DE2434682C3 - Elektromechanisches Zungenfilter mit hoher Frequenzstabilität - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf ein eleklromeehsinisches Zungenfilter mit hoher Frequenzstabilität gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 33 61 994 ist ein Zungcnfillcr mit hoher Frequenzstabilität der eingangs genannten Art bekannt, das elektromechanisch arbeitet und sich in Sonderheit zur Verwirklichung in Miniaiurbauweise eignet.

Ferner ist es aus der US-PS 29f>^r>77} bekannt, bei einer als elektromechanisches Filter anwendbaren Schwingkristallanordnung Verbindungsleitungen in Form von Drähten vorzusehen, die sowohl der Halterung des Schwingkristall als auch der Spannungszuführung zu den Elektroden dieses Schwingkristalls dicncn. U. a. ist es hierbei an sich bekannt, zur Dämpfung von Resonanzschwingungen und/oder zur Verhinderung einer Deformation der Verbindungsleiiungen Klumpen aus elastischem Material auf die Vcrbindungsleitungen aufzubringen.

to Auch sind Zungenfilter in Form einer Stimmgabel (DE-OS 20 46 737, DE-OS 21 56 691; US-PS 36 83 213. US-PS 36 97 789) oder in Form eines in seinem Schwerpunkt aufgehängten .Schwingungsstabes (DE-OS L-I 01 634) bekannt.

In dem Miniaiur-Stimmgabei-Zungenfilter nach der DE-OS 20 46 737 dient die elektrische Verbindungsleitung zwischen den EIcktrodenanschlüsscn und den Zungenelcmentcn zugleich zur erschütterungsfreien Halterung bzw. Lagerung des Zungenfilters, wobei die Haltcrung bei anomalen äußeren .Stoßeinwirkungen verhindern soll, daß das Zungenfiltcr gegen die Wände des umgebenden Gehäuses gestoßen und dabei zerstört wird. Die Gefahr der Zerstörung ist bei diesem Zungcnfiller aus Kristall besonders groß, so daß das Zungcnfiller an relativ massiv ausgebildeten, einseitig starr eingespunnlcn Verbindunpslcitungen taumelivd aufgehängt ist. Diese relativ massiv ausgebildeten Verbindungsleiiungen beeinträchtigen durch ihre Eigenresonanz, welche von der Länge, dem Durchmesser, der Art des

M) Werkstoffs, der Gestaltung usw. abhängt, die Resonanzcharaktcristik des Miniatur-Zungenfilters ganz erheblich, wenn das Zungenfiltcr Eingangssignale empfängt, die der natürlichen Frequenz der Verbindungsleiiungen entsprechen, wobei diese Eigenfrequenzschwingungen

J5 der Vcrbindungsleitungcn wieder an die Zungcnelcmentc des Zungenfilters rückübertragen werden und dann die Eigenfrequenz des Zungcnfilicrs überlagern.

Eine ähnliche, stoßabsorbicreudc Aufhängungsvorrichlung für ein Zungcnfillcr mit federnden Melallbü-

^o gclclcmcnten islausdcr DE-OS 21 56 691 bekannt.

Bei dem Zungenfillcr nach der US-PS 36 83 213 bestehen die elektrischen Vcrbindungsleitungcn aus dünnen Film-Elektroden, die außer der Tatsache, daß sie extrem dünn und damit gegen anomale Stoßcinwirkungen wieder sehr bruchempfindlich sind, auch den anderen Nachteil aufweisen, daß sie noch schlechter dcfinicrbarc Eigenschwingungen erzeugen, die der Schwingung des Zungenfilters als Störresonanz überlagert werden und damit ein einwandfreies Arbeiten des Zungcnfilicrs

so als Frcquenzfilicrclemcnt verhindern.

In den meisten Fällen bestehen die elektrischen Vcrbindungslcitungcn aus üblichen Leitungsdrähten (US-Patentschriften 29 89 578. 38 05 348). Auch durch diese beliebig verlegien Leitungsdrähte ergeben sich die vor-

5^Λ> stehend erwähnten Schwierigkeiten durch die Überlagerung der Eigenfrequenzen von Zungenfiltern und Vcrbindungsleitungcn. die sich insbesondere bei zu kurzen Drähten oder bei Drähten mit zu großem Durchmesser sehr nachteilig auswirken. Andererseits kommt

W) es bei /u großer Länge der Vcrbindungslcilungcn zu Berührungen zwischen Verbindungslcitung und Zungenfiltcr und damit zur Beeinträchtigung der l-jgcnfrcqticn/ des Zungcnfilicrs. Vcrbindiingslciiiingcn mit /ii kleinem Durchmesser sind dagegen bei anomaler SloU-

h'i cinwirkung auf das Zungcnfilicr hnichempiiiullich.

Auch bezieht sich die Ijfiiulimg auf ein cleklromechanisches /,ungenfillei mit hoher I'rcc|iien/Mabiliiäl Oberbegriff des Anspruchs 2. Aus tier I IS· PS

24 41 139 Lsi cine solche als elektromechanisches Filter geeignete Schwingkrislallanordnung bekannt, bei welcher die sowohl die Halterung des Schwingkristall als auch die Spannungszuführung zu den Elektroden bewirkenden Verbindungsieilungen in Form von Drähten einc Hinrichtung zur Dämpfung der Resonanzschwingungen und/oder zur Verhinderung einer Deformation dieser Verbindungsleitungen aufweisen. Hierzu ist jeweils der eine Endbereich der Verbindungsleitungen mit dem entsprechenden Anschlußelement verbunden und mit seinem ersten Teil eng um das Ende des zugeordneten Anschlußelements gewunden und bildet mit diesem durch Lötung eine Einheit. Der übrige Teil des Endbereiches weist Biegungen mit einer Formgebung auf, welche die Dämpfung der Resonanzschwingungen dieser Drähte herbeiführt und/oder ihre Deformation verhindert.

Alle die vorstehend genannten Einrichtungen zur Unterbindung der von Verbindungsleitungen an Schwingkörpern verursachbaren Störungen beruhen auf dem aus der US-PS 23 71 613 bekannten Prinzip der mechanischen Reflektoren. Hierbei werden Massekörper zum Entkoppeln des aus Schwingkörper und Aufhängung bestehenden Schwingungssystems beim Auftreten einer äußeren Störbeeinflussung vorgesehen, so daß die Massckörper relativ groß bemessen sein müssen und an den Schwingungsknotenstellen der Aufhängung angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Zungenfilter mit hoher Frequenzstabi- jo lität derart weiterzubilden, daß die durch äußere Stoßeinwirkungen und/oder erhöhte Umgebungstemperaturen verursachte Verformung und/oder das Mitschwingen, die zu Störeinflüssen bei der Eigenfrequenzschwingung der Zungenclemente führen, auf ein Minimum ver- J5 ringen bzw. ganz ausgeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden nach der Erfindung zwei Wege angegeben. Der erste Weg ist im kennzeichnender. Teil des Anspruches 1 und der zweite im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 wicdcrgegeben.

Bei beiden Lösungswegen nach der Erfindung wird bei der Wirkungsweise von Einrichtngcn zur Unterbindung der von Vcrbindungslcitungcn an Schwingkörpern verursachten Störungen nicht das Prinzip der mechanisehen Reflektoren angewandt, sondern die Schwingung der Verbindungsleitungcn wird bei der Verwendung von Klumpen aus einem elastischen Klebstoff, wozu insbesondere Silikonkautschuk geeignet ist, absorbiert oder der zylinderfcderariig und berührungsfrei um das entsprechende Anschlußdcment gewundene übrige Teil des Endbereichs jeder Verbindungsleitung übt eine Dämpfiingswirkung auf die Schwingung der jeweiligen Vcrbindungsleitung aus. Hierdurch werden .Störresonanzen auf konstruktiv sehr einfache Weise wesentlich « verminderi und/ouer uusgc^chtiiici, uiiric daß ein negativer Einfluß auf die mechanischen Schwingungseigenschaften der Zungenelementc vorhanden ist. Bei dem zweiten Weg wird eine wirksame Schwingungsdämpfung an den übrigen Teilen der Endbereiche der Verbindungsleitungcn auf ähnliche Weise erreicht.

Die elastische Befestigung ist bei Miniatur-Zungcnfiltcrn von besonderem Vorteil, weil eine starre Befestigung andererseits die Rcsonanzeharakicrislik der Stimmgabel in einer solchen Weise beeinträchtigt, als ob Verbindungslcitunge.j mit großem Durchmesser vcrwcndct wurden.

Die Erfindung wird <m folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. la und Ib Darstellungen zur Veranschaulichung von Verformungen der Verbindungsleitungen, die zum Verbinden der Anschlußelemente und Wandler des Zungenfilters vorgesehen sind,

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Verhältnisses der Eingangs- und Ausgangssignale als Funktion der Frequenz bei Überlagerungen von Störfrequenzen,

F i g. 3 eine Ansicht eines Zungenfilters nach der Erfindung,

Fig.4 eine Ansicht eines Zungenfilters in einer gegenüber der Anordnung nach F i g. 3 abgeänderten Form und

F i g. 5 eine perspektivische Teilansicht eines Zungenfilters gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. la und Ib zeigt ein elektromechanisches Zungenfilter, das ein Paar langgestreckte, mechanisch mitschwingende Metallzungenelemente 1 und Γ aufweist. Diese Elemente sind einstückig mit «inem Steg 2 ausgebildet, der an einem Metalltragelement 3 befestigt ist. Dieses Element ist fest auf einem Basiselement 4 angebracht. Elektromechanische Wandler 5 und 5', v>:e piezoelektrische Elemente, sind an den Seiten der Zungenelemen.e 1 und Γ zwischen dem Steg 2 und den freien Enden der Zungen, vorzugsweise in an den Steg 2 angrenzenden Positionen, befestigt. Anschlußelemente 6, 7 und 8 erstrecken sich durch das Basiselement 4 aus Isolierstoff und sind daran befestigt. Verbindungsleitungen 9 und 10 verbinden die Elektroden der elektromechanischen Wandler 5 und 5' mit den Anschlußelementen 7 bzw. 8. Das Anschlußelement 6 ist an das Metalltragelement 3 angeschlossen und dient als Erdverbindung. Leicht verformbare Drähte kleinen Durchmessers werden als elektrische Verbindungen verwendet, um die Zungenelemente frei von Störungen zu halten, die durch die verbindenden Zuleitungsdrähte verursacht werden. Die Verwendung von Drähten kleineren Durchmessers würde die Möglichkeit des Brechens der Drähte bei anrmaler Sloßeinwirkung vergrößern, während die Verwendung von Drähten mit großem Durchmesser Änderungen der Grundfrequenz und des Q-Wertes der Zungenelemente hervorrufen würde. Wenn anomaler Stoß auf das Zungenfilter ausgeübt wird, werden die Zungenelemente 1 und Γ zu starken Schwingungen veranlaßt, die Verformung oder Durchbiegung der Zuleitungsdrähte verursachen, wie dies in Fig. la und Ib gezeigt ist. Wenn der Draht in Berührung mit dem Zungenelement 1' gemäß F i g. 1 a gebracht ist, wird bewirkt, daß das Zungeneieoient Γ seine Grundfrequenz und seinen £>-Wert ändert. Außerdem besteht, wenn ein Gthäusc Yl für das Filter vorhanden ist, die Möglichkeit, daß die Drähte in Berührung mit den Innenwänden des Gehäuses 17 info'ge der anomalen Sto3einwirkung kommen, und sogar eine solche Berührung mit dem Gehäuse würde zur Änderung der Frequenz und des Q-Wertes der Zungenelemente führen. Wenn die Drähte in einer solchen W.-ise verformt werden, daß sie seitlich ausbeulen, wie in Fig. Ib gezeigt ist, wirken die verformten Drähte in der Weise, daß sie Zungenelemente 1 und Γ aus deren Längsachse wegziehen, so daß eine Änderung der Grundfrequenz und des (^-Wertes der Zungenelementc erfolgt. Auch kann eine solche Verformung infolge einer erhöhten Umgebungstemperatur auftreten.

Es können auch Schwingungen der Verbindungslleilungen 9 und 10 mit einer durch ihre Länge und Form bestimmter Eigenfrequenz durch die Schwingung der

Zungenelemente 1 und 1' verursacht werden. Eine solche Schwingung der Vcrbindungsleitungen erzeugt eine Störresonanz, die eine Spitze (b) in der Eingangs-Ausgangs-Signalkennkurve in Fig. 2 neben der von den Zungenelementen verursachten Hauptresonanzspitze ■> (a) hervorruft. Bei abnehmender Größe des Zungenfilters wird die Möglichkeit der Störschwingung, die eine Fehlfunktion der Ausgangsschaltung verursacht, groß.

In Fig. 3 verlaufen die Zungenelemente 1 und !'parallel zur der Ebene des Basisclements 4; der elastische in Klebstoff, wie Silikonkautschuk, wird in Form von Klumpen 12 und 13 aufgebracht, welche die Verbindungsleitungen 9 und 10 elastisch an ihren Mittelpunkten mit dem Basiselement 4 festhalten. Der elastische Klebstoff kann auch auf die oberen Enden der An- r> Schlußelemente 7 und 8 aufgebracht werden, mit denen die Verbindungslcitungen 9 und 10 verbunden sind.

In Fig.4 verlaufen die Anschlußelemcnte 7 und 8 rjurrh Η?Λ B-<$isplpment 4 parallel zu der lüngsachse der Zungenelemente 1 und Γ zu einem an die elektromechanischen Wandler 5 und 5' angrenzenden Punkt. Klumpen 14 und 15 des elastischen Klebstoffs werden auf die oberen Enden der Anschlußelemente 7 und 8 aufgebracht, so daß die Verbindungsleitungen 9 und 10 in ihrer Lage an ihren Mittelpunkten elastisch gehalten 2s werden. Anstatt der Verlängerung der Anschlußelcmente 7 und 8 können Hilfsstützen in einer an die elektromechanischen Wandler angrenzenden Lage vorgesehen werden, um die Verbindungsleitungen 9 und 10 elastisch festzuhalten. Mit diesen vorstehend beschriebe- jo nen Anordnungen werden die Zungenelemente 1 und Γ von den Verbindungslcitungen 9 und 10 weit weniger im Sinne einer Grundfrequenzänderung beeinflußt, und die von den Verbindungsleitungen verursachte Störschwingung wird wirksam unterdrückt, wobei mit diesen An- Ordnungen die Schwingung der Verbindungslcitungen 9 und 10 von dem elastischen Klebstoff absorbiert wird.

F i g. 5 veranschaulicht eine andere Ausführungsform, wobei die Verbindungsleitung 9 mit dem Anschlußelement 7 derart verbunden ist, daß ein Teil 9a von mehre- ren Windungen des Endes der Verbindungsleitung 9 an das Ende Ta des AnschluBelements 7 gelötet und auf diese Weise mit ihm integriert ist. während der restliche Teil 9b der Windungen zylinderfederartig und berührungsfrei um das Anschlußelement 7 gewunden ist. so 4^r> daß dieser restliche Teil 9b eine Dämpfungswirkung ausübt. Die gleiche Anordnung ist bei der Vcrbindungsleitung 10 mit Bezug auf das Anschlußeleincnt 8 vorgesehen.

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Hieiv.a 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Zungenfilter mit hoher Frequenzstabilität, insbesondere in Miniaturbauart, bestehend aus einem Basiselement, einem Paar langgestreckter, mechanisch mitschwingender Zungenelemente, wobei die einen Endbereiche der Zungenelemente aneinander und an dem Basiselement befestigt sind, elektromechanischen Wandlern, von denen jeder an der einen Seitenfläche jedes Zunger.-elementes befestigt ist, Anschlußelemcnten an dem Basiselement und Verbindungsleitungen, deren entgegengesetzte Enden mit den Anschlußclementeti und den elektromechanischen Wandlern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Dämpfung von Resonanzschwingungen und/oder Verhinderung einer Deformation der Verbindungsleitungen (9, 10) Klumpen (12.13; 14, t5>aus elastischem Material auf die Verbindungsleitungen (9, 10) aufgebracht sind und daß die Klumpen (12, 13; 14, 15) aus eine elastischen Klebstoff jeweils die Verbindungsleitungen (9,10) an ihren Mittelpunkten am Basiselement (4) oder an den oberen Enden von zu den elektromechanischen Wandlern (5, 5') angrenzender Lage verlängerten Anschlußelementen (7, 8) oder von in einer an die elektromechanischen Wandler (5, 5') angrenzenden Lage vorgesehenen Hilfsstützen festhalten.

2. Elektromechanisches Zungenfilter mit hoher Frequenzstabilität, insbesondere in Miniaturbauart, bestehend aus einem Baviselem ,it, einem Paar langgestreckter, mechanisch -mitschwingender Zungcnelemente, wobei die einen Endbe iiche der Zungcnelemente aneinander und an dem Basisclcmcni befestigt sind, elektromechanischen Wandlern, von denen jeder an einer Seitenfläche jedes Zungenelementes befestigt ist, Anschlußelementen an dem Basiselement und Verbindungsleiiungen, deren entgegengesetzte Enden mit den Anschlußelcmenten und den elektromechanischen Wandlern verbunden sind, wobei ein Endbereich jeder Verbindungslcitung mit dem entsprechenden Anschlußelement verbunden ist und mit einem ersten Teil eng um das Ende des entsprechenden Anschlußelements gewunden ist und mit diesem durch eine Lötung eine Einheil bildet, während der Endbereich an seinem übrigen Teil Biegungen mit einer Formgebung aufweist, welche die Dämpfung der Resonanzschwingung der Verbindungsleitungen herbeiführt und/oder ihre Deformation verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der übrige Teil (9b)des Endbereichs jeder Verbindungsleitung (9,10) zylinderfederartig und berührungsfrei um das entsprechende Anschlußelement (7 bzw. 8) gewunden ist.