DE1248349B - Procedure for setting the temperature coefficient of the natural frequency of metallic mechanical oscillators as precisely as possible - Google Patents
Procedure for setting the temperature coefficient of the natural frequency of metallic mechanical oscillators as precisely as possibleInfo
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- DE1248349B DE1248349B DE1963V0023975 DEV0023975A DE1248349B DE 1248349 B DE1248349 B DE 1248349B DE 1963V0023975 DE1963V0023975 DE 1963V0023975 DE V0023975 A DEV0023975 A DE V0023975A DE 1248349 B DE1248349 B DE 1248349B
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANiD DEUTSCHES fllV PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY iD GERMAN FLlV PATENT OFFICE
Ini.C:Ini.C:
Nummcr Aktenzeichen:Number File number:
Anmcldctag; Auslege tag:Registration day; Design day:
12433491243349
V 23975 IX a/42 sV 23975 IX a / 42 p
23.Aprfll963April 23, 1963
24.Augurt 1967August 24, 1967
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur möglichst genauen Einstellung des TcmpenituikoefB· zicntcn der Eigenfrequenz (ΓΚΛ von mechanischen mctanischeo Schwingern auf am Wert Noll oder emeu vorgegebenen kleinen positiven oder negativen s WertThe invention relates to a method for setting the TcmpenituikoefB · zicntcn of the natural frequency (ΓΚΛ of mechanical mechanical oscillators as precisely as possible to a small positive or negative value given at the Noll or emeu value
Bekanntlich werden elektrische SchwingelerDeoie in zunehmendem MaBe durch mechanische Schwinger erselzl. Der Einsatz von mechanischen Schwingern wird unier anderem deshalb für vorteflhaft je- lallen, weil bei einer Reihe von metallischen Werk· stoffen der Tcmpcraturkocffiaeni der Eigenfrequenz sehr kleb gwnacht werden kann, so daß ein solcher mechanischer Schwinger im Gegensatz zu elektrischen Schwingkreisen von einem Tcmpcraturwechsel to seiner immittelbaren Umgebung our wenig beeinflußt wird.As is well known, electric vibrators are deoie to an increasing extent by mechanical oscillators. The use of mechanical transducers is therefore advantageous for every babble because a number of metallic works substances of the Tcmpcraturkocffiaeni of the natural frequency can be observed very sticky, so that such a mechanical oscillator in contrast to electrical Oscillating circles from a temperature change to its immediate surroundings our is little influenced.
Ei sind z. B. mechanische Schwingclcmcntc aas meiallJscbcr Legierung auf Nickcl-Ehen-Baris mit Morybdinznsatz bekannt. Diese Legierungen weisen nach geeigneter Verarbeitung einen sehr kleinen Tempera tür koefftzlcnten der Eigenfrequenz (2"JQ mit etwa 5 bis 10· 1O-0Z0C m einem Temperatarinlfirvall von etwa -60 bi$ +IA)0C auf.Egg are z. B. mechanical Schwingclcmcntc aas meiallJscbcr alloy on Nickcl-Ehen-Baris with Morybdinznsatz known. After suitable processing, these alloys have a very small temperature coefficient of the natural frequency (2 "JQ with about 5 to 10 · 10 -0 Z 0 C with a temperature range of about -60 to + IA) 0 C.
Bei den bisher benutzten Verfahren zur Herstellung von mechanischen Schwingern oder Resonatoren aus geeignetem Sthwmßcrwcrkstofi mit vorIn the previously used processes for the production of mechanical oscillators or resonators from suitable steel material Vcrfahrcn zur möglichst genauen Einstellung des TemperatuTkoeffizienten dec Eigenfrequenz von metallischen mechaoJschea SchwingernProcedure for setting the as precisely as possible Temperature coefficient dec natural frequency of metallic mechaoJschea oscillators
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VACUUMSCHMELZE Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Hanau/M., Grüner Weg 37VACUUM MELT Company with limited liability, Hanau / M., Grüner Weg 37
Als Erfinder benannt: Lothar Jung, Hanau/M.Named as inventor: Lothar Jung, Hanau / M.
gg Schwingfrequeoz und bestimmter Tempc-gg oscillation frequency and certain temp-
raturabhingigkeit der Schwingfrequenz wurden die Tetnperarurkoctüzlcntcn durch eine entsprechende abechlicßcndc Wärmebehandlung an des gewünschten Wert des Tcmpcraturkoeffizknten angenähert. Es zeigte »ch aber, daß durch icrtignngstcchnischc Maßnahmen bei der Werkstoff- and ScfawingerbersleUung Streuungen der Wcrkstoffeiieoichafteo, 3S wie sie z. B. fan Hinblick auf die Schallgeschwindigkeit und den Tenaperaturkociflkntcn, nicht zu rermeidcn waren.Depending on the temperature of the oscillation frequency, the temperature coefficient was brought closer to the desired value of the temperature coefficient by means of a corresponding gradual heat treatment. It was "ch but that by icrtignngstcchnischc measures of materials and ScfawingerbersleUung scattering of Wcrkstoffeiieoichafteo, 3S as such. B. could not be avoided with regard to the speed of sound and the Tenaperaturkociflkn.
Nach dem Stand der Technik wird der Sticoung der Schallgeschwindigkeit dadurch Rechnung ge* tragen, daß z. B. beim Frcquenzabgleich der Schwtngelentente die Schwankungen der Schallgeschwindigkeit durch eine individuelle Korrektor der Lange des Schwingerkörpers kompensiert werden.According to the state of the art, the Sticoung the speed of sound due to the fact that z. B. when the frequency adjustment Schwtngelentente the fluctuations in the speed of sound through an individual corrector the length of the transducer body can be compensated.
Dagegen konnten Streuungen des Temperaturkocffeicritcn der Eigenfrequenz von Schwingern, die aus dem gleichen Material hergestellt waren, bisher nicht ausgeglichen werden.On the other hand, variations in the temperature coefficient of the natural frequency of oscillators which were made of the same material, so far not be compensated.
Nach einem älteren Vorschlag wird beim Aufbau von Schwingern die Einstellung des Temperaturkocfnzjcntcn auf einen vorgegebenen Wert dadurch erreicht, daß man die Anisotropie des TcmperaiurAccording to an older proposal, when setting up oscillators, the setting of the temperature limit to a predetermined value is thereby achieved achieves that the anisotropy of the Tcmperaiur koefftoentcn ausnutzt Bei diesen Verfahren wird der Verlauf der Anisotropie des Temperatnrkocffizicntcn in Abhängigkeit vom Winkel zur WaIznchtung innerhalb eines Blcchstreifcns bestimmt und das Material fur das Scbwingeiemcot dann unter einem solchen Winkel zur Walzricbtung aus dem Blechstreifen entnommen, daß der gewünschte Wert des TcmpcTBtuTkocffizictHcn erhatten wird.koefftoentcn is used in this process the course of the anisotropy of the temperature coefficient as a function of the angle to the rolling direction within a strip of wood is determined and the material for the swing egg emcot then under taken from the sheet metal strip at such an angle to the rolling direction that the desired value des TcmpcTBtuTkocffizictHcn is received.
Dieses ältere Verfahren laßt steh jedoch nicht bei bereits vorgefertigten mechanischen Schwing· elementen benutzen, sondern nur bei Bändern und Blechen. Es ist aber fur RundmcUll als Aasgangs· werkstoff nicht geeignet. FUr die Herstellung voa Schwingerkörpern ist Jedoch vielfach die Verwendung von Rundmctall vortcübaft.However, this older method does not fail use for pre-fabricated mechanical vibrating elements, but only for belts and Sheet metal. But it is for waste disposal as a source of material not suitable. For the manufacture of oscillating bodies, however, the use of round metal is often recommended.
Eiflndungagem&ß werden in den aus einer Legierung aas etwa 40»/« Nickel, etwa 9*/· Molybdän, etwa 0,5·/· Beryllium, etwa 0,7*/· Mangan, etwa 0,4·/« Silizium und Rest Eisen hergestellten Schwin· gcrkörpcrn zwischen Mantclfl^chco und Kcrnzoncn Inhomogenitäten hervorgerufen, indem aus dem Gußbarren der angegebenen Legierung über Warm· uod gegebenenfalls Kaltverformung ein Rundstab hergestellt, dieser bei einer Temperaair voa etwa 10500C in Wasserstoffatmosphärc zur Homogenisierung geglüht, anschließend an Luft abgekühlt, darauf gegebeaenfalts kaltverfottnt und danach etwa 30 Minuten bei etwa 600 bis 700° C in Wasserstoff· atmosphäre angelassen wird und in dem von dem auf die gewünschte Länge geschnittenen Schwingerkörper die Mantclflächcnschicht ganz oder teilweise so stark abgetragen, bzw. der Kern so weit ausgebohrt wird, bis sich der Temperaturkoeffizient auf den gewünschten Wert vergrößert bzw. verkleinert hat.Foundations are made of an alloy as about 40% nickel, about 9% molybdenum, about 0.5% beryllium, about 0.7% manganese, about 0.4% silicon and the rest iron produced oscillations · gcrkörpcrn caused between Mantclfl ^ CHCO and Kcrnzoncn inhomogeneities by prepared from the cast ingots of the specified alloy via hot · UOD optionally cold working, a round bar, this at a Temperaair VOA about 1050 0 C in Wasserstoffatmosphärc for homogenization annealed, then cooled in air , then cold-faced and then tempered for about 30 minutes at about 600 to 700 ° C in a hydrogen atmosphere and the surface layer of the transducer body cut to the desired length is completely or partially removed or the core is drilled out so far until the temperature coefficient has increased or decreased to the desired value.
THfWODTHfWOD
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher kristallograpsichen Gefugeanordnung zurückführenThe invention can be traced back in more detail to the crystallographic structure of the structure with reference to the drawings
erläutert. lassen. Die Mantelfläche des mit derartigen In-explained. permit. The outer surface of the with such in-
Abb. 1 zeigt den Querschnitt des erfindungs- homogenitäten hergestellten Schwingelementes wird,Fig. 1 shows the cross section of the oscillating element produced according to the invention,
gemäßen Schwingelementes in Form eines Rund- wie vorstehend bereits ausgeführt, abgetragen oderappropriate vibrating element in the form of a round as already stated above, removed or
Stabes. Mit da ist der Anfangsaußendurchmesser und 5 der Kern des Stabes achsparallel ausgebohrt, um dasStaff. With d a the initial outer diameter and 5 the core of the rod is bored out axially parallel to the
mit de der Enddurchmesser bezeichnet, der sich nach Verhältnis der Inhomogenitäten zu ändern und damitwith d e denotes the final diameter, which changes according to the ratio of the inhomogeneities and thus
Abtragen der Mantelschicht ergibt; den TKS des Schwingelementes innerhalb eines ge-Removal of the coat layer results; the TK S of the vibrating element within a
A b b. 2 zeigt in einer allgemeinen grafischen Dar- wissen Bereiches in gewünschter Weise zu variieren,A b b. 2 shows in a general graphical display of the range in the desired way to vary,
stellung die Abhängigkeit des TK1 vom Verhält- In den folgenden Beispielen wird das erfindungs-position the dependence of the TK 1 on the ratio- In the following examples, the invention
nis de: da eines Rundstabes; io gemäße Verfahren zur Einstellung eines vorgege-nis d e : d a of a round rod; Proper procedure for setting a pre-
A b b. 3 zeigt die Längsansicht eines Rundstabes. benen TKf in Schwingelementen veranschaulicht.A b b. 3 shows the longitudinal view of a round bar. benen TK f illustrated in vibrating elements.
Mitl ist die Länge des Stabes, mitdfl der anfäng- Zugleich wird in den Beispielen ausgeführt, wie imMitl is the length of the rod, mitd fl is the beginning
liehe Außendurchmesser und mit de der Enddurch- Zusammenhang mit der Einstellung eines bestimmtenborrowed outside diameter and with d e the final diameter related to the setting of a certain
messer nach Abtragen der Mantelschicht bezeichnet; TKf auch die Sollfrequenz der Schwingelemente ein-knife after removal of the coat layer; TK f also set the target frequency of the vibrating elements
A b b. 4 zeigt in grafischer Darstellung die Ab- 15 gestellt werden kann. Die Einstellung der SoIlhängigkeit des TK1 vom Verhältnis de: da des im frequenz durch Änderung der Schwingerlänge ist Beispiel 1 behandelten Rundstabes von 8 mm An- bekannt; denn nach der Gleichung, z. B. für Torfangsdurchmesser; sionsschwinger:A b b. 4 shows a graphic representation that can be turned off. The setting of the independence of TC 1 on the ratio d e : d a of the rod of 8 mm treated in frequency by changing the transducer length is known in Example 1; because according to the equation, e.g. B. for gate diameter; sion oscillator:
Abb. 5 zeigt in grafischer Darstellung die Ab- .—Fig. 5 shows a graphic representation of the.
hängigkeit des TKf vom Verhältnis de: da des im 20 /— ]/ ,dependence of TK f on the ratio d e : d a des im 20 / -] /,
Beispiel 2 behandelten Rundstabes von 6 mm An- 2 / [' ρ
fangsdurchmesser;Example 2 treated round rod of 6 mm diameter 2 / [' ρ
catch diameter;
A b b. 6 zeigt in grafischer Darstellung die Ab- in der / die Eigenfrequenz, / die Schwingeriänge,
hängigkeit des TKf vom Verhältnis des inneren G den Schubmodul und ρ die Dichte des Schwinger-Durchmessers
di zum äußeren Durchmesser da des 25 materials bedeutet, ist die Eigenfrequenz umgekehrt
im Beispiel 3 behandelten, 9 mm dicken und mit proportional der Schwingerlänge,
einer zentralen Bohrung versehenen Rundstabes; Das den nachstehenden Beispielen 1 bis 3 zu-A b b. 6 shows a graphical representation of the / the natural frequency / the oscillation length, the dependence of the TK f on the ratio of the inner G, the shear modulus and ρ the density of the oscillator diameter di to the outer diameter d a of the material is Natural frequency inversely treated in example 3, 9 mm thick and proportional to the transducer length,
a central hole provided round rod; The following examples 1 to 3 to-
A b b. 7 zeigt den Querschnitt des im Beispiel 3 gründe liegende Material für die SchwingelementeA b b. 7 shows the cross section of the material used for the vibrating elements in example 3
behandelten Rundstabes mit dem Außendurch- besteht aus einer aushärtbaren Nickel-Eisen-Le-treated round rod with the outer diameter consists of a hardenable nickel-iron-metal
messer da und mit dem Innendurchmesser d{. 30 gierung mit 40,5% Nickel, 9,02% Molybdän, 0,5%knife d a and with the inner diameter d { . 30 alloy with 40.5% nickel, 9.02% molybdenum, 0.5%
Das allgemeine Erfindungsprinzip läßt sich bei- Beryllium, 0,7% Mangan, 0,4% Silizium, RestThe general principle of the invention can be applied to beryllium, 0.7% manganese, 0.4% silicon, remainder
spielhaft an Hand der Abb. 1 und 2 erläutern. In Eisen.explain in a playful way using Figs. 1 and 2. In iron.
A b b. 1 wird der Querschnitt eines solchen Schwing- Beispiel 1A b b. 1 is the cross-section of such an oscillating example 1
elementes in Form eines Rundstabes gezeigt. Dieser ^ element shown in the form of a round rod. This ^
Rundstab hat einen anfänglichen Außendurch- 35 Es sei ein Biegeschwinger in Form eines Rundmesser
da, der im Laufe einer Mantelflächen- Stabes nach A b b. 3 mit einem TKf
<C · 10~7/° C abtragung auf einen Enddurchmesser de absinkt. und einer Sollfrequenz von 10 kHz zu erstellen.
Verfolgt man den TKf eines solchen Rundstabes mit Hierzu wurde die obige Legierung erschmolzen
abnehmendem Durchmesser, indem man das Ab- und aus dem Gußbarren über entsprechende Warmtragen
der Mantelfläche periodisch unterbricht und 40 und Kaltverformungen ein Rundstab mit 9 mm
den Wert des TKf feststellt, so erhält man z. B. die Durchmesser hergestellt. Der Draht wurde 1 Stunde
in A b b. 2 wiedergegebene Abhängigkeit des TKf bei 1050° C in einer Wasserstoffatmosphäre gevon
dem Durchmesserverhältnis de : da in Form glüht. Anschließend wurde an Luft abgekühlt und
einer durch die Punkte α und b gehende Kurve. eine Kaltverformung von 21% vorgenommen, soRound rod has an initial outer diameter 35 Let it be a flexural oscillator in the form of a round knife d a , which in the course of a surface rod according to A b b. 3 with a TK f <C · 10 ~ 7 / ° C removal to a final diameter d e . and a target frequency of 10 kHz.
If one follows the TK f of such a round rod with this was added the above alloy melted decreasing diameter, by interrupting the exhaust and out of the cast ingot via respective hot wearing the jacket surface periodically and 40 and cold deformation determines a round rod with 9 mm the value of TK f, so you get z. B. made the diameter. The wire was in A b b for 1 hour. 2 dependence of the TK f at 1050 ° C in a hydrogen atmosphere on the diameter ratio d e : d a glows in the form. This was followed by cooling in air and a curve passing through points α and b. carried out a cold deformation of 21%, so
Das Sehwingelement besitzt nach A b b. 2 mit 45 daß ein Draht mit 8,0 mm Durchmesser vorlag. AnAccording to A b b. 2 with 45 that a wire with a diameter of 8.0 mm was present. At
einem Außendurchmesser da einen negativen Tempe^ einer Probe des so behandelten 8 mm starkenan outer diameter d a a negative Tempe ^ a sample of the thus treated 8 mm
raturkoeffteienten, der dem Punkt α der Kurve in Drahtes wurde die Mantelfläche abgetragen undraturkoeffteienten, the point α of the curve in wire, the surface area was removed and
A b b. 2 entspricht. Durch Abtragen der Mantel- der TKf bestimmt. A b b. 4 zeigt die AbhängigkeitA b b. 2 corresponds. Determined by removing the coat- the TK f . A b b. 4 shows the dependency
fläche wird der Betrag des negativen Temperatur- des TKf von dem Verhältnis d6 : da. Der obenkoeffizienten verhältnismäßig rasch kleiner, um bei 50 benannte Draht mit einem da — 8 mm besaß einenarea is the amount of the negative temperature of the TK f from the ratio d 6 : d a . The above coefficient relatively quickly smaller, around 50 named wire with ad a - 8 mm possessed a
einem bestimmten Verhältnis de: da am Punkt b in negativen TKf von etwa — 1 · 10~e/° C entsprechendcorresponding to a certain ratio d e : d a at point b in negative TK f of about - 1 · 10 ~ e / ° C
A b b. 2 durch Null zu gehen. Ein weiteres Abtragen dem Punkt e in A b b. 4. Durch ein Abtragen derA b b. 2 to go through zero. Another removal of point e in A b b. 4. By removing the
der Mantelfläche des Schwingelementes läßt den Mantelfläche wurde der TKt positiver, um amthe outer surface of the vibrating element leaves the outer surface, the TK t was more positive to am
Temperaturkoeffizienten positiv werden. Die in und die Werkstoffdichte ρ mit 8,25 g/cm3 ermittelt. A b b. 2 gezeigte Kurve kann im Einklang mit dem 55 Null zu gehen. Dieser Angabe ist zu entnehmen, daßTemperature coefficients become positive. The in and the material density ρ was determined to be 8.25 g / cm 3 . A b b. 2 curve shown can go in line with the 55 zero. This information shows that
Erfindungsgedanken auch völlig im Gebiet des posi- der Anfangsdurchmesser des Drahtes von 8 mmThe idea of the invention is also entirely in the area of the positive starting diameter of the wire of 8 mm
tiven bzw. negativen Temperaturkoeffizienten der entsprechend dem Verhältnis άέ'.άα — 0,885 auftive or negative temperature coefficients of the corresponding to the ratio ά έ '.ά α - 0.885
Eigenfrequenz liegen. einen Enddurchmesser von 7,08 mm zu verringernNatural frequency lie. to reduce a final diameter of 7.08 mm
Die Ursache für die Änderung des TKf durch ist, um die eingangs erhobenen Forderungen nach Abtragen der Mantelfläche oder durch Ausbohren 60 der Einstellung eines TKf < 1 · 1O~7/0 C zu erfüllen,The cause of the change in the TK f is carried to the initially raised demands for removal of the casing surface or by drilling 60 of the setting of a TK f <1 x 1O ~ 7 / to satisfy 0 C,
des Schwingerkörpers dürfte in Inhomogenitäten des Für die Biegeschwinger war neben demof the transducer body is likely to be in inhomogeneities for the flexural transducer was next to the
Schwingermaterials begründet liegen. Es wird daher ^ o Schwingermaterial lie justified. It is therefore ^ o
angestrebt, in den Schwingelementen zwischen ober- J a, <. 1 · lü / L.aspired to in the oscillating elements between upper- Y a, <. 1 lü / L.
flächen- und achsnahen Bereichen in ihrer Größe noch eine Sollfrequenz von 1OkHz gefordert. Zur sich ändernde Inhomogenitäten einzubringen oder 65 Erfüllung dieser Forderung wurde zunächst derAreas close to the surface and the axis still require a nominal frequency of 10 kHz in terms of their size. To the to introduce changing inhomogeneities or 65 fulfillment of this requirement was initially the
hervorzurufen, die sich auf Spannungsunterschiede dynamische Elastizitätsmodul mit 18 610 kg/mm2 cause the dynamic modulus of elasticity to be 18,610 kg / mm 2
und/oder auf Konzentrationsunterschiede der Le- und die Werkstoffdichte ρ mit 8,25 g/cm3 ermittelt,and / or based on the concentration differences between the Le and the material density ρ as 8.25 g / cm 3 ,
gierungskörner und/oder auf Unterschiede in der Aus diesen Größen und den bekannten Beziehungenalloy grains and / or differences in the structure of these variables and the known relationships
zwischen Elastizitätsmodul, Dichte, Frequenz und Drahtdurchmesser wurde dann die Länge des Schwingstabes mit 54,45 mm ermittelt.between the modulus of elasticity, density, frequency and wire diameter was then the length of the Vibrating rod was determined to be 54.45 mm.
Es sei ein Torsionsschwinger herzustellen, dessen TKf zur Kompensation der gegenläufigen Frequenzänderung der elektromechanischen Wandler bei Temperaturänderung den BetragA torsional oscillator is to be produced whose TKf is the amount to compensate for the opposite frequency change of the electromechanical transducers when the temperature changes
TKf= + 1 · 10-5/0C TKf = +1 x 10-5 / 0 C
aufweisen soll. Die gewünschte Sollfrequenz dieses Torsionsschwingers möge 100 kHz betragen.should have. The desired setpoint frequency of this torsional oscillator may be 100 kHz.
Aus dem bezeichneten Legierungsmaterial wurde ein Runddraht von 9,0 mm Durchmesser hergestellt. Der Draht wurde ebenso wie im Beispiel 1 1 Stunde bei 1050° C in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht und danach an Luft abgekühlt. Der Draht wurde dann in zwei Zügen auf 6 mm Durchmesser, entsprechend einer Kaltverformung von etwa 55%, heruntergezogen, anschließend V2 Stunde bei 700° C in einer Wasserstoffatmosphäre angelassen und im Ofen abgekühlt.A round wire with a diameter of 9.0 mm was produced from the alloy material indicated. As in Example 1, the wire was annealed for 1 hour at 1050 ° C. in a hydrogen atmosphere and then cooled in air. The wire was then drawn in two puffs to 6 mm in diameter, accordingly a cold deformation of about 55%, pulled down, then V2 hours at 700 ° C tempered in a hydrogen atmosphere and cooled in the furnace.
Dieser so behandelte 6 mm starke Draht wies einen TKf von etwa +2,4 · 10~β/° C entsprechend Punkt / der Abb. 5 auf. Durch ein Abtragen der Mantelfläche stieg der TKf in Abhängigkeit von dem Verhältnis de : da längs der in A b b. 5 gezeichneten Kurve. Aus dieser Kurve ist zu entnehmen, daß der geforderte TKf von +1 · IO-5/0 C bei einem Verhältnis de:da = 0,815 auftritt. Das bedeutet, daß der Anfangsdurchmesser des Drahtes von 6 mm auf 4,9 mm zu reduzieren ist, um den geforderten XTrWert zu erhalten.This 6 mm thick wire treated in this way had a TK f of approximately +2.4 · 10 −8 β / ° C. corresponding to point / of Fig. 5. By removing the surface area, the TK f increased as a function of the ratio d e : d a along the line in A b b. 5 curve drawn. From this curve it can be seen that the required TK f +1 · IO 5/0 C at a ratio of d e: d a = 0.815 occurs. This means that the starting diameter of the wire has to be reduced from 6 mm to 4.9 mm in order to obtain the required XT r value.
Für diesen Torsionsschwinger war neben dem TKf= +1 · 10-5/°C noch eine Sollfrequenz von 100 kHz gefordert. Es wurde daher in dem auf 4,9 mm reduzierten Runddraht die Schallgeschwindigkeit c zu 2,9424 km/s bestimmt und aus der bekannten Beziehung c = / · λ die Schwingerlänge zu 14,712 mm errechnet.For this next to the torsional oscillator TKf = + 1 · 10 -5 / ° C have a nominal frequency of 100 kHz was required. The speed of sound c in the round wire reduced to 4.9 mm was therefore determined to be 2.9424 km / s and the transducer length of 14.712 mm was calculated from the known relationship c = / · λ.
Es sei ein Längsschwinger mit einem 77£rBetrag kleiner als 1 · 10~7/°C und einer Sollfrequenz von 5OkHz gefordert. Hierzu wurde ein Runddraht von 9 mm Durchmesser aus der obengenannten Legierung hergestellt. Der Draht wurde 1 Stunde bei 1100° C in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht und danach an Luft abgekühlt und 30 Minuten bei 600° C in einer Wasserstoffatmosphäre angelassen. Ein so behandelter 9 mm starker Draht hatte einen TKf von +3,2· ΙΟ"6/0 C entsprechend Punkt ο in der Abb. 6. Bohrt man in einem Probestück entsprechend A b b. 7 den Kern bis zu einem inneren Durchmesser dt aus, so kann man ebenfalls eine Abhängigkeit des TKf von dem Verhältnis dt: da feststellen. Für den so erhaltenen 9 mm starken Draht ergibt sich, daß durch eine Ausbohrung der TKf erniedrigt werden kann entsprechend dem Kurvenverlauf ο bis q in Abb. 6. Bei einem Verhältnis di: da = 0,723, entsprechend Punkt q, würde ein solcher Draht den 77£rWert Null besitzen.It is called a longitudinal oscillator with a 77 £ r amount is less than 1 × 10 -7 / ° C and a target frequency of 5OkHz. For this purpose, a round wire with a diameter of 9 mm was produced from the above-mentioned alloy. The wire was annealed for 1 hour at 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere and then cooled in air and tempered for 30 minutes at 600 ° C. in a hydrogen atmosphere. A so-treated 9 mm thick wire had a TK + f of 3.2 x ΙΟ "6/0 C corresponding to point ο in Fig. 6. drilling expected in a sample according to A b b. 7 the core to an inner diameter d t off, one can also determine a dependency of the TKf on the ratio d t : d a . For the 9 mm thick wire obtained in this way, the result is that the TK f can be reduced by drilling in accordance with the curve ο to q in 6. At a ratio di Fig: d a = 0.723, q corresponding point, would have such a wire 77 to £ r value zero..
Für den vorstehend als Beispiel angegebenen Längsschwinger war neben einem TKf<i 1 · 10~7/° C eine Sollfrequenz von 50 kHz gefordert worden. Um die genaue Länge des Schwingstabes bestimmen zu können, wurde in dem 9 mm starken Runddraht, der entsprechend dem oben angegebenen Verhältnis di: da = 0,723 mm eine axiale Bohrung von 6,5 mm erhalten hatte, die Schallgeschwindigkeit zu 4,605 km/s gemessen. Aus der bekannten Beziehung c = j-X errechnete sich dann die Schwingerlänge zu 46,05 mm. Dieser Schwinger mit einer Länge von 46,05 mm, mit einem Außendurchmesser da = 9 mm und einem Innendurchmesser dt = 6,5 mm, besaß, wie gefordert, eine Eigenfrequenz von 5OkHz und einen TK, <1 · 10"V0C.For the above example longitudinal oscillator <i was 1 × 10 -7 been demanded ° C, a nominal frequency of 50 kHz / next to a TK f. In order to be able to determine the exact length of the vibrating rod, the speed of sound at 4.605 km / s was measured in the 9 mm thick round wire, which had received an axial bore of 6.5 mm according to the ratio di : d a = 0.723 mm given above . From the known relationship c = jX , the transducer length was then calculated to be 46.05 mm. This transducer with a length of 46.05 mm, with an outer diameter d a = 9 mm and an inner diameter d t = 6.5 mm, had, as required, a natural frequency of 50 kHz and a TC <1 · 10 "V 0 C.
Im Hinblick auf das Beispiel 3 sei betont, daß Ausbohrungen bei Schwingelementen zur Änderung der Kopplung von Schwingelementen eines mechanischen Filters bekannt sind. Eine solche Ausbohrung jedoch zur Variation des 77£rWertes eines Schwingelementes vorzunehmen, war bisher nicht bekannt.With regard to Example 3, it should be emphasized that bores in vibrating elements for changing the coupling of vibrating elements of a mechanical filter are known. However, to make such a bore 77 for varying the £ r value of an oscillating element was not previously known.
Das im Beispiel 2 beschriebene Schwingelement hatte eine Länge von 14,712 mm und einen Durchmesser von 4,9 mm. Es stellt rein gewichtsmäßig nur einen sehr kleinen Bruchteil eines für diese Legierungszusammensetzung üblichen Schmelzgewichtseinsatzes dar. Ausgehend von z. B. 100 kg Schmelzeinsatz könnte daher eine Vielzahl solcher Elemente hergestellt werden, deren jeweiliger 77£rWert, bedingt durch die jeder großtechnischen Produktion innewohnenden Streuung von Eigenschaftswerten, nur innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches zu liegen käme.The vibrating element described in Example 2 had a length of 14.712 mm and a diameter of 4.9 mm. In purely weight terms, it represents only a very small fraction of the usual melt weight use for this alloy composition. B. 100 kg fusible link therefore a variety of such elements could be produced, the respective 77 £ r value, due to the inherent scatter of property values in any large-scale production, would only be within a certain tolerance range.
Auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens können trotz voneinander abweichender Werte des TKf des Ausgangsmaterials in einfacher Weise Schwingelemente hergestellt werden, die praktisch alle den gleichen TKf aufweisen und daher zum Aufbau hochwertiger Schwinger- oder Resonatoranordnungen zu verwenden sind.Due to the method according to the invention, vibrating elements can be produced in a simple manner despite differing values of the TC f of the starting material which practically all have the same TC f and can therefore be used to build high-quality vibrator or resonator arrangements.
Claims (3)
Nachrichtentechnische Fachberichte (NTF), Bd. 19,Documents considered: German Auslegeschrift No. 1147 335; U.S. Patent Nos. 1,880,923, 1882,398, 482;
Communications technical reports (NTF), Vol. 19,
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1963V0023975 DE1248349B (en) | 1963-04-23 | 1963-04-23 | Procedure for setting the temperature coefficient of the natural frequency of metallic mechanical oscillators as precisely as possible |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1963V0023975 DE1248349B (en) | 1963-04-23 | 1963-04-23 | Procedure for setting the temperature coefficient of the natural frequency of metallic mechanical oscillators as precisely as possible |
Publications (1)
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ID=603010
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1880923A (en) * | 1930-09-04 | 1932-10-04 | George Fabyan | Compensated tuning fork |
| US1882398A (en) * | 1928-08-17 | 1932-10-11 | Pierce George Washington | Magnetostrictive vibrator |
| US2673482A (en) * | 1950-10-19 | 1954-03-30 | Bell Telephone Labor Inc | Vibrating reed device |
| DE1147335B (en) * | 1961-07-12 | 1963-04-18 | Telefunken Patent | Mechanical frequency filter, especially high frequency filter |
-
1963
- 1963-04-23 DE DE1963V0023975 patent/DE1248349B/en active Pending
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