DE1922550B2 - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromeciianisches Filter mit mehreren mechanisch gekoppelten, parallel zueinander angeordneten mechanischen Resonatoren, insbesondere vom Biegeschwingungstyp, die über in neutralen Bereichen angreifende Halteorgane auf einer Grundplatte verankert sind und bei dem die Halteorgane als Metallstifte sehr geringer Stärke ausgebildet sind, die wenigstens an einigen der Resonatoren vorgesehen und parallel zueinander und nach der gleichen Seite von der durch die Resonatoren gebildeten Ebene abweisen.

Zur Lösung vieler Aufgaben der Filtertechnik werden neuerdings gerne mechanische Filter verwendet, da sie bekanntlich in dem für sie geeigneten Frequenzbereich sowohl hinsichtlich des Raumverbrauchs als auch hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften den aus konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern zum Teil erheblich überlegen sind. Beim Aufbau solcher mechanischer Filter stellt sich dabei immer wieder die Aufgabe, die Resonatoren bzw. das gesamte Filtersystem, das in der Regel aus mehreren miteinander gekoppelten Resonatoren besteht, in einer solchen Weise zu haltern, daß sich einerseits ein stabiler, gegenüber äußeren Erschütterungen möglichst unempfindlicher Aufbau ergibt und daß andererseits die Resonatoren durch die Haltevorrichtung in ihrer Schwinggüte nicht beeinträchtigt werden. Gleichzeitig ist auch darauf zu achten, daß die die Resonatoren verbindenden Koppelelemente nicht anderweitigen Einflüssen unterworfen werden, da anderenfalls die Koppelwirkung, die bekanntlich für die einwandfreie Funktion des gesamten mechanischen Filters von erheblicher Bedeutung ist, in Frage gestellt würde.

Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten zur Halterung mechanischer Filter bekanntgeworden. 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. Weiterhin ist es bekannt, den Haltedraht wellenförmig auszubilden und die von den Resonatoren abgewandten Spitzen des wellenförmigen Haltedrahtes zwischen zwei aus einem Kunststoff bestehende Rahmen einzulegen. Ferner ist es bekannt, die Resonatoren mit Hilfe zweier gleicher metallischer Teile, welche jeweils die Form einer zweiholmigen Leiter aufweisen, zu halten. Abgesehen davon, daß bei diesen 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. hinsichtlich seiner Befestägungspunkte an den Resonatoren innerhalb der

as Toleranzberftiche liegen soll, die für eine einwandfreie Koppelwirkung gefordert werden müssen, um auch beim praktischen Aufbau des Filters möglichst nahe an die theoretischen Werte heranzukommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines mechanischen Filters anzugeben, 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 od. dgl. erfolgt.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter mit mehreren mechanisch gekoppelten, parallel zueinander angeordneten mechanischen Resonatoren, insbesondere vom Biegeschwingungstyp, die ü'c·: in neutialen Bereichen angreifende Halteorgane auf einer Grundplatte verankert sind und bei dem die Halteorgane als Metallstifte sehr geringer Stärke ausgebildet sind, die wenigstens an einigen der Resonatoren vorgesehen und parallel zueinander und nach der gleichen Seite von der durch die Resonatoren gebildeten Ebene abweisen, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß in der Grundplatte wenigstens eine nutförmige Vertiefung vorgesehen ist, in denen die stiftförmigen Halteorgane mit ihren freien Enden mittels einer Lötmasse oder Gußmasse verankert sind.

Es lassen sich auch solche Vergußmassen, die beim Aushärten verhältnismäßig stark schwinden, dann noch verwenden, wenn die nutförmige Vertiefung durch Querstege in mehrere, voneinander getrennte Kammern unterteilt ist.

Eine gegenüber äußeren Einflüssen verhältnismäßig unempfindliche Anordnung läßt sich dann erzielen, wenn die Grundplatte gleichzeitig zur Verankerung einer Abdeckhaube des Filters vorgesehen ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt in der Zeichnung die

Fig. 1 einen Längsschnitt eines mechanischen Filters,

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Schnittebene A -A von F i g. 1.

Das mechanische Filter nach den F i g. 1 und 2 besteht aus mehreren mechanischen Resonatoren 6, die iflj Ausführungsbeispiel als Biegeschwingungen ausfahrende Resonatoren ausgebildet sind. Zur Anregung bzw. zur Abnahme der mechanischen Schwin- «ingen, d.h. also zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische Schwingungen und umgekehrt, sind die Endresonatoren 6' vorgesehen. pie^Resonatoren 5 _un(j dj_e Endresonatoren 6' sind in einer Ebene derart angeordnet, daß ihre Kopplung Über einen durchgehenden Koppeldraht 8 erfolgen kann, der vorzugsweise in Bereichen großer Bewepingsamplitude an den Resonatoren angreift. Für eine'n in der Grundschwingung betriebenen Biegeresonator ist dies beispielsweise die Resonatormitte, wie dies auch aus dem Querschnittsbild der F i «. 2 ju erkennen ist. 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 Filterresonatoren parallel zu einer von der zur Halterung des gesamten Systems vorgesehenen Grundplatte, während die Endresonatoren 6' derart angeordnet sind, daß die von der Abflachung gebildete Ebene senkrecht auf der von der Grundplatte 1 gebildeten Ebene steht. Auf diese Weise läßt sich das Koppelelement 8 sowohl an den Filterresonatoren 6 als auch an den Endresonatoren 6' an solchen Stellen befestigen, an denen die Umfangsbegrenzung ctei Resonatoren einen kreisförmigen Verlauf hat, wodurch für das Koppelelement 8 praktisch eine punktförmige Auflagefläche an den Resonatoren 6 und 6', deren Läncsachse senkrecht zur Richtung des Koppelelements 8 verläuft, zustande kommt. Diese nahezu punktförmige Verbindung zwischen Koppelelement und den einzelnen Resonatoren trägt wiederum dazu bei. daß sich hinsichtlich der geforderten Koppelvvirkung 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 dektrostriktjvem Material bestehende Plättchen 10, die an den Abflachungen der Resonatoren 6' nach an sich bekannten Verfahren befestigt sind und die an der dem metallischen 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 Halteorgan 4 verbunden und führt zu einer Anschlußklemme 11' bzw. 12'. Legt man an die Anschlußklemmen 11 und 11' eine elektrische Wechselspannung, dann wird das aus elektrostriktivem Material bestehende Plättchen 10 Dehnungen und Verkürzungen in der Richtung des wirksamen elektrischen Feldes unterworfen. Wegen dieser Längenänderungen entstehen über den bekannten Querkontraktionseffekt auch Dehnungen und Verkürzungen senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes, d. h. also, in Richtung der Längsachsen der Resonatoren 6'. Auf Grund dieser Bewegungen wird beispielsweise der mit den Klemmen 11 und 11' verbundene Endresonator 6' dann zu Biegeschwingungen angeregt, wenn seine Biegeeigenfrequenz mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung genau oder zumindest näherungsweise, übereinstimmt. Diese Biegebewegung wird über das Koppelelement 8 auch auf die übrigen Resonatoren 6 und den zweiten Endresonator 6' übertragen, die somit ebenfalls Biegeschwingungen parallel zur Grundplatte 1 ausführen. Wegen dieser Biegeschwingungen des mit den Klemmen 12, 12' verbundenen weiten Endresonalors 6' entsteht wegen der piezoelektrischen Wirkung des Plättchens 10 zwischen der dem Resonator abgewandten Metallisierung und dem Resonator 6' eine Wechselspannung, die an den Klemmen 12, 12' als Ausgangswechselspannung abgenommen werden kann.

Zur Halterung des Systems sind verhältnismäßig kurze metallische Stifte 4 vorgesehen, die wenigstens an einem Teil der Resonatoren angebracht sein müssen. Diese als Halteorgane wirkenden Stifte 4 sind in Schwingungsknoten an den Resonatoren 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.

Bringt man nun die Halteorgane 4 des vollständig montierten Filters in die flüssige Vergußmasse 3 ein. dann ergibt sich nach dem Erstarren der Vergußmasse 3 ein mechanisch stabiler und gleichmäßiger Aufbau der gesamten Anordnung. Gleichzeitig wird erreicht, 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 keinerlei Verspannungen unterworfen, wodurch wiederum die einwandfreie Koppelwirkung des Koppelelements8 auch nach der Montage auf der Grundplatte 1 sichergestellt ist. Als Vergußmasse eignen sich insbesondere ein aushärtbarer Kunststoff, wie z.B. ein Epoxydharz oder auch Lötzinn. Wenn der Koppeldraht 8 aus elektrischen Gründen verhältnismäßig dünn ausgebildet sein muß oder wenn das Filter aus einer verhältnismäßig großen Anzahl von Resonatoren besteht, so daß eine Durchbiegung des Koppeldrahtes 8 während des Zusammenbaues des gebamten Filters mit der Grundplatte auftreten kann, wird man das gesamte Filter während der Verbindung mit der Grundplatte, d. h. also, solange die Vergußmasse noch flüssig ist, in einer geeigneten Haltevorrichtung festlegen.

Die stiftförmigen Halteorgane 4 wird man verhältnismäßig dünn, vorzugsweise in der Größenordnung von einigen zehntel Millimetern ausbilden, um Rückwirkungen der Halteorgane auf die Schwingungsgüte der Resonatoren zu vermeiden.

Wie sich weiterhin gezeigt hat, lassen sich auch solche Vergußmassen verwenden, die während des Aushärtvorganges verhältnismäßig 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 störenden Einfluß auf die Halterung ausübt.

Wenn es darauf ankommt, das Filter möglichst dicht gegenüber äußeren Einflüssen abzuschirmen,

wird man dafür sorgen, daß die Grundplatte 1 gleichzeitig zur Verankerung einer Abdeckhaube? herangezogen werden kann, die beispielsweise aus einem metallischen Material oder auch aus einem Kunststoff bestehen kann.

Die Erfindung wurde an Hand eines mechanischen Filters erläutert, das aus Biegeresonatoren besteht, die über ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement gekoppelt sind. Die gleichen Überlegungen lassen sich auch anwenden auf mechanische FiI-ter, die mit Hilfe von andersartige Schwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren realisiert sind. Es ist hierbei lediglich darauf zu achten, daß die Halteorgane in den für die jeweilige Schwingung auftretenden Schwingungsknoten mit den Resonatoren verbunden sind. So ist beispielsweise für einen in der Grundschwingung betriebenen, in der Längsbzw. Torsionsschwingung erregten Resonator bekanntlich die Resonatormitte ein neutraler Bereich, in dem während des Schwingungsvorgangs praktisch keine Bewegung auftritt. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Filter mit mehreren mechanisch gekoppelten, parallel zueinander angeordneten mechanischen Resonatoren, insbesondere vom Biegescliiwingungstyp, die über in neutralen Bereichen angreifende Halteorgane auf einer Grundplatte verankert sind und bei dem die Halteorgane als Metallstifte sehr geringer Stärke ausgebildet sind, die wenigstens an einigen der Resonatoren vorgesehen und parallel zueinander und nach der gleichen Seite von der durch die Resonatoren gebildeten Ebene abweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (1) wenigstens eine nutförmige Vertiefung (2) vorgesehen ist, in denen die stiftfürmigen Halteorgane (4) mit ihren freien Enden mittels einer Lötmasse oder Gußmasse (3) verankert sind.

2. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nutförmige Vertiefung (2) durch Querstege (5) in mehrere, voneinander getrennte Kammern unterteilt ist.

3. Elektromechanisches Filter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) gleichzeitig zur Verankerung einer Abdeckhaube (7) des Filters vorgesehen ist.