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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung abgestimmter mechanischer Filter, bei denen die Kopplung der einzelnen Filterresonatoren über Koppelelemente erfolgt, die aus einem von der Wärmeschluss- behandlungstemperatur abhängigen Elastizitätsmodul aufweisenden Material bestehen, insbesondere aus einem
Material, bei dem in dem an die Wärmeschlussbehandlungstemperatur angrenzenden Temperaturbereich der
Elastizitätsmodul bei Erhöhung der Temperatur grösser wird.
Mechanische Filter bestehen bekanntlich aus mehreren mechanischen Resonatoren, die untereinander über ein oder mehrere Koppelelemente miteinander gekoppelt sind. Die Endresonatoren sind dabei zumeist als elektromechanische Wandler zum Übergang von elektrischen Schwingungen auf mechanische Schwingungen bzw. zum Übergang von mechanischen auf elektrische Schwingungen ausgebildet. Als Resonatormaterial wird in der Regel ein Stahl verwendet, der einen möglichst geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten hat. Für die Koppelelemente eignen sich nahezu alle metallischen Materialien, jedoch wird auch für sie im allgemeinen das gleiche Material wie für die Resonatoren verwendet.
Wegen der unvermeidlichen Fertigungstoleran- zenundwegen der im Koppler und im Resonatormaterial auftretenden Gefügeinhomogenitäten hat ein derarti- ges Filter nicht von vornherein die von ihm zu fordernde Übertragungscharakteristik, weshalb es erforderlich ist, die Material- und Herstellungsfehler in geeigneter Weise auszugleichen. Diesen Vorgang nennt man bekanntlich auch den Abgleich eines Filters. Zur Erzielung der richtigen Übertragungscharakteristik ist es nicht nur wesentlich, dass die Resonanzfrequenz der einzelnen Resonatoren bei verhältnismässig genau vorzu- gebenden Frequenzen liegt, sondern es kommt insbesondere auch darauf an, den Grad der Kopplung auf den richtigen, dem theoretischen Wert möglichst nahe kommenden Wert, einzustellen.
Es ist zwar möglich, die Kopplung beispielsweise durch Materialabtrag von den Koppelelementen zu verkleinern, wenn dabei jedoch zu viel Material abgetragen wird, dann lässt sich der dabei entstehende Fehler mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand praktisch nicht mehr rückgängig machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abgleich mechanischer Filter anzugeben, das insbesondere die richtige Einstellung der Koppelelemente gewährleistet und bei dem vor allem auch eine nachträgliche Erhöhung des Kopplungsfaktors möglich ist. Darüber hinaus soll dieses Verfahren automatisch durchführbar sein, um einen möglichst rationellen Abgleichvorgang zu gewährleisten.
Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung abgestimmter mechanischer Filter, bei denen die Kopplung der einzelnen Filterresonatorenüber Koppelelemente erfolgt, die aus einem von der Wärmeschlussbehandlungstemperatur abhängigen Elastizitätsmodul aufweisenden Material bestehen, insbesondere aus einem Material, bei dem in dem an die Wärmeschlussbehandlungstemperatur angrenzenden Temperaturbereich der Elastizitätsmodul bei Erhöhung der Temperatur grösser wird, wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Filter durch eine nachträgliche Wärmebehandlung der Koppelelemente, welche nachträgliche Wärmebehandlung eine grössere Maximaltemperatur aufweist als die vorausgehende Wärmeschluss- behandlung, abgeglichen wird.
Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, für das Material der Koppelelemente solche Materialgruppen zu verwenden, die eine Anomalie ihres Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen. Derartige Materialgruppen sind beispielsweise Nickel-Eisenlegierungen, in denen noch Zusätze von andern, insbesondere metallischen Materialien enthalten sind.
Diese Materialien haben in Abhängigkeit von der sogenannten WÅarmeschlussbehandlungstemperatur, für die auch der Ausdruck Auslagerungstemperatur üblich ist, zunächst einen mit steigender Temperatur ansteigenden Elastizitätsmodul, der nach Überschreiten eines Maximums mit weiter zunehmender Wärmeschlussbehandlungstemperatur wieder abfällt. Quantitativ unterscheiden sich die einzelnen Kurven für das gleiche Material lediglich durch den Kaltverformungsgrad, dem das Material vor der Wärmeschlussbehand- lung unterzogen worden ist.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Es zeigen in den Zeichnungen : Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild eines Koppelelements ; Fig. 2 die Abhängigkeit des E-Moduls von der Temperatur bei Verwendung einer solchen Nickel-Eisen-Legierung als Werkstoff mit dem Kaltverformungsgrad als Kurvenparameter ; Fig. 3 die relative Änderung des E-Moduls einer solchen Nickel-Eisen-Legierung, bezogen auf eine ursprüngliche Wärmeschlussbehandlungstemperatur von 400 C ; Fig. 4 die lokalisierte Erwärmung eines Koppelelements mit Stromwärme und Fig. 5 die Erwärmung des Koppelelements durch eine Licht-oder Laserquelle.
Nach der elektromechanischen Kraft-Strom-Analogie lässt sich gemäss Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild eines kurzen Koppelelementes, d. h., dass seine Länge kleiner ist als X/8 mit X als Materialwellenlänge, durch eine 1r-Schaltung aus Kapazitäten C in den Querzweigen und einer Induktivität L im Längszweig darstellen. Beispielsweise gelten für ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement mit der
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Wie bereits erwähnt, ist das beschriebene Verfahren insbesondere dann vorteilhaft, wenn es darum geht, die Kopplung zu vergrössern, ohne dabei gleichzeitig Material am Koppler aufzutragen. Da weiterhin der Abgleich am fertigen Filter erfolgen kann, lässt sich das Ergebnis des Abgleichs unmittelbar in elektronischen Kurvenschreibern, wie beispielsweise Oszillographen, verfolgen und damit die Einstellung der vorgegebenen Filterkurve erreichen. Da verhältnismässig grosse Änderungen Im Kopplungsfaktor erzielbar sind, können die für die Herstellung des Filters vorzugebenden Toleranzen grösser gewählt werden und auch das für die Koppler verwendete Material kann hinsichtlich seiner Eigenschaften In grösseren Grenzen streuen.
Es geht zwar mit der Änderung des Elastizitätsmoduls eine Änderung des Temperaturkoeffizienten des Kopplermaterials einher, jedoch Ist diese Änderung, die etwa In der Grössenordnung von 1%0 liegt, für die In der Praxis zu verlangenden Genauigkeiten nahezu bedeutungslos.
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The invention relates to a method for producing matched mechanical filters, in which the coupling of the individual filter resonators takes place via coupling elements which consist of a material with a modulus of elasticity that is dependent on the final heat treatment temperature, in particular of a material
Material in which in the temperature range adjacent to the final heat treatment temperature the
The modulus of elasticity increases with increasing temperature.
As is known, mechanical filters consist of several mechanical resonators that are coupled to one another via one or more coupling elements. The end resonators are mostly designed as electromechanical converters for the transition from electrical vibrations to mechanical vibrations or for the transition from mechanical to electrical vibrations. As a rule, a steel is used as the resonator material, which has the lowest possible coefficient of thermal expansion. Almost all metallic materials are suitable for the coupling elements, but the same material is generally used for them as for the resonators.
Because of the unavoidable manufacturing tolerances and because of the structural inhomogeneities occurring in the coupler and in the resonator material, such a filter does not from the outset have the required transmission characteristics, which is why it is necessary to compensate for the material and manufacturing defects in a suitable manner. This process is known as the calibration of a filter. In order to achieve the correct transmission characteristics, it is not only essential that the resonance frequency of the individual resonators is relatively precisely specified, but it is also important to ensure that the degree of coupling is as close as possible to the theoretical value, adjust.
It is possible to reduce the coupling, for example by removing material from the coupling elements, but if too much material is removed, the resulting error can practically no longer be reversed with an economically justifiable effort.
The invention is based on the object of specifying a method for adjusting mechanical filters which in particular ensures the correct setting of the coupling elements and in which above all a subsequent increase in the coupling factor is also possible. In addition, this method should be able to be carried out automatically in order to ensure the most efficient possible comparison process.
Based on a process for the production of coordinated mechanical filters, in which the coupling of the individual filter resonators takes place via coupling elements which consist of a material with a modulus of elasticity that is dependent on the heat treatment temperature, in particular a material in which the modulus of elasticity is increased in the temperature range adjacent to the heat treatment temperature As the temperature increases, this object is achieved according to the invention in that the filter is calibrated by a subsequent heat treatment of the coupling elements, which subsequent heat treatment has a higher maximum temperature than the preceding heat treatment.
The invention is based on the idea of using such material groups for the material of the coupling elements that have an anomaly in their modulus of elasticity as a function of temperature. Such material groups are, for example, nickel-iron alloys, which also contain additions of other, in particular metallic, materials.
Depending on the so-called final heat treatment temperature, for which the term aging temperature is also common, these materials initially have a modulus of elasticity that increases with increasing temperature, which, after exceeding a maximum, falls again with further increasing heat final treatment temperature. Quantitatively, the individual curves for the same material differ only in the degree of cold deformation to which the material was subjected before the final heat treatment.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.
The drawings show: FIG. 1 the electrical equivalent circuit diagram of a coupling element; 2 shows the dependence of the modulus of elasticity on the temperature when using such a nickel-iron alloy as the material with the degree of cold deformation as the curve parameter; 3 shows the relative change in the modulus of elasticity of such a nickel-iron alloy, based on an original heat treatment temperature of 400 ° C .; 4 shows the localized heating of a coupling element with current heat and FIG. 5 shows the heating of the coupling element by a light or laser source.
According to the electromechanical force-current analogy, the electrical equivalent circuit diagram of a short coupling element, i.e. This means that its length is less than X / 8 with X as the material wavelength, represented by a 1r circuit made up of capacitances C in the shunt branches and an inductance L in the series branch. For example, a coupling element with the
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As already mentioned, the method described is particularly advantageous when it comes to increasing the coupling without simultaneously applying material to the coupler. Since the adjustment can still take place on the finished filter, the result of the adjustment can be followed directly in electronic curve recorders, such as oscilloscopes, and the preset filter curve can thus be set. Since relatively large changes in the coupling factor can be achieved, the tolerances to be specified for the production of the filter can be selected to be larger and the material used for the coupler can also vary within larger limits with regard to its properties.
Although the change in the modulus of elasticity is accompanied by a change in the temperature coefficient of the coupler material, this change, which is in the order of magnitude of 1% 0, is almost insignificant for the accuracy required in practice.