DE1115853B - Elektromechanisches Bandfilter - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein elektromechanisches Bandfilter, wie es beispielsweise in den Empfangsapparaten von Rundsteuerungsanlagen in Netzen zur Verteilung der elektrischen Energie verwendet wird. Es dient in diesen Apparaten hauptsächlich zur Trennung von tonfrequenten Steuerimpulsen vom Starkstrom, der die Frequenz 50 Hz aufweist.

Dabei ist es eine selbstverständliche Forderung der Praxis, daß die Durchlaßfrequenz dieser Filter erstens temperaturunabhängig ist und zweitens nicht durch äußere Einflüsse oder Alterungseinflüsse verändert wird.

Die Erfüllung dieser Forderungen bereitet jedoch Schwierigkeiten. Um eine gute Temperaturunabhängigkeit zu verwirklichen, sollten beispielsweise die Schwingzungen solcher Bandfilter aus einem speziellen Material mit temperaturunabhängigem Elastizitätsmodul hergestellt sein. Diese Zungen sind aber, sofern nicht besondere Maßnahmen getroffen werden, zugleich die magnetischen Anker der elektromechanischen Wandler. Dies bedingt an sich die Fertigung der Zungen aus einem Material, das ein ganz bestimmtes magnetisches Verhalten zeigt. Die angestrebten mechanischen und magnetischen Eigenschaften lassen sich bei ein und demselben Werkstoff nicht im wünschenswerten Umfang vereinen.

Es sind daher bereits elektromechanische Filter bekanntgeworden, bei welchen der Teil der einzelnen Resonatoren, der für die mechanischen Eigenschaften des Schwingsystems dieser Filter maßgebend ist, aus einem ausschließlich nach schwingungstechnischen Gesichtspunkten ausgewählten Werkstoff besteht und lediglich die als Anker dienenden Abschnitte der Resonatoren, die zugleich die beweglichen Bestandteile der diesen Resonatoren zugeordneten, auf elektromagnetischer Grundlage arbeitenden Eingangs- und Ausgangswandler bilden, aus einem ferromagnetischen Material gefertigt sind. Als Werkstoffe für den die elastischen Eigenschaften bestimmenden Teil der Resonatoren wurden bei diesen bekannten elektromechanischen Siebschaltungen unter anderem bereits Nichtmetalle vorgesehen, und des weiteren sind bei diesen Siebschaltungen als Resonatoren die Zungen von Stimmgabeln in Erwägung gezogen worden. Bei Anwendung von Stimmgabeln aus einem nichtmagnetischen Werkstoff als Schwingsysteme ergeben sich bei solchen elektromechanischen Filtern für die Gleich- und Wechselflüsse der Wandlerspulen zwangläufig Bahnen, welche die an den Enden der Stimmgabelzungen befindlichen Ankerabschnitte aus ferromagnetischen Material in Richtungen durchsetzen, die einer Ebene angehören, die zu den Längsachsen der

Anmelder:

Zellweger A. G.

Apparate- und Maschinenfabriken Uster,
Uster, Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. R. K. Löbbecke, Patentanwalt,
Berlin-Zehlendorf, Neue Str. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 25. Mai 1957 (Nr. 46 554)

Dipl.-El.-Techn. Karl Beilstein,

Uster, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Stimmgabelzungen senkrecht steht. Ein solcher Verlauf der Gleich- und Wechselflüsse in den von den Zungenenden eingenommenen Luftspalten der Eingangs- und Ausgangswandler ist auch für ein dem Schrifttum angehörendes elektromechanisches Bandfilter charakteristisch, bei welchem die mit ihren Breitseiten einander zugewandten Primär- und Sekundärzungen Bestandteile einer U-förmig gebogenen Blattfeder aus magnetischem Werkstoff sind. Bei elektromechanischen Bandfiltern dieser Art soll vierfach die Welligkeit der Dämpfung im Durchlaßbereich durch einfache Maßnahmen so beeinflußbar sein, daß beim Endabgleich maximale Flachheit der Filtercharakteristik im Übertragungsbereich erzielbar ist. Dieser Forderung kann entsprochen werden, wenn die Gleichflußdichte in den für die Zungen vorgesehenen Luftspalten der Eingangs- und Ausgangswandler veränderbar ist.

Bei elektromechanischen Bandfiltern, bei welchen der die elastischen Eigenschaften bestimmende Teil der Zungen aus einem ausschließlich nach schwingungstechnischen Gesichtspunkten ausgewähltem Material gefertigt ist und der aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehende Ankerteil der Zungen von den Gleich- und Wechselflüssen der Wandlerspulen längs

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Bahnen durchsetzt wird, die senkrecht zu den Längs- eines Wandlers erkennbar sind, und den Verlauf des

achsen der Schwingzungen verlaufen, ist die mit dem Wechselflusses in seinem Nebenschlußpfad.

Endabgleich verbindbare Einstellung maximaler Flach- In Fig. 1 stellen 1 und 2 die Anschlußklemmen des

heit der Filterdämpfungskurve im Durchlaßband aus der Kapazität des Kondensators 3 und der Induk-

erfmdungsgemäß durch ein schwingungsfähiges Ge- 5 tivität der Spule 4 des Eingangswandlers 5 gebildeten

biide zu erreichen, für welches charakteristisch ist, daß und auf die Filterdurchlaßfrequenz abgestimmten

die mit ihren Schmalseiten sich gegenüberstehenden primären Reihenresonanzkreises dar. Die Einfügung

Zungen an ihren einen Enden durch einen die Kopp- des Kondensators 3 in Serie zur Spule 4 und die Ab-

lung bewirkenden Steg verbunden sind und an ihren Stimmung des hierdurch entstehenden Reihenkreises

anderen Enden ferromagnetische Anker tragen, von *° auf die Bandmittenfrequenz des Filters ermöglichen in

welchen der eine Anker vom Wechselfluß der Spule an sich bekannter Weise die Kompensation des induk-

des Eingangswandlers, der andere Anker von dem tiven Blindwiderstandes der Spule 4 durch den kapazi-

von ihm hervorgerufenen Wechselfluß der Spule des tiven Blindwiderstand des Kondensators bei dieser

Ausgangswandlers längs Geraden parallel zur Schwing- Frequenz. Der durch die Primärklemmenspannung U₁

ebene der Zungen durchdrungen ist, während der 15 hervorgerufene Primärstrom ist dadurch bei der

Gleichfluß auf denselben Bahnen wie der Wechselfluß Filterdurchlaßfrequenz wesentlich höher, was einer

sich beidseitig jedem der zwei Anker nähert und nach Steigerung der Selektivität der Gesamtanordnung

einem innerhalb der Anker erfolgenden Richtungs- gleichkommt.

wechsel um 90° aus den einander zugewandten Der die Spule 4 des Eingangswandlers 5 durch-

Flächen der zwei Anker in einen aus f erromagnetischem 20 fließende Primärwechselstrom /„ _ bewirkt einen magne-

Material bestehenden Hilfspol übertritt, der Bestand- tischen Wechselfluß Φ~, der im Zusammenwirken mit

teil des in seiner Flußdichte regelbaren magnetischen dem durch einen Dauermagneten erzeugten Gleich-

Gleichflußkreises jedes Wandlers ist. fluß Φ₌ den Anker des primären mechanischen

Vorzugsweise erfolgt beim elektromechanischen Schwingungssystems 6 in einer später an Hand von

Bandfilter nach der Erfindung die Einstellung der as Fig. 6 näher beschriebenen Weise im Rhythmus der

Flußdichte im Gleichflußkreis der Wandler durch Steuerfrequenz anzieht und abstößt. Bei Überein-

Veränderung des Luftspaltes zwischen dem Hilfspol Stimmung der Steuerfrequenz mit der Eigenfrequenz

und dem ferromagnetischen Teil der schwingenden des mechanischen Schwingungssystems wird dieses

Zungen. System hierdurch zu Schwingungen hoher Amplitude

Das Zungensystem des Bandfilters nach der Erfin- 30 angeregt. Die elastische Kupplung 7 überträgt diese

dung ist auf sehr einfache und billige Weise durch Bewegungen auf das ebenfalls auf die gleiche Frequenz

Stanzen aus Blech herstellbar. Die bisher verschiedent- abgestimmte sekundäre Schwingungssystem 8, dem

lieh bei der Fertigung von Schwingzungen für hoch- der Ausgangswandler 9 zugeordnet ist.

wertige Bandfilter in Kauf genommenen kostspieligen Die Lageänderungen des Ankers des sekundären

Herstellungsgänge, welche die Bearbeitung des Aus- 35 Schwingungssystems 8 verursachen Luftspalt- und

gangsmaterials durch Fräsen miteinschlossen, werden damit Flußänderungen im Wechselflußkreis des

somit überflüssig. mechanisch-elektrischen Wandlers 9 und erzeugen da-

Beim Bandfilter nach der Erfindung ist zudem das durch elektromotorische Kräfte in der Spule 10 des-

Zungensystem praktisch unempfindlich gegenüber selben. Die Eigeninduktivität der Spule 10 wird durch

kleinen Verschiebungen der Einspannlinie. 40 die Kapazität 11 und die Kompensationswicklung 12

An Hand eines Beispiels und der Zeichnungen soll zu einem ebenfalls auf die Durchlaßfrequenz des das Bandfilter nach der Erfindung näher erläutert ganzen Filters abgestimmten elektrischen Resonanzwerden. Dabei zeigt: kreis ergänzt. Dabei erreicht der Sekundärstrom/_s .

Fig. 1 das Prinzipschema des kompletten elektro- und damit die Klemmspannung U_z am Kondensator 11

mechanischen Bandfilters, 45 ein frequenzabhängiges Maximum für die Durchlaß-

Fig. 2 das mechanische Prinzipschema der gekoppel- frequenz. Der elektrische Sekundärkreis ergibt somit

ten Schwingungssysteme, ebenfalls eine zusätzliche Verbesserung der Selek-

Fig. 3 das elektrische Ersatzschaltbild der gekoppel- tivität.

ten mechanischen Schwingungssysteme, Die Kompensationswicklung 12 hat folgende Auf-

Fig. 4 den Dämpfungsverlauf des zweikreisigen 50 gäbe. Ohne sehr kostspielige magnetische und elek-

Filters in Abhängigkeit von der Frequenz, trische Abschirmungen zwischen den Spulen 4 und 10

Fig. 5 die konstruktive Ausbildung der gekoppelten sind Streukopplungen zwischen diesen beiden Spulen

Schwingungssysteme, unvermeidlich. Hierdurch ergeben sich in der Sekun-

Fig. 6 das Prinzipschema der magnetischen Gleich- därspule 10 Streuspannungen, die den Verlauf der

und Wechselflußkreise des Eingangs- bzw. Ausgangs- 55 Selektivitätskurve des ganzen Filters empfindlich

Wandlers, stören. Dies ist darauf zurückzuführen, daß von der

Fig. 7 den Längsquerschnitt durch das komplette Spule 4 des Eingangswandlers 5 herrührende Streu-

elektromechanische Filter, feider unter' Umgehung der mechanischen Schwin-

Fig. 8 die Längsansicht des elektromechnaischen gungssysteme zur Spule 10 des Ausgangswandlers 9

Filters, 60 gelangen. Die von diesen Streufeldern in der Spule 10

Fig. 9 den Grundriß des elektromechanischen des Ausgangswandlers 9 induzierten Spannungen kön-

Filters, _ nen bei elektromechanischen Filtern nicht durch

Fig. 10 den Querschnitt durch eine Wandlerspule Abschirmungen, die, wie bereits erwähnt, sehr kost-

und die federnde Abstützung, spielig sind, sondern bekanntlich auch durch Kom-

Fig. 11 den Querschnitt durch die Schwingsystem- 65 pensation auf ein erträgliches Maß vermindert

befestigung mit einer Ansicht der Arbeitsluftspalte, werden.

Fig. 12 die Stirnseite des Filters, an welcher die Zu diesem Zweck wird die in der Sekundärspule 10

beiden zusätzlichen Luftspalte des Gleichflußkreises durch magnetische und elektrische Streuflüsse erzeugte

unerwünschte Streu-EMK durch eine mittels der Kompensationswicklung 12 unmittelbar von der Spule 4 des Eingangswandlers 5 abgenommene, genau gegenphasige Kompensationsspannung unschädlich gemacht. Die im Sekundärkreis an den Klemmen des Kondensators 11 auftretende Spannung ist dann ausschließlich von den Siebeigenschaften der mechanischen Schwingungssysteme abhängig.

In Fig. 2 stellt 15 die Masse und 16 den elastischen Bestandteil des primären Schwingungssystems 6, 17 die Masse und 18 den elastischen Bestandteil des sekundären Schwingungssystems 8 dar. Beide Systeme sind über die relativ steife Kopplungsfeder 19 mit der gesamten Filtermasse 20 verbunden. Das ganze Filter ist seinerseits über eine sehr weiche Feder 21 auf eine beliebig große Befestigungsmasse 22 abgestützt. Die vom elektromechanischen Wandler 5 erzeugte Kraft AT₁ greift zwischen Masse 15 und Filtermasse 20 an. Die durch die Kopplungsfeder 19 auf das sekundäre Schwingungssystem 8 übertragenen Kräfte K₂ können zwischen der Masse 17 und der Filtermasse 20 direkt ausgenützt oder durch einen mechanisch-elektrischen Wandler wieder in elektrische Ströme zurückverwandelt werden.

Unter Zuhilfenahme der mechanisch-elektrischen Analogien, im vorliegenden Fall der Kraft-Spannungs-Analogie, können für die mechanischen Elemente der Fig. 2 die elektrischen Schaltelemente der Fig. 3 angegeben und in Beziehung zu den für die Spulen 4 und 10 der Wandler 5 und 9 erforderlichen Induktivitäts-

1.

Kopplungskapazität 29
Kreiskapazität 28

2. Bandmittenfrequenz f_m

3. Belastungswiderstand 34

werten gebracht werden. Es gilt dabei:

Kraft -*- Spannung

Geschwindigkeit ■+■ Strom

Masse -*- Induktivität

Nachgiebigkeit ->■ Kapazität

Reibungswiderstand -*- Widerstand

Die mechanische Anordnung nach Fig. 2 stellt in

ίο ihrer elektrischen Analogie prinzipiell ein durch kapazitive Spannungskopplung gekennzeichnetes zweikreisiges Bandfilter dar, dessen Konfiguration aus Fig. 3 hervorgeht. Die Bestandteile dieses Bandfilters sind die Primärinduktivität 25, die Primärkapazität 26, die Kopplungskapazität 29, die Sekundärkapazität 28 und die Sekundärinduktivität 27. Die in Parallelschaltung zum Kopplungskondensator 29 erscheinenden Induktivitäten 30 und 32 zeigen den nicht ganz zu vernachlässigenden Einfluß der Filtermasse 20 und der Befestigungsmasse 22, die Kapazität 31 denjenigen der federnden Abstützung 21 des kompletten Filters auf das Verhalten der Filtergrundschaltung.

Für den durch Fig. 4 veranschaulichten Dämpfungsverlauf, der im Fall der Bemessung des Filters nach der Erfindung als Bandpaß mit verschwindender Welligkeit der Dämpfung im Durchlaßbereich zu erwarten ist,

gelten für kleine relative Bandbreiten --_r- und gleiche

JW,

Schwingkreise des äquivalenten
filters folgende Grundregeln:

Bandbreite Λ f

elektrischen Band-

Bandmittenfrequenz f_m

π |/ Kreiskapazität 28 · Kreisinduktivität 27

Impedanz der Kreiskapazität 28

Die im Prinzipschaltbild nach Fig. 1 eingetragenen zwei miteinander gekoppelten primären und sekundären Schwingungssysteme 6 und 8 werden beim Bandfilter nach der Erfindung durch eine den beiden Schwingungssystemen gemeinsame, stanzbare zweischenklige Blattfeder verwirklicht, die in Fig. 5 dargestellt ist. Die Blattfeder 40 mit ihren Schenkeln 41 und 42 sowie ihrem Kopplungssteg 43 besteht aus einer Legierung mit temperaturunabhängigem Elastizitätsmodul. An den freien Schenkelenden sind die ferromagnetischen Anker 44 und 46 mit den verschieb' baren Abgleichmassen 45 und 47 befestigt. Letztere dienen in an sich bekannter Weise zum Feinabgleich der Eigenresonanzen der mechanischen Schwingungssysteme im fertigmontierten Filter. Der Kopplungsgrad und damit die relative Bandbreite ist eine Funktion der Abstände G₁ bzw. a₂ des Ankerschwerpunkts bzw. des Kopplungsstegs von der Einspannlinie der Blattfeder 40. Bei Ausbildung der Blattfeder-Befestigungslöcher 48 als Langlöcher kann der Kopplungsgrad durch Verschieben der Einspannlinie in kleinen Grenzen variiert werden. Für die Einspannung ist das in Fig. 7 gezeigte massive Filterbett 62 vorgesehen, auf welchem auch die elektromagnetischen Wandler 5 und 9 montiert sind.

Der Antrieb und die ausgangsseitige Leistungsabnahme des gemäß Fig. 2 bis 5 ausgebildeten mecha- nischen Bandfilters erfolgt über je einen elektromagnetischen Wandler, welcher elektrische Ströme in mechanische Kräfte und umgekehrt verwandeln kann. Elektromagnetische Wandler bestehen im wesentlichen aus einem ferromagnetischen Anker, welcher unter dem Einfluß eines ruhenden und eines wechselnden Magnetfeldes im Takte der aussteuernden Frequenz periodisch seine Lage in einem Luftspalt verändert, der sich im Zuge der magnetischen Kreise der beiden Felder befindet.

Fig. 6 zeigt schematisch die für das Bandfilter nach der Erfindung charakteristische Anordnung der Gleich- und Wechselflußkreise der verwendeten elektromagnetischen Wandler 5 und 9, deren Anker — wie bei elektromechanischen Filtern mit Schwingzungen üblich — Bestandteile der mechanischen Schwingungssysteme sind. Dabei geben die punktierten Linien den Verlauf der Gleichflüsse an, während die gestrichelten Linien den Verlauf der Wechselflüsse darstellen.

Zur Vermeidung der von magnetischen Wechselfeldern auf Permanentmagnete ausgeübten Entmagnetisierangswirkung sind die einzelnen Abschnitte der magnetischen Kreise als Brücke aufgebaut. Der Dauermagnet 51 erzwingt dank seiner großen magnetomotorischen Kraft <9₀ einen sich in zwei gleiche Teile Φ_ο/2 aufspaltenden Gleichfluß Φ_ο durch die zu beiden Seiten des Ankers 56 der Zunge des betrachteten

7 8

Schwingungssystems befindlichen und infolge der laßbereiches notwendig. Durch geeignete Dimensio-

Zungenbewegung sich ändernden Arbeitsluftspalte 53 nierung des magnetischen Gleichflusses bzw. durch

und 55, durch den regulierbaren Hilfspolluftspalt 57 Dämpfung des elektrischen Sekundärkreises wird dieser

und durch die Luftspalte 52 und 54, die im folgenden Sollwert der mechanischen Filterdämpfung realisiert,

«zusätzliche Luftspalte« genannt werden. Die Größe 5 Beim elektromechanischen Filter nach der Erfindung

des Gleichflusses ist infolge der großen zusätzlichen führt ein Hilfspol den Gleichfluß Φ_ο über den in Fig. 6

Luftspalte 52 und 54 weitgehend unabhängig von der schematisch an gedeuteten variablen Hilfspolluftspalt 57

Größe der Arbeitsluftspalte 53 und 55. Die durch den dem symbolisierten Anker 56 und den Arbeitsluft-

in der Wandlerspule 4 fließenden Wechselstrom I_P~ spalten 53 und 55 zu. Durch die Variierung des Hilfs-

hervorgerufene magnetomotorische Wechselkraft 6L io polluftspaltes 57 kann am fertigmontierten Filter auf

ist durch die Wechselflußquelle 58 dargestellt, welche einfache Weise die Welligkeit im Filterdurchlaßgebiet

über die beiden anderen Brückeneckpunkte 60 und 61 verändert werden.

dem System einen Wechselfluß Φ~ zuführt, der sich in Der in elektrischen Größen ausgedrückte und durch drei Teilflüsse aufteilt. Der eine dieser drei Teilflüsse, Veränderung des Hilfspolluftspaltes einstellbare Einder in Fig. 6 mit Φ~ _L bezeichnet ist, durchquert die 15 gangswiderstand der mechanischen Schwingungs-Arteitsluftspalte 53 und 55, die sich zu beiden Seiten systeme im Durchlaßbereich, der an der linken der des magnetischen Teils einer Zunge befinden. Der beiden in Fig. 3 eingetragenen senkrechten strichzweite der drei Teilflüsse, der in Fig. 6 mit Φ-si be- punktierten Linien auftritt, ist nun gemäß dieser Abzeichnet, ist durchsetzt auf seiner Bahn die Luft- . cung als ein zur Induktivität 4 des Eingangsspalte 56 und 54. Der dritte Teilfluß Φ~5₂ verläuft 20 wandlers 5 parallel geschalteter elektrischer Lastüber den Streuluftspalt 59. Durch den in der anderen widerstand auffaßbar, welcher sich als zusätzliche Brückendiagonale befindlichen Dauermagnet 51 fließt Dämpfung auf den aus Wandlerinduktivität 4 und dagegen bei genauer Symmetrierung kein Wechsel- primärem Reihenkondensator 3 bestehenden elekfluß. Bei abgeschaltetem Wechselstrom I₃, „. wirken irischen Primär-Resonanzkreis auswirkt, d. h., der in nun auf den in Fig. 6 schematisch dargestellten 25 Fig. 3 durch den Widerstand 33 angedeutete Eigen-Anker 56 des primären Schwingungssystems unter verlustwiderstand dieses Resonanzkreises wird um dem Einfluß der entgegengesetzt gerichteten Gleich- einen durch den elektromagnetischen Wandler 5 aus flüsse Φ₀/2 in den Arbeitsluftspalten 53 und 55 zwei dem Mechanischen ins Elektrische übertragenen Zusich gegenseitig aufhebende Kräfte, so daß der Anker satzwiderstand erhöht.

in der neutralen Lage verbleibt. Bei Aussteuerung der 30 Fig. 7 zeigt den Aufbau der gesamten Filteranord-

Wandlerspule 4 mit Wechselstrom wird der Gleich- nung im Längsschnitt. Auf das Filterbett 62, das aus

fluß Φ₀/2 beispielsweise im Luftspalt 53 verstärkt, im dem Lager 63, den Dauermagneten 64 und 76, den

Luftspalt 55 aber geschwächt, so daß der Anker 56 in Polschuhen 65 und 75 sowie den Winkelträgern 66

Richtung des Luftspaltes 53 ausgelenkt wird. In der und 74 besteht, sind die lameliierten Kerne 67 und 73

Gegenphase des Wechselstroms verringert sich durch 35 der Wandler 5 und 9 mit ihren zugehörigen Spulen 68

die Ankerbewegung die Länge des Luftspaltes 55. und 72 montiert. In den Arbeitsluftspalten der Magnet-

Die wirkende Kraft und damit die Ankerauslenkung systeme bewegen sich frei die Anker 44 und 46 des

ist dem Produkt 2 · Φ₀/2 · Φ~, somit dem Produkt aus primären und sekundären mechanischen Schwingungs-

Gleichfluß und Wechselfluß im Arbeitsluftspalt, systems. Zwischen diesen beiden Ankern befindet sich

proportional. 40 der zweiteilige Hilfspol 70, der die von den Dauer-

Der sekundäre Wandler 9 am Filterausgang arbeitet magneten 64 und 76 herrührenden Gleichflüsse entin inverser Weise. Der über die mechanischen Kopp- sprechend den eingezeichneten punktierten Linien lungsmittel in Schwingung versetzte Sekundäranker 46 über das Lager 63 seitlich von den beiden Ankern 44 verursacht im Takte der Vibrationsfrequenz Gleich- und 46 abführt. Es tritt somit der im Wandlerschema flußänderungen in der Wandlerspule 10 und erzeugt 45 gemäß Fig. 6 eingetragene Hilfspolluftspalt 57 in Fig. 7, hierdurch elektromotorische Kräfte. Durch die in an welche die beiden Wandler im Schnitt veranschaulicht, sich bekannter Weise erfolgende Schließung des an zwei, gleichfalls durch das Bezugszeichen 57 kenntsekundären Stromkreises über die Kapazität 11 und lieh gemachten Stellen in Erscheinung,
die Abstimmung des Kreises auf die Durchlaßfrequenz Von den schwingenden Zungen 41, 42 werden also des mechanischen Filters ergibt sich ein Parallel- 50 jegliche magnetischen Flüsse ferngehalten. Beim resonanzkreis mit hohem Resonanzwiderstand 34. Entwurf der Zungen muß weder hinsichtlich ihres Dieser Resonanzwiderstand wirkt sich unter Berück- Werkstoffes noch hinsichtlich ihrer Abmessungen auf sichtigung einer Proportionalitätskonstante als mecha- ferromagnetische Probleme Bedacht genommen wernische Dämpfung auf das sekundäre Schwingungs- den. Hierdurch können bekanntlich optimale Eigensystem des mechanischen Filters aus. Der effektiv 55 schäften des mechanischen Filtersystems verwirklicht wirksame transponierte mechanische Dämpfungs- werden.

., j . ..1-1, , Sol _n j , Fig. 8 zeigt in Längsansicht die Ausbildung der aus

widerstand ist nämlich proportional ^ -R^ d.h. _nidlt^_agnefi_Schem Material bestehenden Winkel-

dem Quadrat der Gleichflußdichte im Arbeitsluftspalt träger 66 und 74, welche der Verwirklichung der

und proportional dem elektrischen Parallelkreis- 60 zusätzlichen Luftspalte 52 und 54 und gleichzeitig als

resonanzwiderstand R_p. Unter ω ist dabei die durch Träger der Wechselflußmagnetsysteme und derfedern-

das Produkt 2 π/ definierte Kreisfrequenz zu ver- den Abstützungen 77 und 78 dienen. Die winkelig

stehen. abgebogene Lamelle 79 aus ferromagnetischem Ma-

Für eine gegebene Schwingungssystemkombination, terial ermöglicht die exakte Streuflußkompensation

d. h. für eine bestimmte relative Bandbreite, ist aber 65 beim fertigmontierten Filter. Mit dem durch die

gemäß den Ausführungen zu den Fig. 3 und 4 eine Lamelle 79 durchführbaren Feinabgleich lassen sich

ganz bestimmte Größe des Filterabschlußwiderstandes die bereits dargelegten unerwünschten Auswirkungen

für die Erreichung eines maximal flachen Filterdurch- der durch die Kompensationswicklung 12 grob korn-

pensierten Streuspannung auf ein Mindestmaß herabsetzen.

Die aus Fig. 9 ersichtlichen Luftspalte 80 und 81 der Wandler 5 und 9 entsprechen dem im Wandlerschema gemäß Fig. 6 angedeuteten Luftspalt 59 im Wechselflußkreis. Die mit den Luftspalten 80 und 81 versehenen magnetischen Nebenschlüsse ermöglichen es, unbeschadet der relativ breiten, anderseits hierdurch zur Betriebssicherheit wesentlich beitragenden Arbeitsluftspalte 53 und 55 in jedem Falle eine hinreichend große Wandlerinduktivität zu erzielen. Dies ist besonders bei niedrigen Frequenzen wesentlich, da hierdurch viel Raum beanspruchende und teure Abstimmkondensatoren vermieden werden können.

Die punktierten Linien geben wiederum den Verlauf des magnetischen Gleichfiusses, die gestrichelten denjenigen des Wechselflusses an.

Fig. 10 zeigt als Schnitt A-A Einzelheiten des lamellierten Wandlerkernes 67, des Dauermagneten 64 und der mit aufvulkanisierten Armaturen versehenen federnden Weichgummiabstützungen 77. Um den Einfluß der Filterbefestigung auf die Selektivitätskurve des Filters auf ein Minimum zu reduzieren, ist es von besonderer Bedeutung, daß die federnden Befestigungselemente möglichst weich und so angeordnet sind, daß die gesamte Filtermasse in der Schwingebene der Filterschwingungssysteme frei schwingen kann.

Fig. 11 vermittelt gemäß den Linien B-B in Fig. 8 eine Schnittansicht von den Befestigungselementen der mechanischen Schwingungssysteme, die durch die Blattfeder 40 verwirklicht sind. Durch die an Hand von Fig. 5 bereits näher erläuterte Gestaltung dieser Blattfeder wird die Zone maximaler Materialbeanspruchung aus der Einspannstelle in die Zone oberhalb der versteiften Kopplungsstegpartie verlegt. Dies hat zur Folge, daß Frequenzänderungen durch Einspannungsalterung vermieden werden.

Die winkelförmigen nichtmagnetischen Klebbleche 82 und 83 in den großen, betriebssicheren Arbeitsluftspalten 53 und 55 verhindern ein Klebenbleiben der Filteranker 44 und 46 bei hohen Einschaltstromstößen.

Fig. 12 zeigt die konstruktive Gestaltung der in Fig. 6 schematisch dargestellten zusätzlichen Luftspalte 52 und 54, die beim Eingangswandler durch je einen senkrechten Abschnitt der zwei parallel verlaufenden nichtmagnetischen Winkelträger 66 gebildet sind. Diese senkrechten Abschnitte der Winkelträger weisen in Fig. 12 zusätzlich zu den Bezugszeichen 66 die in Klammern gesetzten Bezugszeichen 52 bzw. 54 auf. Diese Luftspalte werden überdies von einem infolge der relativ großen Luftspaltlänge jedoch geringen Teil des Wechselstreuflusses Φ~$₂ durchdrungen.

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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektromechanisches Bandfilter mit zwei gekoppelten Schwingzungen, bei welchem der die elastischen Eigenschaften bestimmende Teil der Zungen aus einem ausschließlich nach schwingungstechnischen Gesichtspunkten ausgewählten Material gefertigt ist und der aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehende Ankerteil der Zungen von den Gleich- und Wechselflüssen der Wandlerspulen längs Bahnen durchsetzt wird, die senkrecht zu den Längsachsen der Schwingungen verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihren Schmalseiten sich gegenüberstehenden Zungen (41, 42) an ihren einen Enden durch einen die Kopplung bewirkenden Steg (43) verbunden sind und an ihren anderen Enden ferromagnetische Anker (44, 46) tragen, von welchen der eine Anker (44) vom Wechselfluß der Spule (68) des Eingangswandlers, der andere Anker (46) von dem von ihm hervorgerufenen Wechselfluß der Spule (72) des Ausgangswandlers längs Geraden parallel zur Schwingebene der Zungen (41,42) durchdrungen ist, während der Gleichfluß auf denselben Bahnen wie der Wechselfluß sich beidseitig jedem der zwei Anker (44, 46) nähert und nach einem innerhalb der Anker erfolgenden Richtungswechsel um 90° aus den einander zugewandten Flächen der zwei Anker in einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Hilfspol übertritt, der Bestandteil des in seiner Flußdichte regelbaren magnetischen Gleichflußkreises jedes Wandlers ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Flußdichte im Gleichflußkreis der Wandler durch Veränderung des Luftspaltes zwischen dem Hilfspol und dem ferromagnetischen Teil der Schwingzungen erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abschnitte der Gleich- und Wechselflußkreise des Eingangswandlers (5) eine abgeglichene Brückenschaltung bilden, auf deren vier Zweige die beiden Arbeitsluftspalte (53, 55) des Ankers (56) der dem Eingangswandler zugeordneten Schwingzunge sowie zwei zusätzliche Luftspalte (52, 54) in der Weise verteilt sind, daß die in der einen Brückendiagonale wirksame magnetomotorische Kraft <9₀ des Wandlerdauermagneten (51) einen Gleichfluß Φ_ο hervorruft, der den in dieser Brückendiagonale befindlichen regelbaren Hilfspolluftspalt (57) durchdringt und der sich über zwei Pfade gleichen magnetischen Widerstandes schließt, die jeweils den einen der beiden Arbeitsluftspalte und den einen der beiden zusätzlichen Luftspalte enthalten, während die andere Brückendiagonale dieser Brückenschaltung von der magnetomotorischen Wechselkraft Θ_ eingespeist wird, die von dem in der Spule (4) des Eingangswandlers fließenden Wechselstrom herrührt (Fig. 6).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Kreise des Ausgangswandlers nach den gleichen Grundsätzen wie beim Eingangswandler aufgebaut sind.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingzungen an ihren einen Enden Gewichte aufweisen, die zumindest bei einer Zunge zur Abstimmung des Filters auf die geforderte Durchlaßfrequenz verschiebbar ausgebildet sind.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Zungen und der sie verbindende, als Kopplungselement dienende Steg durch die beiden Schenkel eines U-förmigen, längs seiner Basis fest eingespannten Blechstückes verwirklicht sind.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß zur Kompensation von Streukopplungen zwischen den Spulen der elektromagnetischen Wandler eine mit der Spule des Ausgangswandlers in Reihe geschaltete und mit der Spule des Eingangswandlers magnetisch gekoppelte Kompensationswicklung vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feinabstimmung der Streukopplungskompensation die magnetische Streukopplung durch ein Streublech einstellbar ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter als Ganzes unter Zwischen-

schaltung von Federn in einem Apparategehäuse befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 684 244, 854 228; britische Patentschrift Nr. 358 137;

USA.-Patentschrift Nr. 2 001 132;

Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 22, Nr. 6, S. 847 bis 849 (November 1950);

Technische Mitteilungen PTT, herausgegeben von der Schweizerischen Post-, Telegraphen- und Telephonverwaltung, Bd. 30, Nr. 2, S. 41 bis 50 (Februar 1952).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen