DE3423492A1

DE3423492A1 - Elektromechanischer wandlerresonator zur erzeugung mechanischer biegeschwingungen

Info

Publication number: DE3423492A1
Application number: DE19843423492
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8000 München Langer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-26
Filing date: 1984-06-26
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE3423492C2; IT8521260A0; IT1184627B

Description

Elektromechanischer Wandlerresonator zur Erzeugung
mechanischer Biegeschwingungen Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandlerresonator zur Erzeugung mechanischer Biegeschwingungen aus elektrischen Schwingungen bzw. zur Erzeugung elektrischer Schwingungen aus einer mechanischen Biegeschwingung, bei dem zwei elektrostriktive Wandler mit entgegengesetzter Polarisation zwischen zwei mit einer Abflachung versehene Stahlteile eingebracht sind.
Wandlerresonatoren dieser Art sind dem Grundkonzept nach beispielsweise bereits in einem Aufsatz von H. Alb smei er über Antriebe für elektromechanische Bandpässe mit piezoelektrischen Wandlern" in der Zeitschrift "Frequenzn, Band 19 (1965), Heft 4, Seiten 125-133 beschrieben worden.
Solche Wandlerresonatoren werden bekanntlich zum Aufbau mechanischer Filter benötigt, die zur Lösung einer ganzen Reihe von Selektionsaufgaben bei der Übertragung elektrischer Signale herangezogen werden. Unter den für solche Resonatoren möglichen Schwingungsformen hat auch die Biegeschwingung eine besondere Bedeutung erlangt, weil dort die Resonanzfrequenz nicht nur von der Länge der mechanischen Resonatoren bestimmt wird, sondern auch von deren Querschnittsabmessungen. Auch die Wandlerresonatoren müssen selbstverständlich in das gesamte Filter einbezogen werden und es ist für die Ubertragungsftlnktion des Gesamtfilters von großer Bedeutung, daß auch die Wandlerresonatoren möglichst exakt die vorgegebenen theoretischen Werte haben. Ein weiteres Problem bei mechanischen Resonatoren ist das Auftreten von parasitären Schwingungen, Schwingungen also, die aufgrund der physikalisch vorgegebenen Eigenschaften der Resonatoren auf- treten und die aber das Gesamtverhalten mechanischer Filter erheblich beeinträchtigen können, da ggfs. beim Auftreten solcher Störschwingungen die vorgegebenen Anforderungen an die Sperrdämpfungswerte eines Filters nicht mehr eingehalten werden.
Bei dem hier angegebenen Wandlerresonator entsteht die Biege schwingung durch zwei zueinander gegensinnig polarisierte Wandler elektrostriktiven Materials, die zwischen zwei metallische Abschnitte, insbesondere aus Stahl bestehende Abschnitte, eingebracht sind. Durch unsymmetrisch überstehende Ecken der Eeramikwandler, die durch eine Abflachung auf einer Seite der Stahlteile entstehen, kommt es zu einer Anregung von parasitären Torsionsschwingungen, die über die Haltedrähte und über das Bodenteil übertragen werden. Solche Torsionsschwingungen sind besonders dann unangenehm, wenn sie bei dem Eingangswandlerresonator und bei dem Ausgangswandlerresonator etwa bei der gleichen Frequenz auftreten, wodurch das Entstehen von Einbrüchen in der Sperrdämpfungscharakteristik unterstützt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Wandlerresonator anzugeben, der die Biegeschwingung als Nutzschwingung liefert und bei dem die parasitäre Torsionsschwingung möglichst nicht auftritt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentansprtichen 2 und 3 angegeben.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Wandlerresonator nach dem Stand der Technik, Fig. 2 eine Darstellung im Längs- und Querschnitt eines Resonators nach Fig. 1, Fig. 3 eine Darstellung im Längs- und im Querschnitt eines erfindungsgemäßen Resonators.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei spiel ist mit den Bezugsziffern 1 und 2 Jeweils ein metallisches Teil, insbesondere ein aus Federstahl bestehendes Stahlteil, bezeichnet. Zwischen die Teile 1 und 2 sind die elektrostriktiven Wandlerabschnitte W7 und W2 eingebracht. Mit 3 und 4 sind Haltebeine bezeichnet, die in den Schwingungsknoten für die Biegegrundschwingung an einer abgeflachten Fläche des Resonators befestigt sind und die dann beispielsweise in einer Grundplatte eines größeren Gehäuses verankert werden können. Die beiden elektrostriktiven Keramiken W1 und W2 sind zueinander gegensinnig polarisiert. Wenn also an die Stahlteile 1 und 2 eine elektrische Wechselspannung angelegt wird, so zieht sich beispielsweise der Wandler W1 dann zusammen, wenn sich der Wandler W2 ausdehnt. Diese Verhältnisse kehren sich in der darauf folgenden Halbperiode der elektrischen Wechsel spannung um und es wird vom Wandlerresonator dann eine Biegeschwingung im Rhytmus der angelegten elektrischen Wechselspannung ausgeführt, wenn die Frequenz dieser Wechselspannung zumindest näherungsweise mit seiner Eigenresonanzfrequenz übereinstimmt. Wie bereits erwahnt, muß ein mechanisches Filter einen Eingangswandlerresonator und auch einen Ausgangswandlerresonator haben, der dann die mechanischen Schwingungen wiederum in elektrische Schwingung zurückverwandelt. Der in der Praxis in aller Regel zu realisierende geringe Frequenzunterschied der genutzten Biegeschwingung beim eingangs- bzw. ausgangsseitig vorgesehenen Wandlerresonator, der durch entsprechend verschieden lange Wandlerresonatoren einstellt bar ist, ergibt an sich bereits eine Trennung der Torsionsfrequenz. Der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß durch die unvermeidbaren Materialstreuungen sich der Frequenzabstand dieser Torsionsfrequenzen so verringern kann, daß die eingangs erwähnten, unerwünschten Dämpfungseinbrüche auftreten können.
Bei dem in Fig. 3 gezeichneten erfindungsgemäßen Wandlerresonatoren W1, W2, 1, 2 ist nun dieses Problem in der Weise gelöst, daß die beiden Stahlteile 1 und 2 zueinan der versetzt angeordnet sinU vorteilhafterweise erfolgt der Versatz senkrecht zur Richtung der Biegeschwingung. Die Größe des Versatzes V läßt sich in einfacher Weise empirisch ermitteln. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, kann dabei wenigstens ein vorteilhafterweise/beide Wandlerkeramiken W1, W2 ebenfalls senkrecht zur Richtung der Biegeschwingung versetzt sein. Wie auch aus Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die Wandlerkeramiken W7 und W2 unsymmetrisch zur Biegeschwingungslinie angeordnet, um dadurch den direkten piezoelektrischen Effekt zur Anregung der Biegeschwingung ausnutzen zu können. Die metallischen Abschnitte 1 und 2 sind mit einer Abflachung versehen, um dadurch eine Vorzugsrichtung für die Resonator auftretende Biege schwingung sicherzustellen. Die ausgenutzte Schwingung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Biegegrundschwingung. Durch den Versatz V der beiden Stahlteile- 1, und der Wandlerkeramiken WI, W2 wird also wiederum ein Gleichgewicht zwischen den an der Ober- und Unterseite gegenphasigen Torsionsanregungen durch die überstehenden Ecken erreicht. Da der Versatz V senkrecht zur ausgenutzten Biegeschwingung verläuft, bleibt diese von der beschriebenen Maßnahme praktisch unbainfluBt.
3 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Elektromechanischer Wandlerresonator zur Erzeugung mechanischer Biegeschwingungen aus elektrischen Schwingungen bzw. zur Erzeugung elektrischer Schwingungen aus einer mechanischen Biegeschwingung, bei dem zwei elektrostriktive Wandler (W1, W2) mit entgegengesetzter Polarisation zwischen zwei mit einer Abflachung versehene Stahlteile (1,2) eingebracht sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Stahlteile (1,2) zueinander versetzt (V) angeordnet sind.
2. Wandlerresonator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die von den Abflachungen \r,i Ebenen zueinander parallel verlaufen,
3. Wandlerresonator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens einer der beiden elektrostriktiven Wandler (z.B. W1) versetzt ist.