DE854228C

DE854228C - Electro-mechanical band filter, especially for resonance relays

Info

Publication number: DE854228C
Application number: DEL504A
Authority: DE
Inventors: Karl Emden
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1948-11-11
Filing date: 1949-11-30
Publication date: 1952-10-30
Also published as: FR989893A; GB662917A; NL76872C

Description

Die Erfindung betrifft ein elektro-mechanisches Bandfilter, insbesondere für Resonanzrelais, und ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein elektro-mechanisch angeregtes Schwingungssystem besitzt, welches aus zwei anders als senkrecht zueinander angeordneten schwingungsfähigen, mechanischen Gliedern und einem dazwischen angeordneten Kopplungskörper besteht, derart, daß der Quotient aus dem Quadrat des wirksamen Ab-Standes des Schwerpunktes des Kopplungskörpers vom Schwerpunkt des schwingungsfähigen Gliedes und dem Trägheitsmoment des Kopplungskörpers möglichst angenähert gleich dem Kehrwert der Masse des Kopplungskörpers ist.The invention relates to an electro-mechanical band filter, in particular for resonance relays, and is characterized in that there is at least one electro-mechanically excited oscillation system possesses, which consists of two differently than perpendicularly arranged vibratory, mechanical Links and a coupling body arranged therebetween, such that the Quotient from the square of the effective distance from the center of gravity of the coupling body from the center of gravity of the vibrating member and the moment of inertia of the coupling body is as approximately equal to the reciprocal of the mass of the coupling body.

In der Zeichnung ist schematisch eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigenIn the drawing is a schematic example of an embodiment of the subject matter of the invention shown. Show it

Fig. ι eine schematische Darstellung eines mechanischen Bandfilters mit in der Wirkungslinie der schwingungsfähigen Gebilde angeordneter Kopplungsmasse,Fig. Ι a schematic representation of a mechanical belt filter with in the line of action the oscillating structure of arranged coupling mass,

Fig. 2 ein mechanisches Bandfilter gemäß Fig. 1, jedoch mit einer Kopplungsmasse, die außerhalb der Wirkungslinie der schwingungsfähigen Gebilde angeordnet ist,FIG. 2 shows a mechanical band filter according to FIG. 1, but with a coupling mass which is outside the line of action of the vibrating structures is arranged,

Fig. 3 und 4 eine schematische Darstellung eines mechanischen Bandfilters gemäß der Erfindung,3 and 4 a schematic representation of a mechanical belt filter according to the invention,

Fig. 5 eine beispielsweise Ausführungsform eines mechanischen Bandfilters gemäß der Erfindung und5 shows an exemplary embodiment of a mechanical belt filter according to the invention and

Fig. 6 eine Schaltereinrichtung, mit welcher ein mechanisches Bandfilter gemäß Fig. 5 zusammenwirken kann.6 shows a switch device with which a mechanical band filter according to FIG. 5 cooperates can.

Bei dem in der Fig. 1 schematisch dargestellten mechanischen Bandfilter, bestehend aus zweiIn the mechanical band filter shown schematically in FIG. 1, consisting of two

schwingenden Massen m, die über Federn / mit einer Kopplungsmasse m_k verbunden sind, muß zur Erreichung der sog. kritischen Kopplung die Kopplungsmasse m_k bekanntlich angenähert gleich dem Produkt Q · tn sein, d. h. dem Produkt aus der sogenannten Kreisgüte Q eines Schwingungskreises und der schwingenden Masse m. Diese Tatsache geht ohne weiteres aus der Analogie mit einem entsprechenden elektrischen Bandfilter hervor, das aus zwei ίο über eine Kopplungsinduktivität L_k miteinander verbundenen, je aus einer Induktivität L und einer Kapazität C aufgebauten Schwingungskreisen besteht und bei dem zur Erreichung der kritischen Kopplung die Kopplungsinduktivität angenähert gleich QL sein muß. Bekanntlich zeichnen sich nun mechanische Resonanzgebilde gegenüber elektrischen Resonanzgebilden dadurch aus, daß der Faktor Q bei den erstgenannten verhältnismäßig sehr hoch ist und beispielsweise iooo betragen kann. Es ao sind also praktisch verhältnismäßig sehr große Kopplungsmassen notwendig, wodurch schwere und viel Raum beanspruchende Geräte entstehen.oscillating masses m, the m by springs / with a coupling mass _k are connected, it is necessary to achieve the so-called. critical coupling, the coupling mass m _k is known, is approximately equal to the product Q · tn be, that is the product of the so-called quality factor Q of an oscillating circuit and the oscillating mass m. This fact is readily apparent from the analogy with a corresponding electrical band filter, which consists of two oscillating circuits connected to one another via a coupling inductance L _k , each made up of an inductance L and a capacitance C , and in which the critical ones are reached Coupling the coupling inductance must be approximately equal to QL. As is known, mechanical resonance structures are distinguished from electrical resonance structures in that the factor Q is relatively very high in the former and can be, for example, 10000. In practice, therefore, relatively large coupling masses are necessary, which results in heavy and space-consuming devices.

Allgemein findet man die sogenannten Höckerfrequenzen W₁ und w₂ einer "Bandfilterkurve bei Veras nachlässigung der Kreisverluste leicht durch Bestimmung der Resonanzfrequenz für die zwei Fälle, in denen di&Schwingungskreise in Phase bzw. in Gegenphase schwingen. Für die Anordnung nach Fig. ι gilt für den Fall, daß die Massen m in Gegenphase schwingen,In general, one finds the so-called hump frequencies W ₁ and w _{2 of} a "band filter curve when neglecting the circular losses by determining the resonance frequency for the two cases in which the oscillation circles oscillate in phase or in antiphase. For the arrangement according to FIG Case that the masses m oscillate in antiphase,

'Vl-'Vl-

Die Kopplungsmasse m_k bleibt in diesem Fall in Ruhe, und die schwingungsfähigen Gebilde schwingen mit ihrer Eigenfrequenz. Schwingen die Massen m hingegen in Phase, so giltThe coupling mass m _k remains at rest in this case, and the oscillatable structures oscillate at their natural frequency. If, on the other hand, the masses m oscillate in phase, then the following applies

2tn2tn m_k m _k

Bei einer Bandfilteranordnung ist es wichtig, daß die beiden Höckerfrequenzen W₁ und w₂ nähe beieinander liegen. Dies ist dann der Fall, wenn W₁ angenähert gleich w₂, d. h. wenn der zweite Wurzelfaktor angenähert gleich ι wird, was bedingt, daß m_k >> 2 m sein muß. Wie aus diesen Verhältnissen zu ersehen ist, erfordert eine schmale Bandfilterkurve wiederum eine große Kopplungsmasse m_k. In a band filter arrangement it is important that the two hump frequencies W ₁ and w _{2 are} close to one another. This is the case when W _{1 is} approximately equal to w ₂ , ie when the second root factor is approximately equal to ι, which means that m _k >> 2 m must be. As can be seen from these relationships, a narrow band filter curve in turn requires a large coupling mass m _k .

Gemäß der Anordnung nach Fig. 2 ist die Kopp-According to the arrangement of FIG. 2, the coupling

50' lungsmasse m_k außerhalb der Wirkungslinie der. schwingungsfähigen Gebilde angeordnet. Für diesen Fall erhält man für die beiden Höckerfrequenzen die folgenden Ausdrücke:50 'lung mass m _k outside the line of action of the. vibratory structure arranged. In this case the following expressions are obtained for the two hump frequencies:

.^ωι = I/ —. ^ω ι = I / -

w» =w »=

2w 2 m»-² 2w 2 m »- ²

)■) ■

Darin bedeuten r den Abstand des Schwerpunktes der Kopplungsmasse m_k von der Wirkungslinie der schwingungsfähigen Gebilde und / das Trägheitsmoment des Kopplungskörpers. Da der eingeklammerte Ausdruck jetzt gegenüber früher ein zusätzliches additives Glied aufweist, ist leicht ersichtlich, daß der Abstand der beiden Höckerfre-.quenzen W₁, W₂ größer geworden ist, d. h. die Bandbreite ist größer geworden. Die Anordnung nach der Fig. 2 ist bezüglich der Bandbreite gegenüber derjenigen der Fig. 1 also ungünstiger.Here, r denotes the distance between the center of gravity of the coupling mass m _{k and} the line of action of the oscillatable structures and / the moment of inertia of the coupling body. Since the expression in brackets now has an additional additive member compared to earlier, it is easy to see that the distance between the two hump frequencies W ₁ , W _{2 has} increased, ie the bandwidth has increased. The arrangement according to FIG. 2 is therefore less favorable with regard to the bandwidth compared to that of FIG. 1.

In den beiden Fig. 3 und 4 werden nun aber gemäß der Erfindung elektromechanische Systeme angegeben, bei denen man mit einem Minimum an Koppiungsmasse auskommt und trotzdem gleichzeitig eine sehr schmale Bandbreite gewinnt. Dadurch wird es möglich, elektro-mechanische Bandfiltereinrichtungen zu entwickeln, die verhältnismäßig sehr klein ausfallen.In both FIGS. 3 and 4, however, electromechanical systems are specified according to the invention, where you get by with a minimum of coupling mass and still at the same time a very narrow bandwidth wins. This makes it possible to use electro-mechanical belt filter devices to develop that are relatively very small.

Für die Anordnungen gemäß den Fig. 3 und 4 erhält man nämlich als HöckerfrequenzenFor the arrangements according to FIGS. 3 and 4, the hump frequencies are obtained

(O₁ =(O ₁ =

G)₉ =G) ₉ =

/ 2 m / 2 m

mkmk

YY II.

Wird jetzt -jQ — gemacht, so fallen die Höcker- If -jQ - is done now, the humps fall

JJ KK

frequenzen nahe zusammen, ohne daß die Kopplungsmasse m_k besonders groß vorgesehen werden muß. Dies geht daraus hervor, daß jetzt die Differenz zwischen den Zahlenwerten für die Ausdrücke für W₁ und w₂ kleiner geworden ist als für den Fall gemäß fig. 2.frequencies close together without the coupling mass m _k having to be provided to be particularly large. This can be seen from the fact that the difference between the numerical values for the expressions for W ₁ and w ₂ has now become smaller than for the case according to FIG. 2.

In der Fig. 5 ist eine beispielsweise Aus'führungsform eines erfindungsgemäßen elektro-mechanischen Bandfilters mit zwei elektro-mechanisch angeregten Schwingungssystemen dargestellt. Darin bedeuten ι und 2 je ein Schwingungssystem, bestehend aus je einer U-förmig gebogenen Blattfeder. Diese Blattfedern sind gegen die freien, schwingenden Enden hin verjüngt ausgeführt und weisen im mittleren Teil Bohrungen, beispielsweise 3, 4 für Befestigungsschrauben auf, mittels derer die Blattfedern mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Haiterung verbunden sind. Die Blattfedern können jenoch auch zweiteilig und einzeln befestigt sein. Mit der Halterung sind ferner drei Säulen 5, 6 und 7 aus magnetisch gut leitendem Material mit ihrem hinteren Ende fest verbunden, während an den vorderen Enden der beiden äußeren Säulen 5 und 7 ein Magneteisen 8, bestehend aus lameliiertem Blech, befestigt ist. Dieses trägt oben eine Erregerwicklung 9 und weist unten zwei Polschuhe io, 11 und ein Zwischenpolstück 12 auf, welch letzteres am vorderen Ende der mittleren Säule 6 angeordnet ist. Auf diese Art entstehen zwei Luftspalte 13 und 14, zwischen denen die unteren freien Enden der Blattfedern schwingen können. Auf den hinteren Enden der drei Säulen 5, 6, 7 sind zwei U-förmige Dauermagnete 25, 26 aufgesetzt, von denen der Dauermagnet 25 auf den Säulen 5, 6 und der Dauermagnet 26 auf den Säulen 6, 7 aufliegt. Diese Dauermagnete sind so angeordnet, daß ihre auf der mittleren Säule 6 aufliegenden Pole gleichnamig sind. Durch die beschriebene Anordnung der Dauer-FIG. 5 shows an exemplary embodiment an electro-mechanical belt filter according to the invention with two electro-mechanically excited Vibration systems shown. Therein ι and 2 each mean a vibration system consisting of one leaf spring each bent into a U-shape. These leaf springs are against the free, swinging ends designed tapered towards and have bores in the middle part, for example 3, 4 for fastening screws on, by means of which the leaf springs with a holder not shown in the drawing are connected. The leaf springs can, however, also be fastened in two parts and individually. With the holder are also three columns 5, 6 and 7 made of magnetically highly conductive material with their rear end firmly connected, while at the front ends of the two outer columns 5 and 7 a magnetic iron 8, consisting of laminated sheet metal, is attached. This carries an exciter winding at the top 9 and has two pole pieces io, 11 and below an intermediate pole piece 12, the latter being arranged at the front end of the central column 6. In this way, two air gaps 13 and 14 are created, between which the lower free ends of the leaf springs can swing. On the rear ends of the three pillars 5, 6, 7 are two U-shaped permanent magnets 25, 26 placed, of which the permanent magnet 25 on the pillars 5, 6 and the permanent magnet 26 rests on the pillars 6, 7. These permanent magnets are arranged so that their on the middle Column 6 resting poles are of the same name. Due to the described arrangement of the permanent

magnete wird erreicht, daß die beiden Luftspalte 13,magnets is achieved that the two air gaps 13,

14 mit einem magnetischen Dauerfluß vormagnetisiert sind, welcher das Joch des Erregereisens 8 jedoch nicht durchfließt. Durch den magnetischen Dauerfluß wird erreicht, daß die Schwingungssysteme mit der Erregerstromfrequenz schwingen und nicht mit der doppelten Frequenz, wie es sonst der Fall wäre. Außerdem hat die Anordnung eine große Empfindlichkeit. Die drei Säulen 5, 6, 7, das Erregereisen 8 und die Erregerwicklung 9 sind mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Halterung verbunden und bilden zusammen den gemeinsamen Kopplungskörper m_k für die beiden Schwingungssysteme ι und 2. Die Halterung ihrerseits ist im Apparatgehäuse, beispielsweise unter Verwendung von Gummiteilen, in geringem Umfang beweglich gelagert, damit die ganze als Kopplungskörper bezeichnete Einheit schwingende und translatorische Bewegungen ausführen kann.14 are premagnetized with a permanent magnetic flux which, however, does not flow through the yoke of the excitation iron 8. The permanent magnetic flux ensures that the oscillation systems oscillate at the excitation current frequency and not at twice the frequency, as would otherwise be the case. In addition, the arrangement has great sensitivity. The three columns 5, 6, 7, the excitation iron 8 and the excitation winding 9 are connected to the bracket not shown in the drawing and together form the common coupling body m _k for the two vibration systems ι and 2. The bracket itself is in the apparatus housing, for example using rubber parts, movably mounted to a small extent, so that the whole unit called the coupling body can perform oscillating and translatory movements.

Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß die unteren freien Enden der Blattfedern etwas nach unten aus den entsprechenden Luftspalten abgelenkt sind. Durch den Dauerfluß werden diese Enden um einen gewissen Betrag angezogen.From Fig. 5 it can be seen that the lower free ends of the leaf springs extend slightly downwards the corresponding air gaps are deflected. Due to the continuous flow, these ends are around one attracted certain amount.

Um diese Ruhelage schwingen die Blattfederenden bei Erregung hin und her, wobei sie stets auf der gleichen Seite des Luftspaltes verbleiben. Bei zu starker Erregung können die Blattfederenden jedoch durch den Luftspalt, hindurchschwingen. In diesem Fall kehren jedoch die durch die magnetischen Flüsse erzeugten Kräfte ihre Richtung um und bremsen die Schwingung ab. Dies hat zur Folge, daß eine unbeabsichtigte mechanische Erregung des zweiten Schwingungssystems erschwert ist, so daß die beiden Schwingungssysteme sich gegenseitig nur wenig beeinflussen können und die Anordnung selektiver wird.When excited, the leaf spring ends swing back and forth around this rest position, and they always open remain on the same side of the air gap. If the excitation is too strong, the leaf spring ends can but swing through the air gap. In this case, however, the return through the magnetic Rivers caused forces to reverse their direction and slow down the oscillation. As a consequence, that an unintentional mechanical excitation of the second oscillation system is difficult, so that the two oscillation systems can only slightly influence each other and the arrangement becomes more selective.

In Fig. 6 ist nun eine Schalteinrichtung dargestellt, mit welcher das in Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße elektro-mechanische Bandfilter zusammenwirken kann. Diese Schalteinrichtung setzt sich aus zwei auf einer Achse 15 lose gelagerten Schwinghebeln 16 bzw. 17 zusammen. Die AchseIn Fig. 6, a switching device is now shown, with which the shown in Fig. 5 according to the invention Electro-mechanical belt filters can interact. This switching device sets consist of two rocker arms 16 and 17 loosely mounted on an axle 15. The axis

15 ist in der nicht dargestellten Halterung des elektro-mechanischen Bandfilters gemäß der Fig. 5 gelagert, und zwar so, daß die hinteren Enden den Schwinghebeln 16, 17 auf den Blattfedern an der in der Zeichnung angedeuteten Stelle leicht aufliegen. Jeder Schwinghebel ist mit einer Klinkenfeder 18 bzw. 19 versehen, die je mit einem nur hälftig verzahnten Zahnrad 20 bzw. 21 zusammenwirken. Diese Zahnräder sind gegeneinander um i8o° versetzt und sitzen auf der Achse 15 fest. Auf der gleichen Achse ist in der Mitte derselben, ebenfalls fest angeordnet, eine Nockenscheibe 22 vorgesehen, die mit einem Schalter 23 zusammenwirkt. Die beschriebene Einrichtung kann Verwendung finden als Empfänger eines Fernsteuersystems. Durch Aussendung eines Steuersignals mit einer ersten Frequenz wird das rechte Schwingsystem 1 und demzufolge auch der rechte Schwinghebel 17 in Schwingung versetzt, und die Klinkenfeder 19 schaltet das nur hälftig verzahnte Zahnrad 21 so lange fort, bis keine Zähne mehr unter die Klinkenfeder 19 zu liegen kommen, d. h. um rund i8o°. In dieser Stellung wird der Schalter 23, durch die Nockenscheibe 22 offen gehalten. Soll derselbe wieder geschlossen werden, so wird ein Steuersignal mit einer zweiten Frequenz ausgesandt und das linke Schwingungssystem 2 und demzufolge auch der linke Schwinghebel 16 in Schwingung versetzt, und die Klinkenfeder 18 schaltet jetzt das Zahnrad 20 so lange fort, bis keine Zähne mehr unter die Klinkenfeder 18 zu liegen kommen. Während der dabei erfolgenden weiteren Verdrehung der Achse 15 fällt der obere Kontakt des Schalters 23 von der Erhebung der Nockenscheibe 22 ab, und der Schalter 23 bleibt bis zur Aussendung eines neuen Öffnungssignals geschlossen. 15 is mounted in the holder, not shown, of the electro-mechanical belt filter according to FIG. 5, in such a way that the rear ends of the rocker arms 16, 17 lightly rest on the leaf springs at the point indicated in the drawing. Each rocker arm is provided with a pawl spring 18 and 19, which each cooperate with a gear wheel 20 and 21 that is only half-toothed. These gears are offset from one another by 180 ° and sit firmly on axis 15. On the same axis, a cam disk 22 , which interacts with a switch 23, is provided in the middle of the same, likewise fixedly. The device described can be used as a receiver of a remote control system. By sending a control signal with a first frequency, the right oscillating system 1 and consequently also the right oscillating lever 17 are set in oscillation, and the pawl spring 19 switches the half-toothed gear 21 on until no more teeth come to lie under the pawl spring 19 , ie around 180 °. In this position, the switch 23 is held open by the cam disk 22. If the same is to be closed again, a control signal is sent out at a second frequency and the left vibration system 2 and consequently also the left rocker arm 16 are set in motion, and the pawl spring 18 now switches the gear 20 on until no more teeth are below the Pawl spring 18 come to rest. During the further rotation of the axis 15 that takes place, the upper contact of the switch 23 drops from the elevation of the cam disk 22, and the switch 23 remains closed until a new opening signal is sent out.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Electro-mechanical band filter, in particular for resonance relays, characterized in that that it has at least one electro-mechanically excited oscillation system, which of two vibratory mechanical ones that are arranged differently than perpendicular to one another Links and a coupling body arranged therebetween, such that the quotient from the square of the effective distance between the center of gravity of the coupling body and the center of gravity of the vibrating member and the moment of inertia of the coupling body as approximately equal to the reciprocal value is the mass of the coupling body.

2. Electro-mechanical band filter according to claim i, characterized in that the vibratory members of the vibration system from the legs of a U-shaped bent There are leaf springs, the yoke of which is attached to the coupling body.

3. Electro-mechanical band filter according to claim i, characterized in that the oscillatable members of the oscillation system each consist of a straight leaf spring, each of which is connected to the coupling body at one end.

4. Electro-mechanical belt filter according to Claims 2 and 3, characterized in that that a free leaf spring end is arranged between pole pieces of an electromagnetic system is and is excited by the same.

5. Electro-mechanical band filter according to claim 4, characterized in that the between the end of the leaf spring arranged on the pole pieces is deflected out of the air gap in the rest position is such that when the leaf spring is excited there is a limiting effect on the oscillation amplitude and the Leaf spring end on parts of the electromagnetic system is excluded.

6. Electro-mechanical band filter according to claim ι or one of the following claims, characterized in that the electromagnetic System and its bracket form the coupling body.

7 · Electro-mechanical band filter according to claim ι or one of the following claims, characterized in that a permanent magnet is provided and arranged for each oscillation system is that the continuous flow goes only across the energized end of the leaf spring, in such a way, that the iron yoke of the electromagnetic system does not have a continuous flow.

8. Electro-mechanical band filter according to one of the preceding claims, characterized shows that two vibration systems with leaf springs, tuned to different frequencies are arranged parallel to each other,

The one free spring ends are excited by a common * electromagnetic system, while on the non-excited leaf springs or leaf spring parts there are tactile levers which, via pawl springs connected to them, each drive a gear wheel with toothed halves, the toothed circumference of which is offset from one another by around 180 °, and a twist axis with a control cam for a switch, such that turned on by the deflection of a sensing lever of the switch and through the deflection of the second sensing lever of the switch is as ausgeschal- tet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings