DE2048162B2 - Elektromechanisches filter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein in einem Gehäuse angeordnetes elektromechanisches Filter mit mehreren mechanischen Biegeresonatoren, die über ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement mechanisch gekoppelt sind, bei dem in dem Raum, der durch eine der Außenflächen der Resonatoranordnung und eine Gehäusewand begrenzt ist, eine auf den Resonatoren aufliegende, Schwingungsenergie absorbierende Zwischenschicht eingefügt ist.

Mechanische Filter bestehen bekanntlich aus mehreren, mechanisch miteinander gekoppelten, mechanisehen Resonatoren, bei denen die Filtercharakteristik durch den Schwingungsvorgang der Resonatoren und Koppler bestimmt ist. Unter den verhältnismäßig vielen möglichen Schwingungsformen für die Resonatoren und die Koppelelemente ist insbesondere die Verwendung der Biegeschwingung für die Resonatoren und die Verwendung der Längsschwingung für die Koppelelerrente von Vorteil, da bei der Biegeschwingung die Resonanzfrequenz des Resonators vom in Schwingungsrichtung wirksamen Flächenträgheitsmoment mitbe- stimmt wird, und da sich bei der Verwendung von Längskopplern selbst bei verhältnismäßig dünnen Koppeldrähten bereits verhältnismäßig große Bandbreiten erzielen lassen. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse wird das Filter im allgemeinen in einem Gehäuse untergebracht. Die ein mechanisches Filter umgebende Luft wird durch die Bewegungen der einzelnen Resonatoren ebenfalls zu Schwingungen angeregt. Wegen der geringen Schwinggüte der Luft tritt deshalb eine Bedämpfung der Resonatoren ein. Besonders stark ist diese Bedämpfung und mitunter auch mit einer Frequenzverstimmung verbunden, wenn — durch die inneren Gehäuseabmessungen bedingt — Lufträume zustande kommen, die bei der Arbeitsfrequenz des Filters in Resonanz geraten. Verzerrungen der Dämpfungskurve des Filters bei den Eigenfrequenzen dieser Lufträume sind dann die Folge.

Es ist durch die USA.-Patentschrift 29 05 909 bereits bekanntgeworden, bei einem mechanischen Filter mit plattenförmigen, Längs- bzw. Breitenschwingungen ausführenden Resonatoren die Resonatoren durch eine Einlage elastischen Materials, wie beispielsweise Gummi oder schaumstoffartige plastische Materialien, abzudecken. Diese Abdeckung dient jedoch einerseits der Halterung des Filterkörpers und andererseits dazu, ungewünschte Biegeschwingungen der Resonatoren zu unterdrücken. Es ist deshalb ein gewisser Druck der Einlage auf die Resonatoren erforderlich.

Durch die deutsche Patentschrift 8 81 962 ist ferner ein hohlzylinderförmiges Halterungsgehäuse für in Richtung der Zylinderachse längs schwingenden platten- oder stabförmigen Piezoquarz mit Wandabständen von dessen Stirnflächen, die Kleinstwerte der Ultraschalldämpfurg ergeben, bekanntgeworden, bei dem das Gehäuse durch zwei mit Außengewinde versehene Scheiben, vorzugsweise aus Isoliermaterial, abgeschlossen ist, die in dem mit Innengewinde versehenen Halterungsgehäuse eingedreht sind und auf die gewünschten Luftabstände von den Stirnflächen des Schwingkristalls einstellbar sind. Auch bei dieser bekannten Anordnung wird, abgesehen vom zusätzlichen konstruktiven Aufwand, das Gehäuse indirekt zur Unterdrückung störender Resonanzen mit herangezogen, da es direkt der Halterung der einstellbaren Schrauben dient. Zudem tritt auch hier das Problem auf, daß wegen der starken Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Luft sich nur in einem verhältnismäßig kleinen Temperaturbereich eine ausreichende Unterdrückung störender Resonanzen erzielen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem aus mechanischen Biegeresonatoren bestehenden mechanischen Filter störende Luftresonanzen innerhalb des Gehäuses zu unterdrücken, ohne daß gleichzeitig die Biegeresonatoren in ihrem Schwingungsverhalten nachteilig beeinflußt werden.

Ausgehend von einem in einem Gehäuse angeordneten elektromechanischen Filter mit mehreren mechanischen Biegeresonatoren, die über ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement mechanisch gekoppelt sind, bei dem in dem Raum, der durch eine der Außenflächen der Resonatoranordnung und eine Gehäusewand begrenzt ist, eine auf den Resonatoren aufliegende, Schwingungsenergie absorbierende Zwischenschicht eingefügt ist. wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht aus schallschluckendem Material besteht und parallel zur Schwingungsrichtung der Biegeresonatoren derart eingelegt ist, daß während des Schwingungsvorganges kein nennenswerter Druck auf die Resonatoren ausgeübt wird, und die Dicke der Zwischenlage derart gewählt ist, daß eine nahezu vollständige Schallabsorbtion auftritt.

Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß bei gleichen Resonatorabmessungen Biegeresonatoren im Vergleich zu Resonatoren, die andere Schwingungsformen ausführen, im allgemeinen

verhältnismäßig große Flächen haben, die bei der Biegeschwingung dem Luftwiderstand ausgesetzt sind. Deshalb treten bei Filtern mit Biegeresonatoren die störenden Einflüsse von Luftresonanzen auf den Dämpfungsverlauf des Filters insbesondere dann auf, wenn die Gehäuseabmessungen ungünstig sind. Bei diesem Filter wird bei gegenphasiger Schwingung zweier benachbarter Resonatoren der Luftraum zwischen ihnen abwechselnd vergrößert und verkleinert Dadurch werden senkrecht zur Schwingrichtung der Biegeresonatoren Luftwellen angeregt, die an der Gehäusewand reflektiert werden und stehende Wellen bilden können. Diese Luftresonanzen haben eine störende Rückwirkung auf die Filtercharakteristik insofern, als zum Teil erhebliche Dämpfungsverzerrungen auftreten. Es besteht zwar die Möglichkeit, durch geeignete Wahl der Gehäuseinnenmaße die Längen der mitschwingenden Luftsäulen so zu ändern, daß keine Luftresonanzen und damit auch keine Dämpfungsverzerrungen auftreten können. Wegen der starken Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Luft läßt sich aber nur in einem verhältnismäßig kleinen Temperaturbereich ein ausreichend gutes Ergebnis erzielen. Außerdem schränken maximal zulässige Gehäuseabmessungen sowie deren Toleranzen die Anwendung dieser Methode ein.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

Die Figur zeigt ein aus mehreren mechanischen Biegeresonanzen 1 bestehendes mechanisches Filter, die über ein durchgehendes, Längsschwingungen ausführendes Koppelelement miteinander gekoppelt sind. Die Endresonatoren sind mit elektromechanischen Wandlern 2 und 2' zum Übergang von elektrischen auf mechanische Schwingungen bzw. zum Übergang von mechanischen auf elektrische Schwingungen versehen. Die ursprünglich kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Resonatoren sind mit einer Abflachung versehen, an der im Bereich der Schwingungsknoten Halteelemente 4 vorgesehen sind, die ihrerseits in einer Grundplatte 5 verankert sind. Die Resonatoren sind so dargestellt, daß ihre Stirnseite sichtbar ist und es ist davon auszugehen, daß das Koppelelement 3 an den einzelnen Resonatoren in deren Mittenbereich befestigt ist. Die Resonatoren selbst liegen in einer Ebene und werden in einer solchen Weise zu Biegeschwingungen angeregt, daß sie Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 6, d. h. also parallel zur Grundplatte 5 ausführen. Demzufolge führt auch das Koppelelement 3 Längsschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 6 aus. Das Filter ist mit einem Gehäuse 7 allseitig umgeben, um äußere Einflüsse nach Möglichkeit fernzuhalten. Zwischen dem Filterkörper und dei Gehäusewand liegt eine aus schallschluckendem Material bestehende Zwischenlage 8, die senkrecht zur Schwingungsrichtung 6 auftretende Luftresonanzen unterbindet. Im Ausführungsbeispiel ist als Material für die Zwischenlage 8 ein Kunststoff, nämlich Polyestervlies, verwendet, der eine Dicke von 0,5 mm hat. Wie sich zeigt, läßt sich mit dieser Anordnung im gesamten interessierenden Temperaturbereich, also zwischen 0 und 55° C, keine durch Luftresonanzen hervorgerufene Dämpfungsverzerrung mehr beobachten.

Im Ausführungsbeispiel ist die Zwischenlage direkt auf die Resonatoren aufgelegt, und zwar auf der dem Koppelelement 3 gegenüberliegenden Seite. Die Zwischenlage liegt also parallel zur Schwingungsrichtung 6 der Resonatoren und kann sich erforderlichenfalls über die gesamte Resonatorlänge erstrecken.

Versuche mit wesentlich dünnerem Vlies von etwa 0,1 mm oder solche mit stark angerauhter Innenfläche des Kunststoffgehäuses brachten keine ausreichende Verbesserung. Das zeigt, daß die Wirkung der 0,5 mm dicken Vlieseinlage hauptsächlich auf der Absorbtion der Schallwellen beruht, weniger aber auf einer diffusen Reflexion von der rauhen Oberfläche dieser filzartigen Einlage.

Als besonders vorteilhaft für eine Fertigung hat sich außerdem erwiesen, daß die Zwischenlage 8 nicht fest mit dem Gehäuse verbunden sein muß, sondern ohne nachteilige Wirkung auf den Dämpfungsverlauf auf den Resonatoren 1 aufliegen darf. Es muß lediglich der Abstand zwischen dem Gehäuse und dem einzelnen Resonator so groß sein, daß während des Schwingungsvorganges kein Druck auf die Resonatoren ausgeübt wird. Gegenüber anderen Materialien wie Filz oder Schaumstoff zeichnet sich das verwendete Polyestervlies durch gute Maßhaltigkeit und Feuchtebeständigkeit aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. In einem Gehäuse angeordnetes elektromechanisches Filter mit mehreren mechanischen Biegeresonatoren, die über ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement mechanisch gekoppelt sind, bei dem in dem Raum, der durch eine der Außenflächen der Resonatoranordnung und eine Gehäusewand begrenzt ist, eine auf den Resonatoren auflie- ι ο gende, Schwingungsenergie absorbierende Zwischenschicht eingefügt ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (8) aus schallschluckendem Material besteht und parallel zur Schwingungsrichtung (6) der Biegeresonatoren (1) derart eingelegt ist, daß während d'js Schwingungsvorganges kein nennenswerter Druck auf die Resonatoren (1) ausgeübt wird, und die Dicke der Zwischenlage (8) derart gewählt ist, daß eine nahezu vollständige Schallabsorption auftritt

2. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (8) aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyestervlies besteht.

3. Elektromechanisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zwischenlage (8) über die gesamte Resonatorlänge erstreckt

4. Elektromechanisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Resonatoren über ein durchgehendes Koppelelement (3) erfolgt, und daß die Zwischenlage (8) auf der dem Koppelelement (3) gegenüberliegenden Seite der Resonatoren (1) angeordnet ist