DE1275627B - Piezoelektrischer Einbaukoerper - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03h

Deutsche KL: 21a4-10

Nummer: 1275 627

Aktenzeichen: P 12 75 627.3-35 (K 54911)

Anmeldetag: 30. Dezember 1964

Auslegetag: 22. August 1968

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Einbaukörper zum Einbau in Meßwertwandler für Druck, Kraft und Beschleunigung, bestehend aus einer Anzahl piezoelektrischer Scheiben, die so aufeinandergeschichtet sind, daß deren mit Metallschichten versehene positive und negative Flächen paarweise aufeinanderliegen.

Es ist bekannt, zur Abnahme der Ladungen zwischen die aufeinanderliegenden Schichten der piezoelektrischen Scheiben Metallfolien einzulegen und die zwischen Flächen gleicher Polarität liegenden Metallfolien durch Metallstege miteinander zu verbinden, die an den Mantelflächen der Scheiben vorbeigeführt sind.

Weiterhin ist es auch bekannt, diese Metallfolien dadurch einzusparen, daß die auf die piezoelektrischen Scheiben aufgebrachten Metallschichten an einer Stelle des Umfanges der Scheiben über die Mantelfläche verlängert sind und eine Zunge bilden, die auf die Gegenfläche der piezoelektrischen Scheibe so übergreift. Das Ende der Zunge ist durch einen schmalen, nicht beschichteten Streifen der piezoelektrischen Scheibe von der Beschichtung dieser Seite elektrisch isoliert. Werden nun die Scheiben so aufeinandergelegt, daß sich die Zungen jeweils berühren, so bilden diese Zungen paarweise Stege, die die Beschichtungen an den Außenflächen von jeweils zwei aufeinandergelegten Scheiben miteinander verbinden.

Während die erste Ausführungsform den Nachteil hat, daß die Montage eines Einbaukörpers mit eingelegten Metallfolien relativ schwierig und zeitraubend ist, hat die zweite Ausführungsform den Nachteil, daß die schmalen Isolierstreifen zwischen dem Zungenende und der benachbarten Metallschicht zum Umfang der Scheiben hin offen sind und daher die Möglichkeit besteht, daß Verunreinigungen und insbesondere Feuchtigkeit in diesem engen Spalt eindringen und die Isolierung beeinträchtigen. Die Qualität eines derartigen Einbaukörpers für Meßwertwandler ist jedoch weitgehend von der Güte der Isolation abhängig, die in der Größenordnung von 10¹³ Ohm liegen soll.

Es ist weiterhin ein piezoelektrischer Körper für tiefe Frequenzen bekanntgeworden, der aus einer Anzahl aufeinandergeschichteter piezoelektrischer Scheiben besteht, deren paarweise aufeinanderliegende positive und negative Flächen mit Metallschichten versehen sind. Die kreisrunden Scheiben weisen eine zentrale Bohrung auf, deren Innenflächen ebenso wie die Mantelfläche der Scheiben ebenfalls mit einer Metallschicht versehen sind, die jeweils die auf einer Seite der Scheibe vorhandene Metallschicht mit einem Piezoelektrischer Einbaukörper

Anmelder:

Kistler Instrumente A. G., Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Phys. R. Kohler

und Dipl.-Phys. H. Schwindling, Patentanwälte,

7000 Stuttgart, Hohentwielstr. 28

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans Conrad Sonderegger,

Sulz-Attikon (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 10. Dezember 1964 (15 994)

auf der anderen Seite der Scheibe angeordneten Kontaktring verbinden, der von der Metallschicht dieser Scheibenfläche durch eine isolierende Ringfläche getrennt ist.

Bei diesem bekannten Schwingquarz sind die Zuführungsleitungen an die Elektroden angelötet, die ihrerseits aus aufgelöteten Silberteilen bestehen. Eine solche Quarzanordnung wird dann möglichst frei aufgehängt, damit sie ungestört schwingen kann. Isolationsprobleme spielen bei Schwingkörpern keine Rolle, weil keine statischen Ladungen gemessen zu werden brauchen, sondern sehr schnelle Ladungsänderungen erfolgen und einer Zufuhr von Energie nichts im Wege steht. Infolgedessen liegen bei piezoelektrischen Schwingkörpern gänzlich andere Probleme vor als bei piezoelektrischen Körpern für Druck-, Kraft- und Beschleunigungsmeßwandler, bei denen im wesentlichen statische Ladungen gemessen werden müssen. Weiterhin werden auch die Schwingkörper in gänzlich anderer Weise in Geräte eingebaut als die Einbaukörper von Meßwertwandlern, so daß hinsichtlich des körperlichen Aufbaues von Schwingkörpern und Einbaukörpern für Meßwertwandler keinerlei Parallelen bestehen und sich die beiden Fachgebiete gegenseitig nicht beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Einbaukörper für Druck-, Kraft- und Beschleunigungswandler zu schaffen, der ebenso leicht herstellbar und montierbar ist wie der bekannte Einbaukörper, bei dem die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen piezoelektrischen Scheiben

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durch die aufgebrachten Metallschichten hergestellt anderen Seite der Scheibe mit der Metallschicht dieser

werden, die sich jedoch durch einen besonders hohen Scheibenfläche verbunden ist, die durch die iso-Isolationswert auszeichnen, der durch Umweltein- lierende Ringfläche von dem mit der Metallschicht flüsse nicht beeinträchtigt werden kann. Diese Auf- der Bohrung verbundenen Kontaktring getrennt ist.

gäbe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß 5 Diese Ausführungsform der Erfindung hat den be-

jede der Scheiben mit einer oder zwei bei piezoelek- sonderen Vorteil, daß insbesondere dann, wenn die

irischen Schwingkörpern an sich bekannten Boh- Scheiben und Platten miteinander verschweißt sind,

rungen versehen ist, deren Innenflächen zum Ab- der gesamte Einbaukörper von einem geschlossenen

leiten der Ladungen ebenfalls eine Metallschicht auf- Metallzylinder abgeschirmt wird, so daß auch längs

weisen, die an einer Seite der Scheibe mit der dort io der Mantelflächen keine Kriechwege entstehen

aufgebrachten Metallschicht und an der anderen Seite können, die die Isolation des Einbaukörpers ver-

der Scheibe mit einem Kontaktring in Verbindung mindern.

steht, der von der Metallschicht dieser Scheibenfläche Die Deck- und Ableitplatten können aus keramidurch eine isolierende Ringfläche getrennt ist derart, schem Material bestehen, das einen Ausdehnungsdaß die hochempfindlichen Isolierflächen vollständig 15 koeffizienten besitzt, der möglichst nahe demjenigen im Innern des Einbaukörpers abgeschlossen sind, des piezoelektrischen Materials liegt. Bei einer Aus- und daß ferner die im Einbaukörper zusammenge- führungsform der Erfindung bestehen die Ableitfaßten piezoelektrischen Scheiben auf einer Seite als und die Deckplatte sogar aus demselben Material wie Endplatte eine gleiche Bohrungen aufweisende Ab- die piezoelektrischen Scheiben. Sie sind jedoch durch leitplatte und auf der anderen Seite eine Deckplatte zo eine geschlossene Metallschicht elektrisch kurzgebesitzen. schlossen, so daß an ihnen keine Ladungen entstehen

Insbesondere dann, wenn die Scheiben und Platten können. Sie werden dann vorteilhaft bezüglich der

des Einbaukörpers miteinander verschweißt werden, Z-Achse mit den piezoelektrischen Scheiben gleich

wie es auch schon bei dem bekannten Einbaukörper orientiert, damit sich die Ausdehnungskoeffizienten

mit dem sich über die Mantelfläche erstreckenden 25 in allen Richtungen gleichen. Die Ableitplatte kann

Zungen der Fall ist, sind die isolierenden Ringflächen, aber auch aus Metall bestehen und mit einer einge-

die durch nichtmetallisierte Oberflächenabschnitte setzten Keramikbuchse versehen sein, deren Innen-

der Scheiben und Platten gebildet werden, hermetisch fläche mit einer Metallschicht versehen ist und die

gegen alle Umwelteinflüsse abgeschlossen, so daß ihr Ableitbohrung bildet, die gegenüber der metallischen

Isolationswert nicht beeinträchtigt werden kann. 30 Ableitplatte durch die Keramikbuchse isoliert ist.

Die Teile des Einbaukörpers können vor der Mon- Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Ertage in einer ultrareinen Atmosphäre gereinigt, mon- findung sind der folgenden Beschreibung zu enttiert und dann im Vakuum miteinander verbunden nehmen, in der die Erfindung an Hand der in der werden, so daß eine hohe Reinheit der Isolierflächen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher gewährleistet ist. Nach dem Zusammenbau braucht 35 beschrieben und erläutert wird. Es zeigt
dann bei der weiteren Behandlung des Einbaukörpers Fi g. 1 eine piezoelektrische Scheibe, die im Hinkeine besondere Sorgfalt mehr aufgewandt zu werden, blick auf die Verwendung des longitudinalen Piezoweil durch äußere Einflüsse die Isolation der Platten effektes geschnitten ist,

gegeneinander nicht mehr wesentlich beeinträchtigt F i g. 2 in der Draufsicht und im Schnitt eine nach

werden kann. Die außerhalb des Einbaukörpers 40 der Erfindung ausgebildete piezoelektrische Scheibe

liegenden Isolierstrecken sind so groß, daß Feuchtig- mit zwei Ableitbohrungen,

keit und Verunreinigungen keinen großen Einfluß F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen aus piezo-

auf die Isolierfähigkeit mehr haben. elektrischen Scheiben nach F i g. 2 zusammenge-

Bei den piezoelektrischen Einbaukörpern, mit setzten piezoelektrischen Einbaukörper,
denen sich die Erfindung befaßt, wird von dem 45 Fig. 4 eine Draufsicht und einen Schnitt durch longitudinalen Piezoeffekt Gebrauch gemacht. Sind eine nach der Erfindung ausgebildete piezoelektrische zur Ableitung der Ladungen gemäß der Erfindung Scheibe mit einer Ableitbohrung,
zwei Ableitbohrungen vorgesehen, so werden sie F i g. 5 einen Schnitt durch eine aus Scheiben nach zweckmäßig auf der Y-Achse der Scheiben ange- F i g. 4 zusammengesetzten piezoelektrischen Einbauordnet. Die Anordnung von zwei Ableitbohrungen 5° körper,

ermöglicht die Herstellung von sogenannten symme- Fig. 6 eine Draufsicht auf eine piezoelektrische

irischen Meßwertwandlern, d. h. solchen, bei denen Scheibe mit einer zentralen Ableitbohrung und drei

die negativen und positiven Ladungen isoliert vom Markierungspunkten zum achsenrichtigen Einbau

Wandlergehäuse, also potentialfrei abgeführt werden der Scheibe,

können. 55 F i g. 7 die Ansicht einer Kristallplatte, aus der die

Wenn eine solche symmetrische Ausbildung nicht für den erfindungsgemäßen Einbaukörper benötigten

erforderlich ist, können die piezoelektrischen Scheiben Kristallplatten herausschneidbar sind,

eine zentrale Ableitbohrung aufweisen. Da über diese Fig. 8 einen Einbaukörper nach der Erfindung

Bohrung nur eine Ladung abgenommen werden kann, mit einer geraden Anzahl piezoelektrischer Scheiben

sind die Scheiben bei dieser Ausführungsform der 60 und aus dem gleichen Material bestehenden-Ableit-

Erfindung an ihrer Mantelfläche mit einer Metall- und Deckplatten,

schicht versehen, die an einer Seite der Scheibe mit F i g. 9 einen Querschnitt durch eine im übrigen

einem am äußeren Umfang dieser Scheibenfläche an- perspektivisch dargestellte piezoelektrische Scheibe

geordneten Kontaktring in Verbindung steht, der mit drei Markierungspunkten und einer zentralen

durch eine anschließende isolierende Ringfläche von 65 Ableitbohrung,

der Metallschicht dieser Fläche getrennt ist, die mit F i g. 10 eine Darstellung ähnlich F i g. 9 einer Ab-

der Metallschicht der Bohrung in Verbindung steht, leitplatte aus piezoelektrischem Material, die durch

während die Metallschicht der Mantelfläche an der eine Metallschicht kurzgeschlossen ist,

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Fig. 11 eine Ansicht ähnlich Fig. 9 einer Deck- Ableitbohrungen3 und 4 der piezoelektrischen

platte aus piezoelektrischem Material, die ebenfalls Scheibe 2 fluchten. Die Bohrungen 15 und 16 sind

durch eine Metallschicht kurzgeschlossen ist, und ebenfalls in ihrem Inneren mit einer Metallschicht

Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen piezoelek- versehen, die sowohl an der Kontaktflache 18 als irischen Meßwandler mit einem eingebauten Einbau- 5 auch an der Außenfläche 19 der Ableitplatte in Konelement nach der Erfindung. taktringe 20 und 21 übergehen. Im übrigen sind die

Zur Herstellung der piezoelektrischen Einbau- Kontaktfläche 18, die Ableitfläche 19 und auch die

körper nach der Erfindung finden piezoelektrische Mantelfläche 22 der Ableitplatte 17 von einer me-

Scheiben Verwendung, die, wie aus F i g. 1 ersichtlich, tallischen Beschichtung frei. Ebenso wie die Ableit-

so geschnitten sind, daß die X-Achse senkrecht auf io platte 17 besteht auch die Deckplatte 25 bei dieser

der Scheibenfläche steht, während die Y-Achse und Ausführungsform der Erfindung aus einem kerami-

die Z-Achse in der Scheibenfläche liegen. Durch in sehen Material.

Richtung der X-Achse wirkende Kräfte P werden auf Der Einbaukörper nach den F i g. 2 und 3 hat den der einen Scheibenfläche positive und auf der Vorteil, daß seine Mantelflächen 22,28 und 30 anderen Scheibenfläche negative Ladungen erzeugt. 15 völlig ladungsfrei sind und die Ladungen potential-Auch Schubkräfte in Richtung der Y-Achse erzeugen frei abgenommen werden können. Wenn diese Eigenauf den Scheibenflächen Ladungen. Da ein piezoelek- schäften nicht gefordert sind, kann eine etwas eintrischer Kristall in der Y-Richtung einen anderen fächere Ausführungsform Anwendung finden, die in Ausdehnungskoeffizienten aufweist als in der Z- den F i g. 4 und 5 dargestellt ist.
Richtung, können infolge von Temperaturschwan- 20 Wie aus F i g. 4 ersichtlich, weist die bei dieser Auskungen auch Kräfte in der Y-Richtung auftreten. Es führungsform verwendete piezoelektrische Scheibe 35 muß daher dafür Sorge getragen werden, daß beim nur eine zentrale Ableitbohrung 36 auf. Die Metall-Einspannen solcher piezoelektrischen Scheiben zwi- schicht, die auch diese piezoelektrische Scheibe besehen die Ableit- und Deckplatten keine Schubspan- deckt, ist auf beiden Seiten der Scheibe durch eine nungen in Richtung der Y-Achse auftreten. 25 isolierende Ringfläche 38 bzw. 42 unterbrochen.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 Während die isolierende Ringfläche 38 auf der posisind die piezoelektrischen Scheiben 2 mit je zwei Ab- tiven Seite 40 konzentrisch zur Ableitbohrung 36 anleitbohrungen 3 und 4 versehen. Diese Bohrungen geordnet ist, verläuft die Ringfläche 42 auf der negasind in einem bestimmten Abstand vom Mittelpunkt tiven Seite 39 der Scheibe längs des Scheibenumder Scheibe auf der Y-Achse angebracht. Die piezo- 30 fanges. Infolgedessen ist die Metallschicht auf der elektrische Scheibe 2 ist weiterhin mit einer Metall- negativen Fläche 39 der Scheibe über die Metallschicht versehen, beispielsweise mit einer chemisch schicht der Ableitbohrung 36 mit einem Kontaktring aufgebrachten Silberschicht, auf die noch eine Gold- 37 an der positiven Seite 40 der Platte verbunden, schicht aufgedampft ist. Diese Metallschicht ist an der von der Metallschicht auf dieser positiven Seite der Mantelfläche 9 und auf jeder Seite der Scheibe 35 durch die isolierende Ringfläche 38 getrennt ist, auf einer je eine Bohrung umgebenden Ringfläche während die Metallschicht auf der positiven Scheibendurch Läppen oder Polieren entfert. Auf diese seite 40 über die metallisierte Mantelfläche 44 der Weise wird erreicht, daß die Metallschicht der Ableit- Scheibe mit dem sich längs des Umfanges der negabohrung 3 auf der negativen Seite der Scheibe 2 mit tiven Seite 39 erstreckenden Kontaktring 43 verder Metallschicht und auf der positiven Seite 8 der 40 bunden ist, der von der Metallschicht der negativen Scheibe mit einem Kontaktring 5 in Verbindung steht, Seite durch die isolierende Ringfläche 42 getrennt ist. der von der Metallschicht auf der positiven Seite 10 Werden nun, wie aus F i g. 5 ersichtlich, mehrere durch eine isolierende Ringfläche 6 getrennt ist. Ent- der piezoelektrischen Scheiben 35 nach F i g. 4 so sprechend steht die Metallschicht der Bohrung 4 mit aufeinandergelegt, daß wieder positive und negative der Metallschicht der positiven Seite 10 der Scheibe 45 Flächen aufeinanderzuliegen kommen, so bilden die und mit einem Kontaktring 5 auf der negativen Bohrungen 36 wiederum ein zur Abführung der nega-Seite 8 der Scheibe in Verbindung, der wieder durch tiven Ladungen dienendes Rohr 50. Die positiven eine isolierende Ringfläche 6 von der Metallschicht Ladungen werden dagegen über die metallisierten der negativen Seite getrennt ist. Die Breite der iso- Mantelflächen 51 der Scheiben zur Ableitplatte 52 lierenden Ringfläche kann empirisch ermittelt werden 50 abgeführt. Diese Ableitplatte besteht bei dieser Aus- und muß so groß sein, daß die für den Betrieb er- führungsform der Erfindung aus Metall. In ihrem forderliche hohe Isolation erzielt wird. BeiVerwendung Zentrum ist die Ableitplatte 52 mit einer Keramikvon Quarz als piezoelektrisches Material genügt eine büchse 53 versehen, deren Innenfläche 54 mit einer Breite der isolierenden Ringfläche von 0,1 mm, um Metallschicht versehen ist. Diese Metallschicht geht einen Isolationswiderstand von 14¹⁴ Ohm zu erreichen. 55 an den Stirnflächen der Büchse in Kontaktringe 55

Wird nun wie bei dem Einbaukörper nach F i g. 3 und 56 über, die von dem Metallkörper der Arbeitseine Anzahl solcher piezoelektrischer Scheiben nach platte 52 durch die Büchse 53 isoliert sind. Statt einer F i g. 2 so aufeinandergelegt, daß jeweils die nega- Metallplatte könnte als Ableitplatte 52 auch eine tiven und positiven Flächen aufeinanderliegen, so Platte aus keramischem Material Verwendung finden, bilden die Bohrungen 3 und 4, deren Kontaktringe 5 60 dessen Oberfläche dann zum Abführen der Ladungen paarweise aneinander anliegen, durchgehende leitende mit einer Metallschicht versehen werden müßte, die Rohre, von denen das eine zur Abführung der nega- von den Kontaktringen 55 und 56 der Ableitbohtiven und das andere zur Abführung der positiven rung 54 wieder durch isolierende Ringflächen ge-Ladungen dient. An die in F i g. 3 oberste Scheibe 2 trennt sein müßte. Die Deckplatte 60 kann wiederum schließt sich eine Ableitplatte 17 an, die bei dieser 65 aus keramischem Material bestehen.
Ausführungsform der Erfindung aus einem hochiso- Die erfindungsgemäßen Einbaukörper haben den lierenden keramischen Material besteht und mit Ab- Vorteil, daß sie mit Hilfe von Zentrierstiften monleitbohrungen 15 und 16 versehen ist, die mit den tiert werden können, die in die Ableitbohrungen ein-

geführt werden. Es kann daher auf Kerben oder Einschnitte an den Mantelflächen der piezoelektrischen Scheiben verzichtet werden, die sonst zur Montage benötigt werden und die leicht zu einem Reißen der Scheiben führen können. Während es bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 auf die Orientierung der Y-Achsen nicht ankommt, wird bei der Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 auch eine genaue Deckung der F-Achsen erzielt. Wie bereits erwähnt, können die Scheiben und Platten zu einer kompakten Baueinheit verschweißt werden.

Wenn der piezoelektrische Einbaukörper unter mechanischer Vorspannung eingebaut wird, ist ein Zusammenschweißen seiner Teile nicht erforderlich. Es genügt dann häufig, den Einbaukörper in montiertem und zusammengepreßtem Zustand durch Eintauchen in eine Siliconlacklösung mit einem Lacküberzug zu versehen, der die einzelnen Teile zusammenhält. Dabei werden die hochisolierenden Ringflächen im Inneren des Einbaukörpers vom Siliconlack nicht berührt, so daß die hohe Isolierung nicht beeinträchtigt wird. Der Lacküberzug verhindert aber, daß Feuchtigkeit an empfindliche Stellen des Einbaukörpers gelangen kann.

Während der vollständig verschweißte Einbaukörper infolge geringerer Spaltfederung eine etwas höhere Eigenfrequenz hat, hat der mit einem Lacküberzug versehene Einbaukörper ein etwas besseres Temperatur-Schockverhalten und eine geringere Trift, da die Oberflächen der Werkstoffe mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten sich gegeneinander verschieben können.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, die für Einbaukörper besonders vorteilhaft ist, die innerhalb eines großen Temperaturbereichs arbeiten und völlig geschweißt sein müssen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die piezoelektrischen Scheiben 65 zwischen einer Ableitplatte 66 und einer Deckplatte 67 angeordnet, die beide aus dem gleichen Material wie die piezoelektrischen Scheiben bestehen. Diese Maßnahme ist besonders bei Verwendung von Quarz als piezoelektrisches Material von Bedeutung, weil Quarz in der Y- und der Z-Achse verschiedene Ausdehnungskoeffizienten hat. Um Schubspannungen innerhalb des piezoelektrischen Einbaukörpers zu verhindern, werden alle Scheiben so angeordnet, daß ihre Y- und Z-Achsen die gleiche Richtung haben, sich also decken.

Zur Kennzeichnung der Z-Achse und ihrer Richtung werden die piezoelektrischen Scheiben, wie aus F i g. 6 ersichtlich, mit drei Markierungspunkten 62 und 63 versehen. Diese Markierungspunkte werden unmittelbar beim Ausschneiden der Scheiben aus dem Kristall aufgebracht, wie es F i g. 7 zeigt.

Wie aus F i g. 9 ersichtlich, werden die isolierenden Ringflächen 70 und 71, von denen sich die eine wieder im Bereich der Ableitbohrung und die andere am Umfang der Scheibe befindet, von Ringnuten mit einem kreissegmentförmigen Querschnitt gebildet. Hierdurch wird die Isolierung verbessert.

Die Ableitplatte 66 ist, wie aus Fig. 10 ersichtlich, durch eine geschlossene Metallschicht 75 kurzgeschlossen. Lediglich die zentrale Ableitbohrung 77 ist durch zwei isolierende Ringnuten 76 von der Metallschicht 75 getrennt. In ähnlicher Weise ist auch die Deckplatte 77 nach Fig. 11 durch eine Metallschicht 80 kurzgeschlossen. Im Bereich der zentralen Bohrung ist eine Isolierphase 81 vorgesehen.

Da alle Scheiben und Platten aus dem gleichen Material bestehen und bezüglich ihrer Achsen gleich ausgerichtet sind, entstehen in dem aus diesen Platten zusammengesetzten Einbaukörper noch keine Schubspannungen. Schubspannungen werden erst dann hervorgerufen, wenn der Einbaukörper zwischen Metallteile 68 und 69 eingebaut wird. In diesem Fall übernehmen jedoch die Ableit- und Deckplatten 66 und die auftretenden Schubspannungen, die jedoch nicht zu Meßfehlern führen können, weil die an den Platten 66 und 67 hervorgerufenen Ladungen durch die Metallschichten 75 und 80 kurzgeschlossen werden. Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise ein piezoelektrischer Wandler geschaffen werden kann, der nur einen minimalen Temperaturgang aufweist.

Ein Beispiel für die Anwendung eines piezoelektrischen Einbaukörpers in einem Druckmeßwandler zeigt F i g. 12. Noch vor dem Einbau in das Wandlergehäuse 92 wurde die Deckplatte 90 des verschweißten Einbaukörpers mit einer Membran 91 verschweißt, deren Rand nach dem Eintreffen des Einbaukörpers in das Gehäuse ,92 durch eine Ringbuckelschweißung 98 ebenfalls mit dem Gehäuse verschweißt worden ist. Zur Abführung der Ladungen dient einerseits das Gehäuse 92 und andererseits ein Stecker 94, dessen Abnahmeelektrode 93 bei seiner Montage in das von den zentralen Ableitbohrungen gebildete leitende Rohr 96 des Einbaukörpers eingepreßt wurde. Die Verwendung eines verschweißten Einbaukörpers macht die Anwendung einer mechanischen Vorspannhülse überflüssig, was sich auf das Temperaturverhalten eines solchen Wandlers günstig auswirkt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Einbaukörper zum Einbau in Meßwertwandler für Druck, Kraft und Beschleunigung, bestehend aus einer Anzahl piezoelektrischer Scheiben, die so aufeinandergeschichtet sind, daß deren mit Metallschichten versehene positive und negative Flächen paarweise aufeinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Scheiben (35, 2) mit einer oder zwei bei piezoelektrischen Schwingkörpern an sich bekannten Bohrungen (36 bzw. 3 und 4) versehen ist, deren Innenflächen zum Ableiten der Ladungen ebenfalls eine Metallschicht aufweisen, die an einer Seite (z. B. 39) der Scheibe mit der dort aufgebrachten Metallschicht und an der anderen Seite der Scheibe mit einem Kontaktring (z. B. 37) in Verbindung steht, der von der Metallschicht dieser Scheibenfläche (z. B. 40) durch eine isolierende Ringfläche (38) getrennt ist, derart, daß die hochempfindlichen Isolierflächen (z. B. 38 und 42) vollständig im Inneren des Einbaukörpers abgeschlossen sind, und daß ferner die im Einbaukörper zusammengefaßten piezoelektrischen Scheiben als Endplatten auf einer Seite eine gleiche Bohrungen (54 bzw. 15 und 16) aufweisende Ableitplatte (52 bzw. 17) und auf der anderen Seite eine Deckplatte (60 bzw. 25) besitzen.

2. Piezoelektrischer Einbaukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ableitbohrungen (3 und 4) auf der Y-Achse der Scheiben (2) angeordnet und ihre Metallschichten mit Kontaktringen (5) verbunden sind, die auf verschiedenen Seiten (10 und 8) der Scheiben liegen.

3. Piezoelektrischer Einbaukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Scheiben (35) eine zentrale Ableitbohrung (36) aufweisen und an ihrer Mantelfläche (44) mit einer Metallschicht versehen sind, die an einer Seite der Scheibe mit einem am äußeren Umfang dieser Scheibenfläche (39) angeordneten Kontaktring (43) in Verbindung steht, der durch eine anschließende isolierende Ringfläche (42) von der Metallschicht dieser Fläche getrennt ist, die mit der Metallschicht der Bohrung in Verbindung steht, während die Metallschicht der Mantelfläche an der anderen Seite der Scheibe mit der Metallschicht dieser Scheibenfläche (40) verbunden ist, die durch die isolierende Ringfläche (38) von dem mit der Metallschicht der Bohrung verbundenen Kontaktring (37) getrennt ist.

4. Piezoelektrischer Einbaukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitplatte (17) aus einem keramischen Material besteht und an der den piezoelektrischen Scheiben zugewandten Kontaktfläche (18) Kontaktringe (20 und 21) aufweist, mit denen die Metallschichten ihrer Ableitbohrungen (15 und 16) in Verbindung stehen.

5. Piezoelektrischer Einbaukörper nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitplatte (52) aus Metall besteht und in die Ableitplatte eine Keramikbüchse eingesetzt ist, deren Innenfläche mit einer Metallschicht versehen ist und die Ableitbohrung (54) bildet, und daß die Keramikbüchse an ihrer den piezoelektrischen Scheiben zugewandten Stirnfläche einen von dem Metallkörper getrennten Kontaktring (56) aufweist, mit dem die Metallschicht der Bohrrung in Verbindung steht.

6. Piezoelektrischer Einbaukörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableit- und die Deckplatte (66 und 67) aus demselben Material wie die piezoelektrischen Scheiben (65) bestehen, jedoch durch eine geschlossene Metallschicht (75 bzw. 80) elektrisch kurzgeschlossen sind und bezüglich der Z-Achse mit den piezoelektrischen Scheiben gleich orientiert sind.

7. Piezoelektrischer Einbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Einbaukörper zusammengefaßten piezoelektrischen Scheiben, Ableit- und Deckplatten durch einen Überzug aus Siliconlack zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind.

8. Piezoelektrischer Einbaukörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Außenseite der Deckplatte (90) eine Membran (91) direkt angeschweißt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 246 825;
USA.-Patentschriften Nr. 1 807 292, 2 864 013.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 208 368.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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