DE2403680C2

DE2403680C2 - Elektromechanisches Bandfilter mit Biegeschwingern aus Metall

Info

Publication number: DE2403680C2
Application number: DE19742403680
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Phys. Zug; Lechner Hubert Dipl.-Ing. Cham; Gerth (Schweiz)
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1976-02-12

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bandfilter mit Biegeschwingern aus Metall mit nahe der Einspannstelle befestigten piezoelektrischen Wandlern, wobei die Biegeschwinger im Abschnitt des Wandlers ein anderes Flächenträgheitsmoment als im Restabschnitt aufweisen, insbesondere zur Verwendung in Rundsteuerempfängern.

Aus der schweizerischen Patentschrift 530 120 ist ein elektromechanisches Bandfilter in Stimmgabelform mit piezoelektrischen Wandlern bekannt, die nahe der Einspannstelle befestigt sind. Bei diesem bekannten Bandfilter weist die Schwingzunge im Bereich des Wandlerabschnitts eine größere Querschnittsfläche und damit ein größeres Flächenträgheitsmoment als im Restabschnitt auf. Dadurch soll die durch das Aufbringen der piezoelektrischen Wandler eintretende Beeinflussung des Schwingverhaltens der Stimmgabel vermindert werden.

Auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 0 131 002 ist eine Anordnung bekannt, die ein im ü/ondlerbereich vergrößertes Flächenträgheitsmoment aufweist. Aus der deutschen Patentschrift 921 948 bzw. aus der USA.-Patentschrift 2 247 960 sind darüber hinaus andere Anordnungen bekannt, bei denen die Wandler in einiger Entfernung von der Einspannstelle angeordnet sind.

Die bekannten Anordnungen sind für tiefe Tonfrequenzen nicht geeignet und verfügen lediglich über eine relativ geringe Bandbreite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässig und präzise arbeitendes elektromechanisches Bandfilter mit Schwingzungen und piezoelektrischem Querantrieb für niedere Durchlaßfrequenzen zu schaffen, das eine relativ große Bandbreite aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für Verwendung bei tiefen Tonfrequenzen die'Biegeschwinger im Abschnitt der Wandler ein derart verkleinertes Flächenträgheitsmoment besitzen, daß die resonanzbestimmenden Federkonstanten der Verbundschwinger im wesentlichen vom Restabschnitt bestimmt sind.

Beim erfindungsgemäßen Querantneb wird die potentielle Form der Schwingungsenergie gleichmäßiger auf den Wandler verteilt, was eine verbesserte Bandbreite zur Folge hat.

Das erfindungsgemäße Bandfilter kann so ausgestaltet sein, daß der Biegeschwinger im Abschnitt des Wandlers querschnittsvermindert ist.

Die unterschiedlich gestalteten Flächenträgheitsmomente im Abschnitt des Wandlers und im Restabschnitt können aber auch durch Biegeversteifungen erreicht werden.

Auch durch Verbundversteifungen können unterschiedlich gestaltete Flächenträgheitsmomente im Abschnitt des Wandlers und im Restabschnitt erreicht werden.

Zur Vermeidung eines Temperaturganges können die Biegeschwinger aus einer Legierung mit positivem Temperaturgang d^s Elastizitätsmoduls hergestellt sein. Zu dem gleichen Zweck können die freien Enden der Biegeschwinger mit einem rechtwinklig angeordneten Bimetallstreifen versehen sein.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dem Bimetallstreifen die Form eines ungleichschenkligen U zu geben, das bogenseitig eine Reversiernaht aufweist und mit dem kurzen Schenkel am Biegeschwinger befestigt ist.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann das elektromechanische Bandfilter auch als zweikreisiges massegekoppeltes Bandfilter ausgebildet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung bei einem zweikreisigen massegekoppelten Bandfilter,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Anordnung entsprechend Fig. 1,

F i g. 3 eine Abwicklung der Stimmgabel entsprechend Fig. 1,

F i g. 4 eine Seitenansicht der Abwicklung entsprechend F i g. 3,

F i g. 5 ein elektrisches Ersatzschaltbild des Bandfiiters entsprechend Fig. 1,

F i g. 6 eine Ausführungsform mit einem temperaturkompensierenden Bimetallstreifen bei Raumtemperatur,

F i g. 7 die Anordnung entsprechend F i g. 6 bei erhöhter Umgebungstemperatur und

F i g. 8 eine Draufsicht auf die Anordnung entsprechend Fig. 6.

Das in F i g. I gezeigte zweikreisige massegekoppelte Bandfilter besteht aus einer federnd gelagerten Koppelmasse 1, einer metallischen Stimmgabel 2. piezoelektrischen Ein- und Ausgangswandlern 3 und elektrischen Abschlußwiderständen R_n. Stimmgabelzinken und zugehörige Wandler bilden dabei je einen piezoelektrischen Querantrieb.

Die Stimmgabel des Bandfilters gemäß Fig. 1. deren Abwicklung in Fig. 3 gezeigt ist, ist durch Falten aus einem U-förmigen Blech, das bogenseitig eine Verdünnung aufweist, hergestellt. Durch den verdickten Querschnitt der Stimmgabelzinken an den freien Enden entsteht das erfindungsgemäße verkleinerte Flächenträgheitsmoment der beiden Schwingzunsien im Wandlerabschnitt. Das hat sich für niedere Durchlaßfrequenzen als vorteilhaft erwiesen. Die potentielle Form der Schwingungsenergie wird damit auch auf den Wandlerabschnitt verteilt. Die Schwingzungen werden elektrisch stärker belastbar, was für niedere Durchlaßfrequenzen notwendig ist.

F i g. 5 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des Bandfilters gemäß Fig. 1 für den Durchlaßbereich. /, entspricht darin der Masse, C der Nachgiebigkeit und R dem Reibungsmitgang einer Stimmgabelzinke.

L_k entspricht der Koppelmasse und Ci, der Ruheimpedanz eines Wandlers. Für eine minimale Durchgangsdämpfung muß der elektrische Abschlußwider stand R_n dem mechanischen System angepaßt sein, das heißt, er muß das mechanische System maximal belasten. Für eine bestimmte Bandbreite und Durchlaßfrequenz muß dann das Verhältnis CiCi, einen bestimmten Wert annehmen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Antriebe ist dieses Ver-

hältnis in weiten Grenzen für höhere und tiefere Durchlaßfrequenzen einstellbar.

Der Unterschied im Flächenträgheitsmoment von Wandler- und Restabschnitt der Zungenschwinger kann durch Querschnittsveränderungen, Biege- oder

Verbundversteifungen gewonnen werden. Der Übergang kann sprungartig oder fließend sein.

Zur gänzlichen Vermeidung eines Temperaturganges der Durchlaßfrequenz können die Zungenschwinger aus einer Legierung mit positivem Temperaturgang des Ε-Moduls hergestellt oder die Zungenenden mit rechtwinklig angeordneten Bimetallstreifen ausgestattet sein.

Die Fig. 6 und 8 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer Bimetall-Kompensation bei Raumtemperatur. Der Bimetallstreifen 4 besitzt die Form eines ungleichschenkligen U, das bogenseitig eine Reversiernaht5 aufweist und mit dem kurzen Schenkel an der Schwingzunge befestigt ist.

Fig. 7 zeigt die Schwerpunktverlagerung des Bimetallstreifen bei erhöhter Umgebungstemperatur, die bei dieser Form besonders groß ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Bandfilter mit Biegeschwingern aus Metall mit nahe der Einspannstelle befestigten piezoelektrischen Wandlern, wobei die Biegeschwinger im Abschnitt des Wandlers ein anderes Flächenträgheitsmoment als im Restabschnitt aufweisen, insbesondere zur Verwendung in Rundsteuerempfängern, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß für Verwendung bei tiefen Tonfrequenzen die Biegeschwinger (2) im Abschnitt der Wandler (3) ein derart verkleinertes Flächenträgheitsmoment besitzen, daß die resonanzbestimmenden Federkonstanten der Verbundschwinger im wesentlichen vom Restabschnitt bestimmt sind.

2. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im Abschnitt des Wandlers (3) querschnittsverminderten Biegeschwinger (2).

3. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durch Biegeversteifungen unterschiedlich gestaltete Flächenträgheitsmomente im Abschnitt des Wandlers (3) und im Restabschnitt.

4. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durch Verbundversteifungen unterschiedlich gestaltete Flächenträgheitsmomente im Abschnitt des Wandlers (3) und im Restabschnitt.

5. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeschwinger (2) aus einer Legierung mit positivem Temperaturgang des Elastizitätsmoduls besteht.

6. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Biegeschwingers (2) mit einem rechtwinklig angeordneten Bimetallstreifen (4) versehen ist.

7. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen (4) die Form eines ungleichschenkligen U besitzt, das bogenseitig eine Reversiernaht(5) aufweist und mit dem kurzen Schenkel an dem Biegeschwinger (2) befestigt ist.

8. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein zweikreisiges massegekoppeltes Bandfilter handelt.