DE2822263C2

DE2822263C2 - Mechanisches magnetostriktives Filter

Info

Publication number: DE2822263C2
Application number: DE2822263A
Authority: DE
Inventors: Didier Marcel Camille Saint-Maur-Des-Fosses Beaudet
Original assignee: TELECOMMUNICATIONS 75624 PARIS FR SA
Current assignee: TELECOMMUNICATIONS 75624 PARIS FR SA
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE2822263A1; FR2392544A1; FR2392544B1; US4193051A; IT7823648A0

Description

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Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches nach dem Phänomen der Magnetostriktion arbeitet.

Ein derartiges mechanisches magnetostriktives Filter umfaßt im wesentlichen einen aus magnetostriktivem Material, beispielsweise Ferrit, bestehenden, das Resonanzelement bildenden Stab, der in einem magnetischen Erregerfeld liegt, wobei die Gesamtanordnung eingetaucht ist in ein magnetisches Gleichfeld. Ein solcher Stab ist derart angeordnet, daß man seine Longitudinalschwingungen ausnutzen kann. Es ist bekannt, daß die Resonanzeigenfrequenz eines frei schwingenden Stabes

ausgedrückt wird durch /= -ry, wobei V die

Schallgeschwindigkeit in dem in Farge stehenden Material ist, während L die Länge des Stabes ist.

Es sind bereits verschiedene Ausführungsformen eines derartigen mechanischen Filters beschrieben. So ist beispielsweise in der FR-PS 11 32 665 ein magnetostriktiver Stab behandelt, der von einer Induktionsspule umgeben ist, die innerhalb eines Gleichfeldes liegt, das von zwei aus Ferritmaterial bestehenden Permanentmagneten erzeugt wird, die an den Enden des Stabes angebracht sind und die Form von Ferritscheiben aufweisen. Diese Baugruppe ist gewöhnlich von einer aus Ferritmaterial bestehenden Außenhülse umgeben, um die Kraftlinien des Magnetfeldes zu bündeln bzw. zu konzentrieren. Die gemäß dieser Druckschrift verwendeten Mittel zum Positionieren bzw. Fixieren des Stabes bestehen aus einer Ringscheibe, die innerhalb einer in der Mitte der Länge des Stabes angeordneten Nut festgehalten ist und sich mit ihrem Außenumfang an der aus Ferritmaterial bestehenden Außenhülse abstützt

Ein derartiges Befestigungssystem gewährleistet jedoch keine stabilen bzw. gleichmäßigen Eigenschaften der magnetostriktiven Filter, da die Achse des Stabes sich relativ zur Notmalen der Scheibenebene verlagern kann. Jede Verschiebung des Stabes gegenüber den Permanentmagneten führt zu einer Asymmetrie der Anziehungskräfte, und der Stab erhält dadurch die Neigung, die zwischen den Magneten liegende Symmetrieebene zu verlassen. Es ist daher außerordentlich wichtig, dem Stab Fixierungselemente zuzuordnen, durch die nicht seine Resonanzfrequenz beeinträchtig bzw. gestört wird, d. h. Walteelemente, die die Position des Stabes gegenüber den Permanentmagneten fixieren.

In der DE-PS 10 79 696 ist zur Befestigung des Stabes eine Ringscheibe beschrieben, die nicht mit der die Windungen der Spule tragenden Hülse kraftschlüssig verbunden ist Diese Ringscheibe ist in der Mitte des Stabes angeordnet und hält diesen an drei Punkten mittels drei an dem Innenumfang angeformten Vorsprüngen.

Das oben behandelte bekannte Befestigungssystem ist jedoch nicht ausreichend, da dadurch nicht der oben beschriebene Nachteil behoben wird, der darin besteht, daß eine Schwenkbewegung des Stabes möglich ist

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine ausreichende Befestigungs- bzw. Fixierungsanördnung für den das Resonanzelement bildenden Stab eines mechanischen magnetostriktiven Filters zu schaffen, wobei die Kontaktfläche zwischen dem Stab und den Halteelementen maximal eingeschränkt sein soll, derart, daß ein übermäßiger Abfall des Überspannungskoeffizienten bzw. Spannungsspitzenkoeffizienten verhindertwird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß jeder der drei Haltepunkte durch eine parallel zu den Mantellinien des Stabes verlaufende Rippe gebildet ist, die einstückig an der inneren Umfangsfläche der Hülse angeformt ist.

Die die Windungen der Induktionsspule tragende Hülse kann jede geeignete Form haben, die die Funktion eines Stützkörpers für die Spule ausübt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Filters;

F i g. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie A-A in

Fig. 1;

F i g. 3 teilweise im Schnitt eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 4 im Schnitt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein aus magnetostriktivem Material, beispielsweise Ferrit, bestehender zylindrischer Stab 1 mit rundem Querschnitt dargestellt Dieser Stab 1 ist von einer Induktionsspule 2 umgeben, die die Funktion einer Erregerspule ausübt, deren Windungen auf einen Stützkörper in Form einer isolierenden Hülse 6 aufgewickelt sind, die beispielsweise aus Kunststoff besteht. Die Spulenwindungen werden zu beiden Seiten der Induktionsspule 2 von jeweils einem an der Hülse 6 angebrachten Bund 9 festgehalten. Der Stab 1 kann mittels einer von Gleichstrom durchflossenen Spule

oder durch Permanentmagnete 3 ein magnetisches Gleichfeld erzeugt werden. Die beiden Permanentmag-

;, nete sind an den Enden des Stabes 1 angebracht. Diese

f, Permanentmagnete können beispielsweise die Form

von Ringscheiben, Ringen, Sektoren oder, in der 'C dargestellten Weise von Parallelepitetien aufweisen. ί Diese Permanentmagnete weisen jeweils paarweise entgegengesetzte Polaritäten auf. Sie können aus Ferrit ;-.; oder aus Samarium-Kobald bestehen. Um die bisher ;Y beschriebene Baugruppe ist eine aus Ferrit bestehende, κι ,·■■>· beispielsweise zylindrische Außenhülse 5 gelegt, um den \% magnetischen Kraftfluß zu schließen und die magneti-, y sehen Kraftlinien zwischen den beiden Permanentmag-■ ■;■ neten 3 zu leiten bzw. zu konzentrieren.
Ϊ; Damit der Stab entsprechend seiner Eigenfrequenz r> ; schwingen kann, muß er gegenüber den Luftspalten der "Λ Permanentmagnete eine genau definierte Position Λ einnehmen, und seine Enden dürfen nicht den g Stützkörper in Form einer Hülse 6 der Induktions- bzw. H Erregerspule 2 berühren. Die kleinste Verlagerung bzw. 0 Verstellung des Stabes führt außerdem zu einer t| Asymmetrie der Anziehungskräfte, und der Stab hat ff; natürlich die Tendenz die Symmetrieebene des Filters ll zu verlassen.

V- Die Hülse 6 ist daher erfindungsgemäß an ihrer If' inneren Umfangsfiäche mit länglichen Rippen versehen, [, die einstückig mit der Hülse 6 geformt sind. Diese ί Rippen berühren den Stab 1 im Bereich seiner Mitte und f; sind ausreichend lang, um jede Transversalbewegung ΪΙ des Stabes zu verhindern. κι

ti. Jede Rippe wird andererseits eine geringe Breite I.¹ (Dimension in Querrichtung) auf, wobei das Verhältnis ί zwischen der Breite einer Rippe und dem Umfang des '.'■.; Stabes kleiner ist als 10 :100, vorzugsweise etwa 6 :100.

Dadurch ist es möglich, einen Abfall der Überspannung j-, :^; bzw. Spannungsspitze zu vermeiden, d.h. des Phänomens, welches dann auftritt, wenn die Kontaktfläche im Bereich der Mitte des Stabes 1 zu groß wird. Die gewählte Art der Fixierung führt weiterhin auch dazu, daß der magnetostriklive Stab gegen Stöße und ίο Schwingungen unempfindlich ist. Bei einem Ferritstab mit einer Länge von 21,6 cm und einem Durchmesser von 2,5 mm führen beispielsweise Rippen mit einer Länge von 5 mm, einer Breite von 0,5 mm und einer Höhe von 0,1 mm zu ausgezeichneten Ergebnissen. Bei -n dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise drei Rippen 7 um den Stab herum angeordnet.

Diese Rippen 7 sind gleichmaßig in der in Fig.2 dargestellten Weise auf den Innenumfang des Stützkörpers bzw. der Hülse 6 verteilt, d. h. in Winkelabständen von 120°. Es kann jedoch auch eine größere Anzahl von Rippen verwendet werden.

Um die Relativslellungen des Stabes gegenüber den Permanentmagneten 3 zu fixieren, ist der Stützkörper bzw. die Hülse 6 mit Einbuchtungen 8 zur Aufnahme der Permanentmagnete 3 versehen, und zwar zu beiden Seiten des für die Aufnahme der Induktionsspule 2 vorgesehenen Raumes. Diese Einbuchtungen 8 weisen gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel Rechteckform für die Aufnahme von parallelepipedischen Permanentmagneten 3 auf.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindwig weisen die Rippen 7 nicht mehr die Form einer durchgehenden bzw. kontinuierlichen Leiste sondern die Form einer diskontinuierlichen bzw. unterbrochenen Leiste auf, so wie es in F i g. 3 dargestellt ist. jede Rippe besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden schmalen Lamellen, die ebenfalls einstückig an den Stützkörper bzw. die Hülse 6 angeformt sind und in geringem Abstand parallel zueinander und senkrecht zu den Mantellinien des Stabes 1 liegen. Durch eine derartige Anordnung wird die Kontaktfläche zwischen dem Stab und den Rippen 7 herabgesetzt, wobei insgesamt eine elastische Positionierung bzw. Fixierung des Stabes gewährleistet ist.

Gemäß der in Fig.4 dargestellten abgewandelten Ausführungsform der Erfindung sind ebenfalls beispielsweise drei in gleichmäßigen Abständen an der Innenfläche der Hülse 6 angebrachte durchgehende Rippen 7 vorgesehen, wobei eine dieser Rippen durch eine zur Innenseite der Hülse ragende Einbuchtung 11 ersetzt ist. Diese Einbuchtung 11 kann direkt in den Stützkörper bzw. die Hülse 6 eingeformt sein und wie die übrigen Rippen 7 im Bereich der Mitte des Stabes 1 liegen. Eine derartige Ausführungsform gewährleistet einen konstanten Druck auf den Schwingungsknoten des Filters, während die beiden anderen Rippen für sich allein die Longitudinalführung des Stabes sicherstellen.

Die Befestigungsart des Stabes ermöglicht insbesondere die optische Überwachung der Zentrierung des Stabes in dem Siützkörper bzw. der Hülse 6 selbst nach der Montage des Filters durch Beobachten der Verteilung des um den Stab herum durchgelassenen Lichtes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mechanisches magnetostriktives Riter mit mindestens einem aus magnetostriktivem Material bestehenden, das Resonanzelement bildenden Stab, einer den Stab umgebenden Hülse, auf die die Windungen einer Induktionsspule aufgewickelt sind, und mit ein magnetisches Gleichfeld erzeugenden Magneten, die jeweils an den Enden des Stabes angeordnet sind, der in radialer Richtung an ■< > mindestens drei gleichmäßig über den Umfang des Stabes verteilten in der Stabmitte liegenden Punkten festgehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Haltepunkte durch eine parallel zu den Mantellinicn des Stabes (1) verlaufende Rippe (7) gebildet ist, die einstückig an der inneren Umfangsfläche der Hülse (6) angeformt ist

2. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche jeder Rippe mit dem Stab eine Breite von weniger als ¹Ao des Stabumfanges aufweist.

3. Mechanisches Filter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) an ihren Enden Einbuchtungen (8) zu beiden Seiten des für die Aufnahme der Induktionsspule (2) vorgesehenen Raumes zur Aufnahme der Magnete (3) aufweist

4. Mechanisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe aus mehreren parallel nebeneinanderliegenden dünnen Lamellen (10) gebildet ist, und daß jede einzelne Lamelle senkrecht zu den Mantellinien des Stabes (1) liegt.

5. Mechanisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Rippen die Form einer in das Innere der Hülse (6) ragenden und in die Hülse eingedrückten Einbuchtung (11) aufweist.