DE1078507B - Isochrones Pendel - Google Patents

Isochrones Pendel

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Publication number
DE1078507B
DE1078507B DES55270A DES0055270A DE1078507B DE 1078507 B DE1078507 B DE 1078507B DE S55270 A DES55270 A DE S55270A DE S0055270 A DES0055270 A DE S0055270A DE 1078507 B DE1078507 B DE 1078507B
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DE
Germany
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pendulum
oscillation
magnet
amplitude
compensation body
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Pending
Application number
DES55270A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Lukas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE1078507B publication Critical patent/DE1078507B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/02Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a pendulum

Description

  • Isochrones Pendel Die Erfindung bezieht sich auf die Korrektur eines Uhrenpendels, insbesondere eines kontaktlosen, z. B. durch eine Transistorschaltung mit einer Steuerspule und einer Antriebsspule induktiv zusammenwirkenden Magnetpendels, dessen, Pendelmagnet mit einem außerhalb des Pendels vorgesehenen Kompensationskörper magnetisch im Sinne der Erzeugung einer mit wachsendem Pendelausschlag zunehmenden Rückstellkraft zusammenwirkt.
  • Uhrenpendel führen Drehschwingungen aus und schwingen im allgemeinen. auf einer Kreisbahn. Die Dauer T einer Drehschwingung mit dem zum Verdrehungswinkel a proportionalen Drehmoment M bzw. dem Richtmoment D und dem Trägheitsmc.ment O beträgt Bei einem Kreispendel mit konstanter Pendellänge Z bleibt das Trägheitsmoment O = znl2 konstant. Das Drehmoment M = Z# m - g- sina nimmt dagegen nicht proportional mit dem Verdrehungswinkel a, sondern nur mit Sinus des Verdrehungswinkels a zu. Denn auch die Tangentialkomponente der Erdbeschleunigung g nimmt nur mit dem Sinus des Drehwinkels a zu. Das Pendel wird also um so langsamer schwingen, je größer seine Auslenkung aus der Mittellage ist. Die genaue Dauer T der Schwingung eines Kreispendels beträgt Die Zeitgenauigkeit eines Pendels hängt also von der Konstanz der Pendellänge L der Erdbeschleunigung g und der Schwingungsweite a zwischen der Nullage und dem Umkehrpunkt des Pendels ab. Von diesen die Konstanz der Schwingungsdauer bestimmenden Größen können die Erdbeschleunigung g und die Pendellänge l mit ausreichender Genauigkeit konstant gehalten werden. Dagegen ändern sich die bei schwingendem Pendel auftretenden Reibungsverluste und die Energiezufuhr in nicht kontrollierbarer Weise. Es entstehen dadurch unvermeidbare Amplitudenschwankungen, und diese haben unterschiedliche Schwingungszeiten und damit Gangfehler des Pendels zur Folge.
  • Um diese Gangfehler zu vermeiden, strebt man konstante Amplituden an. Dieses ist aber nur sinnvoll, wenn sich- das Verhältnis der beiden anderen, die Schwingungsdauer bestimmenden Größen nicht gleichzeitig ändert. Die Pendellänge Z bleibt konstant, und der Winkei a soll konstant gehalten werden; es wird also jede zusätzliche Krafteinwirkung, welche die Amplitude beeinflußt und einer Änderung der Erdbeschleunigung gleichzusetzen ist, die Schwingungszeit verändern. Die bekannte Einwirkung auf den Pendelmagneten mittels eines zusätzlichen Dauermagneten, wobei das Pendel in der Nähe des .Umkehrpunktes zur Energie der Lage noch magnetische Energie speichert, kann demnach keinesfalls durch Konstanthalten der Amplitude eine konstante Schwingungszeit erzielen. ..
  • Bekannt ist auch eine Amplitudenkompensation durch Wirbelstromdämpfung, wobei beispielsweise ein Stabmagnet mehr oder weniger tief in einen Kupferring hineinschwingt. Da dem Pendel mehr oder weniger Energie entzogen wird, handelt es sich um einen Regelvorgang, bei dem das Pendel um die gewünschte Amplitude herumschwankt. Es ist also, wie bei jedem Regelvorgang, Konstanz der Amplitude möglich. Auch durch diese kurzzeitigen Amplitudenänderungen entstehen jedoch auf jeden Fall Gangfehler, auch wenn die Amplitude im Mittei völlig konstant gehalten werden kann. Wegen des nicht geradlinigen Verlaufs der Zeitänderung bei sich ändernder Amplitude können nämlich Zeitfehler, welche bei einem von der Normalamplitude abweichenden größeren Ausschlag entstehen, nicht durch einen entsprechend gleich viel von der Normalamplitude abweichenden, kleineren Ausschlag ausgeglichen werden.
  • Ferner ist auch bekannt, die Änderungen der Pendellänge L infolge Temperaturschwankungen durch einen zusätzlichen Dauermagneten im Bereich des schwingenden Magnetfeldes auszugleichen. Dazu wird der Dauermagnet durch temperaturabhängige Mittel in seiner Wirklage derart verändert bzw. muß er seine magnetischen Eigenschaften mit der Temperatur so ändern, daß nun die gemeinsame, durch die Erdbeschleunigung und die magnetische Kraft gebildete Pendelkonstante g' mit der . geänderten Pendellänge L' die gleiche Pendelschwingungszeitwie vor der Temperaturänderung ergibt. Ferner ist es bei einer Unruh bekannt, die Veränderung der Elastizität der Unruhfeder durch temperaturabhängige Änderung von auf die Unruh einwirkenden magnetischen Kräften auszugleichen. r: .
  • Wegen der unterschiedlichen, nicht kontrollierbaren Energiezufuhr und Energieverluste ist also beim Pendel keine völlig konstante Amplitude zu erreichen. Der Gangfehler kann also nur durch ein isochrones Pendel vermieden werden.-- Isochron heißt zeitgleich und bedeutet die Eigenschaft schwingender Körper, kleine und große Schwingungsamplituden in der gleichen Zeit auszuführen. Ein Pendel, dessen Massenmittelpunkt sich statt aufsl'einer Kreislinie auf einer gemeinen Kreiszykloide bewegt, schwingt isochron. Es ist nun bekannt, ein Kreispendel zu einem Zykloidenpendel zu machen, indem man entsprechend der Amplitude die Pendellänge verkürzt. Ein Vorschlag von H uy g en s , der auch den Isochronismusfehler entdeckte und seine Erklärung fand, geht dahin, am Aufhängepunkt zylindrische Backen anzubringen. Diese zwingen ein normales Pendel, wenn sich beim Schwingen der Pendelfaden bzw. die Aufhängefeder an die Backen anlegt, in die Bahn einer Kreiszykloide, weil mit wachsendem Ausschlag die Pendellänge verkürzt wird. Bei dieser Anordnung schleichen sich aber Reibungsfehler und sonstige Ungenauigkeiten ein, so daß diese Nachteile die Vorteile aufwiegen.
  • Ferner ist die Beeinflussung eines Pendels mittels ferromagnetischer Stoffe oder durch eine stromdurchflossene Spule bekannt, wodurch ein normales Kreispendel in einem gewissen Bereich mit konstanter Schwingungsdauer unabhängig von der Schwingungsweite, also isochron schwingt. Die magnetischen Kräfte ergänzen dabei dieDrehmomentdifferenz, welche entsteht, weil die Tangentialkornponente der Erdbeschleunigung nicht dem Verdrehungswinkel, sondern dessen Sinus proportional ist. Es handelt sich hierbei um sehr kleine, genau zu dimensionierende Kräfte. Ein Dauermagnet müßte deshalb in einem solchen Abstand angeordnet werden, daß umgebende Störfelder seine Vorteile aufheben würden, oder er müßte zur Vermeidung dieses Nachteiles so klein hergestellt werden, daß dies technisch nicht möglich ist. Auch para- und diamagnetische Körper, die in technisch brauchbarer Größe herzustellen bzw. in geringer Entfernung zum Pendel anzuordnen wären, sind wegen der Wirbelstromverluste nicht schlechthin verwendbar. So heben z. B. für Kupfer die Wirbelstromverluste die Vorteile einer magnetischen Kompensation auf, und sogar eine stromdurchflossene Spule wirkt noch dämpfend, da in ihr Induktionsströme entstehen.
  • Die Erfindung bezweckt, die Schwingungsdauer eines normalen, für Präzisionsuhren verwendeten Kreispendels unabhängig von seinen schwankenden Amplituden über einen gewissen Bereich konstant zu halten, indem ein außerhalb des Pendels vorgesehener Kompensationskörper magnetisch mit einem Pendelmagneten im Sinne der Erzeugung einer mit wachsendem Pendelausschlag zunehmenden Rückstellkraft zur Erzielung einer von der Schwingungsweite unabhängigen konstanten Schwingungsdauer des Pendels zusammenwirkt.
  • Bei Uhrenpendeln der eingangs genannten Art. wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Pendelmagnet mit zwei gegenüberliegenden Polen den Ko@mpens@ationskörper, vorzugsweise in der Nullage des Pendels, mit verhältnismäßig kleinem Luftspalt umfaßt und für den Kompensationskörper ein paramagnetischer Stoff erheblich geringerer Permeabilität als derjenigen ferromagnetischer Stoffe so ausgewählt wird, daß in gewissen Grenzen die Schwingungsdauer des Pendels von der Schwingungsweite unabhängig konstant bleibt, z. B. durch Verwendung von Chrom (III) -oxyd.
  • Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Fig. 1 und 2 dienen der Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems; Fig. 3 a und 3 b zeigen das Ausführungsbeispiel in Vorder- und Seitenansicht, von welchem Fig. 4 einen Schnitt A-B (Fig. 3 b) in größerem. Maßstab durch den am Pendel befestigten Dauermagneten darstellt; Fig. 4a bis 4c sind Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels.
  • In Fig. 1 stellt der Kreis K die Bahn eines Kreispendels dar, und die Kurve Z zeigt als Schwingungsbahn eine gemeine Kreiszykloide. In diese zwingen die zylindrischen Backen B ein normales Pendel, weil sich beim Schwingen der Pendelfaden bzw. die Pendelfeder an sie anlegt und so mit wachsendem Ausschlag die Pendellänge verkürzt.
  • Fig. 2 zeigt im Diagramm den Fehler eines Kreispendels, welches nicht isochron schwingt; man ersieht daraus, daß dieser Fehler mit der Amplitude quadratisch anwächst.
  • In Fig. 3 ist das Pendel mit der Feder 1 aufgehängt. Der Schaft 2 trägt die Linse 3, die Stellschraube 4 und daran den Dauermagneten 5, dessen Luftspalt so angeordnet ist, daß das darin befindliche homogene Kraftfeld senkrecht auf der Schwingungsebene des Pendels steht. Ein paramagnetischer Körper 6 ist ortsfest im Luftspalt des Dauermagneten 5 so angeordnet, daß beim Schwingen des Pendels der Körper 6 aus dem homogenen Kraftfeld des Dauermagneten 5 herausschwingt und das Pendel so beeinflußt, ohne dieses mechanisch zu berühren.
  • Fig. 4 zeigt den Dauermagneten 5 im Schnitt A-B derart, daß die Feldlinien 7 im Luftspalt senkrecht zur Zeichenebene austreten,. Der Kompensationskörper 6 aus einem richtig ausgewählten paramagnetischem Werkstoff, z. B. eine Pille aus Chrom(III)-oxyd von etwa 1o mg'Gewicht, befindet sich symmetrisch in der Mittelachse des ruhenden Magneten 5. Im Diagramm 4a ist die Induktion 2 im Luftspalt als Funktion der Strecke s längs des Magneten 5 dargestellt. Bewegt sich der Magnets beim Schwingen des Pendels 1 in Pfeilrichtung mit der Geschwindigkeit v, so bewegt sich natürlich gleichzeitig das Magnetfeld des Luftspaltes (Induktion 2) in gleicher Richtung. Der paramagnetische Körper 6 kommt in das linke Gebiet abnehmender Induktion. Einen paramagnetischen Körper sucht ein sich änderndes Feld zu sich hereinzuziehen. Diese Kräfte sind vom Feldgradienten abhängig, so daß sich bei Verwendung eines paramagnetischen Körpers der im Diagramm4b dargestellte Kräfteverlauf als Funktion des Ausschlagwinkels a ergibt. Die Kraftrichtung P zur Pendelruhelage hin sei als positiv angenommen. Dabei wurde der Kompensationskörper 6 so angeordnet, daß bei einer normalen Schwingungsweite von n/90 (entsprechend einem Winkelausschlag von 2°) die Krafteinwirkung noch gering ist, bei einem weiteren Ausschlag aber sofort stark ansteigt. Diese starke Kraftzunahme in Richtung zur Ruhelage kurz vor dem Umkehrpunkt bewirkt Isochronismus für gewisse Schwankungen der Schwingungsweite, wie das korrigierte Diagramm 4c »der Gangänderung in Abhängigkeit vom Pendelausschlag« im schraffierten Bereich zeigt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Uhrenpendel, insbesondere kontaktloses, z. B. durch eine Transistorschaltung mit einer Steuerspule und einer Antriebsspule induktiv zusammenwirkendes Magnetpendel, dessen Pendelmagnet mit einem außerhalb des Pendels vorgesehenen Kompensationskörper magnetisch im Sinne der Erzeugung einer mit wachsendem Pendelausschlag zunehmenden Rückstellkraft zusammenwirkt, wobei vorzugsweise der Pendelmagnet gleichzeitig als Impulsgeber der Steuerspule und als Impulsempfänger der Antriebsspule der kontaktlosen Schaltung, insbesondere Transistorschaltung, dienen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelmagnet mit zwei gegenüberliegenden Polen den Kompensationskörper, vorzugsweise in der Nulllage des Pendels, mit verhältnismäßig kleinem Luftspalt umfaßt und für den Kompensationskörper ein paramagnetischer Stoff erheblich geringerer Permeabilität als derjenigen ferromagnetischen Stoffe so ausgewählt wird, daß in gewissen Grenzen die Schwingungsdauer des Pendels von der Schwingungsweite unabhängig konstant bleibt, z. B. durch Verwendung von Chrom(III)-oxyd. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 535 609, 424 384; französische Patentschriften Nr. 1090 564, 65 772 (Zusatz zu Patent Nr. 1092411).
DES55270A 1957-09-26 1957-09-26 Isochrones Pendel Pending DE1078507B (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE424384C (de) * 1926-01-27 Leon Hatot Fa Ets Elektromagnetische Uhr
DE535609C (de) * 1931-10-13 Junghans Geb Ag Gangregelung fuer Pendel
FR1090564A (fr) * 1953-09-17 1955-03-31 Hatot Leon Ets Perfectionnements apportés aux mécanismes horaires et aux appareils analogues
FR65772E (fr) * 1953-10-21 1956-03-12 Hatot Leon Ets Perfectionnements aux appareils horaires électromagnétiques

Patent Citations (4)

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