingen. Sie können deshalb in beliebige Halter eingebaut werden, da
von ihren Befestigungsstellen keinerlei Kräfte auf die Halterungsteile ausgeübt
werden. Aus dem gleichen Grunde sind sie äußeren Einflüssen sowie EinflÜssen der
Halterung gegenüber besonders frequenz- und dämpfungskonstant.Such specially shaped # / 4 flexural oscillators are new. They have significant technical advantages. Their length dimensions are much smaller than the previously used flexural oscillators with 42 excitation, namely only about o "4 times as large. They have particularly low damping, since they represent a balanced system, as a result of which they do not place any special demands on the holder, but also Swing very well with elastic, free-floating suspension. They can therefore be built into any holder, since no forces are exerted on the holder parts from their fastening points. For the same reason, external influences and influences of the holder are particularly constant in frequency and attenuation.
Die Form des Biegeschwingers nach der Erfindung ist nicht auf die
U-Form nach der Abbildung be-
schränkt. Er kann auchdie Form eines V, eines
aufgeschnittenenKreises, einer aufgeschnittenenEllipse oder schließlich eine aus
diesen Formenzusammengesetzte Gestalt besitzen, z. B. H- oder X-Form.The shape of the bending transducer according to the invention is not restricted to the U-shape according to the figure. It can also have the shape of a V, a cut circle, a cut ellipse or finally a shape composed of these shapes, e.g. B. H or X shape.
In allen Fällen können solche A/4 Bliegeschwinger auch in ungeradzahligen
Vielfachen der Grundschwing%ng angeregt -,verden. Es entstehen dann Oberschwingungen
von 3/4 1, 5/4 2 usw., wobei stets das freie Ende zum Schwingungsbauch wird.In all cases, such ¼ pendulum oscillators can also be excited in odd multiples of the fundamental oscillation. Then there are harmonics of 3/4 1, 5/4 2 etc., whereby the free end always becomes the antinode.