DE2165552B2

DE2165552B2 - BENDING VIBRATORS AS RESONATOR FOR MECHANICAL FILTERS

Info

Publication number: DE2165552B2
Application number: DE19712165552
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 7900 Ulm Schüssler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1976-04-01
Also published as: FR2170616A5; SE382725B; JPS4873875A; US3795878A; JPS52658B2; IT972958B; IL41197A0; IL41197A; DE2165552A1

Description

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Quasi - ----- /.-Biegekoppelleitungen■>"_ ι
Quasi - ----- / .- flexible coupling lines

(n - 1, 2, 3 ...) darstellen und dabei für zu unterdrückende Schwingungen des Resonators senkrecht zur gewollten Schwingungsrichtung als Längskoppler zur starren Grundplatte den Resonator dämpfend beeinflussen. (n - 1, 2, 3 ...) and thereby have a dampening effect on the resonator for vibrations of the resonator to be suppressed perpendicular to the desired direction of vibration as a longitudinal coupler to the rigid base plate.

2. öiegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des/der Halteelemente(s) kleiner ist als ein Viertel der Wellenlänge bei Längsschwingungen der Halteelemente mit einer Frequenz etwa in der Mitte des Übertragungsbereiches des Filters.2. öiegeschwinger according to claim 1, characterized in that the length of the holding element (s) is smaller than a quarter of the wavelength for longitudinal vibrations of the holding elements with a Frequency roughly in the middle of the transmission range of the filter.

3. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Querschnitt kreisförmig ist.3. A flexural oscillator according to claim 1, characterized in that its cross section is circular is.

4. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Halteelemente einen kreisförmigen Querschnitt haben.4. A flexural oscillator according to claim 1, characterized in that its holding elements have a have a circular cross-section.

Mechanische Filter bestehen meist aus einer Reihe prismatischer, mit ihren Längsachsen parallel nebeneinander angeordneter und durch mechanische Koppelelemente miteinander verbundener, Biegeschwingungen ausführender Resonatoren.Mechanical filters usually consist of a series of prismatic filters with their longitudinal axes parallel to one another arranged and interconnected by mechanical coupling elements, bending vibrations executive resonators.

Neben der Wahl der Art. des Ansteuems der Resonatoren wurde bisher versucht, durch die Form des Querschnittes der Resonatoren zu erreichen, daß diese eindeutig für eine bestimmte Schwingungsart bevorzugt geeignet sind und andere Schwingungsarten unterdrükken. Das gleichzeitige Schwingen eines Schwingers in verschiedenen Schwingungsarten oder Schwingungsrichtungen ist eine in der Praxis nichi. vermeidbare Folge von Unsymmetrien des Schwingers und linerwünscht, weil der Schwinger bei den verschiedenen Schwingungsarten und -richtungen jeweils eine andern Eigenfrequenz und dies Dämpfungseinbrüche im Sperrbereich des Filters zur Folge hat.In addition to the choice of the type of control of the resonators, attempts have so far been made to use the shape of the To achieve cross-section of the resonators that this is clearly preferred for a certain type of vibration are suitable and suppress other types of vibration. The simultaneous swing of a vibrator in different modes or directions of vibration is not one in practice. avoidable Result of asymmetries of the oscillator and liner desires, because the oscillator at the different Vibration types and directions each have a different natural frequency and this is a loss of damping in the blocking range of the filter.

Biegeschwinger haben vorteilhaft einen rechteckförmigen jedoch nicht quadratischen Querschnitt. Einem solchen Querschnitt steht entgegen, daß das Material für die Resonatoren zweckmäßig in einem Kaltverforrnungs-, vorzugsweise einem Ziehverfahren geformtFlexural transducers advantageously have a rectangular shape but not square cross-section. Such a cross section is opposed to the fact that the material for the resonators it is expedient to use a cold forming process, preferably a drawing process

,o wird und daß dabei das Herstellen kreisförmige,-Querschnitte leicht möglich, dagegen das Herstellen rechteckiger Querschnitte mit beliebigen Seitenverhältnissen sehr aufwendig ist.
Für das Fertigen einfacher, jedoch mit Zugeständnis-, o and that the production of circular cross-sections is easily possible, whereas the production of rectangular cross-sections with any aspect ratio is very expensive.
For manufacturing easier, but with concessions

sen in bezug auf das Ergebnis ist es bekannt, Biegeresonatoren aus kreiszylindrischen Stäben zu fertigen und dazu die Resonatoren durch das Abtragen von Material mit einer oder mehreren ebenen Flächen parallel zur Längsachse des Resonators zu versehen. AlsSen in relation to the result, it is known to flex resonators made of circular cylindrical rods manufacture and for this purpose the resonators by removing material with one or more flat surfaces to be provided parallel to the longitudinal axis of the resonator. as

Beispiel wird die DT-OS 15 41 975 genannt. Die so geformten Resonatoren haben zwar eine bevorzugte Biegerichtung, jedoch können dabei Biegeschwingungen in der zu dieser senkrechten Richtung nicht genügend gedämpft werden, und wenn auch zumDT-OS 15 41 975 is given as an example. The resonators shaped in this way have a preferred one Bending direction, however, bending vibrations in the direction perpendicular to this cannot be sufficiently damped, and even if for

Herstellen solcher Resonatoren viel weniger Material abgetragen werden muß, als zum Erreichen des günstigen rechteckförmigen Querschnittes notwendig wäre, so ist jedes dazu geeignete Verfahren noch immer aufwendig. .To produce such resonators, much less material has to be removed than to achieve the A favorable rectangular cross-section would be necessary, any suitable method is still possible laborious. .

Es bestand daher noch immer die Aufgabe, einen einfach herstellbaren Biegeschwinger mit einer bevorzugten Biegerichtung anzugeben, bei dem Biegeschwingungen in der ungewollten, zur gewollten senkrechten Richtung weitgehend gedämpft werden.There was therefore still the task of providing a flexible oscillator with a preferred one that was easy to manufacture Specify the bending direction in which the bending vibrations are in the unwanted, perpendicular to the wanted Direction to be largely dampened.

Bei den meistverwendeten mechanischen Filtern mit Biegeschwingern, so auch in der genannten deutschen Offenlegungsschrift 15 41 975, sind diese durch in den Schwingungsknoten angreifende Halteelemente, meist in Form von geraden Stäben oder Stiften mit einerThe most common mechanical filters with flexural oscillators, including the German one mentioned Offenlegungsschrift 15 41 975, these are mostly by holding elements that act on the vibration nodes in the form of straight bars or pins with a

Grundplatte verbunden. Beim Schwingen des Biegeschwingers in der gewollten Richtung führen die Stäbe Torsionsschwingungen, in der ungewollten Richtung dagegen Biegeschwingungen aus. Durch die im Schwingungsknoten angreifenden Halteelemente ist die Kopp-Base plate connected. When the vibrator oscillates in the desired direction, the rods lead Torsional vibrations, but bending vibrations in the unwanted direction. Through the in the node of vibration attacking retaining elements is the coupling

lung zwischen dem Biegeschwinger und der Grundplatte bei jeder Schwingungsrichtung klein, und es wird daher durch die Halteelemente keine der möglichen Schwingungen wesentlich verstimmt und gedämpft.
In der deutschen Offenlegungsschrift 20 01337 werden als Halteelemente für einen Biegeschwinger mehrfach in bestimmter Weise gebogene Bänder mit etwa rechteckigem Querschnitt beschrieben. In dem beschriebenen besonderen Fall sollen die Halteelemente erstens den Biegeschwinger stoßsicher halten und zweitens dem Biegeschwinger möglichst keine oder doch nur geringe Energie entziehen. Im Falle der vorliegenden Anmeldung besteht die erste Forderung nicht, die zweite ist aufgeteilt in die Forderungen, daß dem Biegeschwinger bei Eigenschwingungen in einer gewollten Richtung möglichst keine, bei Eigenschwingungen in der zur gewollten senkrechten Richtung möglichst viel Energie entzogen wird. Damit unterscheiden sich die deutsche Offenlegungsschrift 20 01 337 und die Anmeldung schon durch ihre Aufgaben.development between the flexural oscillator and the base plate is small for each direction of oscillation, and therefore none of the possible oscillations is significantly detuned and damped by the holding elements.
In the German Offenlegungsschrift 20 01337, strips with an approximately rectangular cross-section that are bent in a specific manner are described as holding elements for a flexural oscillator. In the particular case described, the holding elements should firstly hold the flexural vibrator in a shockproof manner and, secondly, extract no or only little energy from the flexural vibrator as far as possible. In the case of the present application, the first requirement does not exist, the second is divided into the requirements that no energy is withdrawn from the flexural vibrator with natural vibrations in a desired direction, and as much energy as possible with natural vibrations in the desired perpendicular direction. This means that the German Offenlegungsschrift 20 01 337 and the application already differ in terms of their tasks.

G₅ In der Beschreibung der Offenlegungsschrift 20 01 337 wird an den Halteelementen ein Torsionsstück und ein Biegestück unterschieden, wobei die Torsionsstücke etwa parallel zu den Schwingungskno-G ₅ In the description of laid-open specification 20 01 337, a distinction is made between a torsion piece and a bending piece on the holding elements, the torsion pieces being approximately parallel to the oscillation knot

tenachsen verlaufen und beim Schwingen des Biegeschwingers in dessen (gewollter) Hauptschwingungsrichtung (x) im wesentlichen Torsionsschwingungen ausführen. Insoweit verhalten sich die vorgeschlagenen Halteelemente ebenso wie die der zuvor genannten deutschen Offenlegungsschrift 15 41 975.ten axes and when the flexural oscillator oscillates in its (intended) main oscillation direction (x) , it essentially executes torsional oscillations. In this respect, the proposed holding elements behave in the same way as those of the aforementioned German laid-open specification 15 41 975.

Über die besondere Aufgabe und die Wirkungsweise der Biegestücke der Halteelemente ist in der Offenlegungsschrift 20 01 337 nichts ausgesagt. Aus der in der Einleitung; genannten ersten Bedingung kann jedoch ,₀ geschlossen werden, daß die Biegestücke in erster Linie den Biegeschwinger gegen äußere mechanische Stöße aus beliebigen Richtungen schützen sollen. Im wesentlichen aus der F i g. 1 ist weiterhin erkennbar, daß die Halteelemente als Folge der mehrfachen Biegungen in jeder Richtung nachgebend sind und je nach Richtung eines auf sie einwirkenden Druckes sich überlagernd teils tordieren, teils biegen. Als Folge hiervon sind sie unkritisch in bezug auf den genauen Ort ihrer Befestigung am Biegeschwinger; es genügt eine Befestigung im (näheren) Bereich eines Knotenpunktes. Eine weitere, für den Vergleich des bekannten Halteelernents mit dem der vorliegenden Anmeldung wesentliche Folge der allseitigen Nachgiebigkeit des bekannten Halteelements ist der zumindest vernachlässigbar kleine Einfluß des Halteelements auf eine senkrecht zur Hauptschwingungsrichtung auftretende Eigenbiegeschwingung des Biegeschwingers.Offenlegungsschrift 20 01 337 says nothing about the special task and the mode of action of the bending pieces of the holding elements. From the introduction; , said first condition may, however, be ₀ concluded that the bending pieces are intended to prevent the bending transducer against external mechanical shocks from any directions in the first place. Essentially from FIG. 1 it can also be seen that the holding elements are yielding as a result of the multiple bends in every direction and, depending on the direction of a pressure acting on them, partly twist and partly bend overlaying each other. As a consequence of this, they are not critical with regard to the exact location of their attachment to the flexural oscillator; fastening in the (near) area of a node is sufficient. Another consequence of the all-round flexibility of the known holding element, which is essential for the comparison of the known holding element with that of the present application, is the at least negligible influence of the holding element on an inherent bending oscillation of the flexural oscillator that occurs perpendicular to the main oscillation direction.

Die Lösung der vorliegenden Aufgabe, einen Biegeschwinger anzugeben, der Eigenschwingungen in einer gewolhen Richtung bevorzugt, in einer dazu senkrechten ungewollten Richtung dagegen dämpft, ist im Anspruch 1 beschrieben.The solution to the problem at hand is to specify a flexural oscillator that has natural vibrations in preferred in a curved direction, but damps in an unwanted direction perpendicular thereto described in claim 1.

Zum Begriff der
Quasi - ~ /.-Koppelleitunt; oder^ artigenOn the concept of
Quasi - ~ /. Coupling line; or ^ like

Kopplung wird verwiesen auf den Aufsatz von Born er, M. und ScJiüßier, H.: »Mechanische Filter für Zwischenfrequenzen« in dem von Berghammer, J. herausgegebenen Buch: »Microminiaturisation in automatic control equipment and in digital computers«, Verlag Oldenbourg, München 1966, S. 717 bis 730, hierin S. 722 und 723.Coupling, reference is made to the article by Born er, M. and ScJiüßier, H .: »Mechanische Filter for intermediate frequencies «in that of Berghammer, J. published book: »Microminiaturization in automatic control equipment and in digital computers ", Verlag Oldenbourg, Munich 1966, pp. 717 to 730, herein pp. 722 and 723.

Für die ungewollte Schwingungsrichtung des Biegeschwingers parallel zur Längsachse des/der Halteelemente(s) und senkrecht zur Grundplatte wirkt das Halteelement im wesentlichen als Längskoppler, wobei durch einen großen Kopplungsfaktor zur Grundplatte die ungewollte Schwingung verstimmt und stark gedämpft wird. Der große Kopplungsfaktor wird zuverlässig erreicht, wenn die Länge der Halteelemente kleiner ist als ein Viertel der Wellenlänge bei Längsschwingungen der Halteelemente mit einer Frequenz etwa in der Mitte des Übertragungsbereiches des Filters.For the unwanted direction of oscillation of the flexural oscillator This works parallel to the longitudinal axis of the holding element (s) and perpendicular to the base plate Retaining element essentially as a longitudinal coupler, with a large coupling factor to the base plate the unwanted oscillation is out of tune and strongly damped. The big coupling factor will be reliably achieved when the length of the holding elements is less than a quarter of the wavelength at Longitudinal vibrations of the holding elements with a frequency approximately in the middle of the transmission range of the filter.

Der erfindungsgemäße Biegeschwinger bevorzugt die gewollte und verstimmt und dämpft die ungewollte Schwingungsrichtung weitgehend unabhängig von der Querschnittsform des Biegeschwingers. Er kann daher ohne weiteres den für die Herstellung besonders günstigen kreisförmigen Querschnitt haben; auch der bei herkömmlichen Biegeschwingern als unzweckmäßig angesehene quadratische Querschnitt ist möglich.The flexural oscillator according to the invention prefers the wanted one and detuned and attenuates the unwanted one Direction of oscillation largely independent of the cross-sectional shape of the flexural oscillator. He can therefore readily have the circular cross-section which is particularly favorable for production; also the a square cross-section, which is considered to be inexpedient in conventional flexural oscillators, is possible.

Die Halteelemente haben für die einfache Fertigung zweckmäßig ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt.The holding elements also advantageously have a circular cross section for simple manufacture.

Claims

Patent claims:

1. Natural vibrations in the desired direction parallel to a base plate are preferable, Natural vibrations in the intended direction and perpendicular to the base plate attenuating Flexural oscillator as a resonator for mechanical filters, which has at least one straight, pin-shaped Holding element is connected to a single plane of the base plate to be regarded as rigid, wherein each holding element perpendicular to the intended direction of oscillation of the resonator and perpendicular to the The longitudinal axis of the resonator is arranged and on this at one opposite a node attacked offset point and several holding elements parallel to each other in a single, for Longitudinal axis of the resonator parallel straight lines are attached to its outer surface, characterized in that the at a considerable distance from the vibration nodes attacking Halti; elements are dimensioned so that they are perpendicular to the longitudinal axis for the in them with the desired direction of oscillation of the resonator of the holding elements excited flexural vibrations at an average transmission frequency of the filter