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Verfahren und Einrichtung zur Stabilisierung der Frequenz von einfachen elektrischen Oszillatoren
Die einfachen elektrischen Oszillatoren, beispielsweise 50 Hz-Normalfrequenzoszillatoren, wurden bisher gänzlich vernachlässigt und für jede anspruchsvolle Anwendungsmöglichkeit gemieden. Der Grund dafür lag sowohl in einer vollkommenen Instabilität der Frequenz dieser Oszillatoren als auch in der Ermangelung von andauernd verlässlichen, der grundsätzlichen Einfachheit der Oszillatoren angemesseneu S tabilisiereinrichtungen.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Stabilisierung der Frequenz von einfachen elektrischen Oszillatoren, so dass es möglich ist, eben solche einfache elektrische Oszillatoren auch für höhere Genauigkeitsansprüche heranzuziehen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine durch die Oszillatorfrequenz hervorgerufene mechanische Bewegung in zwei Bewegungszweige aufgeteilt wird, von welchem der eine von einem Gangregler reguliert wird, wobei durch jede Abweichung der beiden Zweige voneinander der die Oszillatorfrequenz bestimmende Kreis durch Änderung der Kapazität oder Induktivität bzw. Kapazität oder des Widerstandes automatisch nachgestimmt wird.
Die Schwankungen der Oszillatorfrequenz werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren mit einer durch das Divergeren von zwei mechanischen Bewegungen hervorgerufenen negativen Rückkopplung ausgeglichen, und so-
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rens, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein vom Oszillator angetriebener Synchronmotor vorgesehen ist, der einerseits über eine Federkupplung im Eingriff mit einem vom Gangregler überwachten Rad eines Differentialgetriebes und anderseits über ein Zwischenrad bei gleichem Übersetzungsverhältnis mit dem zweiten Rad des Differentialgetriebes im Eingriff steht, dessen Planetenrad auf seiner Welle ein Segment trägt, mit welchem der die Oszillatorfrequenz bestimmende Kreis beeinflussbar ist.
Im nachfolgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, worin Fig. 1 ein Schema der neuen Einrichtung im Schnitt und Fig. 2 ein Detail des Reguliersegmentes im magnetischen Kreis einer Spule veranschaulicht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung verwendet als Zeitbasis den Gangregler 1, wie z. B. eine Unruhe oder ein Pendel, der einen Regulierhebel 2 trägt. Das Ritzel 3 des Steigrades kämmt mit einem Zahnrad 4 des Differentialgetriebes. Das Rad 4 leitet seine Bewegung mittels eines andern Ritzels 5 vonder Federkupplung 6 ab, deren Feder 7 vom Zahnrad 8 nachgezogen wird. Dieses Zahnrad 8 kämmt mit einem Ritzel 9 desSynchronmotors 10, dessen zweites Ritzel 11 über einZwischenrad 12 und ein geeignet gewähltes Übersetzungsgetriebe 13,14 mit dem zweiten Zahnrad 15 desDifferentialgetriebes kämmt.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 9 und dem Zahnrad 4 des Differentialgetriebes ist dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 11 und dem zweiten Zahnrad 15 des Differentialgetriebes äquivalent. Das Zwischenrad 12 bewirkt jedoch die Gegenläufigkeit derDrehbewegungen der beiden Zahnräder 4 und 15, die die Bestandteile des Differentialgetriebes bilden, dessen Planetenrad 16 fest mit der Welle 17 verbunden ist, die ein ferromagnetisches Segment 18 trägt. Dieses Segment kopiert die Winkelverschwenkung des Planetenrades 16 und ist in dem Luftspalt zwischen den Polen des magnetischen Kreises 19 der Induktionsspu-
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermassen : Dernichtdargestellteeinfache Oszillator treibt den Synchronmotor 10. Dessen Drehzahl istselbstverständlich durch die Frequenz des erwähnten Oszillators gegeben. Dieselbe wird durch die veränderliche Induktivität der Spule 20 bestimmt, die von der Breite des Luftspalts ihres magnetischen Kreises 19 abhängig ist. Auf diese Art und Weise ist die erforderliche Frequenz durch die Lage des ferromagnetischen Segments 18 bestimmt, das in der Mitte des Regelungsbereiches eingestellt ist.
Der Synchronmotor 10 treibt mit dem einen Ritzel 9 das Zahnrad 8 der Federkupplung 6 an. Dadurch wird systematisch die Feder 7 angezogen, die durch ihre Vorspannung das genaue Drehmoment der auf das Ritzel 5 übertragenen Bewegung bestimmt. Dieses Ritzel 5 kämmt mit einem Zahnrad 4 des Differentialgetriebes, dessen Winkelgeschwindigkeit mittels des Ritzels 3 des Steigrades vom Gangregler 1 bestimmt ist, der die Zeitbasis der Einrichtung bildet. Das zweite Ritzel 11 desSynchronmotors 10 drehtmittels des Zwischenrades 12 und der Übersetzung 13,14 das zweite Zahnrad 15 des Differentialgetriebes.
Soferne die Frequenz des Oszillators im Bereiche der durch den Gangregler 1 gegebenen Genauigkeit verbleibt, ist auch die Winkelgeschwindigkeit des zweiten Zahnrades 15 des Differentialgetriebes identisch mit der Winkelgeschwindigkeit des ersten Zahnrades 4 des Differentialgetriebes. Die Drehrichtung wird natürlich durch die Wirkung des Zwischenrades 12 umgekehrt. Während dieser Zeit bleibt die Lage des Planetenrades 16 des Differentialgetriebes und des von diesem beherrschten ferromagnetischenSegmentes 18 unverändert.
Sobald sich aus irgendeinem Grunde die Frequenz des Oszillators ändert, wird sich auch die Drehzahl desSynchronmotors 10 entsprechend ändern. Die bislang identischen Winkelgeschwindigkeiten der beiden Zahnräder 4 und 15 des Differentialgetriebes beginnen voneinander abzuweichen. Falls z. B. die Frequenz des erwähnten Oszillators sinkt, so sinkt auch die Winkelgeschwindigkeit des zweiten Zahnrades 15 des Differentialgetriebes gegenüber der Winkelgeschwindigkeit des ersten, vom Gangregler über- wachten Zahnrades 4. Das Planetenrad 16 fängt an, aus seiner Ruhestellung gegen die Drehrichtung des zweiten Zahnrades 15 des Differentialgetriebes herauszuschwenken.
Diese Schwenkung kopiert auch das ferromagnetische Segment 18. Durch dessen Schwenkung aus dem Luftspalt des magnetischen Krei- ses 19 heraus sinkt die Induktivität der Spule 20 und steigt die Frequenz des Oszillators an, bis die Differenz der Winkelgeschwindigkeiten der beiden Zahnräder 4 und 15 des Differentialgetriebes aus- geglichen ist. Das Planetenrad 16 und das von ihm beherrschte Segment 18 werden zum Stillstand gebracht. Wenn im Gegensatz dazu die Frequenz des Oszillators steigt, so fängt das Planetenrad 16 an in der Drehrichtung des zweiten Zahnrades 15 des Differentialgetriebes auszuschwenken. Das von ihm betätigte Segment 18 schwenkt alsdann in den Luftspalt des magnetischen Kreises 19 hinein.
Die Induktivität der Spule 20 steigt an und die Frequenz des Oszillators sinkt, bis die Differenz der Win-
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Differentialgetriebes wieder ausgeglichenlung ausgeglichen, die durch Integration der Abweichungen zweier mechanischer Bewegungen hervorgerufen und in eine Änderung der Induktivität durch Regelung deren magnetischen Widerstandes überführt wird.
Selbstverständlich kann das gleiche Resultat auch durch Änderung eines beliebigen Elementes desdie Fre- quenzbestimmendenKreises, also bei einem LC-Oszillator ebensogut durch Änderung der Kapazität, wie durch die beschriebene Änderung der Induktivität und bei einem RC-Oszillator durch Änderung des Widerstandes oder der Kapazität erzielt werden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden die Schwankungen der Oszillatorenfrequenz rasch zum Verschwinden gebracht und die Frequenz wird im Rahmen der Genauigkeit eines bestimmten Ausmasses stabilisiert.
Da das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 9 und dem einen Zahnrad 4 des Differentialgetriebes mit dem Verhältnis zwischen dem Ritzel 11 und dem zweiten Zahnrad 15 des Differentialgetriebes äquivalent ist, zieht der Synchronmotor 10 die Feder 7 der Federkupplung 6 kontinuierlich in Abhängigkeit von deren Entspannung nach. Demzufolge muss die Feder 7, die zum Ausgleichen der geringfügigen Variabilität der automatisch kontrollierten Frequenz dient, an den Gangregler 1 ein praktisch konstantes Drehmoment übertragen.
Man kann je nach Bedarf die beschriebene Einrichtung entweder mit einem billigenGangregler einer minimalen Genauigkeit von 1. 10-4 ausstatten oder aber durch die Wahl der Qualität des Gangreglers die Anforderung steigern bis zu einem chronometrischen Gangregler mit einer Genauigkeit von 5. 40-6.
Die unbestreitbaren Vorzüge der mechanischen Gangregler, wie z. B. Unruhen oder Pendel, ergeben sich aus der langjährigen sowohl theoretischen als auch praktischen Durcharbeitung derselben und aus deren natürlichen physikalischen Eigenschaften. Die vollkommenen Temperatur- und Druck-Kompensatio-
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nen neutralisieren die Umgebungseinflüsse und die Einfachheit dieser Gangregler gewährt eine hohe Verlässlichkeit derselben. Die leichte Regulierbarkeit ermöglicht eine optimale Einstellung der Genauigkeit ohne eine Unterbrechung der Tätigkeit. Eine minimale Alterung bietet einen äusserst wichtigen Vorzug bei lang andauernden Zeitmessungen. Doch der unterbrochene Charakter ihres Ganges entspricht nicht mehr den Anforderungen der modernen Technik.
Erfindungsgemäss werden nun die angeführten Vorzüge dieser mechanischen Gangregler im vollen Ausmass in der Rolle der bislang vollkommensten Zeitbasis einer mittleren Genauigkeit ausgenutzt. Mit einem primitiven elektrischen Oszillator wird nun der zuletztgenannte Nachteil beseitigt und der unerwünschte unterbrochene Gang in eine kontinuierliche Wechselgrösse mit systematisch stabilisierter Frequenz transformiert.
Es versteht sich von selbst, dass der Synchronmotor 10 über geeignete Übersetzungen nicht nur die Uhrzeiger, sondern auch die Nockenscheiben eines Impulssenders antreiben kann. In einem solchen Falle kann die als Frequenzgenerator dienende erfindungsgemässe Einrichtung die Rolle einer Hauptuhr überneh- men. die befähigt ist, die angeschlossenen Nebenuhren sowohl einesimpulssystems als auch eines Frequenzsystems anzutreiben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Stabilisierung der Frequenz von einfachen elektrischen Oszillatoren, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Oszillatorfrequenz hervorgerufene mechanische Bewegung in zwei Bewegungszweige aufgeteilt wird, von welchen der eine von einem Gangregler reguliert wird, wobei durch jede Abweichung der'beiden Zweige voneinander der die Oszillatorfrequenz bestimmende Kreis durch Änderung der Kapazität oder Induktivität bzw. Kapazität oder des Widerstandes automatisch nachgestimmt wird.