<B>Kontaktlos</B> gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung für Zeitmessgeräte Gegenstand der Erfindung ist eine kontaktlos ge steuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung für Zeit messgeräte, mit einer Abfühl- und einer Antriebselek- trode und einem zwischen diesen beiden Elektroden an geordneten, auf Druck- oder Erschütterung ansprechen den piezoelektrischen Kristall, der durch ein von einem Elektromagneten beeinflusstes Organ zum Schwingen an geregt wird.
Es ist bekannt, als Dielektrikum Schwing- oder X-y-Biegequarze zu verwenden. Die mechanischen Ei- genschaften dieser Quarze sind gegeben durch die Ka pazität und die Induktivität. Dabei variiert die Eigen frequenz als Funktion der Temperatur. Solche Schwing- oder Biegequarze sind jedoch weitgehend temperatur abhängig.
Um die Temperaturabhängigkeit auszuschal ten, wird als Schwingkörper ein Material benutzt, das weitgehend temperaturunabhängig ist, zum Beispiel Invar.
Im weitem ist eine kontaktlos gesteuerte, elektrome chanische Antriebsvorrichtung für Zeitmessgeräte <B>be-</B> kannt (französische Patentschrift Nr. 1151427), mit einer Abfühl- und einer Antriebselektrode. Gegenüber dieser bekannten Antriebsvorrichtung unterscheidet sich der vorliegende Erfindungsgegenstand einerseits durch einen Verstärker, der die durch die Schwingungen des Kristalls entstehenden Spannungsimpulse gleichrichtet, sowie anderseits durch einen Hubmagneten,
der die gleichgerichteten Impulse aufnimmt <B>und</B> nüttels eines Ankers ein Zahnrad antreibt. Diese Ausbildung gewähr- leistet in einfacher und sicherer Weise den Antrieb eines Zahnrades mit mindestens annähernd konstanter <B>Dreh-</B> geschwindigkeit.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer elektro- mechanischen Antriebsvorrichtung, welche vorzugsweise eine Kombination von Invar und piezoelektrischem Kri stall aufweist, die praktisch temperaturunabhängig ist. Die eingangs umschriebene Antriebsvorrichtung ist ge- kennzeichnet durch einen Verstärker, der die durch die Schwingungen entstehenden Spannungsimpulse gleich richtet, sowie einen Hubmagneten, der die gleichgerich teten Impulse aufnimmt und mittels eines Ankers ein Zahnrad antreibt.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen An triebsvorrichtung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur stellt schematisch eine elektromechanische Antriebsvorrichtung dar.
Auf dem einen Arm eines C-förmigen Kerns 1 ist eine Spule 2 angeordnet, die den Elektromagneten der Antriebsvorrichtung bildet. Der andere Arm des Kerns trägt einen Permanentmagneten 3, der mit dem piezo- elektrischen Kristall 4, welcher eine Rückkopplungs spannung erzeugt, und dem Schwingkörper 5 zusammen- wirkt. Der piezoelektrische Kristall 4 spricht auf Druck oder Erschütterung an.
Das durch Druck oder Erschüt terung erzielte, als Piezoeffekt bezeichnete Phänomen, ist an sich bekannt und soll deshalb hier nicht näher umschrieben werden. Hingegen ist die Zusammensetzung des verwendeten Piezoxid von Bedeutung.
Während bis her zur Herstellung piezoelektrischer Kristalle Barium- titanat, Blei-Barium-Titanat oder Blei-Kalzium-Barium- Titanat verwendet wurde, ist das in der erfindungsge- mässen Antriebsvorrichtung zur Verwendung gelangende Element auf der Basis von Blei-Zirkonat-Titanat her gestellt.
Diese Elemente weisen gegenüber Barium-Tita- nat-Elementen gewisse Vorteile auf, nämlich a) die Curie-Temperatur liegt erheblich höher; b) der Koppelfaktor k ist um einen Faktor 2 bis 3 grösser; c) die Dielektrizitätskonstante ist grösser und d) die Empfindlichkeit ist gegenüber Bariumtitanat um das 2- bis 4fache grösser.
Diese neuen piezoelektrischen Materialien sind in ihrer Zusammensetzung und Herstellungstechnik so auf- einander abgestimmt, dass man mit wenig Materialarten möglichst viele Anwendungsgebiete erfassen kann. Die Verwendung dieses piezoelektrischen Kristalls in einer Antriebsvorrichtung für Zeitmessgeräte bietet somit be sondere Vorteile.
Der Ausgang eines rückgekoppelten Verstärkers 6 ist mit der Spule 2, also dem Elektromagneten, ver bunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass eine unmittelbare Kopplung zwischen dem Elektromagneten 2 und dem Verstärkereingang nicht möglich ist. Die Erzeugung der Schwingungen muss somit über d-en piezoelektrischen Kristall zum Eingang des Verstärkers 6 erfolgen.
Im weiteren ist mit dem Eingang des Verstärkers 6 ein weiterer Verstärker 7 gekoppelt. Bei Eigenresonanz des Schwingkörpers 5 entsteht im Verstärker 6 eine Sinusspannung, welche im Verstärker 7 zu Rechteck spannungen umgeformt und gleichgerichtet wird. Diese Spannung wird ,einem Hilfsmagneten 8 zugeführt, der auf ein nicht dargestelltes Zahnrad einwirkt. Der Schwingkörper 5 selber braucht somit keine mechani sche Arbeit zu leisten; er kann folglich mit sehr gerin ger Energie frei schwingen. Dadurch wird eine grössere Genauigkeit in der Frequenzkonstanz der Schwingungen des Schwingkörpers erzielt.
Damit diese Frequenz er reicht wird, ist der Permanentmagnet 3 vorgesehen, wel cher der Antriebsvorrichtung eine Vorspannung erteilt.
Die Übertragung auf das erste Rad des Räderwer kes geschieht üblicherweise mittels einer Klinke oder einer mechanischen Schrittschaltvorrichtung. Diese über- tragungsart ist jedoch störanfällig. Die mechanische Übertragung wird daher durch eine elektrische übestra- gungsvorrichtung ersetzt, die einen Schrittschaltmotor aufweist, der durch die einzelnen, umgewandelten Im pulse gesteuert und synchronisiert wird.
Beim vorliegen- den Erfindungsgegenstand wird die Übertragung durch einen Hubmagneten, der die Impulse aufnimmt und mit tels eines Ankers ein Zahnrad antreibt, gewährleistet.
<B> Contactless </B> controlled electromechanical drive device for timing devices The subject of the invention is a contactlessly controlled electromechanical drive device for timing devices, with a sensing and a drive electrode and one between these two electrodes, for pressure or vibration respond to the piezoelectric crystal, which is excited to vibrate by an organ influenced by an electromagnet.
It is known to use oscillating or X-y bending crystals as the dielectric. The mechanical properties of these crystals are given by the capacitance and the inductance. The natural frequency varies as a function of temperature. Such oscillating or bending crystals are largely temperature dependent.
In order to switch off the temperature dependency, a material is used as the vibrating body that is largely independent of temperature, for example Invar.
A contactlessly controlled, electro-mechanical drive device for timing devices is known (French patent specification No. 1151427), with a sensing and a drive electrode. Compared to this known drive device, the present subject matter of the invention differs on the one hand by an amplifier that rectifies the voltage pulses generated by the oscillations of the crystal, and on the other hand by a lifting magnet,
which picks up the rectified impulses <B> and </B> drives a gearwheel through an armature. This design ensures the drive of a gearwheel with at least approximately constant <B> rotational speed </B> in a simple and reliable manner.
The invention aims to create an electro-mechanical drive device, which preferably has a combination of Invar and piezoelectric Kri stall, which is practically independent of temperature. The drive device described at the beginning is characterized by an amplifier which rectifies the voltage pulses produced by the vibrations, and a lifting magnet which picks up the rectified pulses and drives a gearwheel using an armature.
An embodiment of the inventive drive device is explained in more detail below with reference to the drawing.
The figure shows schematically an electromechanical drive device.
On one arm of a C-shaped core 1, a coil 2 is arranged, which forms the electromagnet of the drive device. The other arm of the core carries a permanent magnet 3, which interacts with the piezoelectric crystal 4, which generates a feedback voltage, and the oscillating body 5. The piezoelectric crystal 4 responds to pressure or vibration.
The phenomenon called piezoelectric effect achieved by pressure or vibration is known per se and will therefore not be described in more detail here. In contrast, the composition of the piezo oxide used is important.
While barium titanate, lead barium titanate or lead calcium barium titanate has been used up to now to produce piezoelectric crystals, the element used in the drive device according to the invention is made on the basis of lead zirconate titanate .
These elements have certain advantages over barium titanate elements, namely a) the Curie temperature is considerably higher; b) the coupling factor k is greater by a factor of 2 to 3; c) the dielectric constant is greater and d) the sensitivity to barium titanate is 2 to 4 times greater.
These new piezoelectric materials are coordinated in terms of their composition and production technology so that as many areas of application as possible can be covered with just a few types of material. The use of this piezoelectric crystal in a drive device for timing devices thus offers particular advantages.
The output of a feedback amplifier 6 is connected to the coil 2, that is to say the electromagnet. This arrangement has the advantage that a direct coupling between the electromagnet 2 and the amplifier input is not possible. The vibrations must therefore be generated via the piezoelectric crystal to the input of the amplifier 6.
Furthermore, a further amplifier 7 is coupled to the input of the amplifier 6. In the case of natural resonance of the oscillating body 5, a sinusoidal voltage is produced in the amplifier 6, which is converted into square-wave voltages in the amplifier 7 and rectified. This voltage is fed to an auxiliary magnet 8 which acts on a gearwheel, not shown. The vibrating body 5 itself therefore does not need to perform any mechanical cal work; consequently, it can vibrate freely with very little energy. This achieves greater accuracy in the frequency constancy of the oscillations of the oscillating body.
So that this frequency is enough, the permanent magnet 3 is provided, wel cher the drive device issued a bias.
The transmission to the first wheel of the Fahrradwerk is usually done by means of a pawl or a mechanical stepping device. However, this type of transmission is prone to failure. The mechanical transmission is therefore replaced by an electrical transmission device which has a stepping motor that is controlled and synchronized by the individual, converted pulses.
In the present subject matter of the invention, the transmission is ensured by a lifting magnet which picks up the impulses and drives a gearwheel by means of an armature.