DE1146210B

DE1146210B - Mechanical frequency filter that may have electromechanical transducers at the ends

Info

Publication number: DE1146210B
Application number: DET14192A
Authority: DE
Inventors: Horst Ohnsorge
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1957-09-25
Filing date: 1957-09-25
Publication date: 1963-03-28

Description

Mechanisches Frequenzfilter, das gegebenenfalls elektromechanische Wandler an den Enden aufweist Es ist bereits ein mechanisches Filter bekannt; das aus plattenförmigen Ferritresonatoren besteht, die in zueinander parallelen Ebenen angeordnet und zu konzentrischen Scherschwingungen erregt sind. Die Resonatoren sind miteinander über torsional schwingende Zylinder verkoppelt.Mechanical frequency filter, possibly electromechanical Has transducers at the ends. A mechanical filter is already known; the consists of plate-shaped ferrite resonators in mutually parallel planes arranged and excited to concentric shear vibrations. The resonators are coupled to one another via torsionally oscillating cylinders.

Zweck der Erfindung ist es, ein mechanisches Filter für hohe Frequenzen anzugeben, das sich gegenüber dem obenerwähnten bekannten mechanischen Filter durch eine bessere Durchlaßcharakteristik unterscheidet.The purpose of the invention is to provide a mechanical filter for high frequencies indicate that it differs from the above-mentioned known mechanical filter distinguishes a better transmission characteristic.

Die Erfindung geht von diesem bekannten Filter aus. Sie betrifft ein mechanisches Frequenzfilter mit mehreren, auf etwa die gleiche Frequenz abgestimmten, in zueinander parallelen Ebenen angeordneten, scheibenförmigen Resonanzkörpern, die durch mechanische Koppelelemente zu konzentrischen Scherschwingungen erregt werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelemente senkrecht zu den Scheibenebenen verlaufende, Biegeschwingungen ausführende Drähte dienen, die an den Scheibenrändern mit den aus Stahl bestehenden Resonanzkörpern kreisförmigen oder kreisringförmigen Querschnittes verschweißt oder verlötet sind.The invention is based on this known filter. She affects one mechanical frequency filter with several, tuned to approximately the same frequency, disc-shaped resonance bodies arranged in parallel planes, which excited by mechanical coupling elements to concentric shear vibrations are, and is characterized in that as coupling elements perpendicular to the Plane planes extending, bending vibrations executing wires are used, which at the disc edges with the steel resonance bodies are circular or circular cross-section are welded or soldered.

Mit dem erfindungsgemäßen Filter sind wesentlich bessere Durchlaßkurven zu erzielen als mit dem bekannten Filter, das ebenfalls in konzentrischen Scherschwingungen erregte Resonatoren verwendet. Während nämlich die Kreisgüten der beim bekannten Filter verwendeten Ferrite etwas über 2000 liegen, lassen sich mit den erfindungsgemäß verwendeten Stahlresonatoren Kreisgüten erreichen, die über 10 000 liegen. Weiterhin können die erfindungsgemäß verwendeten Stahlresonatoren mit den Biegeschwinverwendeten Stahlresonatoren mit den Biegeschwingungen ausführenden Drähten durch Punktschweißung verbunden werden; bei dem bekannten Filter werden die Resonanzkörper mit den Koppelelementen mittels einer Klebemasse verbunden, durch welche die Schwingungen zusätzlich gedämpft werden.With the filter according to the invention there are much better transmission curves than with the well-known filter, which is also in concentric shear vibrations excited resonators are used. While the circular qualities of the known Filters used ferrites are slightly over 2000, can be with the invention The steel resonators used achieve circular qualities that are over 10,000. Farther the steel resonators used according to the invention can be used with the bending speed Steel resonators with the wires that carry out bending vibrations by spot welding get connected; In the known filter, the resonance body with the coupling elements connected by means of an adhesive, which additionally dampens the vibrations will.

Aber auch, wenn man bei dem bekannten Filter die Ferritresonatoren durch Stahlresonatoren ersetzen würde, könnten diese mit den axialen, verhältnismäßig dicken Koppelelementen nicht verschweißt werden, da hierdurch die guten elastischen Eigenschaften des Stahles verlorengingen und somit trotzdem größere Dämpfungen auftreten würden. Dies ist bei der Punktschweißung, wie sie bei der Herstellung von Filtern gemäß der Erfindung angewandt werden kann, nicht der Fall, da hier die Werkstücke nicht im ganzen so stark erhitzt zu werden brauchen. Darüber hinaus besteht bei dem geschilderten Herstellungsverfahren für mechanische Filter gemäß der Erfindung durch Punktschweißung der Vorteil, daß - wie Versuche gezeigt haben - durch die Punktschweißstellen Verstimmungen von weniger als 10 Hz beim Einzelresonator auftreten, während bei dem für das bekannte Filter vorgesehenen Klebeverfahren Streuungen der Verstimmung von ± 100 Hz auftreten.But also if you use the ferrite resonators with the well-known filter would be replaced by steel resonators, these could with the axial, proportionately thick coupling elements are not welded, as this results in the good elastic Properties of the steel are lost and thus greater attenuation still occurs would. This is the same in spot welding as it is in the manufacture of filters can be applied according to the invention, not the case, since here the workpieces do not need to be heated so strongly as a whole. In addition, there is the described manufacturing method for mechanical filters according to the invention by spot welding the advantage that - as tests have shown - by the Spot welds detunings of less than 10 Hz occur in the single resonator, while in the gluing process provided for the known filter, the scattering of the Detuning of ± 100 Hz can occur.

Fig. 1 zeigt einen Resonanzkörper 1, dessen Dickenabmessung d kleiner als die halbe Wellenlänge der longitudinalen Schwingung für die Nutzfrequenz des Filterelementes sein soll. Bei konzentrischen Scherschwingungen liegt die Bewegungsrichtung der schwingenden Resonanzteile in der Plattenebene, und zwar derart, daß in einem bestimmten Augenblick sich die äußeren Plattenteile parallel zur Plattenperipherie in der einen Richtung, wie durch den Pfeil 2 angedeutet, bewegen, während die inneren Plattenteile in der anderen Richtung, wie durch den Pfeil 3 angedeutet, schwingen. Nach einer halben Schwingungsperiode ist die Bewegungsrichtung der einzelnen Plattenteile gegenüber der durch die Pfeile angedeuteten umgekehrt. Zwischen den inneren und äußeren Plattenteilen bildet sich eine neutrale ringförmige Zone aus, in der überhaupt keine Bewegung auftritt. Diese Knotenzone ist als gestrichelter Kreis 4 in der Fig.1 angedeutet.Fig. 1 shows a resonance body 1, the thickness dimension d of which is smaller than half the wavelength of the longitudinal oscillation for the useful frequency of the Should be the filter element. In the case of concentric shear vibrations, the direction of movement is of the vibrating resonance parts in the plate plane, in such a way that in one certain moment the outer plate parts are parallel to the plate periphery move in one direction, as indicated by arrow 2, while the inner Plate parts swing in the other direction, as indicated by arrow 3. After half an oscillation period is the direction of movement of the individual plate parts opposite to that indicated by the arrows. Between the inner and outer plate parts form a neutral ring-shaped zone in which at all no movement occurs. This node zone is shown as a dashed circle 4 in FIG indicated.

Die geschilderte Schwingungsform entspricht der Scherschwingung einer z. B. rechteckigen Platte, wenn man sich diese rechteckige Platte durch Verkürzung der einen Rechteckseite bis auf Null und Verlängern der gegenüberliegenden Rechteckseite auf den Umfang der Platte gemäß Fig.1 deformiert denkt, wobei die beiden anderen Rechteckseiten dann einen Radius der kreisföhnigen Platte bilden. Die Scherschwingungen gehen daher nicht mehr in gerader Richtung vor sich, sondern um den Plattenmittelpunkt und werden daher koaxiale Scherschwingungen genannt.The described waveform corresponds to the shear vibration of a z. B. rectangular plate, if you look at this rectangular plate by shortening one side of the rectangle down to zero and lengthening the opposite side of the rectangle deformed on the circumference of the plate according to Fig.1 thinks, with the other two Rectangle sides then form a radius of the circular plate. The shear vibrations therefore no longer go in a straight direction, but rather around the center of the plate and are therefore called coaxial shear vibrations.

Fig. 2 zeigt einen anderen Resonator 5, der die Form eines Kreisrings besitzt, wobei die inneren Ringteile stets die umgekehrte Bewegungsrichtung aufweisen wie die äußeren, was durch die Pfeile 6 und 7 angedeutet ist. Auch hier bildet sich eine Knotenzone, die durch die gestrichelte Linie 8 angegeben ist.Fig. 2 shows another resonator 5 which has the shape of a circular ring has, the inner ring parts always have the opposite direction of movement like the outer ones, which is indicated by the arrows 6 and 7. Here, too, forms a node zone indicated by the dashed line 8.

Die Anregung und Verkopplung der einzelnen Resonanzkörper gemäß Fig. 1 oder 2 bei dem Filter nach der Erfindung soll an Hand der Fig.3 erläutert werden. Die plattenförmigen Resonanzkörper 17 sind in zueinander parallelen Ebenen angeordnet, und zwar so, daß sie alle auf einer gemeinsamen Achse liegen. Die als Koppelelemente dienenden Drähte 18 liegen parallel zu dieser Achse, also senkrecht zu den Plattenebenen, und sind an den Rändern jeweils mit den Resonanzkörpern 17 verschweißt oder verlötet. In der Zeichnung sind zwei gezeichnet, deren Befestigungspunkte an den Platten sich jeweils diametral gegenüberliegen, jedoch können aus Stabilitäts- oder Kopplungsgründen auch mehr als zwei Koppeldrähte verwendet werden, deren Befestigungspunkte an den Platten vorzugsweise gleichmäßig über den Plattenumfang verteilt werden.The excitation and coupling of the individual resonance bodies according to Fig. 1 or 2 in the filter according to the invention will be explained with reference to FIG. The plate-shaped resonance bodies 17 are arranged in planes parallel to one another, in such a way that they all lie on a common axis. As coupling elements serving wires 18 are parallel to this axis, i.e. perpendicular to the plate planes, and are welded or soldered to the resonance bodies 17 at the edges. In the drawing two are drawn, their attachment points on the plates each diametrically opposed, however, for stability or coupling reasons more than two coupling wires can also be used, the fastening points of which are attached to the Plates are preferably evenly distributed over the circumference of the plate.

Die äußere Form des Filters gemäß Fig. 3 ähnelt sehr stark jener eines bekannten Filters. Die Wirkungsweise dieses Filters ist aber eine grundlegend andere. Während beim bekannten Filter die Koppeldrähte longitudinale Schwingungen ausführen und dadurch die Platten zu Biegeschwingungen erregen, werden die Koppeldrähte bei dem Filter gemäß Fig. 3 in Biegeschwingungen versetzt und veranlassen die Platten 17 zu koaxialen Scherschwingungen. Entsprechend ist daher auch die Anregung des Filters gemäß der Erfindung eine andere als bei dem bekannten Filter. Die magnetostriktiven Wandler 9 sind beim Filter nach der Erfindung über Koppelelemente 10 tangential mit dem Rand der beiden Endplatten verbunden. Die Koppelelemente 10 gehören der gleichen Ebene an wie die Endplatten.The external shape of the filter according to FIG. 3 is very similar to that of a known filter. However, the way this filter works is fundamentally different. While in the known filter the coupling wires perform longitudinal vibrations and thereby excite the plates to flexural oscillations, the coupling wires in the filter according to FIG. 3 are set in flexural oscillations and cause the plates 17 to coaxial shear oscillations. Accordingly, the excitation of the filter according to the invention is also different from that of the known filter. In the filter according to the invention, the magnetostrictive transducers 9 are tangentially connected to the edge of the two end plates via coupling elements 10. The coupling elements 10 belong to the same level as the end plates.

Bei dem Filter nach der Erfindung ist die Einstellung der Kopplung zwischen den einzelnen Resonanzkörpern vorzugsweise durch Wahl einer verschiedenen Dicke für die einzelnen Resonanzkörper durchzuführen, da bekanntlich die Resonanzfrequenz von Schwingkörpern, die konzentrische Scherschwingungen ausführen, von der Dicke der Resonatoren unabhängig ist. Auch hierin unterscheidet sich das Filter gemäß Fig.3 wesentlich von dem bekannten Filter, bei welchem die Plattendicke die Resonanzfrequenz wesentlich mitbestimmt.In the filter according to the invention, the adjustment of the coupling between the individual resonance bodies, preferably by choosing a different one Carry out thickness for the individual resonance body, as is well known, the resonance frequency of vibrating bodies that carry out concentric shear vibrations, on the thickness the resonators is independent. Here, too, the filter differs according to Fig.3 essentially different from the known filter, in which the plate thickness is the resonance frequency significantly influenced.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Mechanical frequency filter with several disk-shaped resonance bodies, which are tuned to approximately the same frequency and arranged in mutually parallel planes, which are excited by mechanical coupling elements to form concentric shear vibrations, characterized in that the coupling elements used are wires which run perpendicular to the disk planes and carry out bending vibrations that are welded or soldered to the steel resonance bodies of circular or ring-shaped cross-section at the disc edges. 2. Mechanical frequency filter according to spoke 1, characterized in that with a consistently constant wire thickness of the coupling elements in the filter, the intended values for the coupling factors between the individual resonance elements are achieved by appropriate choice of the thickness of the plates forming the resonance elements. References contemplated: U.S. Patent No. 2,501488; RCA Review, Vol. 14, No. 1, pages 3 to 16 (March 1953), and Vol. 18, No.

2, pp.186 to 194 (June 1957); QST, Vol. 37, No. 6, pp. 24-27 (June 1953).