DE2205394C3 - Electromechanical filter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein eiektromechanisches Filter, bestehend aus achsparallel zueinander angeordneten ²S zylinderförmigen Biegeresonatoren, die in den Schwingungsknoten mit Haltedrähten auf einer Grundplatte befestigt sind und die durch einen in den Schwingungsbäuchen angeschweißten Koppeldraht miteinander verbunden sind.The invention relates to an electromechanical filter consisting of ² S cylindrical bending resonators arranged axially parallel to one another, which are fastened to a base plate in the vibration nodes with retaining wires and which are connected to one another by a coupling wire welded into the vibration bulges.

Elektromechanische Filter der vorbeschriebenen Art sind durch den Artikel von H. Albsmeier »Ein Vergleich der Realisierungsmögiichkeit elektromechanischen Kanalfilter im Frequenzbereich 12 kHz bis 10 MHz«, Frequenz, 25 (1971), 3, S. 74 bis 79, insbesondere S. 79, Bild 13, bekannt. Diese Ausführung ist so ausgelegt, daß Herstellung und Abgleich der einzelnen Resonatoren sowie die Montage in einem automatisierten Fertigungsprozeß erfolgen können. Abgleicharbeiten am fertig montierten Filterteil sollen dabei nicht mehr erforderlich sein.Electromechanical filters of the type described above are described in the article by H. Albsmeier "Ein Comparison of the implementation options of electromechanical channel filters in the frequency range 12 kHz to 10 MHz ", Frequency, 25 (1971), 3, pp. 74 to 79, in particular P. 79, Fig. 13, known. This version is designed so that production and adjustment of the individual Resonators and assembly can be done in an automated manufacturing process. Adjustment work on the fully assembled filter part should not be done more may be required.

Geeignete Materialien, bei denen die Streuungen von Charge zu Charge im zulässigen Toleranzbereich liegen, sind nur sehr schwer und mit hohen Kosten zu beschaffen. Bei den üblichen Materialien tritt beim Wechsel einer Materialcharge eine Beeinflussung der Filterbandbreite auf, die eine nachträgliche Abgleicharbeit erfordert, da, je nachdem, welche Materialien bei der Filterherstellung verwendet werden, bestimmte Eigenschaften von Charge zu Charge mehr oder weniger stark schwanken.Suitable materials for which the variation from batch to batch is within the permissible tolerance range, are very difficult and expensive to obtain. In the case of the usual materials, the Changing a batch of material has an impact on the filter bandwidth that requires subsequent adjustment work, depending on which materials are used used in filter manufacture, certain properties from batch to batch more or more fluctuate less.

Bei einer modernen Fertigung von elektromechanischen Filtern der vorbeschriebenen Art hat man die Herstellung der Resonatoren bezüglich Länge und Querschnitt sowie den Abgleich auf die Resonanzfrequenz voll in der Hand Jedoch sind der Elastizitätsmodul und die Materialdichte, di; den Schwingwiderstand der Resonatoren bestimmen, gewissen Schwankungen unterworfen. Der Elastizitätsmodul schwankt innerhalb einer Charge nur um wenige Promille, von Charge zu Charge dagegen um ±2 bis ±4 Prozent Die Schwankungen der Materialdichte liegen von Charge zu Charge bei etwa ± 1 ProzentIn a modern production of electromechanical filters of the type described above, you have the Production of the resonators in terms of length and cross-section as well as the adjustment to the resonance frequency are fully in the hand. However, the modulus of elasticity and the material density, ie; the oscillation resistance of the resonators are subject to certain fluctuations. The modulus of elasticity fluctuates within a batch by only a few per thousand, from batch to batch by ± 2 to ± 4 percent. The fluctuations in material density vary from batch to batch at about ± 1 percent

Anders verhält es sich beim Koppeldraht An die Gleichmäßigkeit des Drahtquerschnittes werden sehr hohe Anforderungen gestellt Vielfach finden Ni-Fe-Mo-Legierungen für Koppeldrähte Verwendung. Derartige Materialien weisen gute Zieheigenschaften aufThe situation is different with the coupling wire. The uniformity of the wire cross-section is very high high requirements are often used Ni-Fe-Mo alloys for coupling wires. Such materials have good drawing properties und damit geringe Querschnittstreuungen. Drähte aus solchen Materialien haben jedoch den großen Nachteil, daß ihr Elastizitätsmodul stark temperatur- und akemn^sabhängig ist Konstant-Modul-Legierungen, wie z.B. Ni-Fe-Mo-Be-Legieningen, haben dagegen einen konstanten Elastizitätsmodul über einen weiten Temperaturbereich. Bei diesen Legierungen besteht jedoch die Schwierigkeit, den Drahtquerschnitt von Charge zu Charge mit der erforderlichen Genauigkeitand thus low cross-sectional scatter. However, wires made from such materials have the major disadvantage that their modulus of elasticity is strongly temperature and acemn dependent constant modulus alloys, such as Ni-Fe-Mo-Be-Legieningen have against it a constant modulus of elasticity over a wide area Temperature range. With these alloys, however, there is a difficulty in determining the wire cross-section from Batch to batch with the required accuracy

einzustellen. .to adjust. .

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eiektromechanisches Filter zu schaffen, bei dem die von Charge zu Charge schwankenden Eigenschaften des Resonator- und Koppeldrahtmaterials bei der Montage berücksichtigt und ausgeglichen werden.The invention is therefore based on the object To create an electromechanical filter in which the properties of the Resonator and coupling wire material are taken into account and compensated for during assembly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schweißstelle zum Ausgleich von Charge zu Charge schwankenden Eigenschaften der Biegeresonatoren und des Koppeldrahtes unterschiedlich breit gewählt istAccording to the invention, this object is achieved in that the welding point is selected to be of different widths to compensate for the properties of the bending resonators and the coupling wire which vary from batch to batch

Gemä.9 einer Weiterbildung der Erfindung wird dann bei Filtern mit abgeflachten Resonatoren die Breite der Schweißstelle größer als die Breite der AbflachungAccording to a further development of the invention, then in the case of filters with flattened resonators, the width of the weld point is greater than the width of the flattening gewähltchosen

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß bei der automatisierten Herstellung elektromechanischer Filter Materialien mit den vorher beschriebenen Schwankungen ihrer Eigenschaften verwendet werden können.The advantages achieved by the invention are that in the automated production of electromechanical filter materials with the previously fluctuations in their properties described can be used.

Die Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below in connection with the drawings. It shows

F i g. 1 ein bekanntes eiektromechanisches Filter in Pe'-spektivdarstellung,F i g. 1 a known electromechanical filter in Pe 'perspective view,

Fig.2a und 2b die Frontansichten zweier zylindrischer Resonatoren, die über einen Koppeldraht verbunden sind,2a and 2b show the front views of two cylindrical resonators, which are connected via a coupling wire are connected,

F i g. 3a und 3b die Frontansichten zweier mit einer Längsabflachung versehener, zylindrischer Resonatoren, die über einen Koppeldraht miteinander verbunden sind.F i g. 3a and 3b the front views of two with one Longitudinal flattening of cylindrical resonators that are connected to one another via a coupling wire are.

F i g. 1 stellt ein an sich bekanntes eiektromechanisches Filter dar. Eine Anzahl abgeflachter zylindrischer Biegeresonatoren 2,4 sind über in den Schwingungsknoten angreifende Haltedrähte 6 achsparallel zueinander auf einer Grundplatte 1 befestigt Die Endresonatoren 2 sind dabei mit einer quer zur Schwingungsrichtung verlaufenden Abflachung la versehen, auf welcher jeweils ein elektrostriktiv wirkendes Wandlerelement 3 befestigt istF i g. 1 illustrates a known per se eiektromechanisches filter. A number of flattened cylindrical bending resonators 2,4 are parallel to the axis in the vibrational node acting retaining wires 6 to each other on a base plate 1 is fixed the end resonators 2 are provided with a transverse to the oscillation direction flattening la on which in each case one electrostrictive transducer element 3 is attached

Die eigentlichen Filterresonatoren 4 sind dagegen mit einer Abflachung 4a versehen, welche parallel zur Schwingungsrichtung an der Unterseite dieser Resonatoren angeordnet istThe actual filter resonators 4, however, are provided with a flat 4a which is parallel to the Direction of oscillation is arranged on the underside of these resonators

Sowohl die Endresonatoren 2 als auch die Filterresonatoren 4 werden vor der Montage auf die Resonanzfre quenz abgeglichen.Both the end resonators 2 and the filter resonators 4 are on the resonance frequency before assembly adjusted sequence.

Die Kopplung der einzelnen Resonatoren erfolgt über einen durchgehenden Koppeldraht 5 mit rundem Querschnitt welcher im Bereich der Schwingungsbäuche an den Abflachungen Ab mit den Resonatoren 4 verschweißt ist Bei den Endresonatoren 2 erfolgt die Verschweißung mit der zylindrischen Mantelfläche.The coupling of the individual resonators via a coupling through wire 5 of circular cross section which in the region of antinodes of the flats from the resonators 4 is welded at the welding end resonators 2 with the cylindrical surface occurs.

Es wurden nun bei einem so aufgebauten elektromechanischen Filter umfangreiche Untersuchungen darüber angestellt, wie mit einfachen Mitteln die durch Änderungen der Materialeigenschaften hervorgerufenen Abweichungen der Filterbandbreite ausgeglichen werden könnten. Zwar könnte ein solcher AusgleichIn the case of an electromechanical filter constructed in this way, extensive investigations have now been carried out on how the Changes in the material properties caused deviations in the filter bandwidth compensated could become. Such a compensation could indeed

durch ein Ändern der Länge der Koppeldrähte erfolgen, jedoch ist es infolge der bei einer automatischen Fertigung verwendeten Vorrichtungen und Lehren nicht möglich, eine solche Längenänderung ohne erhebliche Änderungen der Fertigungsvorrichtungen durchzuführen. Die vorliegende Erfindung besteht deshalb darin, durch Ändern der Schweißparameter die effektiv wirksame Länge der Koppekirähte zu verändern. done by changing the length of the coupling wires, however, it is due to the devices and teachings used in automated manufacturing such a change in length is not possible without significant changes to the manufacturing equipment perform. The present invention therefore consists in changing the welding parameters effectively changing the effective length of the Koppeki sutures.

Die Fig.2a und 2b zeigen die Auswirkung dieser Maßnahme an einem Resonatorpaar mit kreisförmigem Querschnitt F i g. 2a stellt den einen Extremfall dar, bei dem die Verbindung zwischen den Resonatoren 4 und dem Koppeldraht 5 nahezu punktförmig ist Die sich hierbei ergebende wirksame Koppellänge Ικ\ läßt sich durch Ändern mindestens eines Schweißparameters (Druck, Temperatur, Zeit) in der WHse einstellen, daß der Koppeldraht 5 eine flächige Verbindung mit den Resonatoren 4 eingeht und hierbei entsprechend der Eindringtiefe über einen gewissen Winkelbereich mit dem Umfang der Resonatoren 4 verschweißt ist Die sich dabei ergebende wirksame Koppellänge /κι ist im anderen Extremfall um 2 Δ 1κ\ kürzer als die Koppellänge /κι. Die variable Länge 2Δ Ικι ist in diesem Fall auf Grund der flach ansteigenden Oberflächenwölbung der Resonatoren an der Verbindungsstelle relativ groß.2a and 2b show the effect of this measure on a pair of resonators with a circular cross-section F i g. 2a represents the one extreme case in which the connection between the resonators 4 and the coupling wire 5 is almost punctiform.The resulting effective coupling length Ικ \ can be set by changing at least one welding parameter (pressure, temperature, time) in the WHse that the coupling wire 5 enters into an area connection with the resonators 4 and accordingly in this case the penetration depth for a certain angle range with the periphery of the resonators 4 is welded / is κι the thereby resulting effective coupling length at the other extreme by 2 Δ 1κ \ shorter than the coupling length / κι. The variable length 2Δ Ικι is relatively large in this case due to the gently rising surface curvature of the resonators at the connection point.

Eine andere Möglichkeit zeigen die Fig.3a und 3b. In diesem Fall sind die Resonatoren 4 mit Abflachungen 4a versehen. In den» einen Extremfall ist der Koppeldraht 5 gemäß F i g. 3a flach auf und quer zu den Abflachungen 4a der Resonatoren 4 mit letzteren linienförmig verschweißt Hierbei ergibt sich eine wirksame Länge Ικι des Koppeldrahtes 5. Mit einer Änderung mindestens eines Schweißparameters geht der Koppeldraht 5 bei entsprechender Eindringtiefe eine zunehmend flächige Verbindung mit den Resonatoren 4 ein, wobei diese dann auf die an die Abflachung 4a angrenzende Mantelfläche der Resonatoren gemäß Fig.3b übergreift Die sich in diesem anderen Extremfall ergebende wirksame Koppellänge Ικι ist um 2 Δ Ικι kürzer als die Koppellänge Ικι. Another possibility is shown in FIGS. 3a and 3b. In this case, the resonators 4 are provided with flats 4a. In the one extreme case, the coupling wire 5 is shown in FIG. 3a flat on and across the flattened areas 4a of the resonators 4 with the latter linearly welded. This results in an effective length Ικι of the coupling wire 5. With a change of at least one welding parameter, the coupling wire 5 forms an increasingly flat connection with the resonators 4 at a corresponding penetration depth, this then overlaps the outer surface of the resonators adjoining the flat 4a according to FIG. 3b. The effective coupling length Ικι resulting in this other extreme case is 2 Δ Ικι shorter than the coupling length Ικι.

Die variable Länge 2 Δ Ικι ist bei gleicher Eindringtiefe gegenüber der variablen Länge 2 Δ Ικ\ wesentlich geringer, da die Wölbung der ResonatormantelfJäche im Anschluß an die Abflachung 4a gegenüber der Waagerechten einen steileren Verlauf hat als im Berührungsbereich bei der Ausführung gemäß F i g. 2b. Dadurch wirken sich bei dem Beispiel der Fig. 3a und 3b geringe Schwankungen der Schweißparameter um ihre Sollwerte praktisch nicht aus. Andererseits reicht der Varialionsbereich von 2 Δ Ικι bei entsprechender Auslegung der Filter völlig aus.The variable length 2 Δ Ικι is substantially less for the same depth of penetration with respect to the variable length 2 Δ Ικ \, since the curvature of the ResonatormantelfJäche after the flattening 4a with respect to the horizontal, a steeper slope than in the contact region in the embodiment of F i g. 2 B. As a result, in the example of FIGS. 3a and 3b, slight fluctuations in the welding parameters around their setpoints have practically no effect. On the other hand, the range of variation of 2 Δ Ικι is completely sufficient if the filter is designed accordingly.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Eiektromechanisches Fiiter, bestehend aus achsparallel zueinander angeordneten zylinderför- S migen Biegeresonatoren, die in den Schwingungsknoten mit Haltedrähten auf einer Grundplatte befestigt sind und die durch einen in den Schwingungsbäuchen angeschweißten Koppeldraht miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstelle zum Ausgleich der von Charge zu Charge schwankenden Eigenschaften der Biegeresonatoren und des Koppeldrahtes unterschiedlich breit gewählt ist1. Electromechanical filter, consisting of Cylindrical bending resonators arranged axially parallel to one another, which are placed in the vibration nodes with holding wires on a base plate are attached and by a coupling wire welded into the antinodes are connected to each other, characterized in that the welding point to compensate the properties of the bending resonators and the coupling wire, which fluctuate from batch to batch, are selected to be of different widths 2. Eiektromechanisches Filter nach Anspruch I, bei welchem die Biegeresonatoren eine Abflachung parallel zu ihrer Achse aufweisen und bei welchem der Koppeldraht auf der ganzen Breite der Abflachung angeschweißt ist, dadurch gekennzeich-2. Electromechanical filter according to claim I, in which the bending resonators have a flattening parallel to their axis and in which the coupling wire is welded over the entire width of the flat, which means that ' net, daß die Breite der Schweißstelle größer als die " Breite der Abflachung ist'net that the width of the weld is greater than that "Width of the flat is