DE892344C

DE892344C - Stimmgabelfilter

Info

Publication number: DE892344C
Application number: DES7712D
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl-Ing Wilhelm
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1941-09-04
Filing date: 1941-09-04
Publication date: 1953-10-05

Description

Stimmgabelfilter Die Stimmgabel ist bekanntlich ein Schwingungssystem von außerordentlicher Resonanzschärfe. Bekannte Vorschläge sehen daher die Verwendung von Stimmgabeln in Verbindung mit Umformern, z. B:. elektromechanischen Umformern, als Filter vor. Die außerordentlich geringe Durchlaßbreite schränkt jedoch die Anwendungsmöglichkeit eines solchen Stimmgabelfilters stark ein. Eine be-.deutende Verbesserung wäre erreicht, wenn :bei gleicher Flankensteilheit der Durchlaßkurve diese einen breiteren Durchlaßbereich aufweisen würde. Eine solche Verbreiterung .des Durchlaßbereiches erscheint jedoch auf Grund' der bekannten Anschauungen nicht möglich. Die Erfindung geht davon aus, daß jede Stimmga#bel zwei Resonanzfrequenzen aufweist. Eine der beiden Frequenzen stimmt immer überein mit der Eigenfrequenz, die sich für einen einzelnen Stab errechnet. Die andere Frequenz ist in ihrer Frequ-ernzlage stark abhängig von der Ausbildung des Stimmgabelfußes und ist im allgemeinen stärker @bedämpft. Für eine Stimmgabel für 5io Hz wurde beispielsweise festgestellt, .daß außer bei 51o Hz noch eine starkgedämpfte Resonanzfrequenz bei 335 Hz vorhanden ist.
Die oben behandelte Erscheinung wird gemäß der Erfindung zur Verbreiterung des Durchlaßbereiches eines Stimmga-belfilters dadurch ausgenutzt, daß ,die beiden .Res-onanzfrequenzen' einer Stimmgabel einander so dicht benachbart gelegt werden, daß sich eine ,gemeinsame Durchlaßkurve ergibt, die naturgemäß wesentlich breiter ist als .die Durchlaßkurve eines üblichen Stimmgabelfilters, bei dem lediglich die ider Eigenfrequenz entsprechende Resonanzfrequenz ausgenutzt ist. Die Flankensteilheit eines solchen Filters ist die gleiche wie bei bisherigen Stimmgabelfiltern.
In der Fig. i ist der Dämpfungsverlauf eines gemäß der Erfindung aufgebauten Stimmga#belfilters eingezeichnet. Die höhere Resonanzfrequenz liegt bei etwa 565 und die tiefere bei etwa 555 Hz. Die sich durch die besondere Lage der Resonanzfrequenzen ergebende gemeinsame Durchlaßkurve weist in der Mitte einen Höcker auf und besitzt die .dem Stirnmga!belfilter eigene große Flankensteilheit.
Die Stimmgabel wird hierbei als ein gekoppeltes System von zwei Einzelschwingern betrachtet. Die zwei Gabelzinken stellen die beiden Schwingungskreise dar. Das Koppelglied ist der Stimmgabelfuß und die fest mit ihm verbundene Grundplatte. Die Schwingungen der beiden Zinken sind bei der einen Resonanzfrequenzgegeneinander i8o° phasenverschoben, während sie bei der anderen Resonanzfrequenz gleichphasig sind. Nur bei der einen Resonanzfrequenz (der normalen Stimmgabelschwingung) bleibt das Koppelglied in Ruhe: Bei ,der anderen Resonanzfrequenz führt auch das Koppelglied Schwingungen aus. Je größer die Masse ist, die die beiden Einzelschwinger miteinander verbindet, um so näher rücken sich die beiden Resonanzfrequenzen. Es ist also möglich, die beiden Gabelzinken beispielsweise so weit auseinanderzurücken, daß die beiden Resonanzfrequenzen einander benachbart sind und so die newünschte Durchlaßkurve erzielt wird.
Es wurde bereits ausgeführt, daß 'bei der einen Resonanzfrequenz auch ,das Koppelglied Schwingungen ausführt. Um auf definierte Verhältnisse zu kommen und um zusätzliche Reibungsverluste zu vermeiden, schlägt die Erfindung daher weiter vor, .das Stimmgabelsystem in an sich bekannter Weise weich aufzuhängen, d. h. bei der federnden Aufhängung betragen die Federkräfte nur einen Bruchteil der Federkräfte, die bei der Biegeschwingung auftreten. Ein Ausführungsbeispiel 'hierzu zeigt schematisch die Fig. 2.
Die beiden Gabelzinken i und 2 sind in,dem Beispiel ,der Fig. 2 durch eine koppelnde Masse 3 miteinander verbunden. Das gesamte Stimmgabelsystem ist über Federn q. und 5 aufgehängt. 6 und 7 sind die Umformer, beispielsweise elektromagnetische Umformer. Es können aber in an sich bekannter Weise auch elektrodynamische, elektrostatische oder auch elektrooptische Umformer benutzt werdien.
Eine weitere Ausführung eines Stimmgabelfilters gemäß der Erfindung zeigt die Fig. 3. Bei dieser Ausführung ist die Einspannstelle der Stimmgabel bei 8= verjüngt. Bei 8 ist damit die wirksame Einspannstelle für die gleichphasige Schwingung, während bei 9 die wirksame EinspannsteIle für die gegenphasige Schwingung ist. Durch die Verjüngung des Fußes an der Einspannstelle wird erreicht, daß die gleichphasige Schwingung der Schwingung, .die dem einzelnen Biegeschwinger zugeordnet ist, benachbart liegt. Es ergibt sich so eine Durchlaßkurve, wie sie etwa in Fig. i gezeigt ist. Bei der Anordnung nach Fig. 3 können die Reaktionskräfte der gleichphasigen Schwingung nach außen. wirksam werden und so eine größere Dämpfung bewirken. Dadurch ergeben sich in der Durchlaßkurve .des Filters für die beiden Eckfrequenzen verschiedene Höhen.
Gemäß weiterer Erfindung bildet man auch die zweite Resonanzfrequenz als gegenphasige Schwingung eines übergeordneten Stimmgabelsystems aus. Durch geeignete Bemessung der Systeme zueinander läßt sich damit eine völlig gleiche Durchlaßdämpfung bei den bei-den Eckfrequenzen erreichen. Beispielsweise bildet man die Stimmgabel so aus, wie es in Fig. q. schematisch gezeichnet ist.
Die beiden. Zinken i und 2 bilden je für sich wieder den Fuß einer Stimmgabel mit den Zinken ia, ib bzw. 2a, 2b. Man benutzt dabei nur die gegenphasigen Schwingungen einmal der kleineren Stimmgabel, dann die der großen Stimmgabel. Hierbei treten keine freien Massenkräfte auf. Es ergibt sich also eine weitgehende und gleichmäßige Entdämpfung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Stimmgabelfilter, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Stimmgabel, .daß .die beiden Resonanzfrequenzen der Stimmgabel einander dicht benachbart liegen und eine gemeinsame Durchlaßkurve entsteht.
2. Stimmgabelfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden Stimmgabelzinken so groß gewählt ist, ,daß die beiden Resonanzfrequenzen -die gewünschteLage aufweisen.
3. Stimmgabelfilter nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Stimmgabel federnd aufgehängt ist. q..
Stimmgabelfilter nach ,Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Stim'mgabelfußes und dieEinspannstelle so gewähltwerden, ,daß die Biegeschwinigunig des Stimmgabelfußes und der Zinken zusammen auf die gleiche oder nahezu gleiche Frequenz abgestimmt ist wie die einzelnen Biegeschwinger (Zinken).
5. Stimmgabelfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, -daß die eine Resonanzfrequenz die gegenphasige Schwinigung eines Stimmgabelsystems und ,die zweite Resonanizfrequenz die gegenphasige Schwingung eines übergeordneten Stimmgabelsystems ist.