DE854228C

DE854228C - Elektro-mechanisches Bandfilter, insbesondere fuer Resonanzrelais

Info

Publication number: DE854228C
Application number: DEL504A
Authority: DE
Inventors: Karl Emden
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1948-11-11
Filing date: 1949-11-30
Publication date: 1952-10-30
Also published as: GB662917A; FR989893A; NL76872C

Description

Die Erfindung betrifft ein elektro-mechanisches Bandfilter, insbesondere für Resonanzrelais, und ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein elektro-mechanisch angeregtes Schwingungssystem besitzt, welches aus zwei anders als senkrecht zueinander angeordneten schwingungsfähigen, mechanischen Gliedern und einem dazwischen angeordneten Kopplungskörper besteht, derart, daß der Quotient aus dem Quadrat des wirksamen Ab-Standes des Schwerpunktes des Kopplungskörpers vom Schwerpunkt des schwingungsfähigen Gliedes und dem Trägheitsmoment des Kopplungskörpers möglichst angenähert gleich dem Kehrwert der Masse des Kopplungskörpers ist.

In der Zeichnung ist schematisch eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen

Fig. ι eine schematische Darstellung eines mechanischen Bandfilters mit in der Wirkungslinie der schwingungsfähigen Gebilde angeordneter Kopplungsmasse,

Fig. 2 ein mechanisches Bandfilter gemäß Fig. 1, jedoch mit einer Kopplungsmasse, die außerhalb der Wirkungslinie der schwingungsfähigen Gebilde angeordnet ist,

Fig. 3 und 4 eine schematische Darstellung eines mechanischen Bandfilters gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine beispielsweise Ausführungsform eines mechanischen Bandfilters gemäß der Erfindung und

Fig. 6 eine Schaltereinrichtung, mit welcher ein mechanisches Bandfilter gemäß Fig. 5 zusammenwirken kann.

Bei dem in der Fig. 1 schematisch dargestellten mechanischen Bandfilter, bestehend aus zwei

schwingenden Massen m, die über Federn / mit einer Kopplungsmasse m_k verbunden sind, muß zur Erreichung der sog. kritischen Kopplung die Kopplungsmasse m_k bekanntlich angenähert gleich dem Produkt Q · tn sein, d. h. dem Produkt aus der sogenannten Kreisgüte Q eines Schwingungskreises und der schwingenden Masse m. Diese Tatsache geht ohne weiteres aus der Analogie mit einem entsprechenden elektrischen Bandfilter hervor, das aus zwei ίο über eine Kopplungsinduktivität L_k miteinander verbundenen, je aus einer Induktivität L und einer Kapazität C aufgebauten Schwingungskreisen besteht und bei dem zur Erreichung der kritischen Kopplung die Kopplungsinduktivität angenähert gleich QL sein muß. Bekanntlich zeichnen sich nun mechanische Resonanzgebilde gegenüber elektrischen Resonanzgebilden dadurch aus, daß der Faktor Q bei den erstgenannten verhältnismäßig sehr hoch ist und beispielsweise iooo betragen kann. Es ao sind also praktisch verhältnismäßig sehr große Kopplungsmassen notwendig, wodurch schwere und viel Raum beanspruchende Geräte entstehen.

Allgemein findet man die sogenannten Höckerfrequenzen W₁ und w₂ einer "Bandfilterkurve bei Veras nachlässigung der Kreisverluste leicht durch Bestimmung der Resonanzfrequenz für die zwei Fälle, in denen di&Schwingungskreise in Phase bzw. in Gegenphase schwingen. Für die Anordnung nach Fig. ι gilt für den Fall, daß die Massen m in Gegenphase schwingen,

'Vl-

Die Kopplungsmasse m_k bleibt in diesem Fall in Ruhe, und die schwingungsfähigen Gebilde schwingen mit ihrer Eigenfrequenz. Schwingen die Massen m hingegen in Phase, so gilt

2tn m_k

Bei einer Bandfilteranordnung ist es wichtig, daß die beiden Höckerfrequenzen W₁ und w₂ nähe beieinander liegen. Dies ist dann der Fall, wenn W₁ angenähert gleich w₂, d. h. wenn der zweite Wurzelfaktor angenähert gleich ι wird, was bedingt, daß m_k >> 2 m sein muß. Wie aus diesen Verhältnissen zu ersehen ist, erfordert eine schmale Bandfilterkurve wiederum eine große Kopplungsmasse m_k.

Gemäß der Anordnung nach Fig. 2 ist die Kopp-

50' lungsmasse m_k außerhalb der Wirkungslinie der. schwingungsfähigen Gebilde angeordnet. Für diesen Fall erhält man für die beiden Höckerfrequenzen die folgenden Ausdrücke:

.^ωι = I/ —

w» =

2w 2 m»-²

)■

Darin bedeuten r den Abstand des Schwerpunktes der Kopplungsmasse m_k von der Wirkungslinie der schwingungsfähigen Gebilde und / das Trägheitsmoment des Kopplungskörpers. Da der eingeklammerte Ausdruck jetzt gegenüber früher ein zusätzliches additives Glied aufweist, ist leicht ersichtlich, daß der Abstand der beiden Höckerfre-.quenzen W₁, W₂ größer geworden ist, d. h. die Bandbreite ist größer geworden. Die Anordnung nach der Fig. 2 ist bezüglich der Bandbreite gegenüber derjenigen der Fig. 1 also ungünstiger.

In den beiden Fig. 3 und 4 werden nun aber gemäß der Erfindung elektromechanische Systeme angegeben, bei denen man mit einem Minimum an Koppiungsmasse auskommt und trotzdem gleichzeitig eine sehr schmale Bandbreite gewinnt. Dadurch wird es möglich, elektro-mechanische Bandfiltereinrichtungen zu entwickeln, die verhältnismäßig sehr klein ausfallen.

Für die Anordnungen gemäß den Fig. 3 und 4 erhält man nämlich als Höckerfrequenzen

(O₁ =

G)₉ =

/ 2 m

mk

Y I

Wird jetzt -jQ — gemacht, so fallen die Höcker-

J K

frequenzen nahe zusammen, ohne daß die Kopplungsmasse m_k besonders groß vorgesehen werden muß. Dies geht daraus hervor, daß jetzt die Differenz zwischen den Zahlenwerten für die Ausdrücke für W₁ und w₂ kleiner geworden ist als für den Fall gemäß fig. 2.

In der Fig. 5 ist eine beispielsweise Aus'führungsform eines erfindungsgemäßen elektro-mechanischen Bandfilters mit zwei elektro-mechanisch angeregten Schwingungssystemen dargestellt. Darin bedeuten ι und 2 je ein Schwingungssystem, bestehend aus je einer U-förmig gebogenen Blattfeder. Diese Blattfedern sind gegen die freien, schwingenden Enden hin verjüngt ausgeführt und weisen im mittleren Teil Bohrungen, beispielsweise 3, 4 für Befestigungsschrauben auf, mittels derer die Blattfedern mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Haiterung verbunden sind. Die Blattfedern können jenoch auch zweiteilig und einzeln befestigt sein. Mit der Halterung sind ferner drei Säulen 5, 6 und 7 aus magnetisch gut leitendem Material mit ihrem hinteren Ende fest verbunden, während an den vorderen Enden der beiden äußeren Säulen 5 und 7 ein Magneteisen 8, bestehend aus lameliiertem Blech, befestigt ist. Dieses trägt oben eine Erregerwicklung 9 und weist unten zwei Polschuhe io, 11 und ein Zwischenpolstück 12 auf, welch letzteres am vorderen Ende der mittleren Säule 6 angeordnet ist. Auf diese Art entstehen zwei Luftspalte 13 und 14, zwischen denen die unteren freien Enden der Blattfedern schwingen können. Auf den hinteren Enden der drei Säulen 5, 6, 7 sind zwei U-förmige Dauermagnete 25, 26 aufgesetzt, von denen der Dauermagnet 25 auf den Säulen 5, 6 und der Dauermagnet 26 auf den Säulen 6, 7 aufliegt. Diese Dauermagnete sind so angeordnet, daß ihre auf der mittleren Säule 6 aufliegenden Pole gleichnamig sind. Durch die beschriebene Anordnung der Dauer-

magnete wird erreicht, daß die beiden Luftspalte 13,

14 mit einem magnetischen Dauerfluß vormagnetisiert sind, welcher das Joch des Erregereisens 8 jedoch nicht durchfließt. Durch den magnetischen Dauerfluß wird erreicht, daß die Schwingungssysteme mit der Erregerstromfrequenz schwingen und nicht mit der doppelten Frequenz, wie es sonst der Fall wäre. Außerdem hat die Anordnung eine große Empfindlichkeit. Die drei Säulen 5, 6, 7, das Erregereisen 8 und die Erregerwicklung 9 sind mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Halterung verbunden und bilden zusammen den gemeinsamen Kopplungskörper m_k für die beiden Schwingungssysteme ι und 2. Die Halterung ihrerseits ist im Apparatgehäuse, beispielsweise unter Verwendung von Gummiteilen, in geringem Umfang beweglich gelagert, damit die ganze als Kopplungskörper bezeichnete Einheit schwingende und translatorische Bewegungen ausführen kann.

Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß die unteren freien Enden der Blattfedern etwas nach unten aus den entsprechenden Luftspalten abgelenkt sind. Durch den Dauerfluß werden diese Enden um einen gewissen Betrag angezogen.

Um diese Ruhelage schwingen die Blattfederenden bei Erregung hin und her, wobei sie stets auf der gleichen Seite des Luftspaltes verbleiben. Bei zu starker Erregung können die Blattfederenden jedoch durch den Luftspalt, hindurchschwingen. In diesem Fall kehren jedoch die durch die magnetischen Flüsse erzeugten Kräfte ihre Richtung um und bremsen die Schwingung ab. Dies hat zur Folge, daß eine unbeabsichtigte mechanische Erregung des zweiten Schwingungssystems erschwert ist, so daß die beiden Schwingungssysteme sich gegenseitig nur wenig beeinflussen können und die Anordnung selektiver wird.

In Fig. 6 ist nun eine Schalteinrichtung dargestellt, mit welcher das in Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße elektro-mechanische Bandfilter zusammenwirken kann. Diese Schalteinrichtung setzt sich aus zwei auf einer Achse 15 lose gelagerten Schwinghebeln 16 bzw. 17 zusammen. Die Achse

15 ist in der nicht dargestellten Halterung des elektro-mechanischen Bandfilters gemäß der Fig. 5 gelagert, und zwar so, daß die hinteren Enden den Schwinghebeln 16, 17 auf den Blattfedern an der in der Zeichnung angedeuteten Stelle leicht aufliegen. Jeder Schwinghebel ist mit einer Klinkenfeder 18 bzw. 19 versehen, die je mit einem nur hälftig verzahnten Zahnrad 20 bzw. 21 zusammenwirken. Diese Zahnräder sind gegeneinander um i8o° versetzt und sitzen auf der Achse 15 fest. Auf der gleichen Achse ist in der Mitte derselben, ebenfalls fest angeordnet, eine Nockenscheibe 22 vorgesehen, die mit einem Schalter 23 zusammenwirkt. Die beschriebene Einrichtung kann Verwendung finden als Empfänger eines Fernsteuersystems. Durch Aussendung eines Steuersignals mit einer ersten Frequenz wird das rechte Schwingsystem 1 und demzufolge auch der rechte Schwinghebel 17 in Schwingung versetzt, und die Klinkenfeder 19 schaltet das nur hälftig verzahnte Zahnrad 21 so lange fort, bis keine Zähne mehr unter die Klinkenfeder 19 zu liegen kommen, d. h. um rund i8o°. In dieser Stellung wird der Schalter 23, durch die Nockenscheibe 22 offen gehalten. Soll derselbe wieder geschlossen werden, so wird ein Steuersignal mit einer zweiten Frequenz ausgesandt und das linke Schwingungssystem 2 und demzufolge auch der linke Schwinghebel 16 in Schwingung versetzt, und die Klinkenfeder 18 schaltet jetzt das Zahnrad 20 so lange fort, bis keine Zähne mehr unter die Klinkenfeder 18 zu liegen kommen. Während der dabei erfolgenden weiteren Verdrehung der Achse 15 fällt der obere Kontakt des Schalters 23 von der Erhebung der Nockenscheibe 22 ab, und der Schalter 23 bleibt bis zur Aussendung eines neuen Öffnungssignals geschlossen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektro-mechanisches Bandfilter, insbesondere für Resonanzrelais, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein elektro-mechanisch angeregtes Schwingungssystem besitzt, welches aus zwei anders als senkrecht zueinander angeordneten schwingungsfähigen mechanischen Gliedern und einem dazwischen angeordneten Kopplungskörper besteht, derart, daß der Quotient aus dem Quadrat des wirksamen Abstandes des Schwerpunktes des Kopplungskörpers vom Schwerpunkt des schwingungsfähigen Gliedes und dem Trägheitsmoment des Kopplungskörpers möglichst angenähert gleich dem Kehrwert der Masse des Kopplungskörpers ist.

2. Elektro-mechanisches Bandfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähigen Glieder des Schwingungssystems aus den Schenkeln einer U-förmig gebogenen Blattfeder bestehen, deren Joch am Kopplungskörper befestigt ist.

3. Elektro-mechanisches Bandfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingungsfähigen Glieder des Schwingungssystems aus je einer geraden Blattfeder bestehen, die je mit ihrem einen Ende mit dem Kopplungskörper verbunden ist.

4. Elektro-mechanisches Bandfilter nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein freies Blattfederende zwischen Polschu- nohen eines elektromagnetischen Systems angeordnet ist und durch dasselbe erregt wird.

5. Elektro-mechanisches Bandfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Polschuhen angeordnete Blattfederende in der Ruhelage aus dem Luftspalt abgelenkt ist, derart, daß bei Erregung der Blattfeder eine begrenzende Wirkung auf die Schwingungsamplitude stattfindet und ein Anschlagen des Blattfederendes an Teilen des elektromagnetisehen Systems ausgeschlossen ist.

6. Elektro-meichanisches Bandfilter nach Anspruch ι oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische System und dessen Halterung den Kopplungskörper bilden.

7· Elektro-mechanisches Bandfilter nach Anspruch ι oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je Schwingungssystem ein Dauermagnet vorgesehen und so angeordnet ist, daß der Dauerfluß nur quer durch das erregte Ende der Blattfeder geht, derart, daß das Eisenjoch des elektromagnetischen Systems keinen Dauerfluß führt.

8. Elektro-mechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Schwingungssysteme mit Blattfedern parallel nebeneinander angeordnet sind,

wobei die einen freien Federenden durch ein gemeinsames* Elektromagnetsystem erregt werden, während auf den nichterregten Blattfedern bzw. Blattfederteilen Tasthebel aufliegen, die über mit ihnen verbundene Klinkenfedern je ein hälftig verzahntes Zahnrad, deren verzahnte Umfange gegeneinander um rund i8o° versetzt sind, antreiben und eine Achse mit einem Steuernokken für einen Schalter verdrehen, derart, daß durch die Ausschläge des einen Tasthebels der Schalter eingeschaltet und durch die Ausschläge des zweiten Tasthebels der Schalter ausgeschal- as tet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen