DE1281603B - Elektromechanisches Stimmgabelfilter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1281 603

Aktenzeichen: P 12 81 603.4-35 (K 48210)

Anmeldetag: 12. November 1962

Auslegetag: 31. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Stimmgabelfilter mit zumindest zwei dicht beieinanderliegenden Resonanzfrequenzen der einzelnen Zinken, bestehend aus einer Gabelwurzel, zumindest drei als Schwingerplatten ausgebildeten Gabelzinken und elektromechanischen Wandlern.

Es ist bereits ein Stimmgabelfilter bekannt, das aus einer Stimmgabel mit zwei Gabelzinken gleicher Resonanzfrequenz besteht, deren freie Enden wiederum als zwei gleiche Stimmgabeln mit Gabelzinken gleicher Resonanzfrequenz ausgebildet sind. Da die Resonanzfrequenzen der großen Stimmgabel und der kleinen Stimmgabeln geringfügig voneinander abweichen, entsteht eine gemeinsame Durchlaßkurve, d. h., das Filter besitzt eine bestimmte Durchlaßbandbreite. Der Nachteil dieser bekannten »Doppelgabel« besteht darin, daß vergleichsweise große Abmessungen erfor-

derlich sind, und vor allem, daß die Festlegung der einzelnen Resonanzfrequenzen bei der Herstellung des Filters große Schwierigkeiten bereitet, da dieser Schwingkörper einer Vorausberechnung kaum zugänglich ist. Außerdem ist die Steilheit der Durchlaßkurve gering.

Ferner ist es bereits bekannt, elektromechanische Stimmgabelschwinger kleiner Abmessung und niedriger Resonanzfrequenz in der Weise herzustellen, daß eine Vielzahl von Stimmgabeln in Zickzackanordnung aneinandergereiht werden. Diese bekannten Filter schwingen jedoch als Einheit, besitzen also nur eine einzige Resonanzfrequenz, und die Vielzahl an Gabelzinken hat lediglich den Zweck der Erzielung einer verbesserten Temperaturunabhängigkeit. Andere Filter entsprechender Wirkungsweise bestehen aus einer Vielzahl von Schwingerplatten, die durch Kopplungselemente in Kaskade geschaltet sind, wobei dann jede Schwingerplatte ein selbständiges Schwingungsgebilde darstellt.

Schließlich sind noeh elektromechanische Filter bekannt, bei denen eine Vielzahl scheibenförmiger Resonatoren durch Kopplungselemente miteinander verbunden sind. Die Energieübertragung auf das Filter erfolgt dabei mit Hilfe magnetostriktiver Stäbe, die an einer der Resonatorscheiben befestigt sind. Zwar können diese Filter dann, wenn mehrere Ausgänge vorgesehen sind, als Bandfilter Verwendung finden, Ξ¹ ihre Wirkungsweise und ihr Aufbau steht jedoch in ^ keinem Zusammenhang mit den Stimmgabelfiltern. —· Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten 5® elektromechanischen Stimmgabelfilter mit zumindest zwei dicht beieinanderliegenden Resonanzfrequenzen —* zu verbessern, und zwar bezüglich einer Verkleine- _j rung der Abmessungen, einer Erleichterung der Her-Elektromechanisches Stimmgabelfilter

Anmelder:
5

Kokusai Denki Kabushiki Kaisha, Tokio

Vertreter:

j Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
ίο 8000 München, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:
Yasuo Ko, Sagamihara-Shi, Kanagawa-Ken
(Japan)

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 13. November 1961 (40 691),
_ao vom 26. März 1962 (13 992)

stellung und einer Erhöhung der Steilheit der Resonanzkurve.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle Gabelzinken kammartig unmittelbar aus der Gabelwurzel einseitig herausragen, jede Gabelzinke mit , mindestens einem Wandler in Form eines in der Zinkenwurzel angebrachten elektrostriktiven oder piezoelektrischen Belages versehen ist, daß ein Eingangswandler und zumindest zwei an verschiedenen Zinken angebrachte Ausgangswandler vorgesehen sind und <> daß die Anschlüsse sämtlicher Ausgangswandler miteinander verbunden sind. Die Wirkungsweise dieses Stimmgabelschwingers ist also derart, daß bei drei Gabelzinken zwei jeweils zwei Zinken aufweisende Schwinger geringfügig unterschiedlicher Resonanzfrequenz gebildet werden, wobei die beiden Schwingern gemeinsame Gabelzinke den Eingangswandler, die jeweils andere Zinke der beiden Schwinger Ausgangswandler trägt. Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Abmessungen sehr klein gehalten werden ' ' können, daß die Festlegung der einzelnen Resonanzfrequenzen bei der Herstellung des Filters auf wesentlich vereinfachte Weise erfolgen kann, da die Berechnung der erforderlichen Auslegung der Schwingerplatten keine großen Schwierigkeiten bereitet, und daß die Durchlaßkurve steile Seitenflanken aufweist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Ausgangswandler jeweils an entgegengesetzten Seiten der Gabelzinken angebracht. Damit wird er-

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reicht, daß die Ausgangssignale der beiden Ausgangswandler gegeneinander um π phasenverschoben sind, wodurch die Dämpfung innerhalb des Durchlaßbandes, d. h. zwischen den beiden Resonanzfrequenzen, nur äußerst gering ist.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Gäbelwurzel mit einem an sich bekannten Fortsatz versehen, der in einer Öffnung eines elastischen Isolierkörpers befestigt ist, der seinerseits in das hohle Innere eines gabelförmigen Sockels eingesetzt ist. Damit wird erreicht, daß die Energieverluste über die Halterung des Stimmgabelfilters beträchtlich vermindert werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

A b b. 1, 2, 3 und 4 perspektivische Ansichten (A) bzw. Seitenansichten (S) verschiedener Ausführühgsformen des Stimmgabelfilters,

A b b. 5 ein elektrisches Schaltbild,-A b b. 6 eine grafische Darstellung des Frequenz- und Phasenganges des Filters und

A b b. 7 einen Längsschnitt durch eine der Praxis gemäße Ausfiihrungsform des Stimmgabelfilters.

In Abb. 1 ist der grundsätzliche Aufbau des Stimmgabelfilters in perspektivischer Darstellung (A) und in Seitenansicht (B) wiedergegeben. Das Filter weist ein Gabelwurzel 1 auf, aus der drei plattenförmige Gabelzinken a, b und c einseitig herausragen. Jeweils in der Nähe der Zinkenwurzel sind an den Außenseiten der äußeren Gabelzinken α und! c sowie an der einen Seite der mittleren Gabelzinke B elektromeehanisehe Wandler 2 aus piezoelektrischem oder elektrostriktivem Material angebracht. Die Wandler 2 bestehen üblicherweise aus einer dünnen Keramikplatte, beispielsweise aus Bäfiumtitanat oder Bleizirkonat—Bleititanat, die beidseitig rriit einer dünnen Silberschicht als Elektroden belegt ist. Von den freiliegenden Elektroden der Wandler 2 geht jeweils ein Zuleitungsdraht 3 ab. Von der Gabelwurzel 1 erstreckt sich nach unten ein bekannter stielartiger Fortsatz 4, der als Halterung für das Stimmgabelfilter dient.

Zumindest einer der Wandler 2 dient als Eingangswandler, die anderen Wandler 2 stellen dann Ausgangswandler dar, wobei die Ausgänge der Ausgangswandler zusammengeschaltet sind. So können bei der Äusführungsform nach Abb. 1 der Wandler 2 der Gabelzinke c der Eingangswandlerj die Wandler 2 der Gabelzinke α und b die Äusgangswandler sein. Auch ist es möglich, den Wandler 2 der Gabelzinke b als Eingangswandler, die Wandler 2 der Gabelzinken α und c als Ausgangswandler zu verwenden. In beiden Fällen weist dann das Filter 2 aus jeweils zwei Zinken bestehende Schwingereinheiten; auf$ deren Resonanzfrequenz geringfügig voneinander abweicht und deren Ausgangssignale, da Sich die Ausgangswandler aneinander entgegengesetzten Zinkenseiten befinden, um π verschoben sind.

Die Abb. 2 und 3 zeigen perspektivische Ansichten (A) bzw- Seitenansichten (B) weiterer Ausführungsformen der Erfindung, bei denen an einer oder an allen Gabelzinken jeweils zwei Wandler 2 angebracht sind, um so die Möglichkeiten mehrerer Schaltkombinationen zu erhalten.

A b b. 4 zeigt ebenfalls perspektivisch und in Seitenansieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher aus der Gäbelwufzel 1 vier Gabelzinken a, b, c und d herausragen. An einer Seite jeder Gabelzinke ist wiederum" ein Wandler 2 angebracht Dienen die Wandler 2 der Zinken α üafl b als Eingangswandler, die Wandler 2 der Zinken c und d als Ausgangswandler, dann ergeben sich vier zweizinkige Schwingefeinheiten, nämlich ac, ab, bc und bd.

Das erfindungsgemäße Filter ist insbesondere' für die Anwendung bei niedrigen Frequenzen bestimmt und kann derart in eine Schaltung eingesetzt werden, Wie in A b B. 5 dargestellt ist. Dabei gibt ein Schwingungsgenerator S über einen Widerstand R₁ ein Eingangssignal auf den Eingangswandler 2 der einen Gabelzinke (in der Zeichnung die linke Gabelzinke), während die Ausgänge der beiden anderen Wandler 2, also der Ausgangswandler (in der Zeichnung mittlere Zinke und rechte Zinke), zusammengeschaltet sind und über einen Ausgangswiderstand R₂ ein kombiniertes Aüsgangssigftal äbgefrea. In Abbiö ist der Frequenz- und Phasengang des gemäß A b b. 5 geschalteten Filters dargestellt. Die Kennlinie" des Phäsenganges zeigt die erwähnte Phasenverschiebung der beiden Einzel-ÄUsgäfigssighäle üift de« Wert n_f was eine schaltungsmäßig© Austauschbarkeit Von Signalgeber und Filter efifiöglicht; und die Kennlinie des Frequenzganges die ausgezeichneten Filtefeigenschäften dieses Bandfilters.

Um das Stiniingabelfilter gegen äußere Einwirkungen zu schützen, ist es" vorteilhaft, eine elastische Lagerung vorzusehen; Abb. 7 zeigt, Wie dies in der Praxis erfolgen kamt; Dabei ist das im ganzen mit 5 bezeichnete' Filter mit seinem Fortsatz 4 in einer Öffnung eines elastischen Isolierkörpers 6 befestigt Der Isolierkörper kann beispielsweise äüs Silikongummi bestehen. Der elastische Körper 6 ist seinerseits in einen becherförmigen Sockel 7 eingesetzt, der beispielsweise aus Venolharz besteht. Vom Boden des Sockels 1 stehe« Änschlußstifte $ ab, die durch den elastischen Körper 6 hindurch mit den Anschlußdrähten 3 der Wandler 2 in Verbindung stehen und dazu dienen, das Eingangssignal zuzuführen und das Ausgangssignal abzuleiten. Eine Schutzkappe S deckt das Filter ab und ist mittete Schrauben 10 am Sockel 7 befestigt. Das Stirrfnigabelfilter kann Somit ähnlich wie eine Elektronenröhre' in übliche Sehälteinrichttineingesetzt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromeehanisches Stirfimgäbelfiltef mit zumindest zwei dicht beieinanderliegenden Resonanzfrequenzen der einzelnen Zinken, bestehend aus einer Gabelwürzel, zumindest drei alsSchwingerplatten ausgebildeten Gabelzinken und elektromechanischen Wandlern, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gabelzinken («, b, c) kammartig unmittelbar aus der Gabelwurzel (1) einseitig herausragen, jede Gabelzinke (ά, b, c) mit mindestens einem Wandler (2) in Form eines in der Zinkenwurzel angebrachten elektröstriktiven oder piezoelektrischen Belages versehen ist, daß ei« Eingangswändler und zumindest zwei an verschiedenen Zinken angebrachte Ausgangswandler vorgesehen sind und daß die Anschlüsse (3) sämtlicher Ausgangswandler miteinander verbunden sind.

2. Filter nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß die Aüsgängswandler an entgegengesetzten Seiten der Gabelzinken angeordnet sind;

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabelwurzel (1) mit einem an sich bekannten Fortsatz (4) versehen ist, der in einer Öffnung eines elastischen Isolierkörpers (6) befestigt ist, der seinerseits in das hohle Innere eines becherförmigen Sockels (7) eingesetzt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 892 344; britische Patentschriften Nr. 815 579, 865 093; »Proceedings of The Institution of Electrical Engineers« (»Proc. IEE«), Vol. 108, Part C, S. 35 bis 49 (1961).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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