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Elektromechanisches Pilter Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches
Pilter mit mehreren parallel zueinander angeordnoten mechanischen Resonatoren, insbesonderc
vom Biegesche1ingungstyp, die über ein mechanisches Kopplungsorgan zu einer mechanischen
mehrkrcisigen Filerschaltung zusammengefügt sind und tiie über in neutralen Bereichen
angeordnete Halteorgane auf einer Grundplatte vcrankert sind.
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Zur Lösung vieler Aufgaben der Piltertechnik werden neuerdings gerne
mechanische Pilter verwendet, da sie bekanntlich in dem für sie geeigneten Frequenzbereich
sowohl hinsichtlich des Raunvcrbrauchs als auch hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften
den aus konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern zum Teil erheblich überlegen
sind. Beim Aufbau solcher rechanischer Filter stellt sich dabei immer wieder die
Aufgabe, die Resonatoren bzw. das gesamte Piltersystem, das in der Regel aus mehreren
miteinander gekoppelten Resonatorcn besteht, in einer solchen Weise zu haltcrn,
daß sich einerseits ein stabiler, gegenüber äußeren Erschütterungen möglichst unempfindlicher
Aufbau ergibt, und daß andererseits die Resonatoren durch die Haltevorrichtung in
ihrer Schwinggüte nicht beeintrchtigt werden. Gleichzeitig ist auch darauf zu achten,
daß die die Resonatoren verbindenden Koppeielenente nicht anderweitigen Einflüssen
unterworfen werden, da anderenfalls die Koppclvrirkung, die bekanntlich für die
einwandfreie Funktion des gesamten mechanischen Filters von erheblicher Bedeutung
ist, in Frage gestellt für 0.
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Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten zur Halterung m.echanischer
Filter bekannt geworden. Unter anderem ist es bekannt, die Haltevorrichtung in der
Art eines kammförmigen Körpers auszubilden, bei dem die Resonatoren in dem zwischen
den Kammzinken verbleibenden Raum unter Verwendung eines ausgespannten Haltedrahtes
gehalten werden. lTeiterhin ist es bekalt, den Haltedraht wellenförmig auszubilden
und die von den Resenatoren abgewandten Spitzen des wellenformigen Haltedrahtcs
zwischen zwei aus einem Kunststoff bestehende Rahmen einzulegen. Ferner ist cs bekannt,
die Resonatoren mit Hilfe zweier gleicher metallischer Teile, welche jeweils die
Form einer zweiholmigen Leiter aufweisen, zu halten. Abgesehen davon, daß bei dicsen
bekannten Anordnungen außer den Haltedrähten noch weitere speziell der Halterung
dienende Anordnungen erforderlich sind, tritt noch die Schwierigkeit auf,
daß
auch für die Halteorgane Toleranzprobleme zu beachten sind, wenn das Koppelelement
hinsichtlich seiner Länge bzw.
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hinsichtlich seiner Befestigungspunkte an den Resonatoren innerhalb
der Teleranzbereiche liegen soll, die für eine einwandfreie Koppelxiirkung gcfordert
werden müssen, um auch beim praktischen Aufbau des Piltcrs möglichst nahc an die
theoretischen Werte heranzukommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten
in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen; insbesondere soll der Aufbau eines
mcchanischen Piltcrs angegeben wcrden, dessen Halterung derart ausgebildet ist,
daß das oder die Koppelelemente auch dann noch möglichst verspannungsfrei mit den
Resonatoren verbunden sind, wenn die Verbindung der Resonatoren und der Koppelelemente
schon vor dem Aufbau des Filtersystems auf eine tragende Grundplatte oder dergleichen
erfolgt.
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Ausgehend von einem elektromechanischen Filter mit mehreren rarallel
zueinander angeordneten mechanischen Resonntoren, insbesondere von Biegeschwingungstyp,
die über ein mechani-C ehe 5 Kopplungsorgan zu einer mechanischen mehrkreisigen
F terschaltung zusa...mengefügt sind und die über in neutralen Bereichen angeordnete
Halteorgane auf eincr Grundplatte verankert sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
in der Wcise gelöst, daß die Halteorgane als Metlllstifte ausgebildet sind, die
wenigstens an einigen der Resonatorcn vorgesehen und parallel zueinander und nach
der glcichen Seite von der durch die Resenatoren gebildeten Ebenc anweisen, und
daß in der Grundplatte wenigstens eine nutförmige Vertiefung vorgesehen ist, in
denen die stiftförmigen Halteorgane mit ihrcn freien inden mittels ciner Lötmasse
oder Gußmasse verankert sind.
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Eine elastische und rückelirkungsfrcie Halterung der Resonatoren
läßt
sich dadurch erzielen, daß die stiftförmigen Haltcorganc eine sehr geringc Stärke,
vorzugsweise in der Größenordnung von einigen zehntel Millimeter haben.
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Es lassen sich auch solche Vergußmassen, die beim Aushärten verhältnismäßig
stark schwinden, dann noch verwenden, wenn die nutförmige Vcrtiefu-ng durch Querstege
in mehrere, voneinander getrennte Kammern unterteilt ist.
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Eine gegenüber äußeren Einflüssen verhältnismäßig unempfindliche Anordnung
läßt sich dann erziclen, wenn die Grundplatte gleichzeitig zur Verankerung einer
Abdeckhaubc des Filters vorgesehen ist.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch
näher erläutert.
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Es zeigen in der Zeichnung die Fig.1 einen Längsschnitt eines mechanischen
Fiiters; Fig.2 einen Querschnitt längs der Schnittebene A-S von Fig.1.
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Das mechanische Filtcr nach den Fig.1 und 2 besteht aus mehreren mechanischen
Rcsonatoren 6, die im Ausführungsbeispiel als 3iogeschwtngungen ausführende Resonatoren
ausgebildet sind.
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Zur Anregung bzw. zur Abnahme der mechanischen Schwingungen, d.h.
also zur Urwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische Schwingungen und umgekehrt,
sind die Endresonateren G' vorgesehon. Die Resenateren 6 und die Endresonatoren
6' sind i einer Ebene derart angeordnet, daß ihre Kopplung über einen durchgehenden
Koppeldraht 8 erfolgen kann, der vorzugsweise in Bereichen großcr Bewegungsamplitude
an den Resonatoren angreift. rür einen in der Grundschwingung betriebenen Biegeresonator
ist dics beispielsiscise die Resonatormitte, wie
dies auch aus dem
Querschnittsbild der Fig.2 zu erkennen ist.
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Die Resonatoren 6, 6' bestehen aus Stäben kreisförmigen Querschnitts,
die entlang einer Mantelfläche mit einer Abflachung 9 versehen sind. Die Ebene dieser
Abflachungen liegt bei den eigentlichen Filterresenatoren parallel zu einer von
der zur Haltcrung des gesamten Systems vorgesehenen Grundplatte, während die iEndresonatoren
6' derart angeordnet sind, daß die von der Abflachung gebildete Ebene senkrecht
auf der von der Grundplatte 1 gebildeten Ebene steht. Auf diese Wcise laßt sich
das Noppclelement 8 sowohl an den Filterresonatoren 6 als auch an den Endresonateren
6' an solchen Stellen befestigen, an denen die Umfangsbegrenzung der Resonatoren
einen kreisförmigen Verlauf hat, wodurch für das Koppelelement 8 praktisch eine
punktförmige Auflage fläche an den Resonatoren 6 und 6', deren Langsachsc senkrecht
zur Richtung des Keppelelements 8 verläuft, zustande kommt. Diese nahezu punktförmigo
Verbindung zwischen Koppclelement und den einzelnen Resenatoren trägt wiederum dazu
bei, daß sich hinsichtlich der geforderten Koppelxvirkung zuverlässige und reproduzierbare
Verhältnisse ergeben, die für eine moderne Serienfertigung wesentlich sind, wenn
die nach dem Zusammenbau des Filters erforderliche Abgleicharbeit auf ein Minimum
beschränkt werden soll Die Schwingungsanregung bzw. die Schwingungsabnahme erfolgen
über aus elektrestriktivem Material bestehende Plättchen íO, die an den Abflachungen
der Resonatoren 6' nach an sich bekannten Verfahren befestigt sind und die an der
dem metallischein Resonator abgewandten Seite mit einer Metallisierung versehen
sind, mit der ein zu einer Anschlußklemme 11 bzw. 12 führender dünner Draht verbunden
ist. Ein weiterer Anschlußdraht ist beispielsweise mit einem Halte Organ 4 verbunden
und führt zu einer Anschlußklemmc 11' bzw. 12'. Legt man an die Anschlußklemmen
11 und 11' eine elektrische 07cchsclspannung, dann wird das aus clektrostriktivem
Material bestchende Plättchen
10 Dehnungen und Verkürzungen in
der Richtung des wirksamen elektrischen Feldes untervrorfen. Wegen dieser Längenänderungen
entstehen über den bekannten Querkon-trak-tionseffekt auch Dehnungen und Verkürzungen
senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes, d.h. also, in Richtung der Längsachsen
der Resonatoren 6'. Aufgrund dieser Bewegungen wird beispielsweise der mit den Klemmen
11 und 11' verbundene Endresonator 6' dann zu Biegeschwingungen angeregt, wenn scine
Biegeeigenfrequenz mit der Frequenz der angelegten USechscispannung genau oder zumindest
näherungsweise übereinstimmt.
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Diese Biegebewegung wird über das Koppelelement 8 auch auf die übrigen
Resonatoren 6 und den zweiten Endrcsonator 6' übertragen, die somit ebenfalls Biegeschwingungen
parallel zur Grundplatte 1 ausführen. Wegen dieser Biegeschwingungen des mit den
Klemmen 12, 12' verbundenen weiten Endresonators 6' entstcht wegen der piezoelektrischen
Wirkung des Plättchens 10 zwischen der dem Resonator abgewandten Metallisierung
und dem Resonator 6' eine Wechsclspannung, die an den Klemmen 12, 12' als Ausgangssrechselspannung
abgenommen erden kann.
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Zur Halterung des Systemes sind verhältnismäßig kurze metallische
Stifte 4 vorgesehen, die wenigstens an einem Teil der Rcsonatorcn angebracht sein
müssen. Diese als Halteorgane wirkenden Stifte 4 sind in Schwingungsknoten an den
Resonator rcn 6, 6' befestigt, wobei unter Schwingungsknoten neutrale Bereiche zu
verstehen sind, in denen beim Schwingungsvorgang praktisch keine Bewegung auftritt.
In der Grundplatte 1 ist wenigstens eine nutförmige Vertiefung 2 vorgesehen, die
derart ausgebildet ist, daß eine Vergußmasse 3 auch im flüssigen Zustand darin gehalten
wird.
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Bringt man nun die Halteorgane 4 des vollständig montierten Filters
in die flüssige Vergußmasse 3 ein, dann ergibt sich nach dem Erstarren der Vergußmasso
3 ein mechanisch stabiler
und gleichmäßiger Aufbau der gesamten
Anordnung. Gleichzei;tig wird errcicht, daß die Halteorgane 4 praktisch völlig verspannungsfrei
mit der Grundplatte 1 verbunden sind, da sie bei der Verbindung mit der Grundplatte
in der ihnen ohnehin eigenen Lage bleiben können, wodurch praktisch keine Toleranzprobleme
zu bewältigen sind. Weiterhin wird auch das Koppelelement 8 keinoilei Verspannungen
untentorfen, wodurch vliedcrum die einwandfreie Koppelwirkung des Koppelelements
8 auch nach der montage auf der Grundplatte 1 sichergestellt ist.
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Als Vergußmasse eignen sich insbesondere ein aushärtbarer Kunststoff,
wie z.B. ein Epoxydharz oder auch Lötzinn. Wenn der Koppeldraht 8 aus elektrischen
Gründen verhältnismäßig dann ausgebildet sein muß, oder wenn das Filter aus eincr
verhältnisrmäßig großen Anzahl von Resonatoren besteht, so daß eine Durehbiegung
des Koppeldrahtes 8 während des Zusammenbaucs des gesamten Filters mit der Grundplatte
auftreten kann, ird man das gesamte Filter während der Verbindung mit der Grundplatte,
d.h. also, solange die Vergußmasse noch flüssig ist, in einer geeigneten Haltevorrichtung
festlegen.
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Die stiftförmigen Halte organe 4 wird man vcrhältnismäßig dünn, vorzugsweise
in der Gro.2enordnung von einigen zehntel Millimetern ausbilden, un Rückwirkungen
der Halteorgane auf die Schwingungsgüte der Rcsonatorcn zu vermeiden.
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Wie sich weiterhin gezeigt hat, lassen sich auch solche Vergußmassen
verwenden, die während des Äushärtvorganges verhältnisr.'iißig stark schwinden.
In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, die nutförmigen Vertiefungen 2 mit
Querstegen 5 zu versehen, so daß die nutförmigen Vertiefungen in einzelne, voneinander
getrennte Kammern unterteilt werden, wodurch die während des Aushärtvorganges in
der Vergußmasse auftretende Längenänderung so verkürzt werden kann, daß sie praktisch
keinen st(irendell Einfluß auf die Halterung ausübt.
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Wenn es darauf ankommt, das Filter möglichst dicht gegenüber äußeren
Einflüssen abzuschirmen, wird man dafür sorgen, daß die Grundplattc 1 gleichzeitig
zur Verankerung einer Abdeckhaube 7 herangezogen werden kann, die beispielsweise
aus einem metallischen Material oder auch aus einem Kunststoff bestehen kann.
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Die Erfindung wurde anhand eines mechanischen Filters erläutert, das
aus Biegeresonatoren besteht, die über ein Längsschwingungen auslührendes Koppelelemont
gekoppelt sind. Die gleichen Überlegungen lassen sich auch anwenden auf mechanische
Filter, die mit Hilfe von andersartigen Schwingungen ausführenden mechanivehen Resonatoren
realisiert sind. Es ist hierbei lediglich darauf zu achten, daß die Halte organe
in den für die jeweilige Schwingung auftretenden Schvringungsknoten mit den Resonatoren
verbunden sind. So ist beispielsweise für einen in der Grundschlvingung betriebenen,
in der Längs- bzw. Torsionsschlringung erregten Resonator bekanntlich die Resonatermitte
ein neutraler Bereich, in dem während des Schwingungsvorgangs praktisch keine Bewegung
auftrit-t. Auch für Flächen- oder Dickenscherungsschwinger bzw. auch für solche
Resonatoren, die nicht in der Grundschwingung betrieben werden, lassen sich nach
bekannten Regeln immer Punkte finden, in denen während des Schwingungsvorgangs nahezu
keine Bewegung auftritt.
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4 Patentansprüche 2 Figuren