DE2434715C3 - 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 Basiselement, einem Paar langgestreckter mitschwingender Zungenelemente, die mit ihren einen Endbereichen ineinander und an dem Basiselement befestigt sind, Itoßabsorbierenden Mitteln in der Nähe ihrer anderen Endbereiche, sowie Vorrichtungen zum Herstellen von $5 elektrischem Kontakt mit dem Schwingungserreger.

Ein elektromechanisches Filter mit diesen vorstehend genannten Merkmalen ist z. B. in der DT-OS 20 46 737 beschrieben. Dieses Bekannte elektromechanische Filier besteht aus einem sogenannten Stimmgabel-Kristallvibrator, der in seiner Gesamtheit aus einem piezoelektrischen Material bestellt, welches bei Anlegen eines elektrischen Stroms selbst die Schwingung erregen kann. Bei solch einem Kristallvibrator besteht bei Einwirkung von erheblichen äußeren Erschütterungen, z. B. wenn dieser Kristallvibrator zu Boden fällt, die besondere Gefahr, daß er gegen das ihn umgebende Gehäuse gestoßen wird und dabei bricht bzw. zerstört wird. Eine Zerstörung soll dadurch verhindert werden, daß der Stimmgabel-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 isi zur Vermeidung eines direkten Anstoßens der freien Zinkenenden des Kristalivibrators 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 Kristallvibrator durch seine taumelnde Aufhängung nicht in einer Hauptsehwingungsrichiung, 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 ."'.nes Zungenfikers zu finden, welches die durch solche anomalen Stoßeinwirkungen an den freien Enden der Zungenelemente auftretenden kräftigen Schwingungen wirksam absorbiert und die inhärenlen Harmonischen höherer Ordnung unterdrückt sowie die Größe des Schutzgehauses. in dem das Zungenfilter untergebracht ist. auf ein Minimum verringei t.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem frequenzempfindlichen elektromechanischen Filter der eingangs erwähnten Gattung dadurch gelöst, daß die Zuiigenelemente aus Metall bestehen und an ihren Seitenflächen je ein elektromechanischer Wandler als Schwingungserreger adhasiv befestigt ist und daß die in der Nähe de" anderen Endbereiche vorgesehenen sioßabsorbierenden Mittel entweder direkt auf den Zungenelementen und/oder nahe den Zungenelemcnten im Bereich ihrer Qiicrschwingungsebene angeordnet sind.

Diese aus Metall bestehenden Zungenfilter haben gegenüber den bekannten Stimmgabel-Kristallvibratoren den Vorteil, daß sie bei starker anomaler Stoßeinwirkung weniger leicht zerstörbar sind, andererseits aber Schwingungen mit konstanter Frequenz ergeben, welche hauptsächlich von der Länge und Dicke der Zungtnelemente bestimmt wird. Zungenfilter aus Metall weisen aber gegenüber den Kristallvibratoren. die in ihrer Gesamtheit aus piezoelektrischem Material bestehen und bei Stromdurchgang selbstschwingend sind, besondere elektromechanische Wandler, wie z. B. piezoelektrische Elemente, zur Schwingungserregung der Zungenelemente auf, von denen der eine Vibrationen durch ein erregendes Eingangssignal verursacht und der andere die Schwingung bei der Eigenfrequenz der Stimmgabel in ein elektrisches Signal umsetzt. Die Stimmgabel wird bei Erregung durch ein Eingangssignal zum Schwingen mit ihrer Eigen- oder Grundfrequem veranlaßt, so daß nur dasjenige Signal, dessen Frequenz gleich der Grundfrequenz ist, am Ausgang erhalter wird. In der Filteranordnung sind die piezoelektrischer Elemente umer Verwendung eines Klebstoffes ir üblicher Weise an die Seitenfläche der entsprechender Zungenelemente gekittet oder geklebt und mit der Eingangs- und Ausgangsschaltungen verbunden. Be dem allgemeinen Bestreben zur Verkleinerung be elektronischen und elektromechanischen Bauteilen is man bei elektromechanischen Zungenfiltern, bei denei die gewünschte Frequenz im wesentlichen von de Größe der Zungenelemente abhängig ist, in dei VerkleinerungsmöglichKeiten beschränkt. Eine solctv

Verkleinerung des Bauteils ist hier rir beim Gehäuse, das das Zungenfilter umgibt, mogln i. Dabei v.-rbleibt aber nur noch ein geringer Spielr um /wischen den Innenwänden des Gehäuses und den Zungenelementen der Stimmgabel. Bei diesen Gegebenheiten werden bei 5 anomalen äußeren Stoßeinwirkungen auf das F^:'tergehäuse, wobei gewöhnlich sehr starke Querschwingungen an den freien Enden eier Zungen auftreten, beträchtliche Durchbiegungen der Zungenelemenie 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 Zungenelementen befestigt ist. so daß der Kontakt /wischen diesen erheblich beeinträchtigt wird. Diese Klebstellen müssen deshalb besonders gegen eine Verformung und Rißbildung bei anomal starken Sloßbeeinflussungen geschützt werden, was durch die stoßabsorbierenden Mittel erreicht wird. Andererseits kann durch diese stoßabsorbierenden Mittel nach der Erfindung die durch anomale äußere .Stoßeinwirkung erzeugte .Störschwingung, die aus Harmonischen höherer Ordnung besteht und das Eingangssignal mit slörrenden Frequen/komponenten überlagert, auf ein Minimum verringert werden, ohne daß sie in der zugehörigen Ausgangsschaltung elektrisch eliminiert werden müssen. Die Stoßenergie wird von den elastischen Elementen 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 Zungenelementen und/oder nahe den Zungenelementen, jedoch nur im Bereich ihrer Schwingungsebenc, kann neben der wirksamen Stoßdämpfung auch eine minimale Baugrößc des Scluitzgehäuses. insbesondere in senkrechter Richtung zur Schw ingungsebcnc. 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 Störschwingung aufweisen.

Als sloßabsorbierendes Mittel wird in an sich bekannter Weise Silikon-Kautschuk verwendet; es kann aber auch eine in der Schwingungsebene der Zungcnelcmente an den Innenwänden des Schutzgehäuses angeordnete Feder verwendet werden. Mit der Anordnung der Feder an den Zungenelementen würde sich deren F.igenfrequenz verändern. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die stoßabsorbierenden Mittel neben und in Abstand zu den freien E idbereichen der Zungenelemente und zu den inneren Seitenwänden des Gehäuses, d. h. in den Zwischenräumen zwischen den Zungenelementen und zwischen den Zungenelementen und Innenwänden des Gehäuses, angeordnet sein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezüglich der stoßabsorbierenden Mittel besteht darin, daß diese an den Seitenwänden und an einer Stirnwand des Schutzgehäuses befestigt sind, so daß Schwingungen, die an den anderen Endbercichen der Zungenclemente in zu den normalen Querschwingungen senkrechten Richtungen auftreten, absorbiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher veranschaulicht. Es /eigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines frequenzempfindlichen elektromechanischen Filters, bei dem ein Paar in einem Gehäuse untergebrachte Vibrationszungen 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 Seitenwändeii versehen ist;

I i g. 4 eine Draufsicht eines Teils des elektromechanischen Filters mit einem Paar Schraubenfcc'ern. die an den inneren Seitenwänden des Gehäuses als stoßabsorbierendes Element angebracht sind:

Fig. 5a und 5b eine Draufsicht bzw. perspektivische Ansicht eines Teiles des Filters mit einem Paar Blattfedern, die an den inneren Scilenwäridcn des Gehäuses als stoßabsorbierendes Element angeordnet sind;

F i g. 6 eine Draufsicht eines Teiles des Filters mit einer Anzahl Blöcke elastischer Elemente, die in Abstand neben den /ungenelemenien angeordnet sind: und

F i g. 7a und 7b die Darstellung eines anderen Beispiels für die Anbringung sloßabsorbierender Elemente.

Fig. ! zeigt ein elektromechanisches Filter, das eine Stimmgabel mit einem Paar langgestreckter, mechanisch mitschwingender Metallzungen I und Γ aufweist, die von einem an einer Metallstütze 7 befestigten Stegteil 2 parallel ausgehen. Die Stütze 7 ist an einem Basisclcmuii 8 aus Isolierstoff befestigt und erstreckt sich durch dieses, um als Anschlußelemcnt zur Herstellung der Erdverbindung zu dienen. Die Zungenclcmente I und I' werden in Abstand von der oberen Fläche des Basiselcmenies 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 Seiten der Zungenelemenie 1 und !'. vorzugsweise angrenzend an den Stegteil 2, mittels eines geeigneten Klebstoffs gckiuet oder geklebt, der vollständige Verklebung von Oberfläche zu Oberfläche gewährleistet, so daß die Zungenelemenie wirksam /um Schwingen durch das Erregungssignal veranlaßt werden und deren Schwingung bei der Eigenfrequenz der Zungenelementt wirksam in ein elektrisches Ausgangssignal 'imgewandelt wird. Elektrische Verbindungen sind zu den Wandlern 3 und 3' und zu den entsprechenden Ansch'ußelementen 5 und ί hergestellt, die durch das Basiselement 8 verlaufen und daran befestigt sind. Das Ansc'.ilußclement S dient ab Eingangsklemme und das Anschlußelemcnt 6 al; Ausgangsklemme. Das Basiselement 8 hat an seineir äußeren Umfang einen Flanschteil 8a, auf dem eir Metall oder Kunststoffgehäuse oder -deckel 9 angeord net ist, wie mit gestrichelten Linien dargestellt ist.

Erfindungsgemäß ist jedes Zungenelemerit 1 Γ at seinem freien Ende mit einem stoßabsorbierender Element aus elastischem Material versehen. In F i g. 2; ist das stoßabsorbicrende, ein vorbestimmtes Gewich aufweisende Element K), das aus Kautschuk ir zylindrischer Form gebildet ist, auf die freien Enden dei Zungenelemcntc 1. Γ aufgepaßt. Dieses Gewicht würd( jedoch zu dem Gesamtgewicht der Stimmgabe hinzukommen und die Grundfrequenz der Stimmgabe geringfügig ändern. Daher muß das zusätzliche Gewich

kompensiert werden, um die Grundfrequenz der Vibrationszungen aufrechtzuerhalten. Das vergrößerte Gewicht an den freien Enden der Zungenelemente bewirkt eine Änderung der Gewichtsverteilung über die Länge des Zungcnclementes, so daß die Störschwingung bei einer höheren Frequenz als der Eigenfrequenz der Zungen bei Erregung durch ein Eingangssignal auf ein Minimum verringert wird. Ein anderes Beispiel ist in F i g. 2b gezeigt, wobei jedes Zungenelement 1, 1' an seiner äußeren oder entgegengesetzten Seite mit einem Stück Kautschuk 11 versehen ist. das mittels eines geeigneten Klebstoffs angebracht ist. Eine weitere Möglichkeil ist die Auftragung einer Schicht 12 aus einem elastischen Klebstoff, wie Silikonkautschuk, an den äußeren oder gegenüberliegenden Seiten jedes Zungcnelcmcntes (Fig. 2c). Dabei wird die äußere Fläche dieses elastischen Klebstoffes bereits kurze Zeit nach seiner Auftragung nichiklcbcnd. während jedoch das sich von dieser äußeren Fläche nach innen erstreckende Material seine elastischen Eigenschaften beibehält. Der elastische Klebstoff kann somit selbst als sloßabsorbiercndes Material dienen.

Die Verwendung eines Moliabsorbierenden Mittels von vorbestimmtem Gewicht an den freien Enden der Zungenelemcnic ist in doppelter Weise vorteilhaft und verhindert, daß die Zungen mit einer anderen IVcquen/ als ihrer Grundfrequen/ bei Erregung durch das Eingangssignal schwingen und daß Verformungen oder Risse in dem Klebstoff auftreten, der die elektromechanischen Wandler an den Zungenelcmenten befestigt.

Bei anomalen äußeren Stoßeinwirkungen auf das elekiromechanische Filter biegen sich die Zungenelemente quer und schlagen stark gegen die Innenwände des Gehäuses. Die Stoßenergie wird von den elastischen Elementen im wesentlichen absorbiert, so daß keine bleibenden Verformungen oder Risse in dem Klebstofl auftreten, der die piezoelektrischen Elemente an die Seitenflächen der Zu igenelemente kittet.

Hei der Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht der Aufbau im wesentlichen der Darstellung in F" ig. I. ausgenommen jedoch bei den Enden der Zungenclemente I und Γ. D.e an die freien Enden der /.ungenelemenie 1. Γ angrenzenden inneren Seiten wände des Gehäuses 9 sind teilweise mit einem Stück aus elastischem Material 13i, 13'. z. B. Silikonkautschuk, oder einem elastischen Element, wie Schrauben- oder Spiralfedern 14 und 14' (F i g. 4) oder Blattfedern 15 und 15' (F i g. 5a und 5b). bedeckt. Wesentlich ist. daß diese elastischen Elemente in Abstand von den äußeren Seitenflächen der Zungenclememe 1 und Γ angeordnet sind, so daß deren freie Enden die elastischen Elemente nicht berühren, wenn die Zungcnelemente unter normaler Eingangserregungsspannung zum Schwingen veranlaßt werden.

In der Ausführungsform nach F i g. b ist eine Anzahl Blöcke aus elastischem Material 16, 16' und 16". z. B. Kautschuk, nebeneinander auf dem Basiselement und parallel zueinander und in geeignetem Abstand von den Zungenelementen 1 und Γ und von 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 Stoßwirkung 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 dem Basiselement 8 oder an der oberen Wand des Gehäuses so festgeklebt, daß sie daran hängen.

Fig. 7a und 7b veranschaulichen eine weitere Ausführungsform, wobei stoßabsorbieremde Elemente 17 und 17' an den Seitenwänden 9a und 9Z> und an der Stirnwand 9c des Gehäuses 9 befestigt sind, so daß Schwingungen, die infolge anomaler Stoßeinwirkung ar den freien Enden der Zungenelemente 1 und Γ ir senkrechten Richtungen zu den normalen Qiierschwin gungen auftreten, absorbiert werden können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Frequenzempfindliches elektromechanisches Filter, bestehend aus einem Basiselement, einem Schutzgehäuse auf diesem Basiselement, einem Pw 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 Zungenelemente (1, V) aus Metall bestehen und an ihren Seitenflächen je ein elektromechanischer Wandler (3, 3') als Schwingungserreger adhasiv befestigt ist und daß die in der Nähe der anderen Endbereiche vorgesehenen stoßabsorbierenden Mittel (10,11,12; 13, 13'; 14, 14'; 15, 15'; 16, 16', 16") entweder direkt auf den Zungenelemenien (1. V) und/oder nahe den zo Zungenelementen (1, V) im Bereich ihrer Querschwingungsebene angeordnet sind.

2. Frequen/etnpiindliches elektromechanisches Filter nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das stoßabsorbierende Mittel eine in der Schwingungsebene der Zungenelemente (1. Γ) an den Innenwänden des Schulzgehäuses (9) angeordnete Feder(14,14': 15,15) ist.

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

4. Frequen/empfindliches elektromechanisches Filter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das stoßabsorbierende Mittel an den Seitenwänden (9i/, 96) und an einer Stirnwand (9c) des. Schut/gehäuses (9) befestigt ist, so daß Schwingungen, die an den ancieren Endbereichen der Zungenelemente (1, V) in m den normalen Querschwingungen senkrechten Richtungen auftreten, absorbiert werden.