DE1541958C

DE1541958C - Mechanical filter for electrical vibrations

Info

Publication number: DE1541958C
Authority: DE
Inventors: Shoji; Yoshizaki Keiichi; Tokio Okawa
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Publication date: 1972-09-21

Description

Wird im Fall der Längsschwingungen D_R zu groß gewählt, tritt Resonanz in radialer Richtung bei einer Frequenz nahe 100 kHz auf, was zu unerwünschten Störschwingungen führt. Daher sollte D_R vorzugsweise wenigstens kleiner als ein Drittel der Länge von 2,4 cm sein. Deshalb wird, wenn D_R = 8 mm, D_c = 0,286 mm. Dieses Maß ist so gering, daß die Fertigung derartiger mechanischer Filter erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Zumindest treten seitliche Biegeschwingungen im Koppelelement auf, die Störschwingungen hervorrufen. Im Fall der Torsionsschwingungen wird D_c = 0,76 mm wenn D_R = 10 mm und D_c = 1 mm bei D_R — 13,2 mm. Die Abmessungen können hiernach beliebig gewählt werden. Es ist jedoch schwierig, ein Filter mit einer kleinen spezifischen Bandbreite zu bauen. Andererseits gilt für die Verbindungselemente die BeziehungIf too large is selected in the case of the longitudinal vibrations D _R , resonance occurs in the radial direction at a frequency close to 100 kHz, which leads to undesired parasitic vibrations. Therefore, D _{R should} preferably be at least less than a third of the length of 2.4 cm. Therefore, when D _R = 8 mm, D _c = 0.286 mm. This level is so small that the manufacture of such mechanical filters causes considerable difficulties. At least lateral flexural vibrations occur in the coupling element, which cause parasitic vibrations. In the case of torsional vibrations, D _c = 0.76 mm when D _R = 10 mm and D _c = 1 mm when D _R - 13.2 mm. The dimensions can then be selected as desired. However, it is difficult to build a filter with a small specific bandwidth. On the other hand, the relationship applies to the connecting elements

Bei Verwendung der Fe-Ni-Cr-Legierung für das Koppelelement ergibt sichUsing the Fe-Ni-Cr alloy for the coupling element results

Dr- = Dr- =

1,841.84

Die Erfindung richtet sich auf ein mechanisches Filter für elektrische Schwingungen mit elektromechanischen Wandlern und untereinander gekoppelten Resonatoren.The invention is directed to a mechanical filter for electrical vibrations with electromechanical Transducers and resonators coupled to one another.

Bei solchen mechanischen Filtern für Längs- und Torsionsschwingungen, das mit halsartigen Einschnürungen versehen ist und ein sogenanntes »Neck«- Filter bildet, kommt der Durchlaß-Bandbreite eine besondere Bedeutung zu. Den angestrebten sehr geringen Durchlaß-Bandbreiten steht der notwendige Durchmesser der Koppelelemente hindernd im Wege. Ist bei der Entwicklung eines mechanischen Filters geringer Bandbreite, bei dem. die mittlere Trägerfrequenz 100 kHz und die Bandbreite 100 Hz beträgt, d. h. die spezifische Bandbreite B = 1/1000 ist, für Resonator und Koppelelement eine Fe-Ni-Cr-Legierung verwendet'worden, so ergibt sich im Hinblick auf die Ausbreitungsgeschwindigkeiten C_L bzw. C_T für die Längs- bzw. TorsionsschwingungenIn the case of such mechanical filters for longitudinal and torsional vibrations, which are provided with neck-like constrictions and form a so-called "neck" filter, the transmission bandwidth is of particular importance. The required diameter of the coupling elements stands in the way of the very narrow transmission bandwidths sought. Is useful in developing a low bandwidth mechanical filter where. the average carrier frequency of 100 kHz and the bandwidth is 100 Hz, ie, the specific bandwidth is B = 1/1000, for the resonator and the coupling element is a Fe-Ni-Cr alloy verwendet'worden, it is clear in view of the propagation velocities of C _L or . C _T for the longitudinal or torsional vibrations

C_L = 4800m/sec ' C _L = 4800m / sec '

und -and -

C_T = 2960m/sec.
Daraus folgt die Länge des Resonators zu C _T = 2960m / sec.
The length of the resonator follows from this

l_RL = 2,40 cm im Fall von Längsschwingungen und l_RT = 1,48 cm im Fall von in Torsionsschwingungen umgesetzten Längsschwingungen. l _RL = 2.40 cm in the case of longitudinal vibrations and l _RT = 1.48 cm in the case of longitudinal vibrations converted into torsional vibrations.

Da die spezifische Bandbreite B = 1/1000 ist, wird im Fall der LängsschwingungenSince the specific bandwidth B = 1/1000, in the case of longitudinal vibrations

Ist D_c = 1 mm, wird D^l _c = 0,544 mm. Ist D_c = 0,76 mm, wird D¹C = 0,41 mm. Da im Koppelelement Längsschwingungen übertragen' werden, muß seine Länge l_c = 12 mm sein. Es werden mithin seitliche Biegeschwingungen auftreten, die zu Störungen führen. Aufgabe der Erfindung ist es, angesichts dieser vorgegebenen Schwierigkeiten ein mechanisches Filter von sehr geringer Bandbreite zu schaffen, das aber auch zugleich als Filter von großer Bandbreite Verwendung finden kann.If D _c = 1 mm, then D ^l _c = 0.544 mm. If D _c = 0.76 mm, then D ¹ C = 0.41 mm. Since longitudinal vibrations are transmitted in the coupling element, its length must be l _c = 12 mm. There will therefore be lateral flexural vibrations that lead to disruptions. It is the object of the invention, in view of these given difficulties, to create a mechanical filter with a very small bandwidth, but which at the same time can also be used as a filter with a large bandwidth.

■ Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß bei einem mechanischen Filter für elektrische Schwingungen mit elektronischen Wandlern und untereinander gekoppelten Resonatoren die Verbindungselemente zwischen den einzelnen Resonatoren sowie zwischen diesen und den elektromechanischen Wandlern aus einem vorstehenden Teil am Außenumfang des Endes eines Resonators und einem vorr stehenden Teil am Innenkern des Endes eines angrenzenden Resonators bzw. elektromechanischen Wandlers sowie einem Koppelelement bestehen, das zwischen den beiden vorstehenden Teilen angeordnet ist und lediglich Biegeschwingungen ausführt. .■ To solve this problem, the invention provides that with a mechanical filter for electrical vibrations with electronic converters and Coupled resonators are the connecting elements between the individual resonators as well as between these and the electromechanical transducers from a protruding part on the outer circumference of the end of a resonator and a protruding part on the inner core of the end of an adjacent one Resonator or electromechanical transducer and a coupling element exist between the two protruding parts is arranged and only executes bending vibrations. .

Durch diese Maßnahme können die Resonatoren in Längsrichtung frei schwingen, während sie zugleich in dem Koppelelement Biegeschwingungen hervorrufen. Infolgedessen sind die unerwünschten Störschwingungen nicht zu befürchten.This measure allows the resonators to vibrate freely in the longitudinal direction, while at the same time cause bending vibrations in the coupling element. As a result, the unwanted spurious oscillations not to fear.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Koppelelement aus mindestens einem Draht. Dieser kann beispielsweise durch Löten oder mittels eines •Bindemittels der Araldit-Reihe an den zu koppelnden Elementen befestigt sein. Ein solcher Draht eignet sich besonders zur Aufnahme von Biegeschwingungen. Diese Ausführungsform kann auch dahingehend abgewandelt werden, daß mehrere Drähte als Koppel-In a further embodiment of the invention, the coupling element consists of at least one wire. This can for example by soldering or by means of a • binding agent of the Araldit series to the to be coupled Elements to be attached. Such a wire is particularly suitable for absorbing bending vibrations. This embodiment can also be modified in such a way that several wires are used as coupling

element Verwendung finden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Koppelelement auch aus einer Ringscheibe bestehen, die an ihrem äußeren und inneren Umfang an den zu koppelnden Teilen befestigt ist. Schließlich besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, daß das Koppelelement aus einer mit einer Mehrzahl von durchgehenden Löchern versehenen ringförmigen Scheibe besteht. Diese eignen sich für besonders geringe spezifische Bandbreiten des Filters, und die Bohrungen können rund, rechteckig sein oder eine andere Form aufweisen, wodurch die jeweilige Biegefestigkeit des Koppelelements verändert werden kann.element can be used. According to a further feature of the invention, the coupling element also consist of an annular disk, which is to be coupled on its outer and inner circumference Parts is attached. Finally, a further embodiment of the invention consists in that the coupling element from an annular disc provided with a plurality of through holes consists. These are suitable for particularly narrow specific bandwidths of the filter and the bores can be round, rectangular or some other shape, whereby the respective flexural strength of the Coupling element can be changed.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, ausgehend von bekannten Verbindungselementen, sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigt jeweils schematischFurther details emerge from the following description of some preferred embodiments of the invention, based on known connecting elements, and with reference to the drawing. Here each shows schematically

F i g. 1 eine Ansicht eines bekannten, Längsschwingungen ausführenden mechanischen (sogenannten »Neck«-)Filters,F i g. 1 is a view of a known mechanical (so-called "Neck" -) Filters,

F i g. 2 eine Ansicht eines anderen bekannten mechanischen Filters für Torsionsschwingungen,F i g. 2 is a view of another known mechanical filter for torsional vibrations;

Fig. 3 eine Seitenansicht zu Fig. 2,FIG. 3 is a side view of FIG. 2,

F i g. 4 die Erklärung der Arbeitsweise der mechanischen Filter nach Fig. 1 und 2 am Beispiel eines Starkstromkabels,F i g. 4 the explanation of the operation of the mechanical filter according to FIGS. 1 and 2 using the example of one Power cables,

Fig. 5 eine Ansicht eines mechanischen Filters gemäß der Erfindung,Fig. 5 is a view of a mechanical filter according to the invention,

F i g. 6 ein elektrisches Äquivalenz-Schaltbild zum Filter nach F i g. 5,F i g. 6 shows an electrical equivalent circuit diagram for the filter according to FIG. 5,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch eine Verbindungsstellung des Filters nach der Erfindung,F i g. 7 shows a longitudinal section through a connection position of the filter according to the invention,

F i g. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 7,F i g. 8 shows a section along line VIII-VIII in FIG. 7,

F i g. 9 einen Schnitt durch ein drahtförmiges Koppelelement von rundem undF i g. 9 shows a section through a wire-shaped coupling element of round and

Fig. 10 von rechteckigem Querschnitt,10 of rectangular cross-section,

Fig. 11 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung,11 shows a section through another embodiment the invention,

Fig. 12 einen Schnitt nach Linie XII-XII in Fig. 11,FIG. 12 shows a section along line XII-XII in FIG. 11,

Fig. 13 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,13 shows a section through a further embodiment the invention,

Fig. 14 eine Vorderansicht nach Linie XIV-XIV in Fig. 13,14 shows a front view along line XIV-XIV in FIG. 13,

Fig. 15 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Filters nach der Erfindung, 15 is a view of a further embodiment of the filter according to the invention,

Fig. 16 ein Detail des Filters nach Fig. 15,FIG. 16 shows a detail of the filter according to FIG. 15,

Fig. 17 eine Verbindungsstelle des Filters nach Fig. 15,FIG. 17 shows a connection point of the filter according to FIG. 15,

Fig. 18 eine Ansicht eines anderen Koppelelements und18 shows a view of another coupling element and

Fig. 19 eine Ansicht eines weiteren Koppelelements. 19 shows a view of a further coupling element.

In F i g. 1 und 2 sind Ausführungsformen von bekannten mechanischen, sogenannten »Neck«-Filtern für Längs- und Torsionsschwingungen dargestellt,In Fig. 1 and 2 are embodiments of known ones mechanical, so-called "neck" filters for longitudinal and torsional vibrations are shown,

und zwar bezeichnet 1 einen -=- -Resonator und 3namely, 1 denotes a - = - resonator and 3

einen elektromechanischen Wandler, und zwar einen sogenannten »Laungevin«-Wandler, der piezoelektrischen Werkstoff, beispielsweise ein Blättchen 4 aus Piezo-Keramik, aufweist.an electromechanical transducer, namely a so-called "Laungevin" transducer, the piezoelectric one Material, for example a sheet 4 made of piezo-ceramic, has.

Bei diesem Ausführungsbeispiel pflanzen sich Längsschwingungen in Pfeilrichtung fort. Bei dem in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel rufen durch die Pfeile χ angedeutete Längsschwingungen über die Koppelelemente 5 Torsionsschwingungen in Richtung der Pfeile y in den Resonatoren 1 hervor. Zur Feststellung der Kennwerte derartiger mechanischer Filter wird ein Abschnitt des Filters als durch die Verbindung solcher Starkstromkabel verschiedenen Wellenwiderstandes Z₁ und Z₂ dargestellt betrachtet, wie es in F i g. 4 gezeigt ist.In this embodiment, longitudinal vibrations propagate in the direction of the arrow. In the case of the FIG. The embodiment illustrated in FIGS. 2 and 3 causes longitudinal vibrations indicated by the arrows χ via the coupling elements 5 to produce torsional vibrations in the direction of the arrows y in the resonators 1. To determine the characteristic values of such mechanical filters, a section of the filter is considered to be represented by the connection of such power cables with different characteristic impedances Z ₁ and Z ₂ , as shown in FIG. 4 is shown.

Wenn in F i g. 4 die entsprechenden Lagewinkel folgende sind:If in Fig. 4 the corresponding angles are as follows:

77th

wobei ω Frequenz eines Schwingungswinkels, C_R und Cc Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Schwingungen im Resonator bzw. Koppelelement, 2 /_R und l_c Längen im Resonator bzw. Koppelelement und Z₁ und Z₂ Wellenwiderstände im Falle von Schwingungen im Resonator bzw. Koppelelement, dann ergibt sich der stoßfreie Abschlußwiderstand Z_r dieses Kreises auswhere ω is the frequency of an oscillation angle, C _R and Cc propagation speeds of the oscillations in the resonator or coupling element, 2 / _R and l _c lengths in the resonator or coupling element and Z ₁ and Z _{2 are characteristic} impedances in the case of oscillations in the resonator or coupling element the bumpless terminating resistor Z _{r of} this circuit is derived

Zi = Zi =

Z₁ No. ₁

tan² 0_R - 2 tan &_R cot <9_C - Φ² tan ² 0 _R - 2 tan & _R cot <9 _C - Φ ²

Da Z_r reell sein muß, läßt sich die Durchlaß-Bandbreite bestimmen. Ist beispielsweiseSince Z _r must be real, the pass bandwidth can be determined. Is for example

so ergibt sich die spezifische Durchlaß-Bandbreite B zuthis results in the specific pass bandwidth B to

B = — Φ (1 - Φ). B = - Φ (1 - Φ).

Ist Φ < 1, so folgt B « — Φ.If Φ < 1, then B «- Φ follows.

Sind die Schwingungen Längsschwingungen, wie in Fig. 1, so erhält man für die Wellen widerstände Z₁ _L bzw. Z₂ _L If the vibrations are longitudinal vibrations, as in FIG. 1, then one obtains resistances Z ₁ _L and Z ₂ _{L for the waves}

^ZiL = Qr ^Z iL = Qr

-RL-RL

undand

— Qr ' - Qr '

Handelt es sich, wie in F i g. 2, um Torsionsschwingungen, so folgtIf it is, as in FIG. 2, to torsional vibrations, it follows

undand

— Qr - Qr

— Qc- Qc

wobei q_r, g_c die Dichten der Werkstoffe von Resonator bzw. Koppelelement sind, und mit C_RL und C_CL die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Längsschwingungen im Resonator bzw. Koppelelement, mit C_RT und C_CT die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Torsionsschwingungen im Resonator bzw. Koppelelement, sowie mit D_R und D_c die Durchmesser von Resonatorwhere q _r , g _{c are} the densities of the materials of the resonator or coupling element, and with C _RL and C _CL the propagation speeds of the longitudinal vibrations in the resonator or coupling element, with C _RT and C _CT the propagation speeds of the torsional vibrations in the resonator or coupling element, as well as with D _R and D _c the diameter of the resonator

bzw. Koppelelement bezeichnet sind. Daher ist die entsprechende spezifische Bandbreiteor coupling element are designated. Hence the corresponding specific bandwidth

bei einem mechanischen, längsschwingenden Filter und B ± X for a mechanical, longitudinally oscillating filter and B ± X

bei einem Torsionsschwingungen ausführenden mechanischen Filter.a mechanical filter that performs torsional vibrations.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform eines mechanischen Filters gemäß der Erfindung mit Koppelelementen 6, bei denen die Biegeschwingungen vonF i g. 5 shows an embodiment of a mechanical filter according to the invention with coupling elements 6, where the bending vibrations of

Drähten ausgenützt werden. Neben zwei -y -Resonatoren 1 ist je ein elektromechanischer Wandler 3, und zwar ein sogenannter »Laungevin«-Wandler angeordnet, der einen piezoelektrischen Werkstoff, beispielsweise eine piezokeramische Platte 4 enthält. Das drahtförmige Koppelelement 6 nimmt die Biegeschwingungen auf. Er ist durch den am Ende des Außenumfangs vorstehenden Teil 13 des Resonators 1 und den am Ende angeordneten und als Innenkern vorstehenden Teil 14 des Wandlers 3 (bzw. eines Resonators 1) geschoben und bei 11 und 12 beispielsweise durch Löten oder mit Hilfe eines Bindemittels der Araldit-Reihe befestigt. Das Koppelelement 6 wird somit von einem Draht der Länge L_c, der an beiden Enden befestigt ist, gebildet.Wires are exploited. In addition to two -y resonators 1, an electromechanical transducer 3, specifically a so-called “Laungevin” transducer, which contains a piezoelectric material, for example a piezoceramic plate 4, is arranged. The wire-shaped coupling element 6 absorbs the bending vibrations. It is pushed through the part 13 of the resonator 1 protruding at the end of the outer circumference and the part 14 of the transducer 3 (or a resonator 1) arranged at the end and protruding as the inner core and at 11 and 12, for example, by soldering or with the aid of a binding agent Araldite row attached. The coupling element 6 is thus formed by a wire of length L _c which is attached at both ends.

Wenn sich jetzt in F i g. 5 Längsschwingungen in den Pfeilrichtungen χ zum Wandler 3 ausbreiten, werden in den in F i g. 7 dargestellten Teilen des Koppelelements 6 Biegeschwingungen erzeugt, unter denen die Teile 13 des Resonators 1 und 14 oder des Übertragers 3 (bzw. eines Resonators 1) in der Pfeilrichtung χ schwingen. In F i g. 7 ist, für den Fall, daß die Teile 13 und 14 vollkommen festgelegt sind, falls die niedrigste Resonanzfrequenz, bei der nur das Kopplungselement 6 Biegeschwingungen ausführt, wesentlich höher als die mittlere Frequenz des mechanischen, in F i g. 5 dargestellten Filters ist, die Rolle des Koppelelements 6 in einer Anordnung nach Fig. 5 im wesentlichen nur ein Effekt der Biegefestigkeit. Daher läßt sich der dem in Fig. 5 gezeigten mechanischen Filter äquivalente elektrische Kreis durch die Schaltung in F i g. 6 darstellen, in der bedeutet S₁ und Wi₁ äquivalente Biegefestigkeit bzw. Masse des Resonators 1, S₃ und m₃ die äquivalente Biegefestigkeit bzw. Masse des elektromechanischen Wandlers 3, S₆ die äquivalente Biegefestigkeit des Koppelelements 6, A den Leistungsfaktor des elektromechanischen Wandlers 3 und C_d die elektrische Dämpfungskapazität des elektromechanischen Wandlers 3.If now in FIG. 5 propagate longitudinal vibrations in the directions of the arrows χ to the transducer 3, are in the in F i g. 7 illustrated parts of the coupling element 6 generated bending vibrations, under which the parts 13 of the resonator 1 and 14 or of the transformer 3 (or a resonator 1) vibrate in the direction of the arrow χ. In Fig. 7 is, in the event that the parts 13 and 14 are completely fixed, if the lowest resonance frequency, at which only the coupling element 6 executes bending vibrations, is significantly higher than the mean frequency of the mechanical, in FIG. 5, the role of the coupling element 6 in an arrangement according to FIG. 5 is essentially only an effect of the flexural strength. Therefore, the electrical circuit equivalent to the mechanical filter shown in FIG. 5 can be made by the circuit in FIG. 6, in which S ₁ and Wi ₁ mean the equivalent flexural strength or mass of the resonator 1, S ₃ and m ₃ the equivalent flexural strength or mass of the electromechanical transducer 3, S ₆ the equivalent flexural strength of the coupling element 6, A the power factor of the electromechanical Converter 3 and C _d the electrical damping capacity of the electromechanical converter 3.

Die spezifische Bandbreite B¹ des in F i g. 6 dargestellten Filters ist bekanntlich, da B¹ <: 1 ist, durch die folgende Formel gegeben:The specific bandwidth B ^{1 of} the in F i g. 6 is known, since B ¹ <: 1, given by the following formula:

=2= 2

Aus dieser Beziehung ergibt sich mit der Verschiebung ω des Teils 14 bei feststehendem Teil 13 und Einwirkung einer äußeren Kraft P auf 14 in F i g. 7,From this relationship, with the displacement ω of the part 14 with a stationary part 13 and the action of an external force P on 14 in FIG. 7,

daß S₆ pro Koppelelement durch die folgende Formel dargestellt werden kann:that S ₆ per coupling element can be represented by the following formula:

c (D _ ■* _
Oft — —c (D _ ■ * _
Often - -

24 E-1 24 E- 1

wobei E der Elastizitätsmodul des Materials des Koppelelements 6 ist und /. das Flächenträgheitsmoment des Koppelelements 6, für das bei rundem Querschnitt mit einem Durchmesserd_c (s. Fig. 9) gilt:where E is the modulus of elasticity of the material of the coupling element 6 and /. is the geometrical moment of inertia of the coupling element 6, for which the following applies for a round cross-section with a diameter d _c (see Fig. 9):

und bei rechteckigem Querschnitt (s. Fig. 10) bei einer Breite e und einer Dicke /and with a rectangular cross-section (see Fig. 10) with a width e and a thickness /

j —j -

12 '12 '

Daraus folgt bei rundem Querschnitt des Koppelelements 6 (s. Fi g. 9):With a round cross section of the coupling element 6 (see Fig. 9) it follows:

Im Falle zweier Koppelelemente 6 (zwei obere und untere wie in Fig. 7) giltIn the case of two coupling elements 6 (two upper and lower ones as in FIG. 7) the following applies

co _ 3π£«£co _ 3π £ «£

Wird ein Filter geringer Bandbreite mit einer mittleren Frequenz von 100 kHz und B¹ = 1/1000 in bezug auf das oben gesagte untersucht, so ergibt sich, falls die erwähnte Fe-Ni-Cr-Legierung als Material für Resonator und Koppelelement verwendet wird, wenn für die effektive Länge des Resonators 1 gilt 2 l_R = 24 mm, sowie D_R = 8 mm und Q_R = 8,05 g/cm³ ist:If a filter with a narrow bandwidth with an average frequency of 100 kHz and B ¹ = 1/1000 is examined in relation to the above, the result is, if the aforementioned Fe-Ni-Cr alloy is used as the material for the resonator and coupling element, if the effective length of the resonator 1 is 2 l _R = 24 mm, as well as D _R = 8 mm and Q _R = 8.05 g / cm ³ :

^mi ⁼ \ T ^Dr'^{2 1r Qr} ^{= 4}'^{85 8} ^mi ⁼ \ T ^Dr ' ^{2 1r Qr} ^{= 4} ' ^{85 8}

undand

S₁ =S ₁ =

= 1,91 x 10¹² dyn/cm,= 1.91 x 10 ¹² dynes / cm,

wobei in diesem Fall W₀ eine mittlere Kreisfrequenz mit dem Wert 2 π χ ΙΟ⁵ ist.
Daraus folgt:in this case W _{0 is} a mean angular frequency with the value 2 π χ ΙΟ ⁵ .
It follows:

= 9,25 x 10⁸ dyn/cm = 9.25 x 10 ⁸ dynes / cm

Wenn bei der Ausführungsf
L_c = 2,2 mm und E = 1,9 x 10If in the execution
L _c = 2.2 mm and E = 1.9 x 10

nn bei der Ausführungsform nac
2,2 mm und E = 1,9 x 10¹² dyn/cm² nn in the embodiment nac
2.2 mm and E = 1.9 x 10 ¹² dynes / cm ²

d 038 d 038

form nach F i g. 7 ist, gilt:form according to FIG. 7, the following applies:

d_c = 0,384 mm. d _c = 0.384 mm.

Da solche Längsschwingungen in Längsrichtung wie in F i g. 1 nicht verwendet werden, jedoch Biegeschwingungen eines Drahtes mit einer Spannweite von 2,2 mm, der an beiden Enden festgelegt ist, zur Anwendung gelangen sollen, kann für den Fall, daß die Teile 13 und 14 in F i g. 7 vollkommen festgelegt sind, die niedrigste Resonanzfrequenz nur des Teils des Koppelelements 6 zu etwa 68OkHz berechnet werden, so daß das Auftreten einer unerwünschten Störung nicht zu befürchten ist.Since such longitudinal vibrations in the longitudinal direction as in FIG. 1 cannot be used, but flexural vibrations a wire with a span of 2.2 mm, which is fixed at both ends, for Should apply, can in the event that the parts 13 and 14 in F i g. 7 fully established are, the lowest resonance frequency of only the part of the coupling element 6 is calculated to be about 680 kHz so that the occurrence of an undesirable disturbance is not to be feared.

Die Fig. 11 und 12 geben eine Anordnung mit vier Koppelelementen 6 in der gleichen Schnittebene und die Fig. 13 und 14 in den verschiedenen Schnittebenen XIV-XIV und XV-XV wieder. Bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele steht nicht der ganze Umfangrand des Endes des Resonators 1 vor, sondern nur ein notwendiger Teil desselben.Figs. 11 and 12 show an arrangement of four Coupling elements 6 in the same sectional plane and FIGS. 13 and 14 in the different sectional planes XIV-XIV and XV-XV again. In each of the illustrated embodiments is not the entire peripheral edge of the end of the resonator 1 in front, but only a necessary part of the same.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 15 ist die Erfindung dadurch verwirklicht, daß Koppelelemente 6 in Form von Ringscheiben verwendet werden. Diese Ringscheibe ist an den Teilen 15 und 16 fest mit dem Resonator 1 bzw. Wandler 3 verbunden ist, beispielsweise durch Löten oder durch ein Bindemittel der Araldit-Reihe.In the embodiment according to FIG. 15 is the invention realized in that coupling elements 6 are used in the form of annular disks. This The ring disk is firmly connected to the parts 15 and 16 with the resonator 1 or converter 3, for example by soldering or by using a binder from the Araldit range.

Wie in F i g. 16 gezeigt, ist das Koppelelement an zwei Umfangen mit dem äußeren Radius α und dem inneren Radius b befestigt. Treten Längsschwingungen in den durch die Pfeile χ in Fig. 15 angedeuteten Richtungen im Wandler 3 auf, breiten sie sich in, Richtung der Pfeile χ auch im Resonator 1 aus, und in bezug auf das Koppelelement 6 werden Biegeschwingungen hervorgerufen werden, bei denen der innere und äußere Umfang des Koppelelements 6, die an dem inneren und äußeren Umfang befestigt sind, frei in Pfeilrichtung χ schwingen können. Sind der innere und äußere Umfang vollkommen fest und liegt d niedrigste Resonanzfrequenz, bei der nur das Koppe element 6 Biegeschwingungen ausführt, wesentlic höher als die mittlere Frequenz des in Fig. 16 da gestellten mechanischen Filters, wird die von dei Koppelelement 6 mit einer Ausbildung wie in F i g. 1 übernommene Rolle im wesentlichen auf einem Effel· der Biegesteifheit beruhen. Daher wird der elektrisc äquivalente Kreis zum mechanischen Filter nac Fig. 16 der gleiche sein, der in Fig. 6 dargestel ist. Es wurde bereits erklärt, daß in Fig. 6 giAs in Fig. 16, the coupling element is attached to two circumferences with the outer radius α and the inner radius b . Tread longitudinal vibrations in the by the arrows 15 directions indicated in the converter 3 χ in Fig. On, they spread out in the direction of the arrows χ also in the resonator 1, and bending vibrations are caused in relation to the coupling element 6, in which the inner and outer peripheries of the coupling member 6, which are fixed to the inner and outer peripheries, can freely swing in the direction of arrow χ. If the inner and outer circumference are completely fixed and the lowest resonance frequency at which only the coupling element 6 executes bending vibrations is significantly higher than the mean frequency of the mechanical filter shown in FIG in Fig. 1 are essentially based on an effel · of the flexural rigidity. Therefore, the electrical equivalent circuit to the mechanical filter of FIG. 16 will be the same as that shown in FIG. It has already been explained that in Fig. 6 gi

B¹ = 2-^r. Aus der Beziehung zwischen der Ve: B ¹ = 2- ^ r. From the relationship between the Ve:

Schiebung von Teil 14 bei festgehaltenem Teil 1 und bei Einwirkung einer äußeren Kraft P auf d; Teil 14in Fig. 16 läßt sich S₆ nach folgender Form berechnen:Movement of part 14 with part 1 held and with the action of an external force P on d; Part 14 in Fig. 16, S ₆ can be calculated in the following form:

wobei E der Elastizitätsmodul des Koppelelements h die Dicke des Koppelelements 6 und K eine sich ai dem Verhältnis a/b nach der folgenden Tabelle e gebende Konstante ist.where E is the modulus of elasticity of the coupling element, h is the thickness of the coupling element 6, and K is a constant given by the ratio a / b according to the following table e.

a/b Kaway K

1,25
0,001291.25
0.00129

1,5 0,00641.5 0.0064

2 0,0237 3
0,0622 0.0237 3
0.062

4
0,0924th
0.092

5 0,1145 0.114

Wenn ein Filter geringer Bandbreite mit einer mittleren Frequenz von 100 kHz und B¹ — 1/1000 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel betrachtet wird, so gilt, falls die erwähnte Fe-Ni-Cr-Legierung als Material für Resonator und Koppelelement verwendet und die effektive Länge des Resonators 1 mit 2 l_R = 24 mm, D_R = 8 mm und q_r = 8,05 g/ cm³ angenommen wird:If a filter with a narrow bandwidth with an average frequency of 100 kHz and B ¹ - 1/1000 according to the embodiment described above is considered, then if the aforementioned Fe-Ni-Cr alloy is used as the material for the resonator and coupling element and the effective Length of the resonator 1 with 2 l _R = 24 mm, D _R = 8 mm and q _r = 8.05 g / cm ^{3 is} assumed:

™i = ^ -τ- Dl 2 l_R Q_R = 4,85 g . S₁ = Tn₁ ω² = 1,91 x 10¹² dyn/cm,™ i = ^ -τ- Dl 2 l _R Q _R = 4.85 g. S ₁ = Tn ₁ ω ² = 1.91 x 10 ¹² dyn / cm,

wobei in diesem Fall W₀ eine mittlere Kreisfrequenz mit dem Wert 2 π x 10⁵ ist.
Daraus folgt:in this case W _{0 is} a mean angular frequency with the value 2 π x 10 ⁵ .
It follows:

S₆ = -^-ß¹ = 9,25 x 10⁸ dyn/cm.S ₆ = - ^ - ß ¹ = 9.25 x 10 ⁸ dynes / cm.

Ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 a = 3,5 mm, b = 0,7 mm und a/b = 5, d. h. K = 0,114, so läßt sich die Dicke h des Koppelelements, wennIf in the embodiment according to FIG. 16 a = 3.5 mm, b = 0.7 mm and a / b = 5, ie K = 0.114, then the thickness h of the coupling element can be if

E = 1,9 x 10¹² dyn/cm² ist, berechnen zu E = 1.9 x 10 ¹² dynes / cm ² , calculate to

H = 0,171mm. H = 0.171mm.

Eine Platte solcher Dicke ist mit den heutigen Fertigungsmethoden leicht herzustellen. Zudem berechnet sich bei vollkommen festen Teilen 13 und 14 in Fig. 16 die niedrigste Resonanzfrequenz nur des Teils des Koppelelements 6 zu wenigstens mehr als 400 kHz, weshalb das Auftreten einer unerwünschte Störschwingung nicht zu befürchten ist.A plate of this thickness is easy to manufacture with today's manufacturing methods. Also calculated In the case of completely solid parts 13 and 14 in FIG. 16, the lowest resonance frequency is only the Part of the coupling element 6 to at least more than 400 kHz, which is why the occurrence of an undesirable Interfering oscillation is not to be feared.

In Fig. 17 ist ein Ausführungsbeispiel dargestel! bei dem das äußere Umfangsteil 13 und das inner Umfangsteil 14 einstückig ausgeführt sind, so daß sie besonders gute Bedingungen für die Festlegung de Scheibe am inneren und äußeren Umfang ergebei Zur Verbindung mit dem Resonator 1 oder Wandler kommt beispielsweise Löten oder Verkitten mit de Teilen 15 und 16 in Frage. Die kleine, an der Seit des Teils 13 in Fig. 17 angebrachte Bohrung 1 dient dazu, zu verhindern, daß ein unerwünschte Druck auf das Koppelelement 6 einwirkt, wenn Lu; in einen Hohlraum 18 zwischen dem Koppelelement und dem Resonator 1 sich auf Grund der Erhöhun oder der Erniedrigung der Umgebungstemperatu ausdehnt und zusammenzieht.In Fig. 17 an embodiment is shown! in which the outer peripheral part 13 and the inner peripheral part 14 are made in one piece so that they particularly good conditions for fixing de disk on the inner and outer circumference result For connection to the resonator 1 or converter, for example, soldering or cementing with de Parts 15 and 16 in question. The small hole 1 made on the side of part 13 in FIG serves to prevent undesired pressure acting on the coupling element 6 when Lu; in a cavity 18 between the coupling element and the resonator 1 due to the increase or the lowering of the ambient temperature expands and contracts.

Die Fig. 18 und 19 sind Draufsichten auf ander Ausführungsformen des ringscheibenförmigen Koppe, elements der Erfindung.18 and 19 are plan views of other embodiments of the annular disk-shaped head, elements of the invention.

In dem Fall, daß eine geringere spezifische Band breite als in den beschriebenen Ausführungsforme¹ erforderlich ist, können solche durchgehenden Boh rungen 19 runder, rechteckiger oder anderer Form, wi sie in den Fig. 18 und 19 dargestellt sind, angebrach werden, um dadurch die äquivalente Biegefestigke: des Koppelelements 6 zu verringern.In the event that a smaller specific band width than in the described embodiment ^{1 is} required, such through holes 19 round, rectangular or other shape, as they are shown in FIGS. 18 and 19, are made to thereby equivalent flexural strength: to reduce the coupling element 6.

Die obige Erklärung wurde hauptsächlich für deFall kleiner spezifischer Bandbreite vorgenommei Es ist jedoch die äquivalente Biegefestigkeit des Kop pelelements proportional der vierten Potenz di Durchmessers, beispielsweise für den Fall eines runde; weit vom Rechteck entfernten Querschnittes. S hängt ab von der Länge L_c und der Zahl der ElementThe above explanation was mainly made for the case of a small specific bandwidth. However, the equivalent flexural strength of the coupling element is proportional to the fourth power of the diameter, for example in the case of a round one; far from the rectangle. S depends on the length L _c and the number of elements

209 508/2:209 508/2:

proportional der dritten Potenz der Dicke für den 11 einer ringförmigen Scheibe oder ist, im Fall das hrungen irgendwelcher Form angebracht sind, abngig von dem Verhältnis a/b des äußeren Radius a m inneren Radius b und kann in einem beliebigproportional to the third power of the thickness for the 11 of an annular disc or, in the case that guides of any shape are attached, is dependent on the ratio a / b of the outer radius a m the inner radius b and can be in any

ίοίο

großen Bereich festgesetzt werden. Daher kann dieses Koppelelement gut für eine spezifische Bandbreite von ungefähr 1/1000 verwendet werden. In entsprechender Weise kann das Koppelelement ebenso für Torsionsschwingungen zur Anwendung gelangen.large area. This coupling element can therefore be used for a specific bandwidth of about 1/1000 can be used. In a corresponding manner, the coupling element can also be used for Torsional vibrations are used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Mechanical filter for electrical vibrations with electromechanical transducers and mutually coupled resonators, characterized in that the connecting elements between the individual resonators (1) and between them and the electromechanical Transducers (3) from a protruding part (13) on the outer circumference of the end of a Resonator and a protruding part (14) on the inner core of the end of an adjacent Resonator or electromechanical transducer and a coupling element (6) exist that is arranged between the two protruding parts and only performs bending vibrations.

2. Mechanical filter according to claim 1, characterized in that the coupling element (6) consists of at least one wire.

3. Mechanical filter according to claim 1, characterized in that the coupling element (6) consists of a washer.

4. Mechanical filter according to claim 1, characterized in that the coupling element (6) from an annular disc provided with a plurality of through holes (19) consists.

and in the case of torsional vibrations