Schwingungskompensierter mechanischer Schwinger als Frequenzsignal für ein Zeitmessgerät Die Erfindung betrifft einen schwingungskompen- sierten mechanischen Schwinger als Frequenznormal für ein Zeitmessgerät, der je zwei Arme aufweisende Teil schwinger hat, die zu einer Ebene symmetrisch angeord net sind und deren Federkonstante in Schwingungsrich tung parallel zur Symmetrieebene niedriger als in den anderen Richtungen ist,
und der über einen in der Sym metrieebene liegenden Knotenpunkt mit einem Schwin- gerfuss an einer Basis und mit den freien Enden der äusseren Arme der Teilschwinger an schwingungserre genden Elementen befestigt ist, so dass je ein mittlerer Punkt der Teilschwinger eine mindestens annähernd geradlinige Schwingung vollführt und die Schwingungen zur Schwingungskompensation gegenläufig sind.
Ein Frequenznormal mit Schwingern der bezeich neten Art ist durch die DAS Nr. 1 195 349 der Anmel- derin bekanntgeworden. Bei diesem Schwingungssystem ist jedoch die Befestigung der Schwinger zumindest an den schwingungserregenden Elementen insofern nach teilig, als die freien Enden der Teilschwinger unmittel bar an diesen Elementen befestigt sind.
Auf diese Weise beeinflusst die Güte und Genauigkeit der Befestigung die aktive Federlänge des Schwingers, so dass selbst Mini Stanzen eines Zuschnittes für den einzelnen Schwinger, das an sich mit grosser Präzision erfolgen kann, die aktive Federlänge nicht genau festgelegt ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen mechanischen Schwinger für ein Frequenznormal zu schaffen, bei dem die Abmessungen der aktiven Schwin- gerteile nicht durch die Befestigung des Schwingers be einflusst werden.
Diese Aufgabe wird bei Schwingern der eingangs erwähnten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass an den freien Enden mindestens der äusseren Arme der Teilschwinger je ein an dem zugeordneten schwingungs- erregenden Element befestigtes Ansatzteilstück ange bracht ist, dessen Ebene die allgemeine Schwingerebene in einer Linie schneidet, die in der Art verläuft, dass keine Schwingungen auf das Ansatzteilstück übertragbar sind.
Mit Hilfe der gegenüber der allgemeinen Schwin- gerebene abgewinkelten Ansatzteilstücke wird der Schwinger in aktive und inaktive Teilstücke aufgeglie dert, und die Befestigung des Schwingers erfolgt ledig lich an den inaktiven Teilstücken, so dass die Güte und Genauigkeit der Befestigung keinen Einfluss auf die schwingungsbestimmenden Abmessungen des Schwingers haben.
Wie die USA-Patentschrift Nr. 2 994 241 zeigt, ist es an sich schon bekannt, einen mechanischen Schwin ger mit mit dem Schwinger einstückigen abgewinkelten Ansatzteilstücken zu versehen, mit deren Hilfe die Be festigung des Schwingers an einer Basis vorgenommen wird. Bei diesem vorbekannten Schwinger handelt es sich um eine Stimmgabel, deren Fuss einstückig mit dem Joch eines U-förmigen Brückengliedes ist.
Da eine Stimmgabel kein schwingungskompensierter Schwinger ist, führt der Fuss der Stimmgabel und somit das Joch des Brückengliedes Transversalschwingungen in Längs richtung der Schenkel der Stimmgabel aus, so dass die Länge dieses Joches ein für das Schwingungsverhalten der Stimmgabel mitbestimmender Faktor ist.
Die Länge des Joches hängt nun aber wiederum von der Genauig keit des Biegewerkzeuges ab, mit dem das Brückenglied in seine endgültige Form gebracht wird, so dass dieser vorbekannte Schwinger wegen der stets verhältnismässig grossen Ungenauigkeiten beim Biegen keine besonders gute Frequenzgenauigkeit aufweist; ausserdem ist er wegen des mitschwingenden Joches mit einer grossen Dämpfung belastet.
Eine besonders gute Aufteilung des erfindungsgemä ssen Schwingers in aktive und inaktive Teilstücke ergibt sich dann, wenn vorzugsweise die Ansatzteilstücke der äusseren Arme jeweils um eine zur Längsrichtung dieser Arme parallele Linie abgewinkelt sind. Bei einer solchen Abwinkelung ist die Steifigkeit zwischen Ansatzteilstück und äusserem Arm am grössten, und ausserdem ist es völlig gleichgültig, wo beispielsweise eine Biegelinie zwi schen dem freien Ende des jeweiligen äusseren Armes und des ihm zugeordneten Ansatzteilstückes verläuft.
Würde der äussere Rand eines äusseren Armes mit dem ihm benachbarten Rand des zugehörigen Ansatz teilstückes bei flacher Form des Schwingerzuschnittes ungefähr einen rechten oder einen spitzen Winkel bilden, so würde der Schwinger bei einer mit dem äusseren Rand des äusseren Armes fluchtenden Abwinkelungslinie an der Abwinkelung im Betrieb zum Dauerbruch neigen. Nun könnte an sich die Abwinkelungslinie nach aussen in das eigentliche Ansatzteilstück gelegt werden, wo durch sich jedoch eine verhältnismässig grosse Breite des Schwingers ergibt.
Um nun auch dann, wenn die Ab- winkelungslinie in Verlängerung des äusseren Randes des äusseren Armes verläuft, einen Dauerbruch zu vermei den, ist es besonders zweckmässig, wenn jeder äussere Arm an seinem äusseren Rand eine Ausnehmung auf weist, deren Rand in denjenigen des Ansatzteilstückes ausläuft.
Zur Vermeidung der Übertragung von Torsions- schwingungen des Schwingerfusses auf die Basis kann in vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes das am Schwingerfuss angebrachte Ansatzteilstück um eine zur Längsrichtung der Arme ungefähr senkrechte Linie abgewinkelt werden.
Um auch in diesem Fall das Schwingungsverhalten des Schwingers lediglich von der Genauigkeit des Stanzvorganges beim Herstellen des Zuschnittes abhängig zu machen, ist es besonders zweck mässig, wenn an den zur Längsrichtung der Arme par allelen Rändern des Schwingerfusses über der Linie der Abwinkelung Ausnehmungen vorgesehen sind, deren Ränder in diese Linie auslaufen.
Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes erge ben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbei spieles in Beschreibung und Zeichnung; es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schwingungssystems mit erfindungsgemässen Schwingern, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Zuschnitt eines erfindungsgemässen Schwingers, Fig. 3 eine Draufsicht auf das System gemäss Fig. 1, Fig. 4 eine Vorderansicht des Systems in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 und Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 1.
Das Schwingungssystem hat eine auf einem bei 1O angedeuteten Boden in nicht näher dargestellter Weise befestigte Basis 11, auf der je ein Schwinger 16 bzw. 17 mittels Schrauben, wie 18, befestigt ist.
Die sich in ihrer Form gleichenden Schwinger 16 und 17, deren Zuschnitt in Fig. 2 dargestellt ist, weisen je ein Fussstück 20 bzw. 21 auf, an dem einstückig mit diesem je zwei U-förmige Teilschwinger 22, 23 bzw. 24, 25 angeordnet sind. Die Fussstücke sind, wie dies insbesondere die Fig. 2 zeigt, um eine Biegelinie 12 umgebogen, an die sich Einschnitte 13 anschliessen. Die Teilschwinger 23 und 25 wie auch die Teilschwinger 22 und 24 sind durch je ein Verbindungsstück 28 und 29 miteinander zu je einem Teilschwingungssystem schwin gungsmässig starr verbunden.
Diese Verbindungsstücke sind mittels Schrauben, wie 30, an Ansatzteilstücken 31 der Teilschwinger starr befestigt; die mit freien End stücken, wie 34, äusserer Arme, wie 38, der beiden Teil schwinger einstückigen Ansatzteilstücke 31 sind um Biegelinien 32 rechtwinklig abgebogen, und ihre oberen Ränder laufen jeweils in den Rand einer Ausnehmung 33 aus, die am äusseren Rand eines jeden äusseren Armes, wie 38, vorgesehen ist.
Durch die hierdurch gegebene Randbedingung für die Schwingung jedes der Teilschwingungssysteme schwingt der Schwerpunkt des betreffenden TeHschwin- gungssystems geradlinig, wenn der äussere Arm, wie 38, des betreffenden Teilschwingers etwa gleich lang wie der innere Arm, wie 39, ist. Voraussetzung hierfür ist aller dings, dass die Teilschwinger ein konstantes und unter sich gleiches Querschnittsprofil aufweisen, wie es in diesem Ausführungsbeispiel der Fall ist.
An dem Verbindungsstück 29 ist mittels der L-för- migen Spulenhalter 40 und 41, die an dem Verbindungs stück 29 angeschraubt sind, eine Erregerspur 42 befe stigt. Auf der von dem Verbindungsstück 29 abgewandten Seite der Spule 42 ist ein Ausgleichsgewicht 44 fest geklebt, dessen Masse so bestimmt ist, dass der Schwer punkt dieses aus den Teilen 22, 24, 29, 40, 41, 42 und 44 bestehenden Teilschwingungssystems in die durch die Symmetrielinien E-E' der beiden Schwinger 16 und 17 aufgerissene Mittelebene fällt.
Das Verbindungsstück 29 ist hierbei in einer solchen Lage an den Aussenarmen 38 der beiden Teilschwinger befestigt, dass der vor erwähnte Schwerpunkt dieses Teilschwingungssystems geradlinig schwingt. Am Verbindungsstück 28 ist mittels der L-förmigen Träger 52 und 53 über zylindrische Kunststoffzwischenstücke 72 und 73 ein Permanent magnet 54 befestigt, der teilweise in die Spule 42 hinein ragt und mit dieser so zusammenwirkt, dass die Ver bindungsstücke 28 und 29 zu gegenläufigen Schwingun gen gleichen Energieinhalts anregbar sind.
Die Spule 42 wird hierbei durch einen üblichen und daher nicht näher dargestellten Steuer- und Erregerstromkreis im Takt der Eigenschwingungen des dargestellten Schwingungs systems sich selbststeuernd so erregt, dass eine Schwin gung vorbestimmter Amplitude aufrechterhalten wird. Die Spulenzuleitungen sind bei 58 und 59 angedeutet.
An den Trägern 52 und 53 sind Ausgleichsgewichte 60 und 61 befestigt, durch die der Schwerpunkt des aus den Teilen 23, 25, 28, 52, 53, 54, 72 und 73 bestehen den Teilschwingungssystems ebenfalls in die Mittelebene des dargestellten Schwingungssystems gelegt wird. Auch hier ist das Verbindungsstück 28 so an den Teilschwin gern 23 und 25 befestigt, dass dieser erwähnte Schwer punkt eine geradlinige Bewegung ausführt.
Der in Fig. 2 dargestellte Zuschnitt der beiden Schwinger 16 bzw. 17 kann aus Blech ausgestanzt wer den, so dass die Masshaltigkeit der aktiven Schwingerteile lediglich vom Stanzwerkzeug bestimmt ist. Durch das Abbiegen der Ansatzteilstücke 31 um die Biegelinien 32 wird die Länge der äusseren Arme 38 nicht ver ändert, so dass die Masshaltigkeit des Biegewerkzeuges keinen Einfluss auf die aktiven Schwingerteilstücke hat.
Durch das Abbiegen des Fussstückes 20 um die Biegelinie 12 wird verhindert, dass evtl. Torsionsschwin- gungen im Bereich der inneren Arme 39 auf die Basis 11 übertragen werden, da durch diese Abbiegung die Steifigkeit des Fussstückbereichs erheblich vergrössert wird. Dies trägt ausserordentlich zur Ganggenauigkeit des Schwingungssystems bei, da es infolgedessen eine minimale Dämpfung aufweist.
Vibration-compensated mechanical oscillator as a frequency signal for a timepiece The invention relates to a vibration-compensated mechanical oscillator as a frequency standard for a timepiece, each having two arms having part oscillators that are symmetrically arranged to a plane and whose spring constant is lower in the direction of oscillation parallel to the plane of symmetry than is in the other directions,
and which is attached via a node lying in the plane of symmetry with an oscillating foot on a base and with the free ends of the outer arms of the partial oscillator on vibration-generating elements, so that each central point of the partial oscillator performs an at least approximately straight oscillation and the oscillations for oscillation compensation are opposite.
A frequency standard with oscillators of the designated type has become known to the applicant through DAS No. 1 195 349. In this vibration system, however, the attachment of the vibrator is at least to the vibration-inducing elements to the extent that the free ends of the part vibrator are attached directly to these elements.
In this way, the quality and accuracy of the attachment influences the active spring length of the transducer, so that even mini-punching a blank for the individual transducer, which can be done with great precision, the active spring length is not precisely defined.
The invention is now based on the object of creating a mechanical oscillator for a frequency standard in which the dimensions of the active oscillator parts are not influenced by the attachment of the oscillator.
This object is achieved with vibrators of the type mentioned according to the invention in that at the free ends of at least the outer arms of the partial vibrators an attachment section is attached to the associated vibration-exciting element, the plane of which intersects the general vibrator plane in a line that runs in such a way that no vibrations can be transmitted to the attachment section.
With the help of the attachment sections angled in relation to the general oscillation plane, the transducer is divided into active and inactive sections, and the transducer is only attached to the inactive sections, so that the quality and accuracy of the attachment has no influence on the dimensions of the Schwingers have.
As the US Pat. No. 2,994,241 shows, it is already known per se to provide a mechanical Schwin ger with angled extension pieces integral with the vibrator, with the aid of which the vibrator is attached to a base. This known transducer is a tuning fork whose foot is integral with the yoke of a U-shaped bridge member.
Since a tuning fork is not a vibration-compensated vibrator, the foot of the tuning fork and thus the yoke of the bridge element carry out transverse vibrations in the longitudinal direction of the legs of the tuning fork, so that the length of this yoke is a factor that determines the vibration behavior of the tuning fork.
The length of the yoke now depends in turn on the accuracy of the bending tool with which the bridge member is brought into its final shape, so that this known transducer does not have a particularly good frequency accuracy because of the always relatively large inaccuracies when bending; in addition, it is burdened with a great deal of damping because of the yoke that vibrates with it.
A particularly good division of the oscillator according to the invention into active and inactive sections is obtained when the extension sections of the outer arms are each angled around a line parallel to the longitudinal direction of these arms. With such a bend, the stiffness between the extension section and the outer arm is greatest, and it also makes no difference where, for example, a bending line runs between the free end of the respective outer arm and the extension section assigned to it.
If the outer edge of an outer arm were to form an approximately right or an acute angle with the adjacent edge of the associated attachment section with a flat shape of the transducer blank, the transducer would be in operation with a bend line aligned with the outer edge of the outer arm tend to fatigue failure. Now the bending line could actually be placed outwards in the actual attachment section, but this results in a relatively large width of the oscillator.
In order to avoid fatigue fracture even when the angled line extends in the extension of the outer edge of the outer arm, it is particularly expedient if each outer arm has a recess on its outer edge, the edge of which is in that of the attachment section expires.
To avoid the transmission of torsional vibrations of the vibrator base to the base, in an advantageous further development of the subject matter of the invention, the attachment section attached to the vibrator base can be angled around a line approximately perpendicular to the longitudinal direction of the arms.
In order to make the vibration behavior of the vibrator only dependent on the accuracy of the punching process when producing the blank in this case, it is particularly useful if recesses are provided on the edges of the vibrator base parallel to the longitudinal direction of the arms above the line of the bend, whose edges run out into this line.
Further advantages of the subject matter of the invention result from the explanation of an exemplary embodiment in the description and drawing; 1 shows a side view of an oscillation system with oscillators according to the invention, FIG. 2 shows a plan view of a blank of an oscillator according to the invention, FIG. 3 shows a plan view of the system according to FIG. 1, FIG. 4 shows a front view of the system in the direction of the arrow A in FIG. 1 and FIG. 5 a section along the line 5-5 in FIG. 1.
The oscillation system has a base 11 which is fastened in a manner not shown in detail on a floor indicated at 10 and on which a respective oscillator 16 or 17 is fastened by means of screws, such as 18.
The transducers 16 and 17, which are identical in shape and whose cut is shown in FIG. 2, each have a base 20 and 21, on which two U-shaped partial transducers 22, 23 and 24, 25 are arranged in one piece are. As shown in particular in FIG. 2, the foot pieces are bent around a bending line 12 to which incisions 13 adjoin. The partial oscillators 23 and 25 as well as the partial oscillators 22 and 24 are rigidly connected to one another in terms of vibration by a connecting piece 28 and 29 each to form a partial oscillation system.
These connecting pieces are rigidly fastened by means of screws, such as 30, to attachment sections 31 of the oscillating elements; the pieces with free end, such as 34, outer arms, such as 38, the two part oscillator one-piece extension pieces 31 are bent at right angles around bending lines 32, and their upper edges each run into the edge of a recess 33, which is at the outer edge of each outer Arm, such as 38, is provided.
As a result of the boundary conditions for the oscillation of each of the partial oscillation systems, the center of gravity of the relevant partial oscillation system oscillates in a straight line if the outer arm, such as 38, of the relevant partial oscillator is approximately the same length as the inner arm, such as 39. However, the prerequisite for this is that the partial oscillators have a constant cross-sectional profile that is the same among themselves, as is the case in this exemplary embodiment.
An excitation track 42 is attached to the connecting piece 29 by means of the L-shaped coil holders 40 and 41, which are screwed to the connecting piece 29. On the side of the coil 42 facing away from the connecting piece 29, a balancing weight 44 is firmly glued, the mass of which is determined so that the focus of this partial oscillation system consisting of parts 22, 24, 29, 40, 41, 42 and 44 into the through the lines of symmetry EE 'of the two oscillators 16 and 17 torn center plane falls.
The connecting piece 29 is attached to the outer arms 38 of the two partial oscillators in such a position that the aforementioned center of gravity of this partial oscillation system oscillates in a straight line. A permanent magnet 54 is attached to the connecting piece 28 by means of the L-shaped carrier 52 and 53 via cylindrical plastic spacers 72 and 73, which partially protrudes into the coil 42 and interacts with it so that the connecting pieces 28 and 29 generate opposing vibrations the same energy content can be excited.
The coil 42 is self-energized by a customary and therefore not shown control and excitation circuit in time with the natural oscillations of the oscillation system shown so that an oscillation of a predetermined amplitude is maintained. The coil leads are indicated at 58 and 59.
On the beams 52 and 53 balance weights 60 and 61 are attached, through which the center of gravity of the parts 23, 25, 28, 52, 53, 54, 72 and 73 consist of the partial oscillation system is also placed in the center plane of the oscillation system shown. Here, too, the connecting piece 28 is attached to the partial oscillations 23 and 25 in such a way that this mentioned focus executes a straight movement.
The blank of the two oscillators 16 and 17 shown in FIG. 2 can be punched out of sheet metal, so that the dimensional accuracy of the active oscillator parts is only determined by the punching tool. By bending the extension pieces 31 around the bending lines 32, the length of the outer arms 38 is not changed, so that the dimensional accuracy of the bending tool has no influence on the active oscillator sections.
The bending of the foot piece 20 around the bending line 12 prevents any torsional vibrations in the area of the inner arms 39 from being transmitted to the base 11, since this bending increases the rigidity of the foot piece area considerably. This contributes extremely to the accuracy of the oscillation system, since it consequently has minimal damping.