Einrichtung für das selbsttätige Regulieren der Frequenz eines Systems Unruhe-Spiralfeder. Die %-orliegeride Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum selbsttätigen Regulieren der Frequenz eines Systems Unruhe-Spiral- Feder. Bei Zeitmessvorriehtungen wie Taschen- und Wanduhren ist.
es üblich, das System zu regulieren, bevor es in die Zeitmessvorrich- tung eingesetzt wird, so dass seine Eigenfre quenz ungefähr die ist, welche für genauen Crang erforderlich ist, wobei die genaue End- regulierung zum Beispiel durch den üblichen Regler geschieht. Eine solche Vorregulierung wird ain zweckmässigsten durch Regulieren der Länge der Spiralfeder durchgeführt.
Zu diesem. Zweck sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen zum Anpassen der Eigen frequenz eines Systems Spiralfeder-Unruhe an eine Normalfrequenz und zum Anzeigen der Differenz entworfen worden, wobei die Spiral feder von Hand eingestellt wird, bis die Ei genfrequenz annähernd richtig ist. Solche An passungsverfahren benötigen erfahrene Bedie nungspersonen und erfordern auch eine be- träehtliehe Zeit. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vereinfachung der Regulierung eines solchen Schwingungssystems gerichtet.
Gemäss der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zum selbsttätigen Regulieren der Frequenz eines Systems Unruhe-Spiral- feder eine Motoranordnung auf zur Verände rung der wirksamen Länge der Spiralfeder und dadurch der T:in-eiifi-eqnenz des Systems, und Mittel zur Steuerung der Motoranord nung in Abhängigkeit. vom Unterschied zwi schen der Eigenfrequenz und einer Normalfre quenz, derart, dass die Motoranordnung die wirksame Länge der Spiralfeder im Sinne ab nehmender Frequenzdifferenz ändert, mit einer Geschwindigkeit, welche vom Frequenz unterschied abhängig ist.
In die Bezeichnung Elektrisch gesteuerte Motoranordnung sollen im folgenden irgend welche Mittel eingeschlossen sein, durch wel che mechanische Leistung entsprechend einem elektrischen Signal erzeugt wird. Der Aus- dilick umfasst daher ausser einem gewöhn lichen Elektromotor ein Relais oder einen elektrisch gesteuerten Druckluftmotor.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes dargestellt.
Nach Fig. 1 ist das zu regulierende System von Unruhe und Spiralfeder von üblicher Bauart und weist ein Rad 10, das auf einer Achse 11 angebracht ist, und eine auf der Achse befestigte Spiralfeder 12 auf. Die Achse 11 ist mit üblichen konischen Zapfen 13, 14 versehen, welche in übliche (nicht gezeigte) Lager eingreifen und dadurch die Unruhe und Feder für das Regulieren festlegen. Das nicht auf der Achse befestigte Ende der Feder wird durch die Federreguliervorriehtung 15 fest gehalten, die zwei Rollen aufweist, zwischen denen die Feder erfasst wird (nicht darge stellt.), deren Lage durch den Federregulier- niotor 16 -esteuert wird.
Ein Norrnalfrequenz- erzeuger 17 erzeugt eine im wesentlichen Sinus förmige Spannung mit einer Periode genau gleich derjenigen einer richtig regulierten Un ruhe (beim gezeigten Beispiel 2 IIz). Der Aus gang vom Normalfrequenzerzeuger wird über einen Verstärker 18 einem Eingang eines Ring-Brüeken-Modnlators 19 zugeführt. Ein Wechselstromerzeuger 20 ergibt zwei Aus gangsspannungen mit. einer Frequenz von 400 Hz, beide mit konstanter Amplitude und in wattlosem Phasenverhältnis zueinander.
Ein Ausgang des Erzeugers 20 wird, wie bei 21 angedeutet ist, zum zweiten Eingang des 1lodulators 19 zugeführt, welcher somit. ein Ausgangssignal von 400 Hz erzeugt, das mit 2 Hz moduliert ist. Dieses Signal wird über i einen Verstärker 22 einer Antriebsspule 23 zugeführt, die sieh in der Nähe der Unruhe 1.0 befindet. Der zweite Ausgang des Erzeugers 20 wird einer weiteren Antriebsspule 24 zu geführt. Die Spulen 23 und 24 sind in bezug 5 auf die Unruhe 10 so ausgebildet. und ange ordnet, dass sie zusammen mit. dem Rad der Unruhe einen Zweiphasen-Induktionsmotor bilden. Es geht. daraus hervor, dass ein schwin gendes Drehmoment, mit einer Frequenz von r 2 Hz auf die Unruhe 10 übertragen wird.
Ein zweiter ZVeehselstromerzeuger 25 ergibt. zwei Ausgangsspannungen mit einer Frequenz, die von derjenigen des Erzeugers 20 verschieden ist. (gewöhnlich 500 Hz), welche beide Span s nungen konstante Amplitude haben und in wattloser Phasenbeziehung zueinander stehen. Ein erster Ausgang des Erzeugers 25 wird über einen Verstärker 26 einer Aufnahme spule 27 in der Nähe der Unruhe 10 zugeführt.
i Eine zweite Aufnahmespule 28 befindet sich auch in der Nähe der Unruhe 10. Die Spulen 27 und 28 sind in bezug auf die Unruhe 10 in ähnlicher Lage angeordnet und ähnlich ausgebildet wie die Spulen 23 und 24, so da.ss ein Signal von 500 Hz in der Spule 28 er zeugt wird, das im wesentlichen in wattloser Phasenbeziehung zum Eingang der Spule 27 steht und entsprechend der -'#Vinkelgesehwin- digkeit des Rades 10 moduliert ist. Die Auf nahmespulen '217 und 28 und die Unruhe 10 bilden einen taehometriselren Signalerzeuger von bekannter Art.
Das Ausgangssignal der Wieklung 28 wird über einen Verstärker 29 einem Eingang eines Demodulators 30 (zweck mässig von Ring-Brücken-BaLrart) zugeführt, während der zweite Ausgang vom Erzeuger 25 über einen Verstärker 31 auf den zweiten Ein gang des Demodulators 30 übertragen wird. Der Verstärker 31 erzeugt eine solche Phasen verschiebung, dass die zwei 500-Hz-Eingänge zum Demodulator 30 sieh irr Phase (oder Ge genphase) zueinander befinden, das heisst er kompensiert die leichte Abweichung der Span nung der Spule 28 von der wattlosen Phasen beziehung mit dem ersten Ausgang vom Er zeuger 25.
Der Ausgang vom Demodulator 30 besteht. somit aus einer mit 2 Hz schwingen den Spannung, die in Phase mit. der Winkel gesehwindigkeit der Unruhe ist.. Diese Span nung wird über einen Verstärker 32 und einen Relaiskontakt 33 auf einen Eingang eines Pha- senvergleichers 34 übertragen. Die Ausganfls- spannung vom Normalfrequenzerzeuger 17 wird über einen Phasensehieberkreis 35 und Verstärker 36 auf den zweiten Eingang des Vergleiehers 34 übertragen.
Die durch den Kreis 35 erzeugte, annähernd feste Phasenv er- schiebung ist annähernd 90 , wie unten erläu tert, ist jedoch über einen kleinen Bereich ein stellbar, wobei die Einstellung durch den Mo tor 37 vorgenommen wird.
Der Phasenvergleieher 34 weist zweek- mässig einen Rin--Brüeken-Denrodnlator auf, und der Ausgang dieses Kreises besteht aus einer Gleichspannung des einen oder andern Vorzeiehens, je nachdem, ob der Ausgang vom Verstärker 32 eine Komponente hat, die in Phase oder Gegenphase mit dem Ausgang vom Verstärker 36 ist, und die Null ist, wenn die zwei Ausgänge eine Phasenverschiebung von haben.
Der Ausgang vom Vergleicher 3-1 wird über den Verstärker 38 und Kontakt 39 des Relais 40 auf den Gleiehstrommotor 1.6 übertragen, welcher, wie früher erwähnt wurde, die Rollen dreht, zwisehen welchen das Ende der Spiralfeder erfasst ist und so die Eigenfrequenz des Systems Unruhe und Spi ralfeder verändert.. Die Phase des vom Ver stärker 32 dem Phasenvergleieher 34 zuge führten Signals hängt von der Phase der Win- keIgesehwindigkeit der Unruhe ab.
Die letztere ist abhängig vom Unterschied der Eigenfre- quenz der Unruhe gegenüber der Frequenz des antreibenden Drehmomentes. Der Phasen schieber 35 ist. nun so eingestellt, dass die bei den Signaleingänge am Vergleielier 34 um 90 pliasenversehoben sind, wenn der genannte Frequenzunterschied Null ist.
Somit. reguliert der Motor 16 die wirksame Länge der Spiral- l'eder so, dass die Eigenfrequenz des Systems Unruhe-Spiralfeder gleich der des Normalfre- quenzerzeugers 1.7 ist und die zwei Eingänge zuni Vergleielier 3.1 einen Phasenunterschied von 90 aufweisen, das heisst das System wird automatisch richtig einreguliert. Die erforder liche Länge der Spiralfeder wird markiert und das System weggenommen.
Es ist natürlich unerwünscht, dass die Am plitude der Schwingung der Unruhe zu gross wird, weshalb die Sehwingungsamplit.ude da- durch gesteuert wird, dass ein Teil des Aus ganges vom Verstärker 32 genommen wird und nach Demodulation im Kreis 41 als Ver- stäi-kungsgi@ad-Regulierspannung dem Ver stärker 22 zugeführt wird.
Wenn somit. die Schwingungsamplitude der Unruhe bestrebt ist, sieh zu erhöhen, so wird der Verstä.rkungs- grad des Verstärkers 22 herabgesetzt, wodurch die Grösse des auf das Rad 10 übertragenen Antriebsdrehmomentes herabgesetzt wird.
Wenn ein System Unruhe-Spiralfeder sieh in der Lage zum Einregulieren befindet, so werden die Schaltkontakte 42 geschlossen, wo durch das Relais 40 durch die Batterie 43 er regt wird, so dass sieh die Relaiskontakte 33, 39 in der auf der Zeichnung dargestellten IiaTe befinden.
Beim Wegnehmen der Unruhe werden die Kontakte 42 geöffnet, das Relais 40 wird stromlos, der Ausgang vom Verstär ker 18 wird zu einem Eingang des Verglei- ehers 34 an Stelle des Einganges vom Verstär ker 32 zugeführt, und der Ausgang vom Ver stärker 38 wird dem Motor 37 statt dem Mo tor<B>16</B> zu,,-eführt. Der Motor 37 reguliert den Phasenschieber 37 so, dass der Ausgang vom Verstärker 38 Null wird, das heisst er kom- kensiert irgendeine Abweichung der Phasen verschiebung über die Verstärker 18 und 38 oder in dem Phasenschieberkreis 35.
Diese selbsttätige Regulierung nach jedem Arbeits vorgang verhindert die Akkumulierung irgend welcher kleiner Abw eiehungsfehler.
Fig.2 zeigt. schematisch eine zweite Aus führungsform der Erfindung. Es sind geeig nete Mittel 51 vorgesehen, um die Unruhe und Spiralfeder auf ihrer Eigenfrequenz in Schwingung zu halten und auch um elek trische Signale auf dieser Eigenfrequenz her vorzurufen. Diese Signale werden über einen passenden Prequenzvervielfacher und Ver stärker 52 einem Synchronmotor 53 zugeführt. Eine Normalfrequenzquelle 54 erzeugt Wech- selstromsignale, welche eine Frequenz gleich derjenigen am Ausgang des Verstärkers 52 besitzen, wenn die Unruhe richtig einreguliert ist. Der Ausgang der Quelle 54 wird auf einen Synchronmotor 55 übertragen.
Die Motoren 53, 55 treiben die Eingangswellen eines Dif ferentialgetriebes 56 an, dessen Ausgangswelle 58 sich mit einer Drehzahl dreht, die propor tional der Differenz zwischen den Drehzahlen der Motoren 53 und 55 ist. Die Ausgangswelle 58 treibt. bei 57 dargestellte Mittel zum Regu lieren der Länge der Spiralfeder in einer sol chen Richtung an, dass die Länge der Spiral feder (und damit die Schwingungsperiode des Systems) so verändert wird, dass die Differenz zwischen den Drehzahlen der Motoren 53 und 55 herabgesetzt wird. Es wird dadurch ein Zustand erreicht, bei dem die Drehzahlen der Motoren gleich sind und somit die Eigenfre quenz der Schwingung des Unruhe-Systems # eich der gewünschten Frequenz ist.
Die Mit tel zum Regulieren der Länge der Spiralfeder können zweckmässig ein Paar Rollen aufwei sen, zwischen welchen die Feder erfasst wird, wie es in bezug auf die Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben wurde. Die Motoren 53 und 55 und das Differentialgetriebe 56 können durch ein Paar koaxialer Drehfeldelemente in bekannter Art ersetzt werden, von welchem das eine sich in bezug auf das andere frei dre- hen kann, wobei die relative Verdrehung be nutzt wird, um die Mittel 57 zu betätigen.
Fig.3 zeigt schematisch eine dritte Aus- führungsform der Erfindung. Es sind geeig nete Mittel 61 vorhanden, iun die Unruhe auf ihrer Eigenfrequenz in Schwingung zu halten und auch um elektrische Signale mit dieser Eigenfrequenz vorzusehen. Diese Signale wer den über einen passenden Frequenzverviel- facher 62, in welchem ihre Frequenz mit einer ganzen Zahl n vervielfacht wird,
sowohl einem Verstärker 63 und dann einer Phasenwicklung 64 eines Zweiphasen-Induktionsmotors 65 als auch über ein überbrücktes T-Netzwerk 66 und einen Verstärker 67 der zweiten Phasenwick lung 68 des Motors 65 zugeführt. Die Grössen der Schaltelemente 69, 70, 71, 72 des Brücken- T-Netzwerkes sind so gewählt, dass das Netz werk auf das n-fache der gewünschten Fre quenz der Unruhe abgestimmt ist.
Wenn die Frequenz des Eingangs zum Netzwerk ver ändert wird, ändert sich die Amplitude und Phase des Ausgangs, wobei die Amplitude bei derjenigen Frequenz Null ist, auf welche das Netzwerk abgestimmt ist, und der Ausgang eine Komponente hat, welche bei Frequenzen über der, auf welche das Netzwerk abgestimmt ist, dem Eingang um 90 voreilt und bei Fre quenzen unter der, auf welche das Netzwerk abgestimmt ist, dem Eingang um 90 nacheilt. Somit wird der Rotor 73 des Motors 65 sich in der einen oder andern Richtung drehen, je nachdem, ob die Eigenfrequenz des Systems Unruhe-Spiralfeder oberhalb oder unterhalb der richtigen Frequenz ist.
Die Drehung des Rotors wird daher auf eine Weise benützt, welche genau gleich der der Welle 58 bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist, um die Länge der Spiralfeder mittels einer geeigneten Vor richtung 74 zu korrigieren, welche auch von gleicher Art sein kann, wie es in bezug auf die vorhergehende Ausführungsform erläutert wurde.
An Stelle der Übertragung der Ausgänge von den Verstärkern 63 und 67 unmittelbar auf den Motor 65 kann ein phasenempfind licher Demodulator vorgesehen sein, der eine Gleichspannung von einer Grösse und dem Vorzeichen entsprechend der Phasendifferenz zwischen den Verstärkerausgängen erzeugt. Diese Gleichspannung kann dann benutzt. wer den, um die Arbeitsweise des Motors für die Einstellung der Länge der Spiralfeder zu steuern.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 kann der Frequenzvervielfacher 62 gegebenenfalls wegfallen, so dass dann die Zahl n gleich Eins ist.