DE1096095B - Piezoelektrischer Biegeschwinger aus polykristallinem, dielektrischem Werkstoff - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Umformer mit einem Schwingkörper aus einem polykristallinen, dielektrischen Werkstoff, der elektrische Energie in mechanische Energie überzuführen vermag, oder umgekehrt. Als polykristalliner Werkstoff kann z. B. Bariumtitanat bzw. eine bariumtitanathaltige Keramik verwendet werden.

Es ist bekannt, Biegeschwinger aus piezoelektrischen Werkstoffen in der Form herzustellen, daß man zwei beiderseitig mit Metallbelägen versehene flache Plättchen fest miteinander verbindet. Die Güte solcher Schwinger hängt entscheidend von den Eigenschaften der Verbindungsschicht ab. Es ist nun sehr schwierig, dieser Verbindungsschicht die erforderlichen elastischen Eigenschaften zu geben, die denen des Plättchens entsprechen. Weiterhin ist es schwierig, die Homogenität und mechanische Festigkeit der Verbindungsschicht so zu gestalten, daß die Schicht beim Betrieb solcher Biegeschwinger den auftretenden Beanspruchungen genügt. Um von den Eigenschaften solcher Verbindungsschichten unabhängig zu sein, ist es auch bekannt, den Bieger als rohrförmigen Körper auszubilden, bei dem die beiderseitig eines gedachten Längsschnittes getrennt aufgebrachten Metallbeläge zwei Schwinger darstellen, die durch die unmetallisierten Teile des Körpers mechanisch miteinander verbunden sind. Bei der Herstellung solcher rohrförmiger Biegeschwinger treten jedoch auch insofern Schwierigkeiten auf, als eine Metallisierung der außerordentlich klein zu haltenden Innenbohrung nur schwer gelingt. Außerdem lassen sich solche Körper, deren Innenabmessungen Bruchteile eines Millimeters betragen sollen, aus keramischen Massen nur sehr schwer herstellen, da sich sowohl bei der Formgebung im plastischen Zustand und während der Trocknungs- und Brennvorgänge die Innen bohrung so verformt, daß wiederum eine spätere gleichmäßige Metallisierung praktisch unmöglich wird.

Gemäß der Erfindung werden die genannten Schwierigkeiten durch einen einteiligen Schwingkörper beseitigt, der mindestens einen senkrecht zur Biegerichtung und in Richtung der Längsachse verlaufenden, nach außen offenen Einschnitt aufweist, dessen Flächen zur Aufnahme der den Außenelektroden gegenüberliegenden Innenelektroden dienen. Vorteilhafterweise kann der Schwingkörper einen H-förmigen Querschnitt aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, einen X-förmigen oder einen U-förmigen Querschnitt für den Schwingkörper zu verwenden. Bei einem X-förmigen Querschnitt des Schwingkörpers sind vier paarweise gegenüberliegende, senkrecht zur Biegerichtung verlaufende Einschnitte vorhanden, deren Flächen zur Aufnahme der Elektroden dienen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Schwing-Piezoelektrischer Biegeschwinger

aus polykristallinem,
dielektrischem Werkstoff

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Heinz Kehbel, Redwitz,
ist als Erfinder genannt worden

körpers hat den großen Vorteil, daß keine abgeschlossenen Hohlräume vorhanden sind und somit die Metallbeläge auf Flächen aufgebracht werden, die von außen zugänglich sind.

Der Biegeschwinger nach der Erfindung kann sowohl als Geber als auch als Empfänger vielfältige Anwendung finden. Beispielsweise kann er als Tonabnehmerelement vorteilhaft sein. Entsprechend seiner Zweckbestimmung können seine Länge und sein Durchmesser beliebig groß oder klein gewählt werden und in einem beliebigen Verhältnis zueinander stehen.

In den Fig. 1 bis 8 sind Ausführungsbeispiele der

Erfindung schematisch dargestellt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen Biegeschwinger mit einem H-förmigen Querschnitt in perspektivischer Darstellung, bei denen sämtliche Metallbeläge 1, 2, 3 und 4 auf von außen zugänglichen Flächen des Körpers aufgebracht sind. Derartige Schwingkörper können in der durch Pfeile angegebenen Richtung in bekannter, durch Anlage der positiven und negativen Potentiale angedeuteten Weise polarisiert werden, wobei die Beläge 2 und 3 miteinander verbunden werden. Durch die Pfeile ist gezeigt, daß gemäß Fig. 1 die beiden plattenförmigen Teile 9 und 10 des Schwingkörpers in gleicher Richtung, gemäß Fig. 2 dagegen in gegensinniger Richtung polarisiert werden können.

Die Fig. 3 und 4 stellen Seitenansichten der mit den Fig. 1 und 2 perspektivisch gezeichneten Schwing-

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körper dar, und zwar nach einer Biegung des Schwingkörpers senkrecht zur Längsachse und senkrecht zu den Belagflächen. Bei einer solchen Biegebeanspruchung wird der plattenförmige Teil 9 des Schwingkörpers gedehnt und der Teil 10 zusammengedrückt. Wurde die Polarisation der zwei plattenförmigen Teile des Schwingers gleichsinnig, wie in Fig. 1 dargestellt, durchgeführt, so entstehen am gedehnten plattenförmigen Teil 9, wie in Fig. 3 dargestellt, die umgekehrten Potentiale wie im gedrückten Teil 10, und die Spannungsabnahme erfolgt durch Parallelschaltung der beiden Teile.

Wurde dagegen die Polarisation gegensinnig, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgeführt, so entstehen am gedehnten Teil 9 die gleichen Spannungen wie am gedrückten Teil 10. Die durch die Biegung entstehenden elektrischen Spannungen, die man an den Belägen 1 und 4 abnimmt, summieren sich dann durch Hintereinanderschaltung, wie in Fig. 4 dargestellt.

Fig. 5 zeigt einen U-förmigen Querschnitt, Fig. 6 einen H-förmigen Querschnitt, bei dem die beiden Einschnitte 5 und 6 sich nach außen vergrößern.

In Fig. 7 ist ein Schwingkörper mit X-förmigem Querschnitt dargestellt, während Fig. 8 wiederum einen Schwingkörper mit einem H-förmigen Querschnitt darstellt, welcher zur Verbesserung der Steifheit Ansätze 7 und 8 aufweist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Biegeschwinger aus polykristallinem, dielektrischem Werkstoff, insbesondere aus Barium-Titanat bzw. bariumtitanathaltiger Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß der einteilige Schwingkörper mindestens einen senkrecht zur Biegerichtung in Richtung der Längsachse verlaufenden, nach außen offenen Einschnitt aufweist, dessen Flächen zur Aufnahme der den Außenelektroden (1, 4) gegenüberliegenden Innenelektroden (2, 3) dienen.

2. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper einen H-förmigen Querschnitt aufweist (Fig. 1,2,6 und 8).

3. Biegeschwinger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen X-förmigen Querschnitt des Schwingkörpers (Fig. 7).

4. Biegeschwinger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch vier paarweise gegenüberliegende, senkrecht zur Biegerichtung verlaufende, insbesondere verschieden starke Einschnitte, deren Flächen zur Aufnahme der Elektroden dienen.

5. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper einen U-förmigen Querschnitt aufweist (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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