DE2434715B2 - Frequenzempfindliches elektromechanisches filter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein frequenzempfindliches elektromechanisches Filter, bestehend aus einem Basiselement, einem Schutzgehäuse auf diesem Basisdement, einem Paar langgestreckter mitschwingender /ungencicmcnte. die mit ihren einen Endbereichen aneinander und an dem Basisclcment befestigt sind, stoßabsorbicrendcn Mitteln in der Nähe ihrer anderen Endbereiche, sowie Vorrichtungen zum I !erstellen von elektrischem Kontakt mit dem Schwingungserreger.

Ein elckiromechanisches Filter mit diesen vorstehend genannten Merkmalen ist /. B. in der DT-OS 20 46 7 37 beschrieben. Dieses bekannte eleklromechanische Filter besteht aus einem sogenannten Stimmgabel Kristall \ ibralor. der in seiner (Jesamtheil aus einem piezoelektrischen Material bestellt, welches bei Anlegen eines elektrischen Stroms seihst die Schwingung erregen kann. Bei solch einem Krisial!\ihrah>r beswht bei mwirkung von erheblichen äußeren l-rschüuerungen. 6s z.B. wenn dieser Kristall ibralor zu Boden füllt, die besondere Gefahr, dall er gegen das ihn umgebende Gehäuse ücsioßen wird und dabei briihl bzw zerstört wird. Eine Zerstörung soll dadurch verhindert werden, daß der Siimmgabel-Kristallvibrator an zwei unterhalb des Gabelrumpfes angeordneten Punkten so über Federn aufgehängt ist. daß dieser bei äußerer Erschütterung taumelnd schwingt und kaum seine umgebenden Wände berührt. Außerdem ist zur Vermeidung eines direkten Anstoßens der freien Zinkenenden des Kristallvibrators an die Innenwände des Metallgehäuses die Innenfläche dieses Gehäuses rundum mit einer elastischen Beschichtung aus Silikon-Kautschuk versehen, was eine relativ volumenaufwendige Bauweise ergibt, die jedoch in diesem Fall notwendig ist, weil der Kristallvibralor durch seine taumelnde Aufhängung nicht in einer Hauptschwingungsrichtung, wie z. B. bei an ihrer Basis fest eingespannten Stimmgabel-Kristallvibratoren. schwingt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun. ein gegen anomale äußere Stoßeinwirkungen stabiles, d. h. unzerstörbares elektromechanisches Filter in Form eines Zungenfilters zu finden, welches die durch solche anomalen Stoßeinwirkungen an den freien Enden der Zungenelemente auftretenden kräftigen Schwingungen wirksam absorbiert und die inhärenten Harmonischen höherer Ordnung unterdrückt sowie die Größe ties Schutzgehäuses, in dem das Zungenfilter untergebracht ist. auf ein Minimum verringert.

Erfituuingsgemäß wird diese Aufgabe bei dem freqiienzcmpfindlichcn elektromechanischen Filter der eingangs erwähnten Gattung dadurch gelöst, daß die Zungenclemcntc aus Metall bestehen und an ihren Seitenflächen je ein elektromcchanischer Wandler als Schwingungserreger adhäsiv befestigt ist und daß die in der Nähe der anderen Endberciche vorgesehenen stoßabsorbicrendcn Mittel entweder direkt auf den Zungenelementen und/oder nahe den Zungcnelementen im Bereich ihrer Querschwingungsebene angeordnet sind.

Diese aus Metall bestehenden Zungenfilter haben gegenüber den bekannten Stimmgabel-Kristallvibratoren den Vorteil, daß sie bei starker anomaler Sloßeinwirkuug weniger leicht zerstörbar sind, andererseits aber Schwingungen mit konstanter Frequenz ergeben, welche hauptsächlich von der Länge und Dicke der Zungenelcmentc bestimmt wird. Zungenfilter aus Metall weisen aber gegenüber den Kristallvibraioren, die in ihrer Gesamtheit aus piezoelektrischem Material bestehen und bei Stromdurchgang selbstschwingend sind, besondere clcktromechanische Wandler, wie z. B. piezoelektrische Elemente, zur Schwingungserregung der Zungcnclemcnte auf, von denen der eine Vibrationen durch ein erregendes Eingangssignal verursacht und der andere die Schwingung bei der Eigenfrequenz dei Stimmgabel in ein elektrisches Signal umsetzt. Dk Stimmgabel wird bei Erregung durch ein Eingangssigna zum Schwingen mil ihrer Eigen- oder Grundfrequen, veranlaßt, so daß nur dasjenige Signal, dessen Frequen, gleich der Grundfrequenz ist, am Ausgang erhaltet wird. In der Filtcranordnung sind die piezoelektrischer Elemente unter Verwendung eines Klebsiolles ii üblicher Weise an die Seilenfläche der eiitsprecheiulei /imgcnelemente gekittet oder geklebt und mit dei Eingangs- und Ausgangsschaltungen verbunden. Ik dem allgemeinen Bestreben zur Verkleinerung Iu elektronischen und elektromechanischen Bauteilen r man b<ji elektromechanischen Zungcnlilicrii. bei dene die gewünschte Frequenz im wesentlichen von de Große der /ungenelemenie abhängig ist. in de \ Vrkleineningsniöglichkeuen beschrankt. Eine solch

Verkleinerung des Bauteils ist hier nur beim Gehäuse, das das Zungenfilter umgibt, möglich. Dabei verbleibt aber nur noch ein geringer Spielraun, zwischen den Innenwänden des Gehäuses und den Zungenclementen der Stimmgabel. Bei diesen Gegebenheiten werden bei 5 anomalen äußeren Stoßeinwirkungen auf das Filtergehäuse, wobei gewöhnlich sehr starke Querschwingungen an den freien Enden der Zungen auftreten, beträchtlrhe Durchbiegungen der Zungenelemente verursacht und die freien Enden der Zungen kräftig gegen die Innenwände des Gehäuses geschlagen. Dabei tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine bleibende Verformung oder Rißbildung in dem Klebstoff auf. mit dem das piezoelektrische Element an den Zungenelenienten befesiigt ist. so daß der Kontakt zwischen diesen erheblich beeinträchtigt wird. Diese Klcbstellcn müssen deshalb besonders gegen eine Verformung und Rißbildung bei anomal starken Stoßbeeinflussungcn geschützt werden, was durch die stoßabsorbierenden Mittel erreicht wird. Andererseits kann durch diese Moßabsorbierenden Mittel nach der Erfindung die durch anomale äußere Stoßeinwirkung cr/eugte Störschwingung, die aus Harmonischen höherer Ordnung besteht und das Eingangssignal mit störrenden Erequenzkomponenten überlagert, auf ein Minimum verringert werden, ohne daß sie in der zugehörigen Ausgangsschaltung elektrisch eliminiert werden müssen. Die Stoßenergie wird von den elastischen Elemerren im wesentlichen absorbiert, so daß keine bleibende Verformung oder Rißbildung in dem Klebstoff auftritt, mit dem die piezoelektrischen Wandler an die Seitenflächen der Zungenelemente angekittet sind. Durch die Anbringung der stoßabsorbierenden Mittel direkt auf den Zungenelemenien und/oder nahe den Zungenelementen. jedoch nur im Bereich ihrer Schwingungsebene. kann neben der wirksamen Stoßdämpfung auch eine minimale Baugröße des Schutzgehäuses. insbesondere in senkrechter Richtung zur Sehwingungsebenc. erzielt werden. Eine Anbringung von stoßdämpfenden Mitteln im Bereich außerhalb der normalen Schwingungsebene der Zungenelemente kann im wesentlichen unterbleiben, weil in dieser Richtung die Zungenelemente ein sehr großes Widerstandsmoment gegen eine Verformung und damit auch gegen eine eventuelle Stöi schwingung aufweisen.

Als stoßabsorbierendes Mittel wird in an sich bekannter W eise Silikon-Kautschuk verwendet; es kann aber auch eine in der Schwingungsebene der Zungenelemenic an den Innenwänden des Schuizgchäuses angeordnete Feder verwendet werden. Mit der Anordnung der Feder an den Zungenelementen würde sich tieren Eigenfrequenz verändern. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die stoßabsorbierenden Mittel neben und in Abstand zu den freien Endbereichen der Zungenelemente und zu den inneren .Seitenwänden des Gehäuses, d. h. in den Zwischenräumen zwischen den Zungenelementen und zwischen den Zungenelementen und Innenwänden des (iehäiises. angeordnet sein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezüglich der sloßahsorbierenden Miuel besteht darin, daß diese ;iii ik-n Seile!;¹,¹, iiiide;i und .;n einer Stirnwand des Schutzgehäuses befestigt sind, so daß Schwingungen, die an den anderen E.ndbcreiehen der Zungenelemente in /u den normalen Querschw ingiingen senkrechten Richtungen aiii treten, absorbiert werden.

Die l'rlindung wird nachstehend anhand der Zeichiiiiiii" heismehueise naher veranschaulicht. I s zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines frequenz empfindlichen elektromechanischen Filters, bei dem ein Paar in einem Gehäuse untergebrachte Vibratiorszungen verwendet wird;

F i g. 2a bis 2c perspektivische Ansichten der Zungenelemente und der an ihren freien Enden befestigten stoßabsorbierenden Elemente;

Fig. 3 eine Draufsicht des elektromechanischen Filters mit einem Gehäuse, das mit den stoßabsorbierenden Elementen an seinen inneren Seitenwinden versehen ist;

Fig.4 eine Draufsicht eines Teils des elektromechanischen Filters mit einem Paar Schraubenfedern, die an den inneren Seitenwänden des Gehäuses als stoßabvnbierendes Element angebracht sind;

F i g. 5a und 5b eine Draufsicht bzw. perspi' u\ ische Ansicht eines Teiles des Filters mil ein«.:;! Paar Blattfedern, die an den inneren Seitenwinden des Gehäuses als stoßabsorhicre,..:es Eleiiicir. angeordnet sind;

F i g. b eine Draufsicht eines leiles des Filters m.ι einer Anzahl Blöcke elastischer Elemente, die in Abstand neben den Zungenelemenien angeordnet sind. und

Fig. 7a und 7b die Darstellung eines anderen Beispiels für die Anbringung s'oßabsorbiereiider Elemente.

E 1 g. 1 zeigt ein elektromechanisches Filter, das eine Stimmgabel mit einem Paar langgestreckter, mechanisch mitschwingender Metall/ungen 1 und Γ aufweist. die von einem an einer Metallstütze 7 befestigten Stegteil 2 parallel ausgehen. Die Stütze 7 ist an einem Basiselement 8 aus Isolierstoff befestigt und erstreckt sich durch dieses, um als Anschlußelement zur Herstellung der Erdvcrbindung zu dienen. Die Zungenelemente I und Γ werden in Abstand \on tier oberen Fläche des Basiselemenies 8 gehalten, wobei dessen freie Enden so angeordnet sind, daß sie transversal schwingen, wie mit den Pfeilen gezeigt ist. wenn ein Erregungssignal daran angelegt wird. Piezoelektrische Wandler 3 und 3' sind an die Seilen der Zungenelemente 1 und 1'. vorzugsweise angrenzend an den Stegteil 2. mittels eines geeigneten Klebstoffs gekittet oder geklebt, der vollständige Verklebung von Oberfläche zu Oberfläche gewährleistet, so daß die Zungenelemente wirksam zum Schwingen durch das Erregungssignal veranlaßt werden und deren Schwingung bei der Eigenfrequenz der Zungenelemente wirksam in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird. Elektrische Verbindungen sind zu den Wandlern 3 und 3' und zu den entsprechenden Anschlußelcmenien 5 und f hergestellt, die durch das Basiselement 8 verlaufen unc daran befestigt sind. Das Anschlußelement 5 dient ab Hingangsklemme und das Anschliißelement 6 al· Ausgangsklcmme. Das Basiseiement 8 hat an seinen äußeren Umfang einen Flanschteil 8;/. aul dem eir Metall- oder Kunststoffgenäuse oder -deckel 4 angeord net ist, wie mit gestrichelten Linien dargestellt ist.

Erfindungsgemäß ist jedes Zungenelement 1 1' .n seinem IKien Ende mit einem stoßabsorbierend^ Element aus elastischem Material \ ersehen. In I i g. 2. isi das sU)Uabsorbiert.nde, ein vorbestimmtes Gewich aufweisende Element 10, das ,ms Kautschuk i: zylindrischer Form gebildet ist. aul die trcieu I ;iden de Zungenelemente 1. I aufgepaßt. Dieses (iew -. !11 wind jedoch zu dem Gesamtgewicht der SumnigaK hinzukommen und die Giuiullrequenz der Stimmgabi. geringfügig ändern. Daher muß das zusätzliche Gew ich

kompensiert werden, um die Grundfrequenz der Vibrationszungen aufrechtzuerhalten. Das vergrößerte Gewicht an den freien Buden der Zungenelementc bewirkt eine Änderung der Gewichtsverteilung über die Länge des Zungenelementes, so daß die Störsehwingung bei einer höheren F-'requen/ als der Eigenfrequenz der Zungen bei Erregung durch ein Eingangssignal aiii ein Minimum verringert wird. Ein anderes Beispiel ist in Fig. 2b gezeigt, wobei jedes Zurigenelement 1, Γ an seiner äußeren oder entgegengesetzten Seite mit einem ,0 Stück Kautschuk ti versehen ist, das mittels eines geeigneten Klebstoffs angebracht ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Auftragung einer Schicht 12 aus einem elastischen Klebstoff, wie Silikonkautschuk, an den äußeren oder gegenüberliegenden Seiten jedes Zungenelementes (Fig. 2c). Dabei wird die äußere Flache dieses elastischen Klebstoffes bereits kurze Zeit nach seiner Auftragung nichtklebend, während jedoch das sich von dieser äußeren Fläche nach innen erstreckende Material seine elastischen Eigenschaften beibehält. Der elastische Klebstoff kann somit selbst als stoßabsorbierendes Material dienen.

Die Verwendung eines stoßabsorbierenden Mittels von vorbestimmtem Gewicht an den freien Enden der Zungenclemcnte ist in doppelter Weise vorteilhaft und verhindert, daß die Zungen mit einer anderen Frequenz als ihrer Grundfrequenz bei Erregung durch das EinsangsMünal schwingen und daß Verformungen oder Risse in dem Klebstoff auftreten, der die elektromechanischen Wandler an den Zungenelementen befestigt.

Bei anomalen äußeren Stoßeinwirkungen auf das cLkimnicchanische Filter biegen sich die Zungenelenicnte quer und schlagen stark gegen die Innenwände ;l·- Gehäuses. Die Stoßenergie wird von den elastischen Elementen im wesentlichen absorbiert, so daß keine bleibenden Verformungen oder Risse in dem Klebstoff aiiitreK-H. der die piezoelektrischen Elemente an die Seitenflächen der Zungenelemente kittet.

Bei dci Xusführungsform nach F i g .3 entspricht der Aulbau im wesentlichen der Darstellung in I it·.'. ausgenommen jedoch bei den Enden der Zungeneiemenie I und I'. Die an die freien Enden der Zungenclemcnte 1, Γ angrenzenden inneren Seiten« ande ties Gehäuses 9 sind teilweise mit einem Stück aus elastischem Material 1 3. I S . /. B. Silikonkautschuk. 1 >der einem elastischen Element, wie Schrauben- oder Spiralfedern 14 und 14'(F i g. 4) oder Blattfedern 15 und 15 (Ei g. la und 3b). bedeckt. Wesentlich ist, daß diese elastischen Elemente in Abstand von den äußeren Seiienlläclieii der Zungenelemente I und I' angeordnet sind, so daß deren freie Enden die elastischen Elemente nicht berühren, wenn die Ztingenelemenie :niie> normaler Eingangserregungsspannung zum Schwingen veranlaßt werden.

In der Ausführungsform nach Fig. b ist eine Anzahl Blöcke aus elastischem Material 16, 16' und lh". /. B. Kautschuk, nebeneinander aiii' dem Basiselement und parallel zueinander und in geeignetem Abstand von den Zungcnclementcn 1 und Γ urd \on den Innenflächen des Gehäuses 9 angeordnet. Die oberen Enden der elastischen Blöcke können sich somit transversal frei bewegen. Bei dieser Anordnung biegen sich die Blöcke bei Berührung mit den Zungenelementen unter anomaler Sloßwirkung so, daß der stoßabsorbierende Effekt des elastischen Materials durch die Biegung sowie durch die elastischen Eigenschaften der Blöcke vergrößert wird. Die elastischen Blöcke sind an den; Basiselement 8 oder an der oberen Wand des Gehäuses so festgeklebt, daß sie daran hängen.

Fig. 7a und 7b veranschaulichen eine weitere Ausführungiform, wobei stoßabsorbierende Elemente 17 und 17' -.n den Seitenwänden 9a und 9b und an der Stirnwand 9c des Gehäuses 9 befestigt sind, so dal.' Schwingungen, die infolge anomaler Sioßeinw irki;;._t' ar den freien Enden der Zungenelemente 1 und Γ ir senkrechten Richtungen zu den normalen Qiierschwin· gungen auftreten, absorbiert w erden können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Frequenzempfindliches elektromechanisches Filter, bestehend aus einem Basiselement, einem Schutzgehäuse auf diesem Basiselement, einem Paar langgestreckter mitschwingender Zungenelemente, die mit ihren einen Endbereichen aneinander und an dem Basiselement befestigt sind, stoßabsorbierenden Mitteln in der Nähe ihrer anderen Endbereiche, sowie Vorrichtungen zum Herstellen von elektrischem Kontakt mit dem Schwingungserreger, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungenclemente (1, 1') aus Metall bestehen und an ihren Seitenflächen je ein elektromcchanischer Wandler (3, Jf') als Schwingungserreger adhäsiv befestigt ist und daß die in der Nähe der anderen Endbereiche vorgesehenen stoöabsorbierenden Mittel (10, ti, \2\ 13, 13'; 14, 14': 15, 15'; 16, 16'. 16") entweder direkt auf den Zungenelementen (1, V) und/oder nahe den Zungenelementen (1. Γ) im Bereich ihrer Querschwingungsebene angeordnet sind.

2. Frequenzempfindliches elektromechanisches Filter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das stoßabsorbierende Mittel eine in der Schwingungsebene der /.tingenclemcnte (1, V) an den Innenwänden des Schlitzgehäuses (9) angeordnete Feder(14, 14'; 15,15') ist.

3. Frequenzempfindliches elektromechanisches Filier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß das stoßabsorbierende Mittel (16, 16'. 16") neben und in Abstand zu den anderen Endbereichen der Zungenelemenic (1, V) unc. zu den inneren Seilenwänden des Gehäuses (9) angeordnet ist.

4. Frequenzcmpfindliches elektromechanisches Filier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stoßabsorbierende Mittel an den Seitenwänden (9.1. 9/)) und an einer Stirnwand (9c) des Scluitzgehäuses (9) befestigt ist. so daß Schwingungen, die an den anderen Endbereichen der Zungenelemente (1. V) in zu den normalen Querschwingungen senkrechten Richtungen auftreten, absorbiert werden.