DE2165552C3

DE2165552C3 - Flexural oscillator as a resonator for mechanical filters

Info

Publication number: DE2165552C3
Application number: DE19712165552
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 7900 Ulm Schüssler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1976-11-25

Description

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Quasi - --j - A-Biegekoppelleitungen>"_ J
Quasi - --j - A flexible coupling lines

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(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.

2. Biegeschwinger 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. A flexural oscillator 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 Ansteuerns 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 nicht vermeidbare Folge von Unsymmetrien des Schwingers und unerwünscht, weil der Schwinger bei den verschiedenen Schwingungsarten und -richtungen jeweils eine andere Eigenfrequenz und dies Dämpfungseinbrüche im Sperrbereich des Filters zur Folge hatIn addition to the choice of the type of control of the resonators, attempts have been made so far by 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 types or directions of vibration is unavoidable in practice Consequence of asymmetries of the oscillator and undesirable, because the oscillator is different for the different types and directions of oscillation Natural frequency and this results in attenuation drops 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 Kaltverformungs-, vorzugsweise einem Ziehverfahren geformt wird, und daß dabei das Herstellen kreisförmiger Querschnitte leicht möglich, dagegen das Herstellen rechteckiger Querschnitte mit beliebigen Seitenverhältnissen sehr aufwendig istFlexural transducers advantageously have a rectangular shape. but not a square cross-section. Such a cross-section is opposed by the fact that the material for the resonators it is expedient to use a cold forming process, preferably a drawing process becomes, and that the production of circular cross-sections is easily possible, on the other hand, the production rectangular cross-sections with any aspect ratio is very expensive

Für das Fertigen einfacher, jedoch mit Zugeständnissen 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. Als Beispiel wird die DT-OS 15 41975 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 zum 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.It is known to be simpler to manufacture, but with concessions as to the result To manufacture bending resonators from circular cylindrical rods and the resonators by removing them of material to be provided with one or more flat surfaces parallel to the longitudinal axis of the resonator. When DT-OS 15 41975 is named 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 sufficiently attenuated, and albeit much less material to make such resonators must be removed than necessary to achieve the favorable rectangular cross-section any suitable method is still time-consuming.

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 einer 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 Kopplung zwischen dem Biegeschwinger und der Grundplatte bei jeder Schwingungsrichtung klein, und es wird daher durch die Halteelemente keine der möglichen Schwingungen wesentlich verstimmt und gedämpftThe most common mechanical filters with flexural oscillators, including the German one mentioned Offenlegungsschrift 15 41 975, these are mostly through holding elements that act in the vibration nodes connected to a base plate in the form of straight rods or pins. When swinging the flexural oscillator in the desired direction the bars cause torsional vibrations, in the unwanted direction on the other hand bending vibrations. The coupling is due to the holding elements acting in the vibration node between the flexural oscillator and the base plate is small for each direction of oscillation, and it becomes therefore none of the possible vibrations are significantly detuned and dampened by the holding elements

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 Falie 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.In the German Offenlegungsschrift 20 01337 are used as holding elements for a flexural oscillator multiple times in a certain way bent strips with described approximately rectangular cross-section. In the particular case described, the holding elements Firstly, keep the oscillating flexure shockproof and, secondly, the oscillating flexure, if possible, none or but only draw a small amount of energy. In the case of the present application, there is the first requirement not, the second is split into the demands that the flexural oscillator in the case of natural vibrations in a desired direction, if possible none, in the case of natural vibrations As much energy as possible is withdrawn in the desired perpendicular direction. So differentiate The German Offenlegungsschrift 20 01 337 and the registration are already through their tasks.

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-In the description of laid-open specification 20 01 337, a torsion piece is used on the holding elements and a bending piece distinguished, the torsion pieces roughly 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.

Ober die besondere Aufgabe und die Wirkungsweise der Biegestücke der Halteelemente ist in der Offenlegungsschrift 20 Ot 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 Halteelements mit dem der vorliegenden Anmeldung wesentliche Folge der allseitigen Nachgiebigkeit des bekannten Halteelements ist der zumindest vemachlässigbar kleine Einfluß des Halteelements auf eine senkrecht zur Hauptschwingungsrichtung auftretende Eigenbiegeschwingung des Biegeschwingers.The laid-open specification 20 Ot 337 does not say anything about the special task and the mode of action of the bending pieces of the holding elements. However, from the first condition mentioned in the introduction ₍₀ it can be concluded that the bending pieces primarily protect the bending vibrator against external mechanical impacts from any direction 1 it can also be seen that the holding elements are yielding in every direction as a result of the multiple bends and, depending on the direction of a pressure acting on them, superimposed partly twist and partly bend it is uncritical with regard to the exact location of its attachment to the flexural oscillator; it is sufficient to attach it in the (nearer) area of a node negligible small one Flow of the holding element to a natural 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 _J0 einer gewollten Richtung bevorzugt, in einer dazu senkrechten ungewollten Richtung dagegen dämpft, ist im Anspruch 1 beschrieben.The solution to the present problem of specifying a _{flexural oscillator which prefers natural vibrations in J0 in} a desired direction, but dampens in an unwanted direction perpendicular thereto, is described in claim 1.

Zum Begriff der
Quasi — ^z—-r— /.-Koppelleitung oder ^ artigenOn the concept of
Quasi - ^z - r - /. Coupling line or ^ like

Kopplung wird verwiesen auf den Aufsatz von B or η er, M. und Schüßler, 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 B or η er, M. and Schüßler, 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 vibration of the flexural vibrator parallel to the longitudinal axis of the holding element (s) and perpendicular to the base plate, the holding element essentially acts as a longitudinal coupler, with the unwanted vibration being detuned and strongly damped by a large coupling factor to the base plate. The large coupling factor is reliably achieved if the length of the holding elements is less than a quarter of the wavelength in the case of 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, see chap 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 Retaining element with a single level of being rigid ίο to be viewed base plate is connected, each holding element perpendicular to the intended direction of oscillation of the resonator and is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the resonator and on this engages at a point offset from a node and several holding elements parallel to each other in a single parallel to the longitudinal axis of the resonator straight line are attached to its lateral surface, characterized in that the in considerable distance from the attacking nodes holding elements are dimensioned so that they for the in them at the desired direction of oscillation of the resonator perpendicular to the longitudinal axis of the holding elements excited flexural vibrations at an average transmission frequency of the filter