DE1113093B

DE1113093B - Mechanical frequency filter

Info

Publication number: DE1113093B
Application number: DET19034A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Manfred Boerner
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-09-21
Filing date: 1960-09-21
Publication date: 1961-08-24
Also published as: GB995422A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

INTERNAT. KL. G Ol hINTERNAT. KL. G Ol h

T19034 IX/42 cT19034 IX / 42 c

ANMELDETAG: 21. SEPTEMBER 1960REGISTRATION DATE: SEPTEMBER 21, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 24. AUGUST 1961NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL: AUGUST 24, 1961

Mechanische Filter bestehen aus Resonatoren, die in einem bestimmten Schwingungstyp angeregt werden, elektromechanischen Wandlern und Koppelgliedern, welche die Resonatoren untereinander und mit den Wandlern verbinden. Störend wirkt sich bei mechanischen Filtern aus, daß die Resonatoren nicht nur in dem erwünschten Schwingungstyp, sondern außerdem noch in anderen Schwingungsformen, sogenannten Nebenwellen, schwingen. Die Nebenwellen haben zur Folge, daß das mechanische Filter außerhalb des Durchlaßbereiches des Filters liegende Frequenzen nicht hinreichend dämpft.Mechanical filters consist of resonators that are excited in a certain vibration type are, electromechanical transducers and coupling elements that connect the resonators to each other and connect to the converters. A disturbing effect with mechanical filters is that the resonators not only in the desired vibration type, but also in other vibration forms, so-called secondary waves, swing. The secondary waves have the consequence that the mechanical Filter frequencies lying outside the pass band of the filter are insufficient dampens.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Nebenwellen dadurch zu vermindern, daß Resonatoren und Koppelglieder in verschiedenen Schwingungsformen erregt sind, beispielsweise, daß die Resonatoren Longitudinalschwinger sind und die Kopplung über Biegekoppelglieder erfolgt. Darüber hinaus ist es möglich, die Form der Resonatoren so zu wählen, daß die störenden Nebenwellen bei Frequen^ert'weit außerhalb des interessierenden Frequenzbereiches liegen. So kann beispielsweise bei longitudinalschwingenden Resonatoren die durch die Biegeschwingung verursachte Nebenwelle durch Wahl eines sehr schlanken Resonatorkörpers verschoben werden. Zweck der Erfindung ist die weitere Verminderung der unerwünschten Biegeschwingung von Resonatoren, die Longitudinal-, Torsional- oder in Scherschwingungen erregt sind.It has already been proposed to reduce the spurious waves that resonators and Coupling elements are excited in different waveforms, for example that the resonators Longitudinal vibrators are and the coupling takes place via flexible coupling elements. In addition, it is possible to choose the shape of the resonators so that the disturbing secondary waves at Frequen ^ ert'weit lie outside the frequency range of interest. For example, with longitudinally oscillating Resonators the secondary wave caused by the bending vibration by choosing a very slender resonator body can be moved. The purpose of the invention is the further reduction the unwanted flexural vibration of resonators, the longitudinal, torsional or shear vibrations are excited.

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Frequenzfilter mit Longitudinal-, Torsional- oder Scherschwingern als Resonatoren und Biegekopplungen.The invention relates to a mechanical frequency filter with longitudinal, torsional or shear oscillators as resonators and flex couplings.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Übertragung der störenden Biegeschwingungen in den Resonatoren die Biegekoppelleitungen an solchen Stellen der Resonatoren befestigt sind, an welchen die Biegeschwingungsamplitude ein Minimum hat.The invention is characterized in that in order to avoid the transmission of the disruptive bending vibrations in the resonators, the flexible coupling lines are attached to such locations on the resonators are at which the bending vibration amplitude has a minimum.

In Fig. 1 ist ein bereits vorgeschlagenes Filter dargestellt, welches aus plattenförmigen, frei schwingenden Resonatoren 1 bis 4 besteht, die longitudinal erregt sind. Die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie erfolgt z. B. mittels zweier Barium-Titanat-Schwinger 5 und 6. Zur Kopplung der Resonatoren untereinander sind an jeweils einem Ende der Resonatoren Koppelglieder Ί, 8 und 9 vorgesehen. Die Koppelglieder 7 bis 9 übertragen die mechanische Energie in Form einer Biegeschwingung. Die Resonatoren 1 bis 4 und die Koppelglieder 7 bis 9 können aus einem Blech herausgeschnitten werden. Außer der erwünschten Longitudinalschwin-Mechanisches FrequenzfilterIn Fig. 1 an already proposed filter is shown, which consists of plate-shaped, freely oscillating resonators 1 to 4, which are excited longitudinally. The conversion of electrical into mechanical energy takes place z. B. by means of two barium titanate oscillators 5 and 6. To couple the resonators to one another, coupling members Ί, 8 and 9 are provided at each end of the resonators. The coupling links 7 to 9 transmit the mechanical energy in the form of a flexural vibration. The resonators 1 to 4 and the coupling members 7 to 9 can be cut out of sheet metal. Besides the desired longitudinal vibration mechanical frequency filter

Anmelder:
TelefunkenApplicant:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3

Dipl!-Phys. Dr. Manfred Börner, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt wordenDipl! -Phys. Dr. Manfred Börner, Ulm / Danube,
has been named as the inventor

■■■".■ ' '2·; · ■ ;■■■ ". ■ '' 2 ·; · ■;

gung werden in den Resonatoren ,noch Nebenwellen in Form von Biegeschwingungen erregt.In the resonators there are still secondary waves excited in the form of flexural vibrations.

ao Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßenao An embodiment of an inventive

\ - Filters_Tzfigt die Fig. 2. In diesem Filter sind die Koppelglieder an anderen Stellen der Resonatoren befestigt als beim Filter gemäß Fig. 1. Die vier Resonatoren, die wieder plattenförmige Longitudinalschwinger sein sollen, sind mit 10 bis 13 bezeichnet. Zur Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische und umgekehrt sind hier Barium-Titanat-Schwinger 14 und 15 vorgesehen. Die Koppelglieder 16 bis 18 befinden sich in der Anordnung gemäß Fig. 2 in einem Abstand 0,2242 L vom Ende der Resonatoren, wobei L die Gesamtlänge eines Resonators ist. Im Abstand 0,2242 L vom Ende eines Resonators befindet sich nämlich der erste Knoten der Grundbiegeschwingung eines frei schwingenden Resonators. \ -.. Filters _T zfigt Figure 2. In this filter, the coupling members attached to other parts of the resonators than the filter according to Figure 1. The four resonators, the back plate-shaped longitudinal oscillator should be are designated by 10 to 13. Barium titanate transducers 14 and 15 are provided here to convert the electrical energy into mechanical energy and vice versa. The coupling members 16 to 18 are located in the arrangement according to FIG. 2 at a distance of 0.2242 L from the end of the resonators, where L is the total length of a resonator. The first node of the fundamental bending oscillation of a freely oscillating resonator is located at a distance of 0.2242 L from the end of a resonator.

Man erreicht durch die in der Anordnung gemäß Fig. 2 gewählte Ankoppelstelle der Koppelglieder 16 bis 18, daß die Grundwelle der Biegeschwingung durch die Biegekoppler praktisch nicht angeregt werden kann. Auch die Koppelleitungen 19 bis 22 zwischen den Wandlern 14 und 15 und den Resonatoren 10 und 13 sind in einem Abstand 0,2242 L von den Enden der Resonatoren befestigt. Natürlich können auch zwischen den einzelnen Resonatoren jeweils mehrere Biegekoppelglieder vorgesehen sein.The coupling point of the coupling members 16 to 18 selected in the arrangement according to FIG. 2 ensures that the fundamental wave of the flexural oscillation can practically not be excited by the flexural coupler. The coupling lines 19 to 22 between the transducers 14 and 15 and the resonators 10 and 13 are also attached at a distance of 0.2242 L from the ends of the resonators. Of course, a plurality of flexible coupling elements can also be provided between the individual resonators.

Nach der Lehre der Erfindung können die Resonatoren auch noch in anderen Abständen von den Enden der Resonatoren befestigt sein.According to the teaching of the invention, the resonators can also be at other distances from the Be attached ends of the resonators.

Außer der Grundbiegeschwingung x_v deren Knotenabstand bei 0,2242 L liegt, sind auch noch Harmonische der Biegeschwingung möglich. Die erste Harmonische X₂ der Biegeschwingung hat Knotenpunkte bei 0,5 und 0,1321 L und die zweite Har-In addition to the fundamental bending vibration x _v, the node distance of which is 0.2242 L , harmonics of the bending vibration are also possible. The first harmonic X _{2 of} the bending oscillation has nodes at 0.5 and 0.1321 L and the second harmonic

109 679/64109 679/64

monischexj bei 0,3558 und 0,0944 L. Die Biegeschwingungsformen X₁ bis X₃ sind in Fig. 3 dargestellt. Soll beispielsweise die erste Harmonische der Biegeschwingung unterdrückt werden," so wird man, da ein Knoten dieser Schwingung im Abstand 0,1321 L vom Ende des Resonators abliegt, die Koppelleitung in diesem Abstand vom Resonatorende befestigen.monischexj at 0.3558 and 0.0944 L. The bending vibration forms X ₁ to X ₃ are shown in FIG. If, for example, the first harmonic of the bending oscillation is to be suppressed, "since a node of this oscillation is at a distance of 0.1321 L from the end of the resonator, the coupling line will be fastened at this distance from the end of the resonator.

Andere Verhältnisse ergeben sich, wenn z. B. als Resonatoren einseitig eingeklemmte Stäbe verwendet werden. In diesem Fall hat die Grundbiegeschwingung ihren Knoten im Abstand L vom freien Ende, also an der Stelle, an der der Stab befestigt ist. Diese Stelle kommt natürlich für die Befestigung der Biegekoppler nicht in Frage, da an dieser Stelle auch keine Longitudinalschwingung auf den Resonator übertragen werden kann. Dagegen kann die erste Harmonische, die ihren Knoten im Abstand 0,2261 L vom freien Ende weg hat, durch Befestigung der Koppelleitung an dieser Stelle unterdrückt werden. Auch die zweite Harmonische kann weitgehend unterdrückt werden, wenn man die Biegekoppelleitung an den Stellen 0,4999 oder 0,1321 L vom freien Ende des Schwingers weg befestigt.Other conditions arise when z. B. be used as resonators clamped rods on one side. In this case, the basic bending vibration has its node at a distance L from the free end, i.e. at the point where the rod is attached. This point is of course out of the question for the attachment of the bending coupler, since no longitudinal vibration can be transmitted to the resonator at this point. In contrast, the first harmonic, which has its node at a distance of 0.2261 L from the free end, can be suppressed by fastening the coupling line at this point. The second harmonic can also be largely suppressed if the flexible coupling line is attached at 0.4999 or 0.1321 L from the free end of the transducer.

Noch bessere Ergebnises lassen sich erzielen, wenn man die Biegekoppler nicht an Knotenstellen einzelner Biegeschwingungen befestigt, sondern an solchen Stellen, an denen die Gesamtamplitude sämtlicher möglicher Biegeschwingungsformen (die Grundschwingung und ihre Harmonischen) ihr Minimum hat. Diese Stelle läßt sich durch Rechnung schwer bestimmen. Es empfiehlt sich daher, durch Probieren eine Stelle zur Befestigung der Biegekopplungen zu finden, bei welchen die Gesamtamplitude der auftretenden Biegeschwingungen ein Minimum hat.Even better results can be achieved if the bending couplers are not placed at individual nodes Bending vibrations attached, but in those places where the total amplitude of all possible bending vibration forms (the fundamental vibration and its harmonics) their minimum Has. It is difficult to determine this point by calculation. It is therefore advisable to go through Try to find a place to attach the flexural couplings where the overall amplitude the bending vibrations occurring has a minimum.

Die Erfindung ist nicht nur auf Filter mit Longitüdinalschwingern beschränkt; sie kann auch Verwendung finden, wenn die Resonatoren in Torsionsoder Scherschwingungen erregt sind. Auch bei diesen Schwingern sind Biegeschwingungen möglich, die erfindungsgemäß dadurch vermindert werden, daß die Biegekoppelleitungen an Knotenpunkten, Knotenlinien oder Knotenflächen der Schwinger befestigt sind.The invention is not limited to filters with longitude transducers; it can also use it find when the resonators are excited in torsional or shear vibrations. Even with these Bending vibrations are possible, which are reduced according to the invention in that the Flexible coupling lines attached to nodes, node lines or node surfaces of the transducers are.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Mechanical frequency filter with longitudinal, torsional or shear vibrators as resonators and flexural couplings, characterized in that the flexural coupling lines are attached to those points of the resonators at which the flexural oscillation amplitude has a minimum to avoid the transmission of the disturbing flexural vibrations in the resonators.

2. Mechanical frequency filter according to claim 1, characterized in that the flexible coupling lines are attached to those points of the resonators at which the fundamental oscillation or a harmonic of the bending oscillation has a vibration node.

3. Mechanical frequency filter with double-sided longitudinally oscillating resonators according to claim 1 or 2, characterized in that the flexible coupling line is attached at a distance of about 0.2242 L from one end of the resonator, where L is the total length of the resonator.

1 sheet of drawings