DE1262468B

DE1262468B - Mechanical filter, especially for frequencies in the range of around 20 kHz

Info

Publication number: DE1262468B
Application number: DE1959T0017527
Authority: DE
Inventors: Dr Manfred Boerner
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1959-11-26
Filing date: 1959-11-26
Publication date: 1968-03-07
Also published as: GB954064A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

H03hH03h

Deutsche KL: 21g-34German KL: 21g-34

Nummer: 1262468Number: 1262468

Aktenzeichen: T17527IX d/21 gFile number: T17527IX d / 21 g

Anmeldetag: 26. November 1959Filing date: November 26, 1959

Auslegetag: 7. März 1968Opening day: March 7, 1968

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Frequenzfilter, insbesondere für Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz, bestehend aus mehreren zu Biegeschwingungen anregbaren scheiben- oder balkenförmigen Resonatoren, die über parallel zueinander verlaufende, zu Biegeschwingungen anregbare Koppelelemente miteinander verbunden sind.The invention relates to a mechanical frequency filter, in particular for frequencies in the range of about 20 kHz, consisting of several disk-shaped or bar-shaped elements that can be excited to flexural vibrations Resonators that run parallel to one another and can be excited to flexural vibrations are connected to each other.

Es sind mechanische Filter, insbesondere für Hochfrequenz, bekannt, die aus in Longitudinal- oder Torsionalschwingungen angeregten Resonanzkörpern bestehen, welche über in der gleichen Schwingungsform erregte Koppelelemente miteinander gekoppelt sind. In gleicher Weise sind auch Filter bekannt, deren Resonanzkörper als Biegeschwinger ausgebildet sind.There are mechanical filters, especially for high frequency, known that are made of longitudinal or torsional vibrations excited resonance bodies exist, which are about in the same Vibration form excited coupling elements are coupled to one another. In the same way are too Filters known whose resonance bodies are designed as flexural oscillators.

Insbesondere für niedere Frequenzen, nämlich Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz, sind Filter, deren Resonanzkörper als Biegeschwinger ausgebildet sind, besonders vorteilhaft. Zur Kopplung dieser als Biegeschwinger ausgebildeten Resonanzkörper wurden bereits Koppelelemente verwendet, welche auf einer Torsionskopplung beruhen.Especially for lower frequencies, namely frequencies in the range of about 20 kHz, filters are whose resonance bodies are designed as flexural oscillators, particularly advantageous. To couple this as Flexural resonance bodies have already been used, which are based on coupling elements based on a torsional coupling.

Die Anwendung einer solchen Torsionskopplung hat jedoch den Nachteil, daß in den Resonanzkörpern während ihrer Erregung entstehende Nebenwellen besonders gut verkoppelt werden, so daß auch die nachfolgenden Resonanzkörper von diesen Nebenwellen erregt werden. Eines der Hauptprobleme bei solchen mechanischen Filtern besteht jedoch darin, Nebenwellen möglichst wenig zur Entstehung kommen zu lassen oder doch mindestens dafür zu sorgen, daß solche Nebenwellen über die Koppelelemente nur schlecht übertragen werden.However, the use of such a torsional coupling has the disadvantage that in the resonance bodies secondary waves occurring during their excitation are coupled particularly well, so that also the subsequent resonance bodies are excited by these secondary waves. One of the main problems With such mechanical filters, however, there is as little spurious as possible to let come or at least to ensure that such secondary waves over the Coupling elements are only poorly transmitted.

Bekannt sind weiter mechanische Filter, bei denen einseitig fest eingespannte, zu Biegeschwingungen angeregte Resonanzkörper über zu Biegeschwingungen angeregte Bänder oder Drähte miteinander verkoppelt sind. Auch bei diesen bekannten Filtern kommt es jedoch über die den Resonatoren gemeinsame feste Einspannung zu einer unerwünschten Nebenwellenkopplung. Weiter läßt sich die feste Einspannung nur an einer relativ großen Masse bewirken, so daß der Einsatzbereich dieser Filter relativ eng begrenzt ist.Also known are mechanical filters in which one-sided firmly clamped to flexural vibrations excited resonance bodies are coupled to one another via bands or wires excited to flexural vibrations are. Even with these known filters, however, it occurs via the filters common to the resonators fixed clamping to an undesired secondary shaft coupling. The fixed clamping can also be used cause only a relatively large mass, so that the range of application of this filter is relative is tightly limited.

Bei einem weiteren bekannten mechanischen FiI-ter, dessen Resonatoren zu Biegeschwingungen angeregt sind und an beiden Enden frei schwingen, erfolgt die gegenseitige Verkopplung über Biegeschwingungen von Koppelstäben, die an den Resonatoren an Stellen außerhalb der Schwingungsknoten befestigt sind. Diese Filter weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihre Bandbreite relativ schmal ist und Mechanisches Filter, insbesondere für
Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHzIn another known mechanical filter, the resonators of which are excited to flexural vibrations and vibrate freely at both ends, the mutual coupling takes place via flexural vibrations of coupling rods which are attached to the resonators at locations outside the vibration nodes. However, these filters have the disadvantage that their bandwidth is relatively narrow and mechanical filter, especially for
Frequencies in the range of about 20 kHz

Anmelder:
TelefunkenApplicant:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Manfred Börner, 7900 UlmDr. Manfred Börner, 7900 Ulm

dadurch für viele Anwendungszwecke nicht ausreicht. Dazu kommt weiter, daß die Koppelglieder zur Erzielung eines bestimmten Koppelfaktors bei gegebener Bandbreite einen relativ großen Mindestquerschnitt nicht unterschreiten dürfen, so daß die Verkopplung von unerwünschten Nebenresonanzen immer noch beachtlich ist.therefore not sufficient for many purposes. In addition, the coupling links to achieve a certain coupling factor with a given bandwidth a relatively large minimum cross-section must not fall below, so that the coupling of undesired secondary resonances is still considerable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Frequenzfilter zu entwickeln, das sich durch eine maximale Bandbreite und eine extrem weitgehende Nebenwellenunterdrückung auszeichnet. Das erfindungsgemäße mechanische Frequenzfilter ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:The invention is therefore based on the object of developing a mechanical frequency filter that is characterized by a maximum bandwidth and an extremely extensive suppression of spurious waves. The mechanical frequency filter according to the invention is characterized by the combination of the following well-known features:

a) die Resonatoren sind parallel zueinander beidendig frei schwingend angeordnet;a) the resonators are arranged to swing freely at both ends parallel to one another;

b) die Koppelelemente greifen an den äußersten Enden der Resonatoren an.b) the coupling elements attack the outermost ends of the resonators.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Filter wird besonders einfach, wenn man sowohl die Resonanzkörper als auch die Koppelelemente in an sich bekannter Weise aus einem Stück herstellt, z. B. aus einem geeigneten Stück Metallblech ausstanzt.The production of the filter according to the invention is particularly simple if both the resonance body as well as the coupling elements in a known manner from one piece, z. B. off a suitable piece of sheet metal.

Ein Ausführungsbeispiel für ein Filter gemäß der Erfindung ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Gemäß Fig. 1, welche ein solches Filter in Ansicht zeigt, bestehen die Resonanzkörper 1 aus scheiben- oder balkenförmig ausgebildeten Metallstücken, welche entsprechend der Querschnittdarstellung gemäß Fig. 2, in Biegeschwingungen mit zwei Schwingungsknoten angeregt werden. Die Schwingungsknotenlinien sind strichpunktiert ebenfalls eingezeichnet und mit 3 bezeichnet. Die einzelnen Resonanzkörper sind durch die Koppelglieder 2 miteinander verbunden, welche an den äußersten EndenAn embodiment of a filter according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2 shown. According to Fig. 1, which shows such a filter in view, the resonance body 1 consists of disc or bar-shaped metal pieces, which according to the cross-sectional view according to FIG Fig. 2, are excited in bending vibrations with two vibration nodes. The nodal lines of vibration are also shown in dash-dotted lines and labeled 3. The single ones Resonance bodies are connected to one another by the coupling members 2, which are at the extreme ends

809 517/559809 517/559

der Resonanzkörper, also außerhalb der Schwingungsknotenlinien 3 befestigt sind.the resonance body, i.e. outside the vibration node lines 3 are attached.

Während die Resonanzkörper sowie die Koppelelemente bei dem soeben besprochenen Ausführungsbeispiel aus einem Stück, z. B. durch Ausstanzen aus einem Metallblech, hergestellt werden, ist in F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die einzelnen Resonanzkörper 1 mit Hilfe von drahtförmig ausgebildeten Koppelgliedern 2 miteinander verbunden werden. Diese Koppelglieder werden in Form von Drähten auf die mit entsprechendem Abstand angeordneten Resonanzglieder gelegt und dort durch Schweißung mit diesen Resonanzgliedern verbunden. Die Schweißpunkte sind mit 4 bezeichnet. Sie liegen erfindungsgemäß an den äußersten Enden der Resonanzkörper.While the resonance body and the coupling elements in the embodiment just discussed from one piece, e.g. B. be made by punching out of a metal sheet, is in Fig. 3 shows a further embodiment in which the individual resonance bodies 1 with With the help of wire-shaped coupling members 2 are connected to one another. These coupling links are in the form of wires on the resonance elements, which are spaced accordingly laid and connected there by welding with these resonance members. The spot welds are denoted by 4. According to the invention, they are at the extreme ends of the resonance bodies.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen wurde von platten-, scheiben- oder balkenförmigen Resonanzkörpern ausgegangen. Es wäre jedoch auch möglich, anders ausgebildete Resonanzkörper, z. B. solche, die Zylinderform haben, zu verwenden.In the illustrated embodiments, plate, disk or bar-shaped resonance bodies were used went out. However, it would also be possible to use differently designed resonance bodies, e.g. B. those that have a cylindrical shape should be used.

Die Erfindung soll also nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sein.The invention is therefore not intended to be restricted to the exemplary embodiments shown.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß sich die Mittenfrequenz eines Filters gemäß der Erfindung nach der folgenden Formel errechnet (bei rechteckigem Querschnitt des Biegeschwingers):Finally it should be pointed out that the center frequency of a filter according to the invention calculated according to the following formula (with a rectangular cross-section of the oscillating vibrator):

4,73²
4js|/34.73 ²
4js | / 3

Dabei bedeutet der Ausdruck /— die Fortpflanzungsgeschwindigkeit longitudinaler Schwingungen; sie beträgt etwa 5 · 10^s cm/sec, α stellt die Stärke des Biegeschwingers in Schwingrichtung und I seine Länge dar. Die Bandbreite des Filters hängt von der Länge der Koppelstrecke, ihrem Flächenträgheitsmoment und dem der Resonatoren ab. Die Art der Anregung dieser Filter ist gleichgültig. Bei den niederen Frequenzen, für die die vorgeschlagenen Filter insbesondere gedacht sind, kommen vor allen Dingen elektromagnetische und elektrostriktive Anordnungen in Betracht, die bereits früher vorgeschlagen worden sind.The expression / means the speed of propagation of longitudinal vibrations; it is about 5 · 10 ^s cm / sec, α represents the strength of the flexural oscillator in the direction of oscillation and I its length. The bandwidth of the filter depends on the length of the coupling path, its geometrical moment of inertia and that of the resonators. The type of excitation of these filters is immaterial. In the case of the lower frequencies for which the proposed filters are intended in particular, electromagnetic and electrostrictive arrangements come into consideration, which have already been proposed earlier.

Claims

Patent claims:

1. Mechanical frequency filter, in particular for frequencies in the range of about 20 kHz, consisting from several disc or bar-shaped resonators that can be excited to flexural vibrations, via coupling elements that run parallel to one another and can be excited to flexural vibrations are connected to each other, characterized by the combination of the following per se known features:

a) the resonators (1) are arranged to swing freely at both ends parallel to one another;

b) the coupling elements (2) attack the outermost ends of the resonators.

2. Mechanical frequency filter according to claim 1, characterized in that the resonance body (1) and coupling elements (2) made in one piece, e.g. B. punched out, are.

Considered publications:
German Patent No. 527 098;
Swiss Patent No. 277 467;
British Patent No. 598,050;
U.S. Patent Nos. 2,814,785, 2905909;
WP Mason, "Electromechanical Transducers and Wave Filters," 2nd Edition, 1948, pp. 86 to 92;
"The Journal of the Institute of Electrical Communication Engineers of Japan", No. 1, pp. 44 to 51 (January 1957);

"Konno, Mechanical Filters", Kyoritsu-Verlag, 1959, p. 21.

1 sheet of drawings