Aus Massen und Elastizitäten aufgebautes erdsymmetrisches mechanisches
Filter Bei der Bemessung mechanischer Filterketten treten Schwierigkeiten auf,-die
mit der Unvollkommenheit der mechanischen Erde der Filter zusammenhängen. Eine ideale
mechanische Erde muß der Bedingung genügen, daß sie bei Betrieb des Filters in Ruhe
bleibt. Nach dein Satz von der Erhaltung des Schwerpunkts gehört dazu eine unendlich
broße Masse. Ist diese aber endlich, so wird sie selbst Bewegungen auszuführen suchen
und kann insbesondere mit der Elastizität der Kette bei einer tieien Frequenz in
Resonanz geraten. Würde man das Filter mit dein Erdkörper starr verbinden, so würden
in dieser Verbindung Massenreaktionskräfte wirksam werden, die z. B. einen Gestelleinbau
unmöglich machen könnten. Mechanische Filter sind weiterhin äußeren mechanischen
Erdspannungen unterworfen. deren Einfluß am Beispiel der mechanischen Drosselkette
leicht zu übersehen ist.Mechanically symmetrical to the earth, built up from masses and elasticities
Filters When dimensioning mechanical filter chains, difficulties arise, -die
related to the imperfection of the mechanical earth of the filters. An ideal
mechanical earth must meet the condition that it is at rest when the filter is in operation
remain. According to your theorem of maintaining the center of gravity, this includes an infinite
big mass. But if this is finite, it will try to carry out movements itself
and can in particular with the elasticity of the chain at a low frequency in
Feedback advised. If you were to rigidly connect the filter to your earth, so would
in this connection mass reaction forces are effective, the z. B. a rack installation
could make impossible. Mechanical filters are still external mechanical ones
Subject to earth stresses. their influence using the example of the mechanical throttle chain
is easy to miss.
In Fig.. i a ist die räumliche Anordnung einer solchen Drosselkette
gezeichnet, in Fig. i b der dazugehörige Kräftekreislauf und
in Bild t c das elektrische I3rsat-rscit:tlti>ilcl
unter 13c#tititzuitg der von I l ä lt n 1 e (Wissen-
schaftliche `-er(1tfelltltl11llll-en
aus dein
hs seien
' @lelite#tl@k(@i17@1'I@ M3= \I. Ileft i, S.
t) ange-
"ebettc#il Entsprechungen, die im folgenden
:niirefi.ihrt siilcl.
:# _ Geschwindigkeit in cni ;
ß - : Kraft in dyn
cin
L - - B @ # h, F = : Nachgiebigkeit in
-l` i oder
5
lt 11 ' Il,. ' I1' mechanischer Reibung.,\viderstand
in 1ilt 1 xxler in g s
13
))a =_ Masse in
Hierbei sind rt, i. l.. R utid C: die elektrischen
und V, p, F, 11, und n1 die entsprechenden
mechanischen Größen. :1 und 13 sind Kon-
tanten.
Bei diesem @*e#rf:ilii-en sind also liAastizi-
täten durch Induktivitäten und -Massen durch
Kapazitäten ersetzt worden. Das Wesen der
L`niforinung koninit dadurch anschaulich zum
Ausdruck. daß großen mechanischen Wider-
ständen stets klcitic# elektrische entspre:lien.
und 11111-ekehrt.
leint elektrischen Ersatzbild ist, wie matt
sieht. z.13. eine Störung durch Erdströme
möglich, wenn der Widerstand der Erdleitung
von \u11 verschieden ist. er kann ini allge-
meinen Fall eineu (kleinen) Widerstand leo
und eine (kleine) Induktivität L o in Feilte
enthalten. Icini mechanischen Filter ent-
spricht dein eine Reihenschaltung aus einer
(starken) Feder F, und einem (großen) me-
chanischen Reibtui-swiderstand 11 '". --'eist
also der Teil, welcher den Kraftschluli in der
mechanischen Anordnung bewirkt, die mecha-
nische Erde. auch nur geringe Nachgiebigkeit
(F -@ o : oder nicht 1-eniigend hohe innere Rei-
bung (IV - 1 i auf, so ist die mechanische
Filterkette gleichen Störungen durch einge-
prägte Fremdkräfte p, unterworfen wie die
elektrische durch fit,.
Beide geschilderten Nachteile werden ofen-
bar tim so geringer. je niedriger der Wellen-
widerstand gewählt wird. Denn
halten wir die Eingangsleistung 1r' = pt #
2#i
des Filters und seine Grenzfrequenz f, kon-
stant. dann sind die 'Massenkräfte p," = in - b
= 2:r£ # m # t# für eine bestimmte Frequenz .f
mit
Die Mässenreaktionen sinken mitderWurzel
des Wellenwiderstandes; ist das zulässige Ge-
schwindigkeitsverhältnis zwischen Arheits-
unci Erdmasse festgelegt, so kamt letztere
proportional l", verringert werden. Hält
inan die Erdmasse dagegen konstant. >o sinkt
die Empfindlichkeit der Kette --"erettül)er
ul.lc#ren Stilrungen mit dein Wellenwider-
..
Stand.
Die \erwe#ildunr von Ketten tnit niedrigem
\\"ellenwi(ler#t:ttid, die -r..13. durch Wendcl-
federn realisierbar sind. 5töi@t auf Schwierig-
i<eiten wegert der Anpa;sunrst-erhältui;:e au
den Enden der Krtte. Die 1pislier 1)ehantiteii
elektromechanischen Umwandler Haben bei
geringen I",-\\'erten üuljerst gerittre Wir-
Das bedeutet hohe Grund-
dämptungen und außerdem die Notwendig-
keit. am Aus,-an- des mechanischen Filter-
teile# einen besonderen mechanischen Ab-
anzubringen. Für hohe "!_",
sind dagegen piezoelrktrische und magneto-
#zriktive Anordnungen bekannt, bei denen der
Wirkungsgrad der Unisetzung gut ist lind
bei denen daher von vornherein der Abschluß-
w:derstand als elektrisches Schaltelement auf
die Au;-Tangssrite gelegt werden kann. Dies
spricht für die Verwendung von Filtern
hohen Wellenwiderstandes, die jedoch, wie
bereits ausgeführt, die Nachteile der unvoll-
koninienen mechanischen Erde aufweisen.
Idas erhndungsgeinäße - mechanische Filter
ist unter Zugrundelegung der bekannten
Analogien -zwischen elektrischen und inecha-
nischen Wellenhlterti aus 'Iafen und Elastizi-
t:iten erdsyninietrisch aufgebaut und bestellt
aus je einem inneren und einem äußeren
konzentrisch angeordneten Torsionsglied finit
konzentrisch oder symmetrisch verteilten
-lasen und Elastizitäten. Durch den ertin-
dungsgeinäßen Aufbau werden sowohl die
Reaktionskräfte wie auch die Störspannungen
infolge des 'lassen- und'lomentenausrleichs
unschädlich gemacht. Die schwingenden
1:leinente führen gegenphasige Bewegungen
:ttts und sind insbesondere so zu bemessen.
daß der Schwerpunkt tunlichst in Ruhe bleibt.
Ein erdsvininetrischer Aufbau ist hei mechanischen Filtern beliebigen
Wellenwiderstandes anwendbar und vorteilhaft, insbesondere bei Filtern mit hohem
Wellenwiderstand. Die Verwenching von Torsions-liedern mit symmetrisch verteilten
Massen und Elastizitäten wird bei mechanischen Filtern als an sich be-ICaililt vorausgesetzt.In Fig. Ia the spatial arrangement of such a throttle chain is drawn, in Fig. Ib the associated cycle of forces and in picture tc the electrical I3rsat-rscit: tlti> ilcl
under 13c # tititzuitg of I l ä lt n 1 e (knowledge
economic `-er (1tf e llt l tl11llll - en from your
hs be
' @ lelite # tl @ k (@ i17 @ 1'I @ M 3 = \ I. Ileft i, S. t)
"ebettc # il equivalents to the following
: niirefi.ihrt siilcl.
: # _ Speed in cni;
ß -: force in dyn
cin
L - - B @ # h, F =: compliance in -l` i or
5
lt 11 'Il ,. 'I1' mechanical friction., Resistance in 1ilt 1 xxler in gs
13th
)) a = _ mass in
Here are rt, il. R utid C: the electric ones
and V, p, F, 11, and n1 the corresponding
mechanical quantities. : 1 and 13 are con
aunts.
With this @ * e # rf: ilii-en are therefore liAastizi-
would pass through inductances and masses
Capacities have been replaced. The essence of
L`niforinung koninit thus vividly to the
Expression. that great mechanical resistance
would always be klcitic # electrical equivalents.
and 11111-ekehrt.
leint electrical substitute image is how matte
sees. z.13. a disturbance from earth currents
possible if the resistance of the earth line
is different from \ u11. he can ini general
my case a (small) resistance leo
and a (small) inductance L o in Feilte
contain. Icini mechanical filter
speaks your a series connection from one
(strong) spring F, and a (large) me-
chanical friction resistance 11 '". -' ice
that is, the part that forms the power loop in the
mechanical arrangement causes the mechanical
niche earth. also only slight compliance
(F - @ o: or not 1-enough high internal friction
exercise (IV - 1 i on, so is the mechanical
Filter chain equal disturbances due to
coined foreign forces p, subjected like that
electric by fit ,.
Both disadvantages outlined are often
bar tim so less. the lower the wave
resistance is chosen. Because
let's keep the input power 1r '= pt # 2 #i
of the filter and its cut-off frequency f,
stant. then the 'mass forces p, "= in - b
= 2: r £ # m # t # for a certain frequency .f
with
The moderate reactions sink with the root
the wave resistance; is the admissible
speed ratio between work
unci earth mass determined, so came the latter
proportional l ", be reduced. Holds
In contrast, the earth's mass is constant. > o sinks
the sensitivity of the chain - "erettül) er
ul.lc # ren stylings with your wave contradiction
..
Was standing.
The growth of chains with low
\\ "ellenwi (ler # t: ttid, die -r..13. by Wendcl-
springs are realizable. 5töi @ t on difficult
i <eiten wegert der Anpa; sunrst-Receiveui;: e au
the ends of the box. The 1pislier 1) ehantiteii
electromechanical converters
low I ", - \\ 'erten very ridden economic
That means high basic
insulation and also the necessary
speed. at the end of the mechanical filter
# share a special mechanical waste
to attach. For high "! _",
are, however, piezoelectric and magneto
# restrictive arrangements known where the
The efficiency of the implementation is good
in which, from the outset, the final
w: the stand as an electrical switching element
the Au; -Tangssrite can be placed. this
speaks for the use of filters
high wave resistance, which, however, like
already mentioned, the disadvantages of the incomplete
have a common mechanical earth.
Idas acquisition channels - mechanical filters
is based on the known
Analogies -between electrical and inecha-
niche waveguides from port and elastic
t: iten set up and ordered symmetrically
from an inner and an outer
concentrically arranged torsion link finite
concentrically or symmetrically distributed
-lases and elasticities. Through the
Appropriate construction are both the
Reaction forces as well as the interference voltages
as a result of the 'let and' moment compensation
rendered harmless. The swinging ones
1: linen ducks move out of phase
: ttts and are to be measured in particular.
that the center of gravity remains as calm as possible.
An earth-vininetric structure can be used for mechanical filters with any wave resistance and is advantageous, in particular for filters with a high wave resistance. The use of torsion members with symmetrically distributed masses and elasticities is assumed to be inherent in mechanical filters.
In den Fig. 2 und 2a ist ein Ausführungsbeispiel einer vielgliedrigen
Spulenleitung dargestellt, die gemäß der Erfindung aus zwei konzentrisch angeordneten
Systemen besteht. Das erste enthält den elastischen Stab i und die Massen z, während
zum zweiten der elastische Hohlstab 3 und die Massen .4 gehören. Beide Systeme sind
in den Lagern 5, 5' leicht umeinander um (:leine \@'inl:el ((rehbar,
soweit die Aussparungen in der Hohlwelle 3 dies gestatten; der Stab i ist ferner
in 6, 6' drehbar gelagert. Die statischen Trägheitsinoinente von i und 3 einerseits
sowie die Massenträglieitsniomente andererseits sind untereinander gleich bemessen,
so daß beide. Systeme gleichen Wellenwiderstand . und gleiche Grenzfrequenz besitzen.
Der Antrieb erfolgt vorzugsweise durch einen in Dickenschwingungen außerhalb der'
Resonanz betriebenen Piezolcristall q, insbesondere Quarzkristall, der sich zwischen
den Armen j- und 8 befindet und dessen mechanischer Scheinwiderstand an den der
Spulenleitung angepaßt ist. Lug Abnahme der Schwingungen auf der Ausgangsseite ist
eine gleiche Anordnung 7', 8', j vorgesehen; beide Systeme sind dadurch gegeneinander
verspannt und in der richtigen Ruhelage gehalten, daß die Arme 8 und S' z. B. als
Federn hoher Grenzfrequenz ausgebildet sind. Diese Verspannung könnte auch durch
die Elastizitäten i und 3 selbst bewirkt werden. Die elektrischen Spannungen werden
an den Klemmen 12 den Kristalleng, g Tiber die Arme 7 bzw. 7' (elektrische Erde)
und über mittels der Platten i i isolierte Elektroden io zugeführt.In FIGS. 2 and 2a, an embodiment of a multi-section coil line is shown which, according to the invention, consists of two concentrically arranged systems. The first contains the elastic rod i and the masses z, while the second contains the elastic hollow rod 3 and the masses .4. Both systems are in the bearings 5, 'slightly around each other to (: leash \ @' 5: as far as the recesses in the hollow shaft 3 allow el ((Rehbar this, the rod i is further 6 'mounted rotatably 6 inl. static inertia of i and 3 on the one hand as well as the mass inertia nioments on the other hand are dimensioned the same, so that both systems have the same wave resistance and the same cut-off frequency. The drive is preferably carried out by a piezo crystal q, in particular quartz crystal, which is operated in thickness oscillations outside of resonance is located between arms j- and 8 and its mechanical impedance is matched to that of the coil line.Lug decrease of the oscillations on the output side, the same arrangement 7 ', 8', j is provided; both systems are thereby braced against each other and in the correct position of rest held that the arms 8 and S 'are designed, for example, as springs with a high limit frequency h the elasticities i and 3 are caused by themselves. The electrical voltages are fed to the terminals 12 to the crystals g, g via the arms 7 or 7 '(electrical earth) and via electrodes io insulated by means of the plates ii.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 skizziert, wo die Massen
durch Scheil'en 12 und die Hohlwelle durch beispielsweise drei symmetrisch angeordnete
Stäbe oder Drähte 13 ersetzt sind. Diese Ausführung, die der Rechnung besser -zugänglich
ist, bietet lief einer fabrikationsmäßigen Herstellung bes()ndere Vorteile.Another embodiment is outlined in Fig. 3, where the masses
by Scheil'en 12 and the hollow shaft by, for example, three symmetrically arranged
Rods or wires 13 are replaced. This version, the more accessible to the bill
is, offers a fabrication-like manufacturing () other advantages.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein- den -Lassen- und Momentenausgleich
nicht vollkommen durclizufüliren; das kann inan erreichen, indem man den Wellenwider-:tand
oder die ausgezeichneten Frequenzen (Grenzfrequenzen) der beiden Systeme oder beides
voneinander verschieden macht.In special cases it can be advantageous to use -leave and torque compensation
not to be completely permeated; this can be achieved inan by resisting the wave resistance
or the marked frequencies (cutoff frequencies) of the two systems or both
makes them different from each other.
Bei der Bemessung der Kristalle ist zu beachten, daß der mechanische
Wellenwiderstand bei Ausnutzung der Dickenschwingungen mit dem kraftübertragenden
Querschnitt zunimmt, der elektrische dagegen abnimmt. Iss sind daher unter Umständen
zur Erzielung einer möglichst guten mechanischen und elektrischen Anpassung andere
Schwingungsformen günstiger. Bei Seigiiettesalz hat bekanntlich der mechanische
Wellenwiderstand in gewissen Richtungen einen erwünschten niedrigeren spezifischen
Wert: bei richtiger Ausnutzung der Schubspannungswirkung de piezoelektrischen Effektes
ist seine Anwendung konstruktiv günstig. Außer den piezoelektr.ischen können auch
niagnetostriktive Umwandler für den vorliegenden Anwendungsfall Verwendung finden,
da -sich bei günstigen mechanischen und elektrischen Anpassungsverhältnissen gerade
bei symmetrischen Filtern die magnetischen Kreise vorteilhaft bemessen lassen. Für
besondere Fälle, wie z. B. bei niedrigeren Wellenwiderstandswerten, können jedoch
auch elektromagnetische und elektrodynamische Uniwandler brauchbare Resultate ergeben.When dimensioning the crystals it should be noted that the mechanical
Characteristic impedance when utilizing the thickness vibrations with the force-transmitting one
Cross-section increases, while the electrical one decreases. Eat are therefore possibly
others to achieve the best possible mechanical and electrical adaptation
Wave forms cheaper. In Seigiiettesalz, it is well known that the mechanical
Characteristic impedance in certain directions has a desired lower specific
Value: if the shear stress effect of the piezoelectric effect is used correctly
its application is structurally favorable. Besides the piezoelectric ones, you can also
niagnetostrictive converters are used for the present application,
because -such with favorable mechanical and electrical adaptation conditions
in the case of symmetrical filters, allow the magnetic circuits to be dimensioned advantageously. For
special cases, such as B. at lower wave resistance values, however
electromagnetic and electrodynamic converters also give useful results.