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Mechanischer Oszillator für zeithaltende Geräte Die Erfindung bezieht
sich auf einen mechanischen Oszillator für zeithaltende Geräte mit einer an einem
Träger fliegend angeordneten, Kreisschwingungen um eine Schwingungsachse ausführenden
Masse.
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Die meisten zeithaltenden Geräte verwenden als Zeitbasis einen Oszillator.
Eine besondere, weitverbreitete Art dieser Oszillatoren weist eine Unruh und eine
Spirale auf und zeichnet sich durch eine niedere Schwingungsfrequenz aus, welche
die Aufrechterhaltung der Schwingungen auf rein mechanischem Wege erlaubt.
Immerhin stellen die bei diesen Oszillatoren notwendigen Lagerzapfen Reibungsquellen
dar, die zu Störungen im Isochronismus führen; die letzteren können neben anderen
Gründen bei Zeitmessern hoher Genauigkeit den Ersatz von Unruh und Spirale durch
einen piezoelektrischen Oszillator oder eine Stimmgabel rechtfertigen.
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Bei einem bekannten mechanischen Oszillator für zeithaltende Geräte
wurden die den Isochronismus nachteilig beeinflussenden Lagerstellen durch elastische
Ausbildung der Unruhwelle vermieden. Dieser Oszillator kann jedoch wegen seiner
erforderlichen großen Dimensionen nicht in Kleinuhren, z. B. Armbanduhren, eingebaut
werden.
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Da es andererseits kaum möglich ist, kleine piezoelektrische Oszillatoren
sehr niedriger Frequenz herzustellen, und da Stimmgabeln, die diese Voraussetzungen
erfüllen, sehr empfindlich gegen Stöße sind, hat man auf andere Weise versucht,
die Lagerzapfen und deren Reibung zu umgehen. Bei einer bekannten Lösung besteht
der mechanische Oszillator aus einem als Unruh dienenden, zur Einstellung der Schwingungsperiode
verstellbare Gewichte tragenden Balken, der am einen Ende eines Torsionsstabes befestigt
ist; das andere Ende des Torsionsstabes sitzt fest in einem Träger. Der Querschnitt
des Torsionsstabes weist die Form eines Kreuzes auf, das durch FYäsung in Längsrichtuno,
des Stabes erhalten wird. Diese Vorrichtung weist zwar - wie bereits erwähnt
- keine Lagerzapfen auf und ermöglicht den Erhalt von Frequenzen in der Größenordnung
von fünfundzwanzig Schwingungen pro Sekunde (also mit der Wechselzahl
50); sie ist jedoch mit dem schwerwiegenden Nachteil behaftet, daß die wirksame
Länge des Torsionsstabes, d. h. die Länge der Fräsungen, nicht genau bestimmt
ist und daß die Dicke der Arme des Querschnittskreuzes nicht gleichmäßig erhalten
werden kann. Es ist zwar bekannt, Bandfedern als Flachbänder großer Gleichmäßigkeit
einzeln herzustellen und erst durch die Montage zu einem gemeinsamen Federpaket,
z. B. von kreuzförmigem Querschnitt, zu vereinigen, aber dadurch wird der Hauptnachteil
der in Rede stehenden Vorrichtung nicht beseitigt, der darin besteht, daß der OsziRator
nicht in Dimensionen herstellbar ist, die seine Verwendung in Kleinuhren, z. B.
Armbanduhren, erlauben würde.
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Aber selbst wenn so kleine Dimensionen zu verwirklichen wären, würde
bei Kleinuhren ein weiteres Problem auftreten, nänflich dasjenige der Dämpfung.
Ebenso wie bei dem im Verbrennungskraftmaschinenbau vielfach verwendeten Fliehkraftpendel
die Energie einer Drehschwingung von der Kurbelwelle auf das pendelnd angebaute
Gegengewicht übertragen und dadurch der Kurbelwelle entzogen wird, so wird auch
- wenigstens teilweise - die Schwingungsbergie des Oszillators in
einer Uhr auf die feststehende Platine übertragen und damit dem Oszillator entzogen.
Die Platine wirkt also wie eine angekuppelte pendelnde Masse - sofern nur
das Verhältnis der Masse der Platine zur Masse des Oszillators nicht unendlich groß
wird; da dies praktisch nicht der Fall ist, wird stets ein gewisser Anteil der Schwingungsenergie
des Oszillators durch die infolge der Reaktionsmomente in (entsprechend geringere)
»Gegenschwingungen« versetzte Platine aufgezehrt, d.h., die Schwingungen des Oszillators
werden mehr oder weniger gedämpft, wodurch der Isochronismus gestört wird.
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Durch die Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen mechanischen
Oszillator der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem die im Hinblick auf
den Isochronismus unerwünschte Dämpfung durch Ausgleich der Reaktionsmomente vermieden
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum
Ausgleich der von-den Sbhwingungen der Masse auf den Träger ausgeübten Reaktionsmomente
auf demselben Träoer eine zweite Masse fliegend angeordnet ist, welche Kreisschwingungen
derselben Frequenz, jedoch mit einer Phasenversdhiebung vom Winkel z, ausführt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können die Abmessungen des Oszillators
so verkleinert werden, daß dieser auch in eine Armbanduhl eingebaut werden kann;
gleichzeitig wird die Ganggenauigkeit ganz erheblich und in überraschendem Ausmaße
verbessert.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Oszillators.
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F i g. 1 ist eine räumliche Darstellung der einen Hälfte des
Oszillators; F i g. 2 ist in etwas größerem Maßstab eine Draufsieht auf F
i g. 1;
F i g. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-III in F i
g. 2; F i g. 4 ist in kleinerem Maßstab eine teilweise geschnittene
Seitenansicht zu F i g. 1;
F i g. 5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel
des kompletten Oszillators gemäß der Erfindung, und F i g. 6 zeigt das zweite
Ausführungsbeispiel des Oszillators.
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Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Hälfte des Oszillators
gemäß der Erfindung weist eine auf einem z. B. durch die Werkplatte einer Uhr gebildeten
Träger 2 fliegend gelagerte Masse 1 auf, die um eine Symmetrieachse Kreisschwingungen
ausführt. Die Masse 1 ist auf dem Träger 2 vermittels dreier flacher, bandförmiger
Rückholfedern 3 konstanter Dicke montiert. Diese Federn liegen in verschiedenen
Ebenen, die sich längs der Dreh- oder Schwingungsachse der Masse 1 schneiden
und gleichmäßig um diese Achse verteilt, also um einen Winkel von 120' gegeneinander
versetzt sind. Wie F i g. 1 und 2 zeigen, erstrecken sich die Federn
3 nicht ganz bis zur Drehachse. Die beschriebene Anordnung der Federn
3 in bezug auf die Schwingungsachse ergibt bei der Torsion um die Schwingungsachse
ein kleines, bei einer Biegung in bezug auf diese Achse aber ein sehr großes Rückholmoment.
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Die Federn 3 sind an ihrem oberen Ende zwischen Sektoren 4
aus Stahl hoher Festigkeit eingebettet oder festgeklemmt, welche Sektoren 4 in der
durch die Masse 1 gebildeten metallischen Fassung -efaßi oder eingetrieben
sind. Durch geeignete Formgebung der Sektoren 4 und der Fassung 1 kann die
Einspannung der Enden der Federn 3 so erfolgen, daß ihre erwünschte wirksame
Länge sehr genau eingehalten wird. Zur Erreichung dieses Ziels hat die Fassung oder
Masse 1 zwei Schrägkanten 5, während die Sektoren 4 an ihren radialen
Begrenzungsflächen etwa in halber Höhe derselben durchgehende radiale Nuten
6 aufweisen. Darum verteilt sich der von dem zwischen den Schrägkanten
5 liegenden Teil der Fassung 1 auf den mittleren Teil der Höhe der
Sektoren 4 ausgeübte Druck auf die über und unter den Nuten 6 liegenden Teile
der Sektoren 4 und der Federn 3 und gewährleistet somit eine feste Einbettung
oder Einklemmung der Federn 3 in mindestens zwei Punkten ihrer oberen Enden.
Entsprechende Maßnahmen zur Verankerung oder Einbettung der Federn 3 sind
an deren anderem Ende vorgesehen, mit dem Unterschied, daß hier die Fassung
1 durch den Schrägkanten 7 aufweisenden Träger . 2, also-;i.
B. die Uhrwerkpi#t#te,' ers'e#t#it'ist-. Von den Schrägkanten 7 ist
in F i g. 1 nur die obere sichtbar. Man könnte aber auch unten eine der Fassung
1 identische Fassung vorsehen und diese z. B. in eine Ausnehmung des Trägers
2 eintreiben.
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'Die'Zahl der Federn kann eine andere sein als drei. So könnte man
z. B. zwei Federn vorsehen, die über fast ihre aanze Höhe einen mittleren Schlitz
aufweisen, wobei der Schlitz der einen Feder nach oben und bei der anderen Feder
nach unten offen ist. Diese Federn können dann zur Bildung eines Kreuzes ineinandergreifen,
indem man sie im Bereich ihrer Schlitze ineinandersteckt. Diese Ausführungsform
ist praktisch gleichwertig einer solchen mit vier voneinander unabhängigen,
je um 901 gegeneinander versetzten Federn.
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Die Aufrechterhaltung der Schwingungen der Masse 1 kann durch
eine der klassischen Vorrichtungen bekannter Art erfolgen. So ist z. B. eine elektromagnetische
Vorrichtung für die geschilderte Ausführungsform ganz besonders geeignet, weil sie
die Verwirklichung eines Schwingungskopfes von sehr kleinen Dimensionen ermöglicht
und diesem die Vorteile der Symmetrie eines Rotationskörpers verleiht. Zu diesem
Zweck trägt die Schwingmasse 1
einen mehrpoligen zylindrischen oder scheibenförmigen
Magneten 8 (F i g. 4), während eine nicht dargestellte, im Bereich
der Pole des Magneten 8 fest angeordnete Wicklung in an sich bekannter Weise
die die Schwingungen aufrechterhaltende elektromagnetische Verbindung herstellt.
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Zur Einstellung der Schwingungsfrequenz dient ein ferromagnetischer,
zur Schwingungsachse genau koaxial angeordneter Ring 9, der nur durch sein
Zusammenwirken mit dem mehrpoligen Magneten 8,
also nur durch magnetische
Anziehung, am Körper 1, 3 befestigt ist. In F i g. 4 ist der Ring
9, anders als in Wirklichkeit, im Abstand von diesem Körper 1, 8 dargestellt,
um anzudeuten, daß man ihn leicht abheben kann, um zwecks Regelung der Schwingungsfrequenz
seine Dicke oder seinen Durchmesser und damit das Trägheitsmoment des aus den Teilen
1, 4, 8 und 9 bestehenden Satzes zu ändern. Die für diese Frequenzregelung
notwendigen, meist sehr geringen Änderungen können z. B. durch Schleifen der Fläche
des Ringes 9 vorgenommen werden. Man kann auch einen Satz von mehreren
Ringen 9-vorsehen, deren Dimensionen von Ring zu Ring wenig ändern. Zur Änderung
der Schwingungsfrequenz braucht man dann einfach einen Ring gegen einen anderen
auszutauschen, wobei, sofern nötig, der neu einzusetzende Ring. z. B. durch Schleifen,
noch etwas retuschiert wird.
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Der gesamte Oszillator gemäß der Erfindung besteht aus zwei der in
den F i g. 1 bis 4 dargestellten Teilen, die erfindungsgemäß so angeordnet
sind, daß die Dämpfung durch Ausgleich der Reaktionsmomente vermieden wird.
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Zu diesem Zweck sind bei der in F ig. 5 dargestellten ersten
Ausführungsform die beiden Teile des Oszillators nebeneinander auf dem Träger 2
angeordnet, wobei die Massen 1 und I' um die parallel zueinander verlaufenden
Schwingungsachsen Kreisschwingungen. derselben Frequenz, jedoch mit einer Phasenverschiebung
vom Winkel z, ausführen.
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Demselben Zweck dient die zweite Ausführungsform nach F i
g. 6. Hier ist der die Masse 1 tragende Teil des Oszillators auf der
einen Seite des Trägers
und der die Masse l' tragende Teil des Oszillators
auf der anderen Seite des Trägers 2 so angeordnet, daß die beiden Massen
1, l' eine gemeinsame Schwingungsachse aufweisen.
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Der grundlegende Vorteil der Erfmdung liegt einerseits in der Möglichkeit
des Erhalts von seht kleinen Oszillatoren ohne die Notwendigkeit der übermäßiaen
Erhöhune, der Frequenz und andererseits in der Vermeidung der Dämpfung der Schwingungen.
Infolgedesesn kann der erfindungsgemäße Oszillator sogar in Armbanduhren eingebaut
werden, wobei gleichzeitig eine erhebliche Verbesserung der Gang enauigkeit erzielbar
ist.
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