DE1812315A1 - Elektromechanische Schwingungseinrichtung - Google Patents
Elektromechanische SchwingungseinrichtungInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
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Description
Anmelderin Stuttgart, den 2, Dez. 1968
Xippon Electric Company Limited p 2169 88/86 7-15, Shiba Gochome, Minato-ku
Tokio / Japan
Tokio / Japan
Vertreter
Patentanwalt
Dipl.-Ing. Max Bunke
7 Stuttgart 1
Schloßstr. 75 B
Patentanwalt
Dipl.-Ing. Max Bunke
7 Stuttgart 1
Schloßstr. 75 B
Elektromechanisch^
Schwingungseinrichtung
Schwingungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Schwingungseinrichtungen,
die der Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische und der Rückwandlung in elektrische Schwingungen mit
der halben oder doppelten Frequenz der elektrischen Eingangsschwingungen
dienen«
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue elektromechanische
Schwingungaelnrlohtung zu schaffen, die als nicht-lineares,
passives Schaltelement für Verstärker, Frequenzwandler, Speicher
und dergleichen wirken kann, die bei relativ niedrigen Frequenzen wie Tonfrequenzen arbeiten.
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Weiter soll die neue elektromechanisch^ Schwingungseinrichtung
als umkehrbarer Vierpol dienen können, der entweder als Frequenzteiler 1:2 mit parametronähnlicher Wirkungsweise oder als Frequenzverdoppler
verwendet werden kann. Unter "Parametron" ist eine-nichtlineare Reaktanz mit Kerritkernen zu verstehen»
Ziel der Erfindung ist auch, eine elektromechanische Schwingungs-=
einrichtung zu schaffen^ die gewisse Nachteile vermeidet,, mit
denen bei Parametrons gerechnet v/erden muß. Dies sind beispielshalber
verhältnismäßig großer Leistungsbedarf* Mangel an Frequenzselektivität,
wie insbesondere bei der Anwendimg in frequenzselektiven Verstärkern zu beobachten ist, und andere.
Die elektromechanische Schwingungseinrichtung nach der Erfindung
zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische und Rückwand lung in elektrische Schwingungen mit der halben oderdoppelten
Frequenz der Eingangsschwingungen ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweizinkige Stimmgabel mit einer« Biegeschwinger doppelter Resonanzfrequenz gekoppelt ist und. daß beide Teile
der Einrichtung mit elektromechanischen Wandlern gekoppelt sind,
' die der Schwingungswandlung in beiden Richtungen fällig sind.
Ua einen hohen Wirkungsgrad bei der Energieübertragung von dem
einen Teil der gekoppelten Schwingungseinrichtung zum anderen und umgekehrt sicherzustellen, steht die Schwingungsrichtung der
symmetrisch schwingenden Zinken der Stimmgabel nach einer Weiterbildung der Erfindung senkrecht auf.^der Schwingungsrichtung des
Biegeschwingers.
Im gleichen Sinne soll das Joch der Stimmgabel eine ausreichende Steife besitzen, um im Stimmgabelschaft die Frequenzkomponente
vorherrschen zu lassen, die das doppelte der Resonanzfrequenz der Stimmgabel beträgt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die elektromechanischen
Wandler aus einem ferroelektrisden Keramikstoff. Sie
sind dann permanent polarisiert und die Polärisierung der mit • . 909849/0754
cen. Stimmgabelzinken gekoppelten Wandler liegt in gleicher Richtung
aber gegensinnig.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die zwei ihrer Ausführungsformen zeigt und eine schematische Darstellung
der Art,in der die Schwingungseinrichtung zu Schwingungen erregt wird.
Wie später noch betont werden wird, können viele andere Ausführungsformen, und Modifikationen gebaut werden, ohne daß damit der Rahir.en
der Erfindung verlassen wird.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer elektromechanischen ^
Schwingungseinrichtung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, . . .,
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das das Schwingverhalten
der Schv.'ingungseinrichtung als Ursache für die nichtlineare Frequenzcharakteristik zeigt,
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer elektromechanischen
Schwingungseinrichtung nach eine'r"anderen Ausführungsform
der Erfindung.
Die zweizinkige Stimmgabel 1 der Schwingungseinrichtung nach Fig.1
umfaßt die beiden Zinken, ein Joch und den Schaft. Sie besteht ™
aus einer Eisen-Nickel-Legierung. An den Außenflächen der Zinken ist - wie dargestellt - in geeigneter Höhe ein Paar symmetrisch
angeordneter, dünner rechteckiger Platten 2 und J (elektromechanischer
Wandler) aus einem ferroelektrischen Keramikstoff angebracht. Die Platten sind permanent polarisiert (gepolt). Auf die
den Gabelzinken abgewandten Oberflächen sind Silberelektroden aufgebracht. Eine Biegeschwingungsplatte 4 rechteckiger Gestalt
besteht ebenfalls aus einer'Eisen-Nickel-Legierung. An ihrer
Unterseite ist eine dünne, rechtwinklige Platte 5 aus einem
^epolten ferroelektrischen Keramikstoff angebracht. Die von der
Biegeschwingungsplatte abgewandte Fläche ist mit einer Silber-
•909849/0 754 '
elektrode belegt. Von zwei Klemmenpaaren β und 7 führen elektrische
Verbindungen zu den Elektroden der Platten 2, J und 5.
Um sicherzustellen, daß die Zinken symmetrisch schwingen, das
heißt,sich gleichförmig und gleichzeitig nach innen und außen
biegen, ist es erforderlich, daß die Permanentpolarisation der aargestellten Wandler 2 und 3 in derselben Richtung aber im entgegengesetzten Sinne liegt.
Die miteinander gekoppelten Teile der Schwingungseinrichtung bestehen
aus einer Eisen-Nickel-Legierung und sind als einstückiger Gesamtteil gefertigt. Auch jedes andere geeignete Metall und jede
andere Legierung oder ein zweckmäßig gepolter ferroelektrischer Keramikstoff kann verwendet werden. Die zwei Teile können auch
als zwei Stücke hergestellt sein und miteinander verschweißt oder verlötet sein oder auf andere Weise miteinander verbunden sein.
Die Wandler 2 und 3 können auch eine andere, geeignete Lage einnehmen;
nur müssen die Zinken mit ihrer Eigenfrequenz schwingen können. Die Bemessung der Einrichtung, beispielsweise die Länge
und,Dicke der Stimmgabel, ist so getroffen, daß die Eigenfrequenz der Gabel auf die Frequenz der an die Klemmen 6.angelegten
elektrischen Eingangsschwingungen grob abgestimmt ist. Die Peinabstimmung
kann auf irgendeine bekannte Art erfolgen. So kann den Gabelzinken eine Änderung der mechanischen Eigenschaften
durch Gewichte aufgezwungen werden oder dadurch, daß die Oberflächen der Zinkenenden durch ein Schleifmittel abgeschabt werden.
Pig. 2 zeigt die Art, in der die aus einer Stimmgabel und einer Biegeschwingungsplatte zusammengesetzte, gekoppelte Schwingungseinrichtung
in ihre Grundschwingung versetzt wird. Die Figurenteile (a)-(b)-(c)-(d) zeigen die Schwingungsformen der Stimmgabel
und der Biegeschwingungsplatte bei einer Phasenverschiebung um 90° und in Gegenphase zuein;
entsprechenden Schwingungszustände.
entsprechenden Schwingungszustände.
bung um 90° und in Gegenphase zueinander in den Zeitpunkten'der
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Wenn, die Zinken einwärts gebogen sind (a), liegen die freien
E,nden der Zinken tiefer als wenn die Zinken senkrecht stehen (b). Darr.it der Schwerpunkt der Anordnung eine feste Lage beibehalten
kann - (Schwerpunktsatz) . .,. muß der unterhalb
der Gabelzinken befindliche untere Teil der Anordnung nach oben gezogen werden. Dieser mechanische Zug ist es, der die Biege- '
schwingungsplatte veranlaßt, sich in Richtung der Stimmgabel zu biegen.
In einer zwischen dei Phasen nach (a) und (c) liegenden Phase (b),
in der die Gabelzinken senkrecht stehen, muß die Stimmgabel etwas nach unten verlagert werden, damit der Schwerpunkt seine ursprüngliche Lage beibehält. Dies ist Ursache dafür, daß sich die M
Biegeschwingungsplatte in einer der Richtung nach (a) entgegengesetzten Richtung biegt. In der Schwingphase (c) ergibt sich,
was die treibende Kraft für die Biegeschwingungsplatte betrifft,
derselbe Zustand wie bei (a). In der Schwingphase(d) in der sich
die Schwingungseinrichtung im Übergang von (c) zu (a) befindet,
wird die Platte in der gleichen Weise wie in der Phase (b) nach unten getrieben.
Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß auf eine Schwingungsperiode den Stimmgabel zwei Sohwlngungsperioden der
Biegeschwingungsplatte fallen. Wenn an die Eingangsklemmen 6 eine elektrische--Eingangsschwingung einer bestimmten Frequenz f
angelegt wird, kann an den Klemmen 7 daher eine elektrische I
Ausgangsschwingung der doppelten Frequenz der Eingangsschwingung,
also 2 f, abgenommen werden, während bei Anlegung einer elektrischen Eingangsschwingung der Frequenz f' (f' ist in der Regel
ungefähr gleich 2 f) an die Klemmen 7 von den Klemmen 6 eine ; ;
Ausgangsschwingung der Frequenz f'/2 abgenommen werden kann.
Das Verhalten der elektromeohanischen Schwingungeeinrichtung 1st
bei Verwendung als Frequenzteiler 1:2 das gleiche wie dasjenige
eines Parametrons. So kann die elektrische Ausgangsschwingung
beispielshalber in einer von zwei zueinander entgegengesetzten Phasenlagen auftreten, wenn man bei Anlegung einer Eingangs-
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schwingung der Frequenz ff an die Klemmen 7 eine Ausgangsschwingung der Frequenz f'./2 abnimmt. V/eiche Phasenlage die Ausgangsschwingung
einnimmt, ist eine Sache des Zufalls. Wenn die Schwin«
gung der Stimmgabel in einer der beiden Phasenlagen angeregt ist, so bleibt diese Phasenlage erhalten, Zum Beginn einer Erregung
muß daher ein Xnformationssignal mit Richtwirkung wie
ein Wechselstromsignal kleiner Amplitude an die Ausgangsklemmen 6
angelegt werden.
Dann erfolgen die Schwingungen der Stimmgabel synchron rait der
Phasenlage des angelegten. Signals. Diese Phas^aiafc-iTiiation kann
bei der beschriebenen Schwingungseini'iohtung '>.\: der gleichen
Weise vilo bei einem Paraaentron gespeichert vj^vci^n., so daß sie
als binares Speicherelement oder als binäres loglsc-lies
Element benutzt; werden kann.
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Die in Fig. 3 gezeigte, andere Ausführungsforra einei5 Schv/ingimgs =
einrichtung nach der Erfindung weicht von der bisii& besaiirlebenen
Ausfuhrungsform dadurch ab, daß die rechteckig geformtG
Biegeschwingungsplatte der Fig. 1 durch eine Biegesoiiwingiingfe·-·
scheibe ersetzt ist. Es ist beicacntj dai eier Wirkungsgrad der
elektromechanischen Umwandlung eines Biegesehwingers, wie -er
bei dieser zweiten Ausführungsform verwendet ist;i größer Ist5
als derjenige eines Biegeschwingers naali der ersten Ausführmigs»
form.
Es sind nur gewisse Ausführungsfcrinen für Seii'iH'Jipuiiigs
gen nach der Erfindung beschrieben worden. "Die. ;:SviS.:'.'iuiisg ist
Jedoch nicht auf diese begrenzt-.
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So kann die gesamte Schwingungseinrichtung beispielsweise aus einem geeignet polarisierten ferroelektrischen Keramikstoff begehen.
Eine solche Einrichtung erfüllt sowohl die Funktionen der zwei elektromechanischen Wandler als auch die der eigentlichen
Schwingungseihrichtung. Dabei müssen metallische Elektroden derart in die Stimmgabel und den Biegeschwinger einbezogen sein« *
daß die Symmetrie erhalten bleibt.
In der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wurden die Wandler
als ferroelektrische Wandler bezeichnet. Dies schließt nicht aus, daß auch Wandler benutzt werden können, die auf elektromagnetischer,
magnetostriktiver oder elektrostatischer Wirkung beruhen. Die zur Ausnutzung dieser physikalischen Erscheinungen
erforderlichen konstruktiven Änderungen sind dem Fachmann geläufig oder liegen zumindest im Rahmen seines Könnens. Nähere Ausführungen
darüber sind daher nicht nötig.
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Claims (10)
1. Elektromagnetische Schwingungseinrichtung zur Umwandlung elektrischer
Schwingungen in mechanische und Rückwandlung in elektrische Schwingungen mit der halben oder doppelten Frequenz der
Eingangeschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweizinkige
Stimmgabel (l) mit einem Biegeschwinger (4) doppelter Resonanz- .
frequenz gekoppelt ist und daß beide Teile der Einrichtung mit elektromagnetischen Wandlern (2,3 und 5) gekoppelt sind, die der
Schwingungswandlung in beiden Richtungen fähig.sind.
2. Schwingungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungsrichtimg der symmetrisch schwingenden Zinken der Stimmgabel senkrecht auf der Schwingungsrichtung des
Biegeschwingers steht.
3. Schwingungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Joch der Stimmgabel (l) eine ausreichende Steife besitzt, um im Stimmgabelschaft die Frequenzkomponente
vorherrschen zu lassen, die das doppelte der Resonanzfrequenz der-Stimmgabel
beträgt.
4. Schwingungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetischen Wandler (2, 3 und 5) aus
einem ferroelektrischen Keramikstoff:,.bestehen und permanent polarisiert
sind, und daß die lolarisierung der mit den Stimmgabelzinken gekoppelten Wandler (2 und 3) in gleicher Richtung aber
gegensinnig liegt.
5. Schwingungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus einer Metall-Legierung besteht und einstückig ausgebildet ist.
6. Schwingungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stimmgabel (l) und der-Biegeschwinger (4) aus
einer Metall-Legierung bestehen und miteinander verschweißt, ver- l'izet oder anderweitig verbunden sind.
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7· Schwingungseinrichtung nach: Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus einem polarisierten Xeramikstoff besteht
und sowohl die Schwingungs- als auch die Wandlerfunktion erfüllt und daß sie symmetrisch angeordnete Metallelektroden bei dem
Stimmgabelteil und eine Metallelektrode am Biegeschwingerteil als Bestandteile einschließt.
8. Scnwingungseinrichtung nach Anspruch 1 bis "J, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeschwinger eine rechteckige Platte ist (Fig.i).
9« Schwingungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegeschwinger (4) eine Scheibe ist (Fig.3)·
10. S chwingungs einrichtung nach Anspruch 1 bis 6 und 8 und 9.,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler elektromagnetischer, magnetostriktiver oder elektrostatischer Natur sind.
L e e r s G ί ι ?
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8447867 | 1967-12-28 |
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DE1812315A1 true DE1812315A1 (de) | 1969-12-04 |
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- 1968-12-23 US US786173A patent/US3525884A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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---|---|---|---|
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