CH479907A - Contactlessly controlled electromechanical drive device for timing devices - Google Patents

Contactlessly controlled electromechanical drive device for timing devices

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CH479907A
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Allemann-Knuesel Adolf
Mondiny-Buettiker Pierre
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Allemann Knuesel Adolf
Mondiny Buettiker Pierre
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Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 Kontaktlos gesteuerte elektromechanische    Antriebsvorrichtung      für      Zeitmessgeräte   Gegenstand der Erfindung ist eine kontaktlos gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung für Zeitmessgeräte, mit einer    Abfühl-   und einer Antriebselektrode und einem zwischen diesen beiden Elektroden angeordneten, auf Druck- oder Erschütterung ansprechenden    piezoelektrischen   Kristall, der durch ein von einem    Elektromagneten   beeinflusstes Organ zum Schwingen angeregt wird. 



  Es ist bekannt, als    Dielektrikum      Schwins   oder    X-Y-Biegequarze   zu    verwenden.   Die mechanischen Eigenschaften dieser Quarze sind gegeben durch die Kapazität und die    Induktivität.   Dabei    variiert   die Eigenfrequenz als Funktion der Temperatur. Solche    Schwing-      oder   Biegequarze sind jedoch weitgehend temperaturabhängig. Um die Temperaturabhängigkeit auszuschalten, wird als Schwingkörper ein Material    benutzt,   das weitgehend temperaturunabhängig ist, zum Beispiel    Invar.   



  Im weitern ist eine kontaktlos gesteuerte, elektromechanische Antriebsvorrichtung für    Zeitmessgeräte   bekannt (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 und mittels    eines   Ankers ein Zahnrad antreibt.

   Diese    Ausbildung   gewährleistet in einfacher und sicherer Weise den Antrieb eines Zahnrades mit mindestens annähernd    konstanter   Drehgeschwindigkeit. 



  Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer elektromechanischen Antriebsvorrichtung, welche vorzugsweise eine Kombination von    Invar   und    piezoelektrischem   Kristall aufweist, die praktisch temperaturunabhängig ist. Die eingangs umschriebene Antriebsvorrichtung ist ge- kennzeichnet durch einen Verstärker, der die durch die Schwingungen entstehenden Spannungsimpulse gleichrichtet, sowie einen Hubmagneten, der die gleichgerichteten Impulse aufnimmt und mittels eines Ankers ein Zahnrad antreibt. 



  Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung 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   Rückkopplungsspannung erzeugt, und dem Schwingkörper 5 zusammenwirkt. Der    piezoelektrische   Kristall 4 spricht auf Druck oder Erschütterung an. Das durch Druck oder Erschütterung 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 bisher zur Herstellung    piezoelektrischer   Kristalle    Barium-      titanat,      Blei-Barium-Titanat   oder    Blei-Kalzium-Barium-      Titanat   verwendet wurde, ist das in der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung zur Verwendung gelangende Element auf der Basis von    Blei-Zirkonat-Titanat   hergestellt.

   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- 

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    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-      sondre   Vorteile. 



  Der Ausgang eines rückgekoppelten Verstärkers 6 ist mit der Spule 2, also dem Elektromagneten, verbunden. 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 den    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 Rechteckspannungen 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 mechanische Arbeit zu leisten; er kann folglich    mit   sehr geringer Energie frei schwingen. Dadurch wird eine grössere Genauigkeit in der    Frequenzkonstanz   der    Schwingungen   des Schwingkörpers erzielt.

   Damit diese Frequenz erreicht wird. ist der Permanentmagnet 3 vorgesehen, welcher der Antriebsvorrichtung eine    Vorspannung   erteilt. 



  Die    Übsriragung   auf das erste Rad des Räderwerkes geschieht üblicherweise mittels einer Klinke oder einer mechanischen    Schrittschaltvorrichtung.   Diese übertragungsart ist jedoch störanfällig. Die mechanische    'Übertragung   wird daher durch eine    elektrische      übertra-      gungsvorrichtung   ersetzt, die einen    Schrittschaltmotor   aufweist,    d r   durch die einzelnen, umgewandelten Impulse gesteuert und synchronisiert wird. Beim vorliegen- den    Erfindungsgegenstand   wird die    Übertragung   durch einen    Hubmapeten,   der die Impulse aufnimmt und mittels eines Ankers ein Zahnrad antreibt, gewährleistet.



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 Contactlessly controlled electromechanical drive device for timing devices The object of the invention is a contactlessly controlled electromechanical drive device for timing devices, with a sensing and a drive electrode and a piezoelectric crystal, which is arranged between these two electrodes and which responds to pressure or vibration and which is influenced by an organ influenced by an electromagnet is excited to vibrate.



  It is known to use Schwins or X-Y bending crystals as a dielectric. The mechanical properties of these crystals are given by their capacitance and inductance. The natural frequency varies as a function of temperature. Such oscillating or bending crystals are largely temperature-dependent. In order to eliminate the temperature dependency, a material is used as the oscillating body that is largely independent of temperature, for example Invar.



  Furthermore, a contactlessly controlled, electromechanical 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 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 that picks up the rectified pulses and drives a gear by means of an armature.

   This design ensures that a gear is driven in a simple and reliable manner with at least an approximately constant rotational speed.



  The invention aims to provide an electromechanical drive device which preferably has a combination of Invar and piezoelectric crystal which is practically independent of temperature. The drive device described at the outset 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 by means of an armature.



  An embodiment of the drive device according to the invention 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 have been used 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 so composed in their composition and manufacturing technology

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    coordinated so that you can cover as many areas of application as possible with just a few types of material. The use of this piezoelectric crystal in a drive device for timing devices therefore 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 arises 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 oscillating body 5 itself therefore does not need to perform any mechanical 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 reached. the permanent magnet 3 is provided, which gives the drive device a bias.



  The transmission to the first wheel of the gear train 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, which is controlled and synchronized by the individual converted pulses. In the present subject matter of the invention, the transmission is ensured by a hub map, which receives the impulses and drives a gearwheel by means of an anchor.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Kontaktlos gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung für Zeitmessgeräte, mit einer Abfühl- und einer Antriebselektrode und einem zwischen diesen Elektroden angeordneten, auf Druck- oder Erschütterung ansprechenden piezoelektrischen Kristall, der durch ein von einem Elektromagneten beeinflusstes Organ zum Schwingen angeregt wird, gekennzeichnet durch einen Verstärker, der die durch die Schwingungen entstehenden Spannungsimpulse gleichrichtet, sowie einen Hubmagneten, der die gleichgerichteten Impulse aufnimmt und mittels eines Ankers ein Zahnrad antreibt. " UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Contactlessly controlled electromechanical drive device for timing devices, with a sensing and a drive electrode and a piezoelectric crystal, which is arranged between these electrodes and responds to pressure or vibration, which is excited to vibrate by an organ influenced by an electromagnet, characterized by an amplifier that rectifies the voltage pulses caused by the vibrations, as well as a lifting magnet that picks up the rectified pulses and drives a gearwheel by means of an armature. "SUBClaims 1. Kontaktlos gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Kristall ein auf der Basis von Blei-Zirkonat-Titanat hergestelltes Element ist. 2. Kontaktlos gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Elektromagneten beeinflusste Organ ein Schwingkörper ist. 3. Kontaktlos gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung nach dem Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper eine Klinge ist. 4. Kontaktlos gesteuerte elektromechanische Antriebsvorrichtung nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet einen Teil eines Schrittschaltmotors bildet. Contactlessly controlled electromechanical drive device according to the patent claim, characterized in that the piezoelectric crystal is an element produced on the basis of lead-zirconate-titanate. 2. Contactlessly controlled electromechanical drive device according to claim, characterized in that the organ influenced by the electromagnet is an oscillating body. 3. Contactlessly controlled electromechanical drive device according to dependent claim 2, characterized in that the oscillating body is a blade. 4. Contactlessly controlled electromechanical drive device according to claim, characterized in that the lifting magnet forms part of a stepping motor. Entgegengehaltene Schrift- und Bildwerke Französische Patentschriften Nrn. 1151427, 1372 060 Cited writings and images French patents nos. 1151427, 1372 060
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