DE970230C - Stabfoermiger Schwingquarz hoher Guete und Frequenzkonstanz - Google Patents

Description

• Stabförmiger Schwingquarz hoher Güte und Frequenzkonstanz Bei der Verwendung von mit metallischen Belegungen versehenen Schwingquarzen, vorzugsweise in der Trägerfrequenztechnik, für Quarzuhren usw. ist es erforderlich, denselben eine hohe Güte, Frequenzkonstanz und einen in einem bestimmten Bereich, z. B. in der Umgebung von 5o° C, gelegenen Umkehrpunkt des Temperaturkoeffizienten zu erteilen. Die Güte dieses Schwingquarzes hängt dabei vom Verhältnis der Masse der aufgebrachten Metallbelegungen zur Schwingquarzmasse sowie vom Verhältnis der Dicke zur Länge des Schwingquarzes, der Art der Halterung und dem Medium, in dem der Schwingquarz schwingt, ab; während die Frequenzkonstanz im wesentlichen von der Temperatur und der Alterung beeinflußt wird. Der Temperaturkoeffizient der Frequenz, der sich aus den Temperaturkoeffizienten der Ausdehnung und des Elastizitätstnoduls zusammensetzt, die ihrerseits temperaturabhängig und reine Materialeigenschaften sind, zeigt einen parabelförmigen Verlauf, dessen Scheitelpunkt einer Kompensation beider entspricht. Man ist im allgemeinen bestrebt, diesen Scheitelpunkt z. B. in einen Temperaturbereich tun etwa 5o° C zu legen, um die täglichen Temperaturschwankungen und die im Gerät erzeugten Temperaturen durch Verwendung eines Thermostaten eliminieren zu können.
• Bei der Herstellung stabfö rmiger Schwingquarze, die zu Längs- oder Biegungsschwingungen angeregt und mit lötfähigen Metallbelegungen versehen werden sollen, ging man bisher beispielsweise so vor, daß auf den geschliffenen Schwingquarz eine kolloidale Silberlösung aufgebracht und eingebrannt wurde. Die Schichtdicke betrug dabei etwa 5 bis io i. und hatte auf Grund dieser Stärke einen nachteiligen Einfluß auf die Güte, den Temperaturkoeffizienten und die Alterung des Schwingquarzes.
• Es waren auch bereits Schichtdicken für aufmetallisierte Belegungen bekannt, welche etwa o,6 /. stark waren. Hierbei wurden aber zusätzliche Schichtverstärkungen an denjenigen Teilen der Ouarzoberfläche vorgesehen, an denen die Kontaktierung erfolgte, da ohne solcheVerstärkungen keine genügende Haftfestigkeit für die anzulötenden Zuführungsleitungen zu erzielen war.
• Gemäß der Erfindung sind bei den stabförmigen Schwingquarzen die Quarzflächen unter den kontaktfreien Stellen der Belegungen poliert, an den unter den Schwingungsknoten liegenden, zur Halterung und Kontaktierung dienenden Stellen jedoch nur geschliffen, und die Belegungen bestehen aus drei nacheinander vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Schichten aus Chrom, Platin und Gold.
• Dies bringt den Vorteil mit sich, daß jede Schichtverstärkung an den Kontaktierungsstellen unnötig ist und darüber hinaus sogar eine erhöhte Haftfestigkeit gegenüber den bisher üblichen schichtverstärkten Kontaktstellen erreicht wird. Die Chrom-Platin-Gold-Schicht zeichnet sich durch eine Haftfestigkeit von größer als 2 kg/mm2, vorzugsweise 3 bis d. lcg/mm2, und gute Lötfähigkeit aus. Diese Schicht besitzt sehr günstige Alterungseigenschaften, d. h., die zeitliche Frequenzänderung eines derartig beschichteten Schwingquarzes ist sehr gering.
• An Hand der in den Fig. i und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele sei die Erfindung näher erläutert. Fig. i zeigt dabei eine Ausführungsform eines Schwingquarzes, der zu Biegungsschwingungen angeregt werden kann und sich auf einem Sockel befindet, über den eine Haube gestülpt wird; in der Fig.2 ist ein Schwingquarz, der zu Längsschwingungen angeregt werden kann, wiedergegeben.
• In der Fig. i ist mit i der zu Biegungsschwingungen erregbare Schwingquarz bezeichnet, der an den Stellen 2, an denen seine Belegung kontaktfrei ist,. poliert und an den Stellen 3 der Schwingungsknoten geschliffen ist, um die Haftfestigkeit an diesen Stellen zu erhöhen. Die Metallbelegungen auf den Stellen 2 und 3 bestehen aus drei Schichten aus Chrom, Gold und Platin, die beispielsweise durch Kathodenzerstäubung nacheinander aufgebracht werden. Solche Belegungen zeichnen sich durch gute Lötfähigkeit und Haftfestigkeit aus. An den Stellen 3 sind in bekannter Weise verhältnismäßig steife, jedoch elastische, zur Halterung und als Anschlüsse dienende Drähte q. angebracht, die geeignet- bemessen und mit ihren freienEnden mit den den Schwingquarz umgebenden Streben 5 verbunden sind. Die besondere Auswahl der Halterungsdrähte ist notwendig, um den Schwingquarz elastisch zu haltern und in bezug auf die Streben 5 schwingungsmäßig zu entkoppeln, damit der Schwingquarz nicht in seiner Güte beeinflußt wird. Die Streben 5 werden von einem mit Anschlußstiften versehenen Preßglasteller 6 getragen und werden weiterhin von an den Wänden einer Haube 7 sich abstützenden Scheiben 8 gehalten, in die der Schwingquarz hineinragt. Die Ausnehmungen in den Scheiben 8 dienen dazu, die Auslenkung des Schwingquarzes bei eventuell auftretenden Erschütterungen in seiner Querrichtung, die an den Scheiben 8 angebrachten, im bestimmten Abstand über den Ausnehmungen befindlichen Bügel 9, Auslenkungen in seiner Längsrichtung zu begrenzen. Die am Rand geschliffene Haube 7 wird mit dem ebenfalls am Rand geschliffenen Preßglasteller 6 zur Verringerung der Bauhöhe vakuumdicht verkittet.
• Die Fig. 2 zeigt einen Schwingquarz, der zu Längsschwingungen angeregt werden kann. Die Länge des Schwingquarzes und die aufgebrachten unterteilten Metallbelegungen sind so gewählt, daß er entsprechend der Unterteilung in einer seiner Oberschwingungen schwingt. Soll dies z. B. die zweite Harmonische sein, so ergibt sich das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel. Durch diese Wahl des Schwingquarzes wird eine besonders hohe Güte und ein Umkehrpunkt des Temperaturkoeffizienten von über 50° C, vorzugsweise bei 6o° C, auf Grund des günstigen Dicken- und Längenverhältnisses erreicht. Ein Vorteil, den Schwingquarz in einer seiner Oberschwingungen anzuregen, liegt darin, daß die Halterung gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel an vier Punkten des Schwingquarzes vorgenommen werden kann und sich somit besonders stabil gestalten läßt. Würde man den Quarz in seiner Grundschwingung anregen, so ergäbe sich nur ein Schwingungsknoten, so daß auf jeder Seite des Schwingquarzes nur eine Halterungsstelle bestünde. Im Ausführungsbeispiel ist ein Schwingquarz io gezeigt, der in seiner zweiten Harmonischen angeregt wird und somit auf zwei gegenüberliegenden Flächen mit zwei unterteilten Metallbelegungen i i versehen ist, in deren Mitte sich jeweils eine Stelle 12 der Schwingungsknoten befindet, die zur Erhöhung der Haftfestigkeit nur geschliffen ist. Die kontaktfreien Stellen sind dagegen poliert und wie die zur Kontaktierung dienenden Stellen 12 der Schwingungsknoten mit Metallbelegungen wie beim Schwingquarz der Fig. i versehen. An die zur Kontaktierung dienenden Stellen 1.2 sind wiederum haarnadelförmig gebogene, zur Halterung und als Anschlüsse dienende Drähte 13 angelötet, die mit in der Figur nicht gezeigten Streben nach Art der Fig. i verbunden werden können.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Stabförmiger Schwingquarz zur Anregung in Längs- oder Biegungsschwingungen, dessen Metallbelegungen eine Dicke zwischen o,2 bis i i, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarzflächen, auf denen die Metallbelegungen aufgebracht sind, unter den kontaktfreien Stellen der Belegungen poliert, an den unter den Schwingungsknoten liegenden, zur Halterung und Kontaktierung dienenden Stellen jedoch nur geschliffen sind und da.ß die vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Belegungen aus drei nacheinander aufgebrachten Schichten aus Chrom, Platin und Gold bestehen. 2. Stabförmiger Schwingquarz nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen der Schwingungsknoten zur Halterung und als Anschlüsse elastische und in ihrer Länge geeignet bemessene Drähte an die Metallbelegungen angelötet sind. 3. Stabförmiger Schwingquarz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daßdieDrähte mit ihren freien Enden an den den Schwingquarz umgebenden Streben befestigt sind. q.. Stabförmiger Schwingquarz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben von an den Wänden einer den Schwingquarz umgebenden Haube federnd sich abstützenden Scheiben gehalten sind, welche Ausnehmungen zur Begrenzung der durch Erschütterungen hervorgerufenen Auslenkungen des Schwingquarzes in der Querrichtung aufweisen. 5. Stabförmiger Schwingquarz nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben die Ausnehmungen überspannende Drahtbügel aufweisen, welche Auslenkungen des Schwingquarzes in der Längsrichtung bei auftretenden Erschütterungen begrenzen. 6. Stabförmiger Schwingquarz nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Streben von einem Preßglasteller mit Anschluß-Stiften getragen sind, welcher mit der Haube vakuumdicht verkittet ist. 7. Stabförmiger Schwingquarz nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Verwendung als Längsschwinger, dadurch gekennzeichnet, daß die auf zwei gegenüberliegenden Flächen des Schwingquarzes aufgebrachten Metallbelegungen in mehrere Teilbelegungen aufgeteilt sind, an welche die zur Halterung und als Anschlüsse dienenden Drähte an Stellen angelötet sind, welche Schwingungsknoten des entsprechend den Teilbelegungen in einer Oberschwingung schwingenden Schwingquarzes darstellen. In Betracht gezogene Druckschriften: P. V i g o u r e u x und C. F. B o o t h : »Quartz Vibrators«, London 195o, S. 136, 290, 291; H e i s i n g : »Quartz Crystals for Electrical Circuits«, 1947, S. 32o, 340, q.19; »Zeitschrift für technische Physik«, 1940, Nr.
2. 2, S. 30, 32.