DE1616403A1 - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

Dipl.-Ing.Heinz Ciaessen

Patentanwalt

7 Stuttgart-!,Postfach 3141

ISE/Reg.3847
A.Russen-9

STiVNDARD ELECTRIC CORPORATION,]» YORK

"Elektromeohanisches Filter"

Die Priorität der Anmeldung 11 301/67 vom 10.März 1967 in Großbritannien wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung "bezieht sich auf ein elektrome chanisches Filter, "bestehend aus einer Reihe zu Biege schwingung en erregbarer Zungen, die durch Koppelstege miteinander gekoppelt sind.

Solche elektromechanischen Filter, bei denen die Zungen und die Koppelstege aus einem blattförmigen elastischen Material durch Stanzen in einem Arbeitsgang gewonnen sind und bei denen durch je einen elektromechanischen Wandler die Anregung des Filters und die Abnahme des Ausgangssignales erfolgt, sind aus der brit.Patentschrift 918 127, die auf die deutschen Anmeldungen S 58 425 und S 62 564 VIIIc/21g zurückgeht, sowie aus der brit.Patentschrift 954 064, der die deutsche Anmeldung T 17 527 VIIIa/21g zugrundeliegt, bekannt. Der Koppelfaktor zwischen den einzelnen Zungen bestimmt mit die Bandbreite und Flankensteilheit des elektromechanischen Filters, so daß ein möglichst einfacher und genauer Abgleich der Kopplung zwischen den Zungen anzustreben ist, um ein solches elektromechanisches Filter mit vorgegebenem Übertragungsverhalten realisieren zu können.

21.2.1968

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Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, Lösungen für eine entsprechende Beeinflussung des Koppelfaktors, also für die Möglichkeit eines einfachen, möglichst nachträglichen Abgleichs der Kopplung zwischen den Zungen bei einem elektromechanischen !filter bestehend aus einer Reihe von zu Biegeschwingungen erregbaren Zungen, die durch Koppelstege miteinander gekoppelt sind, wobei die Zungen und die Koppelstege aus einem blattförmigen elastischen Material durch Stanzen in einem Arbeitsgang gewonnen sind und bei denen durch je einen elektromechanischen Wandler die Anregung des Filters und die Abnahme des Ausgangssignales erfolgt, anzugeben. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abgleich der Kopplung zwischen den Zungen durch nachträgliehe Querschnittsänderung der Koppelstege vorgenommen wird.

In weiterer !Fortbildung der Erfindung erfolgt die querschnittsveränderung der Koppelstege dadurch, daß in diesen Koppelstegen entweder löcher oder Schlitze vorgesehen werden, bzw. daß von diesen Koppelstegen Material abgetragen oder auf diese Koppelstege Material aufgebracht wird.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren eingehend beschrieben werden. Es zeigt dabei:

Fig.1 ein elektromechanisches Filter mit Biegesehwingem - in

räumlicher Darstellung.
Fig.2 Teile für eine Beschwerung der Zungen für ein Filter nach

Fig.1.
Fig.3 Eine Aufsicht eines Teiles des Filters nach Fig.1 mit

zusätzlichen Koppelstegen.
Fig.4 ein Schnitt durch ein in mehreren Ebenenen aufgebautes elektromechanisehes Filter nach Fig.1.

Fig.5 eine Alternativausführung eines Filters nach Fig.1. und 6

Fig.7 eine weitere Alternativausführung, und 8

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Fig.1 zeigt eine bildliche Barstellung eines elektromechanischen Filters mit drei beschwerten Biegesehwingern. Das zu Biegeschwin- gezxf^khlge Teil 1 wird beispielsweise durch Stanzen/enTnem dünnen Blatt aus elastischem Material hergestellt· Es wißt drei zungenförmige Biegeschwinger 2 auf, die von einem Steg 10 ausgehen, der als Koppelglied zwischen den Zungen 2 dient. Der Steg 10 ist zwischen TJ-förmigen Halterungen 6 eingespannt. Elektromechanisehe Wandler 7 und 11 z.B. aus piezoelektrischem, elektrostriktivem oder magnetostriktivem Material sind auf einer Seite des Steges 10 unmittelbar am Fußeiie der Zungen 2 angebracht und dienen zur Erregung der mechanischen Schwingungen bzw. zu ihrer Rückwandlung. Die Zungen 2 sind an ihrem freien Ende, also im Sehwingungsbauch^durch ein Teil 5 beschwert.

In Iig.2 ist dabei dargestellt, wie die Teile 5 an den Zungen 2 befestigt werden können. Hierzu ist am freien Ende der Zunge 2 ein Loch 8 vorgesehen, das entweder gleiches oder später hineingestanzt bzw, gebohrt wird. Die Teile 5 weisen einen Zapfen 9 auf, dessen Durchmesser so gewählt ist, daß der Zapfen 9 im Loch 8 nach Hineindrücken mit Preß sit ζ gehalten wird. In dem Steg 16 sind Löcher 3 und 4 zu beiden Seiten der Zungen 2 ebenfalls durch Stanzen oder Bohren angeordnet. Sie dienen zum Abgleich, der Kopplung zwischen den Zungen 2. Wenn die Löcher 3 und 4 etwa mittels,einer Reibahle erweitert werden, ändert sich die Kopplung zwischen den Zungen 2. Je größer die Löcher dabei werden, um so geringer wird die Kopplung zwischen den Züngeln, .

Die Teile 5 sind vorgesehen, um ein Arbeiten des Filters bei tiefen Frequenzen zu ermöglichen. Die Resonanzfrequenz des Filters kann verändert werden durch Aufbringen oder Abtragen von Material an den Teilen 5. Wenn Material abgetragen wird, steigt die Resonanzfrequenz an, wenn Material aufgebracht wird, wird die Resonanzfrequenz niedriger. In der Praxis wird man also die Masse der Teile 5 so wählen, daß die Resonanzfrequenz etwas unterhalb des gewünschten Wertes liegt, um durch Abi ragen von Material ein Einjustieren vornehmen zu können. Auch ohne die * Teile 5 schwingt das Filter bei einer entsprechend höherliegenden Resonanzfrequenz©

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Es sei vermerkt, daß die Kopplung zwischen den Zungen 2 von der Breite der Zungen selbst abhängt und sie durch Verändern des Durchmessers der Löcher 3 und 4 eingestellt werden kann. Dieser Abgleich braucht nun aber nicht unbedingt durch Löcher erfolgen, dieses kann ebenfalls durch Abiragen oder Aufbringen von Material bei den zwischen den Zungen liegenden Stegteilen erfolgen, oder es können anstatt von Löchern auch Schlitze vorgesehen werden.

Bei dem in Fig.i dargestellten elektromechanischen Filter sind drei Biegeschwinger 2 eingesetzt. Die Anzahl des Biegeschwinger bestimmt sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall und die dabei zu erfüllenden Anforderungen.

Die elektromechanischen Wandler 7 und 11 dienen zum Anregen der mechanischen Schwingungen in Filter und zu ihrer Bückwandlung in elektrische. Der Wandler 7 sei hierbei das Antriebsmittel, in dem ein angelegtes Wechselstromsignal in entsprechende mechanische Schwingungen mittels des Piezoeffektes bzw. durch Elektrostriktion oder Magnetostriktion umgewandelt wird, so daß das schwingungsfähige Teil 1 als ganzes und damit die drei Zungen 2 zu Biegeschwingungen angeregt wird. Mittels des Wandlers werden die mechanischen Schwingungen wieder mittels des BSegeeffekte^dureh Elektro- oder Magnetostriktion in ein Wechselstromsignal rückgewandelt, das das in gewünschter Weise gefilterte Ausgangssignal des elektromechanischen Filters bildet.

Die Kopplung zwischen den Zungen kann aber auch in den Schwingungsbäuchen erfolgen, in dem zwei Zungen, an ihren freien Enden durch Koppeldr,ähte, -Federn, -Bänder oder -Stege miteinander verbunden werden, wobei wiederum der Koppelfaktor durch Löcher abgeglichen werden kann. .

Fig.3 zeigt eine Teilansicht des elektromechanischen- Filters .nach F4ig«1 gvjin der aus Stegen 12 bestehende zusätzliche Koppelelementezwischen den Zungen 2 dargestellt sind. Diese Stege können bei der Serstellung des schwingungsfähigen Teiles 1 durch Stanzen gleich mit vorgesehen werden.

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Um eine "bessere Abgleichsmöglichkeit des Koppelfaktors zwischen den Zungen zu ermöglichen, können in den Stegen 12 wieder Löcher 15 angebracht sein. Ebenso kann dieser Abgleich aber auch durch Verändern der Abmessungen oder der Masse der Koppelstege erfolgen. ·

Solche in Fig*1 dargestellten elektromechanischen Gütereinheiten können, wie in Fig.4 gezeigt, parallel zueinander angeordnet werden. Die Endzungen müssen dann durch Koppeldrähte,-Feder, -Bänder oder Stege entsprechend verkoppelt werden. Man kann so komplex aufgebaute filter realisieren, die z.B. Dämpf ungspole—im Sperrbereich aufweisen.

Die bisher beschriebene Beschwerung der Schwinger und die Art ihrer Verkopplung beschränkt sich nun nicht nur auf die vorbeschriebene elektromeehanische leiteranordnung, sie kann auch für ähnlich aufgebaute Filteranordnungen verwendet werden,wit sie nun in Pig,5...8 beschrieben werden.

I¹Xg.5 und 6 zeigt in Aufsicht und Schnitt eine Akternativform des elektromechanischen Filters nach Fig.1, die ebenfalls* alle erfinderischen Merkmale des Filters nach Fig.1 aufweist.

Das Filter besteht, wie aus der Fig.5 zu ersehen, aus einer Reihe von platten-, band- oder stegförmigen Zungen 21, die, wie am besten aus.Fig.6 ersichtlich, mit zwei Schwingungsknoten schwingen. Diese Schwingungsknoten liegen auf den gestrichelten Linien 22. Die Zungen 21 sind durch KopplungsStege 15 verbunden, die wiederum zum Vereinfachen des Abgleichen des Kopplungsfaktors Löcher 16 aufweisen· Diese Kopplungsstege 15 können, wie dargestellt, an den Zungenenden außerhalb der Schwingungsknotenlinie 22 angebracht sein, aber auch etwas mehr zur Zun-.genmitte über die Knotenlinie 22 hinaus versetzt sein.

Die Löcher 16 in den Kopplungsstegen 15 können gleich mit angebracht werden, wenn Zungen 21 und Kopplungsstege 15 aus einem Materialstück gestanzt werden, oder sie können auch durch nachträgliches Bohren oder Stanzen hergestellt werden.

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Wie in Hg«6 gestrichelt angedeutet, können die Zungen 21 durch in der Zungenmitte, also im Sehwingungsbauch' der Zungen angebrachte Glieder 14 beschwert werden.

Fig.7 und 8 zeigt in Aufsicht und Schnitt eine weitere Ausführungsform eines elektromechanischen Filters mit den erfinderischen Merkmalen des filters nach Fig.1. Das Filter besteht aus einer Anzahl von Zungen 17, die beidseitig eines Kopplungssteges 18 angebracht sind. Der Kopplungssteg 18 weist zwischen den Zungen 17 löcher 19 auf, die den Abgleich des ι Kopplungsfaktors ermöglichen. Die Zungen 17 können an ihren Enden, also an den Schwingungsbäuchen durch Glieder 20 beschwert werden.

Auch hier können die löcher 19 in den Kopplungsstegen 18 gleich mit angebracht werden, wenn die Zungen 17 und die Kopplungsstege 19 aus einem Materialstück gestanzt werden, oder sie können auch nachträglieh durch Bohren oder Stanzen hergestellt werden.

Der Temperaturkoffizient der beschriebenen elektromechanischen filter hängt in erster Linie von dem Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls des elastischen Materials, aus dem Zungen und Kopp el elemente hergestellt sind, ab und ist im wesentlichen unabhängig ύοώ. den Konstanten des Materials der Beschwerungsglieder·

Einfache elektromechanische Filter für Sprachfrequenzen können aus Materialien wie Phosphorbronze, Messing, Stahl und ähnlichen Materialien hergestellt werden, die einen Temperatur-

. koeffizienten des Elastizitätsmoduls im Bereich von -150 -300·10 je Grad Celsius aufweisen. Wenn ein geringerer Temperaturgang "wie z.B. für Filter der Wechselstromtelegraphiβ gefordert wird, können Materialien mit einem Temperaturkoeffizient«! de· Elastizitätsmoduls von +40.10 je Grad Celsius eingesetzt werden, z.B. temperaturkompensierte Eisennickel-

■ legierungen, wie si« unter den Bezeichnungen Ni-Span G, Ther-

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melast pder Ebinvar erhältlich sind.

8 Patentansprüche

2 Bl.ZeichngV, 8 lig*

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Claims (1)

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   P at ent ans ρ r ü c he

   1· Elektromechaniseh.es Filter, bestehend aus einer Reihe von zu Biegeschwingungen erregbaren Zungen, die durch Koppelstege · miteinander gekoppelt sind, wobei die Zungen und die Koppelstege aus einem blattförmigen elastischen Material durch Stanzen in einem Arbeitsgange gewonnen sind und bei denen durch je einen elektromechanischen Wandler die Anregung des filters und die Abnahme des Ausgangssignales erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich der Kopplung zwischen den Zungen (2 bzw»17 bzw.21) durch nachträgliche Querschnittsänderung der Koppelstege (10 bzw_e12 bzw.15 bzw.18) vorgenommen wird«

   2· Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung der Koppelstege (10 bzw.12 bzw.15 bzw.18) durch Anbringen von Löchern (3 bzw.13 bzw.16 bzw.19) erfolgt,

   3. Elektxomechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung der Koppelstege (10 bzw. '12 bzw.15 bzw.18) durch Ab-oder Auftragen von Material, vorzugsweise durch Abiragen, erfolgt.

   4·. Elektromechanisches .Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung der Koppelstege (10 bzw. 12 bzw.15 bzw.18) durch Anbringen von Schlitzen erfolgte

   5·' Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2...4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung durch die Koppelstege (10 bzw.15 bzw.18) in Hähe des Schwingungsknotens der Zungen (2 bzw«17 bzw.21) erfolgt.

   "6. Elektromechanisehes Filter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2o.«4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung durch KoppeistegC;^:^'12.) .in Nähe des Schwingungsbauches der Zungen (2 bzw. 17 bzw.21)""ertolgt.

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   c Bl ektromechanisch.es Filter nach Anspruch 1-und einem der Ansprüche 2...4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung durch Koppelatege (10 "bzw.15 bzw.18 und 12) in Iahe des Schwingungsknotens und des S chwingungsbauch.es der Zungen (2 bzw« 17 bzw«21) erfolgt.

   8. Blektromeehanisches filter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2...4 und/oder 5«··7? dadurch gekennzeichnet» daß eine Beschwerung der Zungen (2 bzwo17 bzw21) durch Zusatzmassen (5 bzw.14 bzw.20) im Schwingungsbauch vorgenommen wird«

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