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Piezoelektrischer Schwingungserzeuger Gegenstand der Erfindung ist
ein piezoelektrischer Schwingungserzeuger, der sich durch besonders vorteilhafte
Ausbildung seiner Halterung und seiner elektrischen Isolierung auszeichnet.
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Es ist bekannt, einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger in :die
Wandung des Behälters einzusetzen, der das von ihm zu beschallende Gut enthält.
Der Kristall ist hierbei in eine entsprechende Öffnung der Behälterwandung eingelassen,
so daB diese zugleich als Halterungskörper des Kristalls dient. Zur Abdichtung und
elektrischen Isolierung des Kristalls gegenüber der Behälterlvandung ist zwischen
der Randfläche des Kristalls und der als Halterungskörper dienenden Behälterwandung
eine Zwischenlage aus Gummi vorgesehen. Die elektrische Isolierfähigkeit einer solchen
Zwischenlage kann im allgemeinen als ausreichend angesehen werden, sofern die Zwischenlage
.genügend große Querschnittsabmessungen und, eine hinreichenide Durchschlagsfestigkeit
hat. Gegebenenfalls könnte eine mangelnde Isolierfähigkeit auch dadurch behoben
werden, daß zwischen der Zwischenlage und der metallischen Behälterwandung noch
zusätzlich ein besonderer Halterungskörper aus einem elektrisch gut isolierenden
Stoff vorgesehen wird. Unzureichend ist jedoch die .Abdichtung der beschriebenen
Anordnung, da sich die aus Gummi oder auch irgendeinem anderen elastischen Stoff
bestehende Zwischenlage nicht zuverlässig gegenüber denn Kristall und dem Halterungskörper
abdichten
läßt. Die Abdichtung wird besonders durch die Schwingbewegungen
.der Randfläche, des Kristalls erschwert. An dem Halterungskörper kann die Zwischenlage
allenfalls an-vulkanisiert werden, doch ist dies an der glatten Fläche des Kristalls
nicht möglich. Die Verwendung irgendwelcher Klebemittel zur Verbindung zier Zwischenlage
mit dem Kristall ist ebenfalls schwierig.
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Erfindungsgemäß werden die Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß
Mittel vorgesehen werden, die die Zwischenlage zusammendrücken. Vorteilhaft können
hierzu an ,dieZwischenlageDruckkörper angelegt werden, die die Zwischenlage in zur
Kristallschwingachse paralleler Richtung zusammendrücken. Die Zwischenlage wird
durch eine solche Zusammenquetschung breiter und drückt sich mit großer Kraft sowohl
an die Randfläche als auch an die anliegende Fläche des Halterungskö.rpers an. Jegliche
Ankittung oder Anvulkanisierung der Zwischenlage ist dann. entbehrlich. Besonders
vorteilhafte Anordnungen ergeben sich, wenn die Kristallrandfläche und bzw. oder
die an der Zwischenlage anliegende Fläche des Halterungskörpers konisch geformt
sind, tia,danndieZ@vischenlage durch die Keilwirkung der konischen Flächen zusammengedrückt
werden kann.
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Einige Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung sind
in der Zeichnung dargestellt.
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In Fig. i ist ein piezoelektrischer Schwingkristall i von rundem Querschnitt
gezeigt. Die untere Stirnfläche -des Kristalls ist mit einem Elektrodenbelag 2 versehen,
während die obere Stirnfläche des Kristalls unmittelbar mit dem zu behandelnden
Gut in Berührung kommt. Es-ist hierbei angenommen, ,daß -das zu behandelnde Gut
eine elektrisch leitende Flüssigkeit ist und daher als obere Elektrode des Kristallschwingers
verwendet werden kann. Der Kristall ist in eine Öffnung eines zylindrischen I-Ialterungskö.rpers
3 eingesetzt und gegenüber diesem mit einer Zwischenlage 4 aus Gummi oder einem
anderen elastischen und vorzugsweise auch elektrisch isolierenden Stoff abgedichtet.
Die Dicke der Zwischenlage ist vorteilhaft sehr klein, z. B. ein Bruchteil eines
Millimeters. Der Halterungskörper 3 besteht aus einem elektrischen Isolierstoff,
beispielsweise aus Quarzglas oder Keramik.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist sowohl die Randfläche des Kristalls
.als auch die an der Zwischenlage anliegende Fläche des Halterungsk5rpers konisch
ausgebildet, und zwar derart, daß die beiden konischen Flächen zueinander parallel
sind. Beide konischen Flächen verjüngen sich hierbei nach der oberen, mit
dem zu behandelnden Gut in Berührung kommenden Stirnfläche des Kristalls hin. Der
Halterung@skörper 3, ist unmittelbar in- den Boden eines .zylindrischen Gutbehälters
5 eingesetzt. Dieser besitzt einen Flansch 6, an den der Halterungskörper 3 unter
Zwisahenif@ügung einer Gummiabdichtung 7 angelegt ist. Der Halterungskörper 3 ist
an seiner Unterseite offen und mit. einer Zsolierstoffplatte 8 unter Zwischenschaltung
einer Gummia.b.dichtung 9 verschlossen. Die Platte 8 besteht beispielsweise aus
Keramik. Am unteren Ende des Behälters 5 ist ein Druckring io angeschraubt, der
unter Zwischenfügung eines Stoßdämpfers ii, z. B. aus Gummi oder Blei, ebenfalls
an den Halterungskörper 3 angelegt ist. Durch Anspannen. der Schrauben 12 wird der
Halterungsközper 3 unter Zusammendrücken der Teile 7, 9 und ii fest eingespannt.
Zur seitlichen Sicherung !des Halterungskörpers 3 gegen Stoß ist noch ein Stoßdämpfer
13 vorgesehen.
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Die obere, Elektrode des Schwingkristalls, die von der zu behandelnden
Flüssigkeit gebildet wird, erhält ihre Stromzuführung über den hierzu metallisch
ausgebildeten Behälter 5 bzw. dessen Flansch 6. Der Flansch. 6 ist zu diesem Zweck
möglichst dicht an die Oberfläche des Kristalls herangerückt. Zur Stromzuführung
zur unteren Elektrode des Schwingkristalls ist ein schalenförmiger Kontaktkörper
14 vorgesehen, der unter Zwischenschaltung einer Zinnauflage 15 an -den Elektrodenbelag
2 angelegt ist. Die Zinnauflage 15 dient zur sicheren Kontaktgabe; sie kann fehlen,
wenn bereits der Kontaktkörper 14 hinreichend glatt anliegt, z. B.. durch Glattschleifen
seiner Auflagefläche. Statt einer Zinnauflage kann auch eine Auflage aus einem anderen
weichen, elektrisch leitenden Stoff vorgesehenwerden. Der Kontaktkörper 14 wird
mittels einer Druckfeder 16 angedrückt, die sich auf die Keramikplatte 8 stützt
und mit der Schraube 17 leitend verbunden ist, um gleichzeitig als Stromzuführung
zu dienen.
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Die Feder 16 :drückt den konischen Kristall unter Zusammendrückung
der Zwischenlage 4 fest in den ebenfalls konischen Halterungskörper 3 hinein. Durch
die Zusammendrückung der Zwischenlage 4 wird hierdurch eineAhdichtung des Kristalls
gegenüber seinem Halterungskö.rper erreicht, die in vielen Fällen vollauf ausreichend
ist. Da der schalenförmige Kontaktkörper 14 einen allseitig geschlossenen, am Kristall
anliegenden. Hohlraum bildet, so kann er durch seine Luftfüllung vorteilhaft dazu
verwendet werden, die Schwingungen der Unterseite des Kristalls nach oben zu reflektieren.
Der von dem Halterungskörper 3 und der Platte 8 gebildete Hohlraum kann mit Luft
oder auch mit Öl oder einer anderen elektrisch isolierenden Flüssigkeit gefüllt:
werden. Von Vorteil kann es auch sein, Mittel vorzusehen, durch die diese Ölfüllung
unter Überdruck erhalten wird.
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Bei dem in Fig. ?-gezeigten Ausführungsbeispiel, ,das besonders fürdickere
Kristalle geeignet ist, ist der Halterungskö,rper in zwei ringförmige Teile 3' und
3" unterteilt, von denen sich .der obere nach oben und der untere nach unten verjüngt.
EntsPrechend hat auch 'die Randfläche des Kristalls zwei verschieden geformte konische
Teile, von denen 'sich der eine nach oben und der .andere nach unten verjüngt, so.daß
wiederum die konische Fläche des Kristalls parallel zur konischen Fläche des- Halterungskärpers
ist. Auch die elastische Zwischenlage ist -in zwei Teile q.' und q." unterteilt,
doch kann sie auch aus einem zusammenhängenden Stückbestehen.
Die
Teile 3' und 3" des Halterungskörpers sind von einem flanschförmigen Zylinderkörper
18 umgeben, an dessen Flansch sie unter Zwischenschaltung der Gummiabdichtung 7
angelegt sind. Ein Druckring 8 dient in ähnlicher Weise wie bei der Anordnung nach
Fig. i zum Befestigen .des Halterung;skörpers von Unten her; er ist mittels der
Schrauben i2 an -dem Körper i8. befestigt, der seinerseits mittels der Schrauben
ig. an. dem Gutbehälter unter Zwischenschaltung der Gummiabdichtung 2o befestigt
ist.
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Durch das Anspannen der Schrauben 12 wird im vorliegenden Fall nicht
nur der Halterungskörper gegen Bewegung gesichert, sondern gleichzeitig auch eine
Gegeneinanderbewegung der beiden Teile 3' und 3" des Halterungskörpers bewirkt,
wodurch diese mittels ihrer -konischen Flächen wiederum eine Zusammendrückung der
Zwischenlage q_' bzw. herbeiführen.
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Zur Stromzuführung für die Elektrode 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 ein Kontaktring 21 mit Zinnauflage 13 vorgesehen, doch wird dieser im
vorliegenden Fall mittels der Federn 22 an -die Elektrode angeidrückt, die an dem
Druckring fo angeschraubt sind. Der Druckring fo kann in gleicher Weise wie bei
Fig. i aus Metall bestehen, während der Körper 18 zweckmäßig aus Isolierstoff besteht.
Der von dem Körper 18, den Teilen 3' und 3" des Halterungskörpers und dem Kristall
i gebildete ringförmige Hohlraum kann gegebenenfalls mit einer Ölfüllung gefüllt
werden, die vorteilhaft durch geeignete Mittel unter Überdruck gehalten wird.
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Von Wichtigkeit ist bei der Anordnung der Fig. 2 noch der an dem Behälter
5 vorgesehene Teil 23, der an dem Körper 18 vorbei kragenförmig nach unten gezogen
ist und bis dicht an die Oberfläche des Schwingkristalls heranreicht. Eine solche
Ausbildung eines als Stromzuführung dienenden metallischen Gutbehälters bei einemKristallschwinger,
dessen eine Elektro:denbelegung von dem zu behandelnden Gut selbst gebildet wird,
bietet denVorteil, @daß der Übergangswiderstand zwischen dem metallischen Gutbehälter
und der belagfreien Kristallstirnfläche erheblich herabgesetzt wird. Mit gleichem
Vorteil kann diese kragenförmige Verlängerung jedoch auch bei mit Elektrodenbelag
versehenen Kristallen verwendet werden. Die kragenförmige Verlängerung des Gutbehälters
ist also stets dann von. Vorteil, wenn die- den Kristall umschließenden Isolierstoffteile
in Richtung zum Gutbehälter hin über die Stirnfläche des Kristalls hinausragen.
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Die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 und4 zeigen, daß eine Zusammendrückung
der zwischen Kristall und Halterungskörper vorzusehenden elastischen Zwischenlage
in der durch die Erfindung angegebenen Weise auch ohne Verwendung konischer Flächen
erreicht werden kann.
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In Fig. 3 sind die Teile i und 2 ,die gleichen wie bei den bisher
beschriebenenAusführungsbeispielen, auch der Halterungskörper 3 ist ähnlich dem
in Fig. i, doch ist sowohl die Randfläche des Kristalls als auch die an der 75wischenlage
anliegende Fläche des Halterungskörpers 3 im vorliegenden Fall zylindrisch. Auch
die Teile 6 bis 13 sind ähnlich wie in Fig. i ausgeführt, doch mit dem Unterschied,
daß die Druckplatte 8' einen emporgezogenen Rand besitzt, (der in den Halterungskörper
3 hineingreift. Durch Anspannen der Schrauben 1.2 werden die Teile 3 und 8' ineinandergeschoben,
wodurch die aus Gummi od. dgl. bestehende Zwischenlage 4, die im vorliegenden Fall
eine wesentlich größere: Dicke hat, zusammengedrückt und fest gegen die Randfläche
des Kristalls einerseits und den Halterungskärper 3 andererseits angepreßt wird.
Ist die Höhe: der Zwischenlage 4, wie in der Zeichnung dargestellt, etwas größer
als die Höhe ,des Kristalls i, so wird die Zwischenlage über die beiden Stirnflächen
des Kristalls hinweg ein wenig hinausgequetscht, so d.aß der Krista11 hierdurch
noch mehr Halt hat, obwohl schon der hohe Pressungsdruck zwischen Kristall und Zwischenlage
in der Regel einen genügenden Halt bietet.
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DerFlansch 6 bildet bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 nicht einen
Teil der Behälterwandung, sondern einen selbständigen Teil; er kann mittels der
Löcher 2.4 an einem beliebigen Gutbehälter ang'eschraubtwerden. DiegesamteSchwingeinrichtung
kann also mittels des Flansches 6 für beliebige Beschallungszwecke verwendet werden,
indem der Gutbehälter lediglich mit einer dem Kristalldurchmesser entsprechenden
Öffnung versehen zu werden braucht, um die Schwingeinrichtung an diese Öffnung anflanschen
zu können.
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Auch im vorliegenden Fall ist an deni als Stromzuführung dienenden
metallischen Flansch 6 ein kragenförmiger Teil 23 zur Herabsetzung des Übergangswiderstands
vorgesehen. Die Stromzuführungsteile der unteren Elektrode des Kristalls sind in
Fig. 3 nicht eingezeichnet; sie können ähnlich wie in rden Fig. i und 2 ausgeführt
werden.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig.4 weicht von dem der Fig.3 insofern
ab, als als Halterungskörper unmittelbar .der metallische Flansch 6 mit seinem zur
Druckplatte fo hin herabgezogenen, ebenfalls metallischen Teil dient. Die Druckplatte
fo der Fig. 3 ist im vorliegenden Fall ähnlich wie in Fig. i durch die Platte 8
und einen ringförmigen Druckkörper 2!5 ersetzt. Auch hier wird durch Anspannen
der Schrauben 12 eine Zusammendrückung .der Zwischenlage 4 und deren Anpressung
an alle an ihr anliegenden Teile erreicht.
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Zwei weitere Ausführungsbeispiele des Schwingungserzeugers nach der
Erfindung sind noch in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der
Fig. 5 ist ähnlich dem der Fig.2, jedoch mit dem Unterschied, daß die Randfläche
des Kristalls zylindrisch ist. Auch hier wird bei Gegeneinanderdrücken der banden
Teile 3' und 3" des Halterungskörpers mittels Ader Schrauben 12 ein Zusammendrücken
der Zwischenlage 4 erreicht, wodurch diese fest an die an ihr anliegenden Flächen
der Teile i, 3' und 3" angepreßt wird.
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Eine ähnliche Anordnung wie in F'dg.5 zeigt Fig. 6: Hier ist der Halterungskörper
3 zylindrisch
ausgeführt, während sich die Randfläche des Kristalls
von ihren beiden Rändern aus nach ihrer Mittellinie hin konisch verjüngt. Um in
diesem Fall eine Zusammendrückung der Zwischenlage zu erreichen, kann man den Halterungskörper
3 sektorförmig in einzelne Stücke unter Freilassung kleiner gegenseitiger Abstände
unterteilen und .die einzelnen Stücke radial nach oder Mitte zu an die Zwischenlage
anpressen. Einfacher ist es jedoch, wenn die Zr"vnischenlage -mit Vorspannung in
den nicht unterteilten Halterungskörper 3 eingesetzt wird. Dies kann in der Weise
erfolgen, daß die um den Kristall herumgelegte Zwischenlage in an sich beliebiger
Weise am Umfang zusammengepreßt und in diesem zusammengedrückten Zustand in den
Halterungskörper 3 hineingeschoben wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ist nicht an die in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern kann in mannigfacher Weise
abgewandelt werden. Insbesondere können .der Halterungskörper und die zum Zusammendrücken
der aus Gummi u. dgl. bestehenden Zwischenlage dienenden Mittel auch in beliebiger
anderer Weise ausgebildet werden. Beispielsweise können hierbei statt der in den
Figuren gezeigten, sich konisch verjüngenden Flächen des Kristalls und bzw. oder
des Halterungskörpers auch anders geformte, sich verjüngende Flächen, z. B. sich
kreisbogenförmig verjüngende Flächen; vorgesehen werden. Die Erfindung ist auch
nicht an die in der Zeichnung dargestellte waagerechte Lage des Schwingkristalls
gebunden. Ferner kann die Schwingeinrichtung nach der Erfindung sowohl als ortsbewegliches
Beschallungsgerätcls auch als Anbauteil einer beliebigen Beschallungsanordnung verwendet
werden. Auch die in den Fig. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele können in
der in Fig.3 und q. gezeigten. Weise flanschärtig ausgebildet werden, um an irgendwelche
Gutbehälter angeflanscht werden zu können. Ist der Schwingkristall an seiner Rückseite
durch den Halterungskörper oder in sonstiger Weise allseitig geschlossen ausgeführt,
so kann die Einrichtung nach der Erfindung auch zum Eintauchen in irgendwelche zu
beschallendeFlüssigkeiten verwendet werden. Schließlich nst es für die erfirvdungsgemäß
vorgesehene Abdichtung des Schwingkristalls auch unwesentlich, ob auf der Stirnfläche-
des Schwingkristalls das 2u behandelnde Gut als Elektrode dient oder ob auch diese
Seite mit einen besonderen Elektrodenbelag versehen ist.