DE1922550C3 - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

Das mechanische Filter nach den F i g. 1 und 2 besteht aus mehreren mechanischen Resonatoren 6, die im Ausführungsbeispiel als Biegeschwir.gungen ausführende Resonatoren ausgebildet sind. Zur Anregung bzw. zur Abnahme der mechanischen Schwingungen, d.h. also zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische Schwingungen und umgekehrt, sind die Endresonatoren 6' vorgesehen. Die Resonatoren 6 und die Endresonatoren 5' sind in einer Ebene derart angeordnet, daß ihre Kopplung über pinen durchgehenden Koppeldraht 8 erfolgen kann, der vorzugsweise in Bereichen großer Bewegungsamplitude an den Resonatoren angreift. Für einen in der Giundschwingung betriebenen Biegeresonator ist dies beispielsweise die Resonatormitte, wie dies auch aus dem Querschnittsbild der F i g. 2 zu erkenne- 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 der Resonatoren einen kreisförmigen Verlauf hat, wodurch für das Koppelelement 8 praktisch eine punktförmige Auflagefläche an den Resonatoren 6 und 6', deren Längsachse senkrecht zur Richtung des Koppelelcments8 verläuft, zustande kommt. Diese nahezu punktförmige Verbindung zwischen Koppelelement und den einzelnen Resonatoren trägt wiederum dazu bei, daß sich hinsichtlich der geforderten Koppelwirkung 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 elektrostriktivem Material bestehende Plättchen 10, die an den Abflachungen der Resonatorer 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 and 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 Biegeeigenfrequcnz 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 Endresonators 6' entsteht wegen der piezoelektrischen Wirkung des Plättchens 10 zwischen der dem Resonator abgewandten Metallisierung und dem Resonator5' 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 Schvvingungsknoten 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 mech-nisch 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 Koppelelements 8 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 gesamten 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 Rück Wirkungen der Halteorgane auf die Schwingungsgüte der Resonatoren zu vermeiden.

Wie sich weiterhin gezeigt hat. lassen sich auch solche Vergußmassen verwenden, die währepd des Aushärtvorganges verhältnismäßig stark schwinden. In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, die nutförmigen Vertiefungen 2 mit Querstegen S zu versehen, so daß die nutförmigen Vertiefungen in einzelne, voneinander getrennte Kammern unterteilt weiden, 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 Filter, die mit Hilfe von andersartige Schwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren realisiert sind. Es ist hierbei lediglich darauf zu achten, daß die Haltcorgane in den für die jeweilige Schwingung auftretenden Schwingungsknoten mit den Resonatoren verbunden sind. So ist beispielsweise für einen in der Grundschwingung betriebenen, in der Längs- bzw. 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 Re-Senatoren, 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)

Filters von erheblicher Bedeutung ist, in Frage ge- Patentansprüche: stellt würde. Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten zur

1. Elektromechanisches Filter mit mehreren Halterung mechanischer Filter bekanntgeworden, ■mechanisch gekoppelten, parallel zueinander an- 5 Unter anderem ist es bekannt, die Haltevorrichtung geordneten mechanischen Resonatoren, insbeson- in der Art eines kammförmigen Körpers auszubilden, dere vom Biegeschwingungstyp, die über in neu- bei dem die Resonatoren in dem zwischen den tralen Bereichen angreifende Halteorgane auf Kammzinken verbleibenden Raum unter Verweneiner Grundplatte verankert sind und bei dem dung eines ausgespannten Haltedrahtes gehalten werdie Halteorgane als Metallstifte sehr geringer io den. Weiterhin ist es bekannt, den Haltedraht wellen-Stärke ausgebildet sind, die wenigstens an einigen förmig auszubilden und die von den Resonatoren abder Resonatoren vorgesehen und parallel zuein- gewandten Spitzen des wellenförmigen Haltedrahtes ander und nach der gleichen Seite von der durch zwischen zwei aus einem Kunststoff bestehende Rahdie Resonatoren gebildeten Ebene abweisen, men einzulegen. Ferner ist es bekannt, die Resonatodadurch gekennzeichnet, daß in der 15 ren mit Hilfe zweier gleicher metallischer Teile, Grundplatte (1) wenigstens eine nuttörmige Ver- welche jeweils die Form einer zweiholmigen Leiter tiefung (2) vorgesehen ist, in uenen die stiftförmi- aufweisen, zu halten Abgesehen davon, daß bei diegen Halteorgane (4) mit ihren freien Enden mit- sen bekannten Anordnungen außer den Haltedrähten tels einer Lötmasse oder Gußmasse (3) verankert noch weitere speziell der Halterung dienende Anordsind. so nungen erforderlich sind, tritt noch die Schwierigkeit

2. Elektromechanisches Filter nach An- auf, daß auch für die Halteorganc Toleranzprobleme sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nut- zu beachten sind, wenn das Koppelelement hinsichtförmige Vertiefung (2) durch Querstege (5) in lieh seiner Länge bzw. hinsichtlich seiner Bcfestimehrere, voneinander getrennte Kammern unter- gungspunkte an den Resonatoren innerhalb der teilt ist. as Toleranzbereiche liegen soll, die für eine einwand-

3. Elektromechanisches Filter nach einem der freie Koppelwirkung gefordert werden müssen, um Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, auch beim praktischen Aufbau des Filters möglichst daß die Grundplatte (1) gleichzeitig zur Veranke- nahe an die theoretischen Werte heranzukommen,
rung einer Abdeckhaube (7) des Filters vorgese- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hen ist. 30 Aufbau eines mechanischen Filters anzugeben, dessen Halterung derart ausgebildet ist, daß das oder die Koppelelemente auch dann noch möglichst verspan-

nungsfrei mit den Resonatoren verbunden sind, wenn

die Verbindung der Resonatoren und der Koppelele-35 mente schon vor dem Aufbau des Filtersystems auf eine tragende Grundplatte od. dgl. erfolgt.

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Ausgehend von einem elektromechanischen Filter Filter mit mehreren mechanisch gekoppelten, parallel mit mehreren mechanisch gekoppelten, parallel tueinander angeordneten mechanischen Resonato- zueinander angeordneten mechanischen Resonatoren, insbesondere vom Biegeschwingungstyp, die *o ren, insbesondere vom Biegeschwingungstyp, die fiber in neutralen Bereichen angreifende Halteorgane über in neutralen Bereichen angreifende Halteorgane auf einer Grundplatte verankert sind und bei dem auf einer Grundplatte verankert sind und bei dem die Halteorgane als Metallstifte sehr geringer Stärke die Halteorgane als Metallstifte sehr geringer Stärke ausgebildet sind, die wenigstens an einigen der Reso- ausgebildet sind, die wenigstens an einigen der Resonatoren vorgesehen und parallel zueinander und 45 natoren vorgesehen und parallel zueinander und nach der gleichen Seite von der durch die Resonato- nach der gleichen Seite von der durch die Resonatoren gebildeten Ebene abweisen. ren gebildeten Ebene abweisen, wird diese Aufgabe

Zur Lösung vieler Aufgaben der Filtertechnik wer- gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß in der den neuerdings gerne mechanische Filter verwendet, Grundplatte wenigstens eine nutförmige Vertiefung da sie bekanntlich in dem für sie geeigneten Fre- 5° vorgesehen ist, in denen die stiftförmigen Halteor- ^uenzbereich sowohl hinsichtlich des Raumverbrauchs gane mit ihren freien Enden mittels einer Lötmasse als auch hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften oder Gußmasse verankert sind,
den aus konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Es lassen sich auch solche Vergußmassen, die filtern zum Teil erheblich überlegen sind. Beim Auf- beim Aushärten verhältnismäßig stark schwinden, bau solcher mechanischer Filter stellt sich dabei im- 55 dann noch verwenden, wenn die nutförmige Vertiemer wieder die Aufgabe, die Resonatoren bzw. das fung durch Querstege in mehrere, voneinander gegesamte Filtersystem, das in der Regel aus mehreren trennte Kammern unterteilt ist.
miteinander gekoppelten Resonatoren besteht, in Eine gegenüber äußeren Einflüssen verhältnismäeiner solchen Weise zu haltern, daß sich einerseits ßig unempfindliche Anordnung läßt sich dann erzie- «in stabiler, gegenüber äußeren Erschütterungen 60 len, wenn die Grundplatte gleichzeitig zur Verankemöglichst unempfindlicher Aufbau ergibt und daß rung einer Abdeckhaube des Filters vorgesehen ist.
andererseits die Resonatoren durch die Haltevorrich- Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines tung in ihrer Schwinggüte nicht beeinträchtigt wer- Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt den. Gleichzeitig ist auch darauf zu achten, daß die in der Zeichnung die

die Resonatoren verbindenden Koppelelemente nicht 65 Fig. 1 einen Längsschnitt eines mechanischen FiI-

anderweitigen Einflüssen unterworfen werden, da an- ters,

derenfalls die Koppelwirkung, die bekanntlich für die F i g. 2 einen Querschnitt längs der Schnittebene

einwandfreie Funktion des gesamten mechanischen A-A von Fig. 1.