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Verfahren zum Frequenzabgleich mechanischer Torsionsre-
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sonatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frequenzabgleich
mechanischer Torsionsresonatoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein Verfahren der vorgenannten Art ist dem Grundkonzept durch die
DE-OS 19 29 994 bekannt geworden. Zum Aufbau mechanischer Filter braucht man bekanntlich
mechanische Resonatoren, die in ihrer Frequenzlage sehr genau einen vorgegebenen
Wert haben müssen, damit die Übertragungscharakteristik dieser Filter möglichst
exakt den theoretisch vorgegebenen Werten entspricht. Nachdem es praktisch unmöglich
ist, Resonatoren von Haus aus mit einer solchen Frequenzgenauigkeit herzustellen,
muß man Verfahren anwenden, um den Frequenzabgleich durchführen zu können. In welcher
Weise der Abgleich von Torsionsresonatoren vorgenommen werden kann, ist in der DE-OS
19 29 994 zwar nicht detalliert erklärt, jedoch ist darauf hingewiesen, daß auch
Laserstrahlen zum Materialabtrag verwendet werden können. In der DE-OS 26 07 879
sind nun mechanische Filter beschrieben, bei denen in der überwiegenden Anzahl mechanische
Biegeresonatoren verwendet sind. Diese Biegeresonatoren sind zueinander achsparallel
angeordnet und über wenigstens ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement
miteinander gekoppelt. Parallel zu den Biegeresonatoren ist weiterhin wenigstens
ein Torsionsresonator vorgesehen, der ebenfalls in geeigneter Weise mit den Biegeresonatoren
über wenigstens ein Längsschwingungen ausführendes Koppelelement gekoppelt ist.
Wie
dort im einzelnen erläutert ist, läßt sich mit solchen Maßnahmen
die Filtercharakteristik versteilern und es können also Pole bei reellen oder bei
komplexen Frequenzen erzeugt werden, was wiederum Dämpfungspole für die Dämpfungscharakteristik
oder die Beeinflussung der Laufzeit zur Folge hat. Eine spezielle Ausbildung eines
solchen mechanischen Filters ist nun in der DE-OS 28 04 499 angegeben.
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Dort werden als Torsionsresonatoren Doppelhanteln verwendet und ihre
Bemessung im einzelnen angegeben. In der DE-OS 26 07 879 und in der DE-OS 28 04
499 ist bereits darauf hingewiesen, daß man die Länge dieser Doppelhanteln so wählen
kann, daß sie mit der Länge der Biegeresonatoren etwa übereinstimmt. Es ergibt sich
dadurch nämlich ein für die Praxis sehr vorteilhafter Aufbau des Gesamt filters,
weil ja beispielsweise für alle Filterresonatoren die Haltevorrichtungen und die
Gehäuse und dergleichen mehr gleichartig ausgebildet sein können. Als Nutzschwingung
wird dann beim Hantelresonator die erste Oberschwingung (zweite Harmonische) ausgenutzt.
Der Durchlaßbereich des vorstehend beschriebenen Filters liegt bei etwa 130 KHz.
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Der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen haben nun folgendes
gezeigt.
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Die hohen Anforderungen, die an das Filter gestellt werden, lassen
sich bei der Serienfertigung nur dann sicher halten, wenn die Auswirkung der Toleranzen
gering ist.
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Jeder Resonatorschwinger ist primär duch Frequenz und effektive Masse
bestimmt. Die Frequenz wird beim Abgleich gemessen und durch Materialabtrag genau
eingestellt. Dabei soll der Einfluß auf die im Filter wirksame Masse möglichst gering
sein. Es wird bisher erreicht mit der gewählten Form der Hantel und der Abgleich
erfolgt durch Bearbeitungsmaßnahmen an ihrem Einstich. Da beim Schleifen die Frequenz
nur auf einige kHz genau einstellbar ist, wird der Schleifvorgang vorzeitig abgebrochen
und der Schwinger durch ein genauer steuerbares Verfahren fertig abgeglichen.
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Bisher wurde nun dieser Endabgleich der Torsions-Hantelresonatoren
durch eine Sandstrahlbearbeitung vorgenommen.
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Es wurde dabei bei dem in der Vorfertigung grob abgeglichen Handresonator
die erste Oberschwingung (Nutzschwingung) gemessen, die Frequenzablage zur Sollfrequenz
errechnet und in einer Sandstrahlkammer im Einstich auf Sollfrequenz abgeglichen.
Dieser Vorgang muß dann bis zum Erreichen der Sollfrequenz wiederholt werden, wodurch
beispielsweise bis zu sechs Maschinendurchläufe erforderlich sein können. Die Anlage
ist weiterhin durch die Sandeinwirkung verhältnismäßig wartungsintensiv und bedarf
einer häufigeren Einrichtertätigkeit. Es entsteht auch der Eindruck, daß ein Abgleich
des Torsionsresonator am Einstich der Hantel keine optimale Lösung darstellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten
nach Möglichkeit abzuhelfen und ein Verfahren zum Abgleich von Torsionsresonatoren
anzugeben, bei dem sich das Abgleichergebnls einerseits verhältnismäßig rasch ergibt
und andererseits auch gut reproduzierbar ist.
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Resonatoren, die nicht vollständig abgeglichen werden können, lassen
sich dabei durchaus einem weiteren Abgleich unterziehen. DerEndabgleich soll mit
möglichst geringer Toleranz und möglichst kurzer Durchlaufzeit erfolgen.
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Diese Aufgabe wird für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels wird nachstehend die Erfindung noch
näher erläutert.
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Die beigefügte Figur zeigt schematisch den vollständigen Verfahrensablauf.
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Wie vorstehend erwähnt, werden beim angegebenen Abgleichverfahren
die Hantelresonatoren mit einer zu niedrigen Ist-Frequenz durch Materialabtrag an
beiden Stirnseiten auf ihre Soll-Frequenz abgeglichen.
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Abgleichversuche haben ergeben, daß kreisförmige und konzentrische
Lochraster auf beiden Stirnseiten des Hantelresonators das stabilste Frequenzverhalten
ergeben. Weiterhin ist die Frequenzveränderung des Hantelresonators pro bearbeitetes
Loch in den einzelnen Kränzen unterschiedlich, bzw. die Abtragsleistung im äußeren
Kranz beträgt 20 Hz und verringert sich mit dem Abnehmen der Lochkranzdurchmesser.
Die Abtragsleistung im innersten Kranz beträgt 1,3 Hz pro Loch und läßt die Genauigkeit
der Abgleichmethode erkennen.
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Für den gesamten Abgleich wird mit der gleichen Laserpulsstärke gearbeitet.
Die Intensität des Laserimpulses ist so bemessen, daß er beim Abgleich des Hantelresonators
im Bereich des äußeren Kranzes diesen nicht perforiert.
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Es wurde bereits erwähnt, daß die überwiegende Anzahl der Hantelresonatoren
schon beim Grobabgleich mit Laserstrahl ihre Sollfrequenz erreichen. Für den restlichen
Teil wird durch einen zweiten Maschinendurchlauf ein Feinabgleich gemacht, um die
Sollfrequenz zu erreichen. Um den Gesamtabgleich zu ermöglichen, stehen für den
Grobabgleich drei äußere Kränze zur Verfügung mit den entsprechenden Abtragsleistungen
von 18 bzw. 12 bzw. 7 Hz pro Loch. Für den Feinabgleich stehen zwei weitere innere
Lochkränze zur Verfügung mit den Abtragsleistungen 4 und 1,3 Hz pro Loch.
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Damit soll das nochmalige Beschießen der bereits vom Grob-
abgleich
vorhandenen Löcher und eine Verfälschung des Abgleichs verhindert werden Durch den
wiederholten Beschuß kann sich ein Grat bilden, der dann eine gewisse Beeinträchtigung
der Hantelresonator-Funktion darstellt.
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Für den Abgleich der Hantelresonatoren wird ein gepulster Festkörper-Laser
mit einer Pulsfrequenz von 15 Hz verwendet.
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Die unabgeglichenen Hantelresonatoren, die beispielsweise eine Frequenzabweichung
bis zu 500 Hz unter der Sollfrequenz haben, werden von einem Rüttler 1 über eine
Entmagnetisierungsstation 2 zur Vereinzelung 3 und Magnetisierungsstation 4 geleitet.
Vor der Vereinzelung registriert eine Lichtschranke die Zahl der zugeführten Hantelresonatoren
und gibt diese Information an eine Tischsteuerung 17. Von der Tischsteuerung 17
gehen dann die entsprechenden Befehle an die Vereinzelung 3. Es erfolgt eine gezielte
Magnetisierung und anschließend eine Messung der Ist-Frequenz des Hantelresonators
in der Meßstation 7. Die Ist-Frequenz wird über einen Meßverstärker 15 durch einen
Counter 14 gemessen. Diese Information geht über ein Interface 13 an einen Rechner
12.
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Der Rechner 12 vergleicht die Ist-Frequenz mit der per Programm gespeicherten
Soll-Frequenz. Aus diesem Vergleich können sich dann folgende Kriterien ergeben:
a) Frequenz über der Soll-Frequenz; b) Frequenz unterhalb der abgleichbaren Grenze,
c) Frequenzmessung hat einen nicht definierbaren Wert (z.B. schlechte Messung) d)
Frequenz innerhalb des abgleichbaren Bereiches.
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In den ersten drei Fällen sind die Hantelresonatoren nicht abgleichbar
und werden über eine Weiche 5 in eine Sortiereinrichtung 8 geleitet und entsprechend
ihrer Wertigkeit sortiert.
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Ist der gemessene Hantelresonator innerhalb des abgleichbaren Bereiches,
wird die Differenz zur Sollfrequenz errechnet und dieser Wert halbiert.
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Anschließend wird aus diesem errechneten Wert die passende Lochkranzkombination,
sowie die Anzahl der Löcher ermittelt und an eine Lasersteuerung 16 weitergegeben.
In der Lasersteuerung wird das Strahlablenksystem und das Strahlschaltermodul vorbereitet.
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Der Hantelresonator wird nun über die Weiche 5 in eine Ladestation
6 weitergeleitet und in einer Wende- und Abgleichstation 10 in Bearbeitungsstellung
gebracht. Ist die Bearbeitungsstellung vom Hantelresonator erreicht worden, geht
eine entsprechende Information über eine Tischsteuerung 17 an die Lasersteuerung
16. Der Laserstrahl, durch die Lasersteuerung 16 ausgelöst, bearbeitet die Stirnseite
des Hantelresonators, indem die in der Steuerung gespeicherten Informationen an
einen zugehörigen Strahl schalter und eine zugehörige Strahlablenkung übergeben
werden.
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Nach der Bearbeitung der ersten Stirnseite wendet die Aufnahme in
der Wende- und Abgleichstation 10 den Hantelresonator und die zweite Stirnseite
wird mit gleichen Kranzmuster bearbeitet.
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Nach Beendigung der Laserbearbeitung wird der Hantelresonator durch
die Ladestation 6 in die Auswurfstation 11 befördert. Letztere leitet den Hantelresonator
in die eine zweite Meßstation 9. Dort wird der Hantelresonator nochmals gemessen
und dieser Frequenzwert im Rechner 12 mit
mit dem Sollwert verglichen.
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Ist der gemessene Frequenzwert z.B. innerhalb der Toleranz von + 10
Hz, wird der Hantelresonator als "Gut" klassifiziert und in eine Sortiereinrichtung
8 entsprechend abgelegt. Ist der abgeglichene Hantelresonator außerhalb der zulässigen
Toleranz, wird er auch entsprechend in der Sortiereinheit 8 abgelegt und anschließend
in einem zweiten Maschinendurchlauf der Feinabgleich durchgeführt.
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Bei dem angegebenen Verfahren wird also der Hantelresonator mittels
Laserstrahl abgeglichen. Der Abgleich geschieht nach dem gleichen Verfahren, mit
dem die zum Filter gehörenden Biegeresonatoren abgeglichen werden, wie dies einleitend
an Hand der DE-OS 26 07 879 und der DE-OS 28 04 499 erläutert wurde. Das bedeutet,
daß im Gegensatz zum Sandabgleich die Hantelresonatoren aus dem Grobabgleich (Schleifvorgang
oder Sandabgleich) mit einer niedrigeren Frequenz als die Soll-Frequenz der Laser-Anlage
zugeführt werden. Die Ist-Frequenz wird gemessen, die Differenz zur Sollfrequenz
errechnet und mit Laserstrahl durch stirnseitigen Materialabtrag abgeglichen. Vorteile
gegenüber dem herkömmlichen Verfahren ergeben sich, indem mit einem einzigen Maschinendurchlauf
zum Beispiel über 80 % der abgeglichenen Hantelresonatoren die Sollfrequenz erreichen
mit den zugelassenen Toleranzabweichung von + 10 Hz. Die restlich verbleibenden
20 % nicht fertig abgeglichener Hantelresonatoren werden in einem weiteren "Feinabgleich-Maschinendurchlauf"
endabgeglichen.
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3 Patentansprüche 1 Figur