DE706982C - Elektromechanischer Umsetzer mit schwingenden mechanischen Koerpern fuer Filterschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf einen elektromechanischen Umsetzer unit schwingenden mechanischen Körpern für Filterschaltungen,

Die bekannten Anordnungen dieser Art bestehen im wesentlichen, aus mechanisch abgestimmten Schwinggliedern, die von einem ersten elektromagnetischen Kreis erregt und dann 'durch ihre Schwingungen auf einen zweiten elektromagnetischen Kreis durch Vieränderung des Flusses in letzteren einwirken. Die Schwingglieder liegen mit ihren Spitzen jeweils in einem Luftspalt eines geschlossenen permanentmagnetischen Kreises und werden von einem magnetischen Gleichfluß durchsetzt, dem sich ein von dem ersten elektromagnetischen Kr eis erzeugter Wechselfluß überlagert. Die beiden elektromagnetischen Kreise liegen auf einem gemeinsamen magnetischen Eisenkreis, dessen Kernglieder zur Weiterleitung des magnetischen Wechselflusses in bekannter Weise zu einem einheitlichen Gebilde zusammengefaßt sind. Bei den Anordnungen dieser Art ergeben sich aber gewisse Nachteile insofern, als die Wirkung des Streuflusses zwischen Ein- und Ausgangskreis nicht beseitigt werden kann und anderseits die Kopplung der Schwingglieder unter sich zu wünschen übrigläßt, so daß keine Gewähr für sicheres Arbeiten der Umsetzer als Wellenfilter geboten wird.

Die Erfindung versucht, diese Nachteile zu vermeiden und gleichzeitig die Wirksamkeit der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie zu erhöhen sowie die Übertragungscharakteristik von elektromechanischen Wellenfiltern, insbesondere von solchen, welche innerhalb des Tonfrequenzbereiches gebraucht werden können, zu verbessern. Dies wird dadurch erreicht, daß im

Eingangs- und Ausgangskreis getrennte, als Permanentmagnete ausgebildete Schwingglieder angeordnet sind, die untereinander durch ein nichtmagnetisches Verbindungsstück mechanisch gekoppelt sind, und daß auf den Kernen Ausgleichswicklungen vorgesehen sind, welche mit der jeweiligen Hauptwicklung auf dem gegenüberliegenden Kern derart verbunden sind, daß die Wirkung des Streuflusses

ίο zwischen Eingangs- und Ausgangskreis aufgehoben wird.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Abbildungen beschrieben. Abb. ι ist eine Darstellung einer mechanisch ausgeglichenen Form des elektromechanischen Umsetzers gemäß der Erfindung. Der Kreis für den wechselnden Fluß besteht aus zwei U-förmig gebogenen Kernstücken 11 und 12, die an ihren magnetischen Mittelpunkten durch ein magnetisches Joch 13 verbunden sind, und aus zwei Zwischenpolstücken 14 und 15, die angeordnet sind, um zwei Luftspaltpaare zu bilden. Wird die Anordnung so getroffen, so haben zwei parallele Kreise je einen gemeinsamen Zweig. In jedem Luftspaltpaar ist ein pendelndes System 16 angeordnet, welches in Abb. 2 genauer dargestellt ist. Dieses pendelnde System enthält zwei magnetische Zungen 17 und 18, die mit Einkerbungen 37 versehen sind und an ihrem Ende durch einen permanenten Stabmagneten

19 verbunden werden. Weiterhin ist ein Stab

20 vorgesehen, der für die beiden Zungen eine nichtmagnetische mechanische Kupplung darstellt. Wenn der Stabmagnet 19 mit seinem Nordpol mit der Zunge 18 verbunden ist (wie dargestellt), so fließt der gleichmäßige Fluß durch die Zunge 18 und teilt sich an deren Spitze in zwei Komponenten, von denen die eine nach rechts, die andere nach links fließt, wie es in Abb. 1 durch die ausgezogenen Pfeile gezeigt ist. Der gleichmäßige Fluß fließt dann weiter durch die Kernteile 11 und 12 und die Zwischenpolstücke 14 und 15 und kehrt, wie

4-5 durch die Pfeile dargestellt, aus zwei Richtungen kommend zu dem Südpol des Magneten durch die Zunge 17 zurück.

Die Kerne tragen zwei Eingangswicklungen L₁ und zwei Ausgangs wicklungen ZL₂. Die Wicklungen L₁ sind gleichsinnig in Reihe geschaltet, und wenn den Klemmen 1 und 2 eine wechselnde elektromotorische Kraft aufgedrückt wird, so wird ein wechselnder Fluß hervorgebracht, welcher den durch die ge· strichelten Pfeile gezeigten Weg nimmt. In dem Luftspalt addieren sich auf der einen Seite die oberen Zungen 17 und 18 der gleichmäßige und der wechselnde Fluß, während sie sich auf der anderen Seite subtrahieren, wodurch die Zungen in Schwingung versetzt werden. Wie aus den Pfeilen ersichtlich ist, be-' wegen sich die Zungen gegenphasig, d. h. wenn sich die Zunge 17 nach rechts bewegt, so be-, wegt sich die Zunge 18 nach links, und umge- ^: kehrt. Das schwingende System ist daher ¹ mechanisch ausgeglichen.
Die Bewegung der oberen Zunge 18 wird zu der unteren Zunge 17 übertragen durch ein j Kupplungsglied 20 gewisser Elastizität, wel- ! ches vorzugsweise aus einem nichtmagnetisehen Metallstab besteht und an jedem Ende mit einem Gewinde versehen ist. In gleicher Weise wird die Bewegung der oberen Zunge 17 auf die untere Zunge 18 übertragen. Diese ί Bewegung der zwei unteren Zungen 17 und 18 moduliert den gleichmäßigen Fluß in dem j Ausgangskreis und erzeugt so eine wechselnde j elektromotorische Kraft in den Ausgangswicklungen L₂.

In Abänderung des in Abb. 1 gezeigten Systems kann der Aufbau entlang der Mittelj linie 21 und den Stabmagneten 19 entzweigeschnitten werden. Die Stabmagneten endigen dann auf dem magnetischen Joch 13. Die untere Hälfte des Aufbaues wird umgedreht und auf die obere Hälfte aufgesetzt. Sind die Zungen 17 und 18 in entsprechender Weise durch die mechanische Kupplung 20 verbunden, so arbeitet der abgeänderte Aufbau ebenso, wie in Verbindung mit Abb. 1 beschrieben.

Der ausgeglichene Aufbau nach Abb. 1 kann in eine unausgeglichene Form umgewandelt werden, indem eines der Schwingungssysteme und die Zwischenpolstücke 14 und 15 ausgeschieden werden. Abb. 3 zeigt dieses Ausführungsbeispiel.

Abb. 4 stellt einen Umsetzer ähnlich dem in Abb. 1 gezeigten dar mit der Ausnahme, daß die Stabmagnete 19 durch zwei Permanentmagnete 26 und 27 ersetzt sind, von denen der eine die oberen Zungen 17 und 18 verbindet, während der andere die unteren Zungen verbindet. Diese Konstruktion ist in Abb. 5 im einzelnen dargestellt. Bei der bisher beschriebenen Ausführung zeigen die Umsetzer jedoch noch den eingangs erwähnten Nachteil, daß durch den Streufluß eine unerwünschte Übertragung zwischen dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis stattfindet, no Aus diesem Grunde werden gemäß der Erfindung noch Ausgleichswicklungen auf den Kernen vorgesehen, welche mit den Hauptwicklungen derart verbunden sind, daß die Wirkung des Streuflusses zwischen Eingangs- und Ausgangskreis aufgehoben ist. In Abb. 4 werden daher zu den vorhandenen Wicklungen, noch zwei Hilfswicklungen L₁ und L₂' hinzugefügt, die jeweils auf den Zwischenpolstücken 14 und 15 angeordnet sind. Die Wick- iao hingen L₁, L₂' und L₁ sind derart in Reihe verbunden, daß die beiden Wicklungen L₁

gleichphasig sind, während die Wicklung L₂ gegenüber diesen Wicklungen gegenphasig ist. Die Wicklungen L₂, L₁' und L₂ sind in derselben Weise verbunden. Diese Anordnung ermöglicht die Einstellung oder Neutralisierung der Wirkung der .Flußstreuung zwischen den Eingangs- und Ausgangskreisen. Die Klemmen ι und 2 können als die Eingangsklemmen und die Klemmen 3 und 4 als die Ausgangsklemmen angesehen werden. In entsprechender Weise sind bei den Ausführungen .nach Abb. 1 und 3 die Ausgleichswicklungen ' vorzusehen.

In derselben Weise, wie in Verbindung mit Abb. ι beschrieben wurde, kann auch der in Abb. 4 · gezeigte Aufbau entlang der Mittellinie 21 entzweigeschnitten und die untere Hälfte umgekehrt auf die obere Hälfte aufgesetzt werden.

Abb. 6 ist eine perspektivische Darstellung der Konstruktion eines unausgeglichenen Umsetzers nach Abb. 3. Die Anordnung enthält einen verhältnismäßig schweren Bronzeuntersatz 30, auf welchem die beiden Eingangs wickhingen Zl₁, die beiden Ausgängswicklungen L₂ und der vereinigte Magnet- und Schwingungsaufbau befestigt sind. Eine der Ausgangswicklungen Z.₂ und ein Teil des magnetischen Kreises sind entfernt und ein Viertel der verbleibenden Wicklung L₂ ist herausgebrochen, um die Konstruktion klarer zu zeigen. Eine Eingangsklemme 1 und die entsprechende Ausgangsklemme 3 sind in der Abbildung gezeigt. Die übrigen Eingangs- und Ausgangsklemmen 2 und 4 sind auf der anderen Seite des Aufbaues angeordnet und in der Abbildung nicht zu sehen. Auch die Ausgleichswicklungen sind in der Abbildung nicht gezeichnet.

Die Schwingungselemente (die beiden magnetischen Zungen 17 und 18) sind, wie bereits beschrieben, durch ein Verbindungsstück 20 gekuppelt, welches vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material besteht und an jedem Ende aufgeschraubt ist. Die Spitzen 31 der Zungen sind in den Luftspalten eines brückenartigen magnetischen Kreises angeordnet, welcher die beiden Wicklungspaare L₁, L₁ und L₂, L₂ und die Ausgleichswicklungen trägt.

Die Zungen und der magnetische Kreis sind durch ein Stabmagnetpaar 19 polarisiert, welches gleichzeitig dazu dient, die Zungen auf dem Unterbau 30 einzuspannen. Die Lage der Zungen wird durch die Bolzen 32 eingestellt. Hinter den Zungen sind Muttern 33 angeordnet, mittels welcher die Klemmstreifen 19 angezogen werden können und so fest auf der Unterlage gehalten werden.

Der Aufbau besitzt zwei Wechselflußkreise, von denen jeder ein Paar von lamellierten L-förmigen Zweigen 34 besitzt, auf welchen die Wicklungen angeordnet sind. Ferner besitzt der Aufbau ein lamelliertes magnetisches Joch 13, welches für beide Wechselflußkreise gemeinsam ist. Die Kernstücke 34 sind auf dem Unterbau 30 durch die Klemmplätten 3 5 und die Schrauben 36 über übergroße Löcher verbunden, wodurch es ermöglicht wird, die Länge der Luftspalte zu verändern, um die Selbstinduktivität der Spulen einzustellen.

Das Joch 13, die Glieder 34 und die Spitzen 31 der Zungen sind lamelliert. Ein Material, welches sich für den vorliegenden Fall besonders gut eignet, ist eine Legierung, bestehend aus 3,80/0 Molybdän, 78,50/0 Nickel und 17,7% Eisen, welches auf eine Blechstärke von 0,15 mm ausgewalzt ist. Es ist auch, falls gewünscht, möglich, die Bleche zu glühen, um einen Oxydüberzug hervorzubringen, welcher als Isolation zwischen den benachbarten Lamellen dient. Bei einem derartigen Material wurde festgestellt, daß es bei Strom- oder Frequenzschwankungen eine verhältnismäßig hohe Stabilität in bezug auf Induktivität und Widerstand besitzt.

Für die Stabmagnete 19 empfiehlt es sich, Kobaltstahl zu verwenden. Die Zungen 17 und 18 werden vorzugsweise aus weichem Eisen hergestellt. Um den Betrag des Gleichflusses, der für die Luftspalte in Gewichtseinheiten des Materials geliefert wird, zu erhöhen, können die Zungen ebenfalls aus Permanentmagneten, z. B. aus Kobaltstahlmagneten, bestehen. In einem solchen Fall können die Kobaltstahlmagnete 19 durch billigere Chromstahlmagnete ersetzt werden oder durch einfache Weicheisenwege.

Falls die Zungen 17 und 18 aus weichem Eisen hergestellt werden, so halten sich trotzdem die Biegespannungen, die durch eine Eingangsbelastung von der Größenordnung 25 mW erzeugt werden, in den zulässigen Grenzen. Falls höhere Eingangsleistungen verwendet werden, muß statt Weicheisen Kobaltstahl oder Kobalteisen verwendet werden, für welche höhere Biegungsspannungen zulässig sind. Für Wellenfilter, wie sie später beschrieben werden, die alle dieselbe Bandbreite, aber verschiedene mittlere Bandfrequenzen haben, besteht der einzige wesent- nc liehe Unterschied in dem mechanischen Schwingungssystem in der Dicke der Einkerbung 37 der Zungen und in der Anordnung des Kupplungsstückes 20.

Für eine Konstruktion gemäß der Erfindung beträgt die gegenseitige Induktivität zwischen den Eingangswicklungen L₁ und den Ausgangswicklungen L₂ ungefähr 0,1 o/_o oder weniger, d. h. sie ist sehr gering. Diese Kopplung ist deshalb gering, weil die magnetischen Eingangs- und Ausgangskreise einen geringen magnetischen Widerstand, welcher für den

Rückweg durch das Joch 13 gemeinsam ist, besitzen. Der letzte Rest der Kopplung wird durch die Ausgleichswicklungen aufgehoben. Falls besondere Spulen hierfür nicht vorgesehen werden sollen, können auch einige Windungen von L₁ über die Wicklung L₂ gewickelt werden, und umgekehrt. Die Hilfswicklung auf L₁ ist dann über Kreuz mit der Spule L₂ verbunden und die Hilfswicklung auf L₂ ebenso

to über Kreuz mit der Spule L₁.

Der in Abb. 6 gezeigte Aufbau kann als Bandfilter angeordnet werden, indem zwei Kondensatoren C₁ und C₂ hinzugefügt werden. Diese Kondensatoren werden jeweils mit den Klemmen 1 und 3, wie in Abb. 3 dargestellt, in Reihe geschaltet. Ein äquivalenter elektrischer Stromkreis ist in Abb. 7 gezeigt, in welchem die Werte der verschiedenen Elemente eingezeichnet sind. Die Induktivität L₁₁ ist

»0 die totale Selbstinduktivität der Eingangswicklungen L₁, L₁ und L₂₂ ist die totale Selbstinduktivität der beiden Ausgangswicklungen L₂, L₂. Die Werte M₁ und M₂ stellen jeweils die effektiven Massen der Zungen 18 und 17

*5 plus einem kleinen Anteil, der durch das Kupplungsglied 20 hervorgebracht wird, dar. K₁ und K₂ bedeuten jeweils die Starrheit der Zungen 18 und 17. /C₁₂ ist die Starrheit des Kupplungsgliedes 20. Die Kraftfaktoren der Eingangs- und Ausgangsenden sind jeweils mit G₁ und G₂ bezeichnet. Eine Dämpfungscharakteristik für einen Filter nach Abb. 8 ist in Abb. 8 gezeigt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromechanischer Umsetzer mit schwingenden mechanischen Körpern für Filterschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangs- und im Ausgangskreis getrennte, als Permanentmagnete ausge- 4» bildete Schwingglieder angeordnet sind, die untereinander durch ein nichtmagnetisches Verbindungsstück mechanisch gekoppelt sind, und daß auf den Kernen Ausgleichswicklungen vorgesehen sind, welche mit *5 der jeweiligen Hauptwicklung auf dem gegenüberliegenden Kern derart verbunden sind, daß die Wirkung des Streuflusses zwischen Eingangs- und Ausgangskreis aufgehoben wird. ■ so

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen