DE2048162C3

DE2048162C3 - Electromechanical filter

Info

Publication number: DE2048162C3
Application number: DE19702048162
Authority: DE
Inventors: Karl 8031 Olehing Traub
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1977-02-24

Description

Die Erfindung betrifft ein in einem Gehäuse angeordnetes elektromechanisches Filter mit mehreren mechanischen Biegeresonatoren, die über ein Längs schwingungen 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 istThe invention relates to an electromechanical filter which is arranged in a housing and has a plurality of mechanical bending resonators, which are mechanically coupled via a coupling element that executes longitudinal vibrations, in the case of the one in the room through which one of the outer surfaces of the resonator arrangement and a housing wall is delimited and absorbs vibration energy lying on the resonators Interlayer is inserted

Mechanische Filter bestehen bekanntlich aus mehreren, mechanisch miteinander gekoppelten, mechani- sehen Resonatoren, bei denen die Filtercharakteristik durch den Schwingungsvorgang der Resonatoren und Koppler bestimmt ist Unter den verhältnismäßig vie len möglichen Schwingungsformen für die Resonatoren und die Koppelelemente ist insbesondere die Verwendung der Biegeschwingung für die Resonatoren und die Verwendung der Längsschwingung für die Koppelelemente 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 Frepuenzvcr-Stimmung verbunden, wenn — durch dre-inneren Gehäuseabmessungen bedingt — Lufträume zustande kommen, die bei der Arbeitsfrequenz des Filters in Resonanz geratea Verzerrungen der Dämpfungskurve des Filters bei den Eigenfrequenzen dieser Lufträume sind dann die Folge.As is well known, mechanical filters consist of several mechanically coupled, mechanically see resonators, in which the filter characteristic is determined by the oscillation process of the resonators and Coupler is one of the relatively many possible waveforms for the resonators and the coupling elements is in particular the use of the bending vibration for the resonators and the Use of the longitudinal oscillation for the coupling elements is advantageous, since with the bending oscillation the resonance frequency of the resonator is also influenced by the area moment of inertia effective in the direction of oscillation. is true, and since when using line couplers, even with relatively thin coupling wires, there are already relatively large bandwidths can be achieved. To protect against environmental influences, the filter is generally accommodated in a housing. The air surrounding a mechanical filter is also excited to vibrate by the movements of the individual resonators. Because of the low vibration quality of the air, damping of the resonators occurs. This damping is particularly strong and is sometimes also associated with a frequency response if - due to the internal dimensions of the housing - air spaces are created that resonate at the operating frequency of the filter, causing distortions of the attenuation curve of the filter at the natural frequencies of these air spaces are then the result.

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.It is already through the USA. Patent 29 05 909 became known in a mechanical filter with plate-shaped, longitudinal or width vibrations executing resonators to cover the resonators with an insert of elastic material, such as rubber or foam-like plastic materials. However, this cover serves on the one hand Holder of the filter body and on the other hand to prevent unwanted bending vibrations of the resonators suppress. A certain pressure of the insert on the resonators is therefore necessary.

Durch die deutsche Patentschrift 8 81 962 ist ferner ein hohlzylinderförmiges Haiterungsgehäuse für in Richtung der Zylinderachse längs schwingenden platten- oder stabförmigen Piezoquarz mit Wandabständen von dessen Stirnflächen, die Kleinstwerte der Ultraschalldämpfung ergeben, bekanntgeworden, bei dem das Gehäuse durch zwei mit Außengewinde versehene Scheibea 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 Tempenuurabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Luft sich nur in einem verhältnismäßig kleinen Temperaturbereich eine ausreichende Unterdrückung störender Resonanzen erzielen läßtThe German patent 8 81 962 also provides a hollow cylindrical holder housing for in Plate-shaped or rod-shaped piezo quartz oscillating lengthways in the direction of the cylinder axis and spaced from the wall of its end faces, which result in the smallest values of the ultrasonic attenuation, became known in the the housing is closed off by two externally threaded disks a, preferably made of insulating material, which are screwed into the internally threaded mounting housing and to the desired position Air gaps from the end faces of the oscillating crystal are adjustable. Even with this known arrangement apart from the additional structural effort, the housing is indirectly used to suppress disruptive resonances, since it is directly the Bracket for the adjustable screws is used. In addition, the problem arises here that because of the strong As a function of the temperature of the speed of sound in air, sufficient suppression of disruptive resonances can only be achieved in a relatively small temperature range

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.The invention is based on the object of interfering air resonances within a mechanical filter consisting of mechanical bending resonators of the housing without simultaneously affecting the vibration behavior of the bending resonators be adversely affected.

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.Starting from an electromechanical filter arranged in a housing with a plurality of mechanical bending resonators, which are mechanically coupled via a coupling element that executes longitudinal vibrations, in the case of which in the space that is passed through one of the If an intermediate layer which rests on the resonators and absorbs oscillation energy is inserted, this object is achieved according to the invention in that the intermediate layer consists of sound-absorbing material and is parallel to the direction of oscillation of the bending resonators is inserted so that no significant pressure is exerted on the resonators during the oscillation process, and the thickness of the intermediate layer is selected such that almost complete sound absorption occurs.

Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß bei gleichen Resonatorabmessungen Biegeresonatoren im Vergleich zu Resonatoren, die andere Schwingungsformen ausführen, im allgemeinenThe invention is based on the consideration that with the same resonator dimensions Flexural resonators compared to resonators that perform other modes of oscillation, in general

verhältnismäßig große Flächen haben, die bei der Biegeschwingung dem Luftwiderstand ausgesetzt sind. Deshalb treten bei Filtern mit Biegeresonatoren die hörenden Einflüsse von Luftresonanzen auf den Dämpfungsverlauf des Filters insbesondere dann auf. wenn die Gehäuseabmessungen ungünstig sino. Bei diesem Filter wird bei gegenphasiger Schwingung zweier benachbarter Resonatoren der Luftraum zwischen ihnen abwechselnd vergrößert und verkleinert Dadurch werden senkrecht zur Schwingrichtung der Biegeresoratoren 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 TemperatcTabhängigkeit 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.have relatively large areas that are exposed to air resistance during flexural vibration. Therefore, in filters with bending resonators, the hearing influences of air resonances on the attenuation curve of the filter occur in particular. if the housing dimensions are unfavorable. With this filter, when two adjacent resonators oscillate in phase opposition, the air space between them is alternately enlarged and reduced. These air resonances have a disruptive effect on the filter characteristics insofar as considerable attenuation distortions occur in some cases. It is possible, through a suitable choice of the internal dimensions of the housing, to change the lengths of the co-oscillating air columns in such a way that no air resonances and thus no distortion of attenuation can occur. Because of the strong temperature dependence of the speed of sound in air, a sufficiently good result can only be achieved in a relatively small temperature range. In addition, the maximum permissible housing dimensions and their tolerances limit the use of this method.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutertThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment

Die Figur zeigt ein aus mehreren mechanischen Biegeresonanzen t bestehendes mechanisches Filter, die über ein durchgehendes, Längsschwingungen ausführendes Koppelelement miteinander gekoppe'i sind. Die Endresonatoren sind mit elektromechanischen Wandlern 2 und 2' zum Übergang von elektrisuien 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 der 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.The figure shows a mechanical filter consisting of several mechanical bending resonances t, which are coupled to one another via a continuous coupling element that carries out longitudinal vibrations. The end resonators are equipped with electromechanical converters 2 and 2 'for the transition from elektrisuien to mechanical vibrations or for the transition from mechanical to electrical vibrations. The originally circular cross-section resonators are provided with a flattening, on which holding elements 4 are provided in the area of the vibration nodes, which in turn are in a base plate 5 are anchored. The resonators are shown so that their face is visible and it's off assume that the coupling element 3 is attached to the individual resonators in their central area. the Resonators themselves lie in one plane and are excited to flexural vibrations in such a way that that they are bending vibrations in the direction of the double arrow 6, d. H. So run parallel to the base plate 5. Accordingly, the coupling element 3 also carries out longitudinal vibrations in the direction of the double arrow 6. The The filter is surrounded on all sides by a housing 7 in order to keep external influences away as far as possible. Between the filter body and the housing wall is an intermediate layer made of sound-absorbing material 8, which prevents air resonances occurring perpendicular to the direction of oscillation 6 in the exemplary embodiment a plastic, namely polyester fleece, is used as the material for the intermediate layer 8, the one Thickness of 0.5 mm. As can be seen, with this arrangement in the entire temperature range of interest, i.e. between 0 and 55 ° C, no attenuation distortion caused by air resonance watch more.

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.In the exemplary embodiment, the intermediate layer is placed directly on the resonators, namely on the Coupling element 3 opposite side. The intermediate layer is therefore parallel to the direction of oscillation 6 of the resonators and can, if necessary, extend over the entire length of the resonator.

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.Tests with a much thinner fleece of about 0.1 mm or those with a heavily roughened inner surface of the plastic housing did not bring about sufficient improvement. That shows that the effect of 0.5mm thick fleece insert is mainly based on the absorption of sound waves, but less on a diffuse one Reflection from the rough surface of this felt-like insert.

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.It has also proven to be particularly advantageous for production that the intermediate layer 8 is not fixed must be connected to the housing, but without any adverse effect on the damping curve on the Resonators 1 may rest. All that is required is the distance between the housing and the individual resonator be so large that no pressure is exerted on the resonators during the oscillation process. The polyester fleece used distinguishes itself from other materials such as felt or foam good dimensional stability and moisture resistance.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

: 'Patent claims:

1. Ju einem Gehäuse angeordnetes elekuwnechanisches Filter mit mehreren mechanischen Biegere- sonatoren, die über ein Längsscbwingungen 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- gende, Schwingungsenergie absorbierende Zwischenschicht eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet. daß die Zwischenschicht (8) aus schallschluckendem Material besteht und parallel zur Schwingungsrichtung (€) der Biegeresonatoren (1) derart eingelegt ist, daß während des Schwingungsvorganges kein nennenswerter Druck auf die Resonatoren {1) ausgeübt wird, und die Dicke der Zwischenlage (8) derart gewählt ist. daß eine nahezu vollständige SchalJabsorbtion auftritt1. An electromechanical filter arranged in a housing with several mechanical bending devices sonators that are mechanically coupled via a coupling element that carries out longitudinal vibrations, in which in the space that is delimited by one of the outer surfaces of the resonator arrangement and a housing wall, an overlay on the resonators Low vibration energy absorbing intermediate layer is inserted, characterized. that the intermediate layer (8) consists of sound-absorbing material and parallel to Direction of vibration (€) of the bending resonators (1) is inserted in such a way that no significant pressure is exerted on the resonators {1) during the oscillation process, and the thickness of the intermediate layer (8) is selected in this way. that a nearly complete scarf absorption occurs

2 Elektromechanisch« Filter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (8) aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyestervlies besteht2 electromechanical filter according to claim 1. characterized in that the intermediate layer (8) consists of a plastic, in particular of polyester fleece

3. Elektromechanisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zwischenlage (8) über die gesamte Resonatorlänge erstreckt3. Electromechanical filter according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layer (8) extends over the entire Extends resonator length

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.4. Electromechanical filter according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling of the resonators via a continuous coupling element (3) takes place and that the intermediate layer (8) on the coupling element (3) opposite side of the resonators (1) is arranged.