DE1227843B

DE1227843B - Mechanical oscillator for an electronic watch

Info

Publication number: DE1227843B
Application number: DEL41453A
Authority: DE
Inventors: Werner Baumgartner
Original assignee: SUISSE DE RECH S HORLOGERES LA; Laboratoire Suisse de Recherches Horlogeres
Current assignee: SUISSE DE RECH S HORLOGERES LA; Laboratoire Suisse de Recherches Horlogeres
Priority date: 1961-03-14
Filing date: 1962-03-13
Publication date: 1966-10-27

Description

Mechanischer Oszillator für eine elektronische Kleinuhr Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanischen Oszillator für eine elektronische Kleinuhr mit einer Torsionsfeder, welche an wenigstens einem Ende fest eingespannt ist und welche eine um die Torsionsachse der Feder schwingende Masse trägt, sowie mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung, welche durch die schwingende Torsionsfeder selber impulsweise gesteuert wird und die Oszillationen der Torsionsfeder aufrechterhält.Mechanical oscillator for a small electronic watch The invention refers to a mechanical oscillator for an electronic watch with a torsion spring, which is firmly clamped at at least one end and which carries a mass oscillating around the torsion axis of the spring, as well as an electrical one Drive device, which is pulsed by the oscillating torsion spring itself is controlled and maintains the oscillations of the torsion spring.

Bekannte Torsionsoszillatoren dieses Typs, die gegenüber Stimmgabelschwingern den Vorzug haben,, mit wesentlich geringeren Schwingungsfrequenzen, beispielsweise im Bereich zwischen 30 und 60 Hz, betrieben werden zu können, bestehen aus ebenen, mit ihren Längskanten parallel zueinander derart in einen gemeinsamen Träger eingespannten Torsionslamellen, daß die durch die Lamellen gehenden Ebenen im Winkel zueinander liegen und sich unter Bildung eines allgemein kreuzförmigen Torsionsschwingers in der gemeinsamen Torsionsachse schneiden. Diese bekannte Form eines Torsionsoszillators weist zwar gegenüber nur aus einer Lamelle mit rechteckfömigem Querschnitt oder aus einem Draht oder Stab mit rundem Querschnitt bestehenden Schwingern wünschenswerte gute Biegefestigkeit auf, jedoch erfordert die genaue und justierte Einspannung mehrerer Torsionsfederblätter sowohl im gemeinsamen Träger als auch an der gemeinsam schwingenden Masse einen verhältnismäßig komplizierten Arbeitsgang. Andererseits ist ein aus einem einzigen Teil bestehender Torsionsschwinger mit beispielsweise kreuzförmigem Querschnitt sehr schwierig herzustellen, da insbesondere das Fräsen einer derartigen komplizierten Querschnittsform hohe Genauigkeit erfordert und häufig zu schädlichen inneren Spannungen führt.Known torsional oscillators of this type, compared to tuning fork oscillators have the preference, with much lower oscillation frequencies, for example to be operated in the range between 30 and 60 Hz, consist of flat, so clamped with their longitudinal edges parallel to each other in a common carrier Torsion lamellas, that the planes passing through the lamellas are at an angle to each other and move into intersect the common torsion axis. This known form of a torsional oscillator although has opposite only from a lamella with a rectangular cross-section or consisting of a wire or rod with a round cross-section are desirable good flexural strength, but requires precise and adjusted clamping several torsion spring leaves both in the common carrier and on the common vibrating mass a relatively complicated operation. on the other hand is a torsional oscillator consisting of a single part with, for example Cross-shaped cross-section very difficult to manufacture, especially because of the milling such a complicated cross-sectional shape requires and often requires high accuracy leads to harmful internal tension.

In ganz anderem Zusammenhang, nämlich zur Erzielung einer reibungsfreien Aufhängung für die Anzeigeorgane oder die beweglichen. Teile elektrischer Meßgeräte, hat man zwar bereits V-förmige Torsionsfedern verwendet, jedoch ist in diesem Falle die Torsionsfeder nicht Teil eines elektromechanischen Oszillators, bei dem es auf ein besonderes Frequenzverhalten ankommt, sondern die Torsionsaufhängung dient lediglich dazu, reibungsfreie Auslenkungen des Anzeigeorgans zu gewährleisten.In a completely different context, namely to achieve a smooth Suspension for the display organs or the movable ones. Parts of electrical measuring devices, V-shaped torsion springs have already been used, but in this case the torsion spring is not part of an electromechanical oscillator that it is on a special frequency behavior is important, but the torsion suspension is only used to ensure smooth deflections of the display organ.

Ferner ist bereits ein Gangregler für Uhr- und Laufwerke bekannt, bei welchem ebenfalls von Torsionsfedern Gebrauch gemacht wird und bei welchem eine mögliche Durchbiegung der Federn durch die Anordnung mehrerer, in bestimmten Winkeln gegeneinander versetzt angeordneter Federn verhindert werden soll.Furthermore, a regulator for clocks and drives is already known, in which use is also made of torsion springs and in which one possible deflection of the springs due to the arrangement of several at certain angles offset springs are to be prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsoszillator für elektronische Uhren zu schaffen, in welchem der Torsionsschwinger nur aus einer einteiligen, einfach zu fertigenden Torsionsfeder besteht, die trotzdem einen sehr großen Widerstand gegen Verbiegung aufweist, ohne daß dadurch die Torsionseigenschaft beeinträchtigt würde.The invention is based on the object of a torsional oscillator for electronic clocks, in which the torsional oscillator consists of only one one-piece, easy-to-manufacture torsion spring that still has a very has great resistance to bending without thereby affecting the torsional property would be affected.

Gleichzeitig werden durch die Einteiligkeit der Feder nicht nur Material- und Montagekosten gegenüber zwei- oder mehrteiligen Federn eingespart, sondern es entfällt auch die in der Regel sehr umständliche und diffizile Justierung mehrerer Federteile relativ zueinander.At the same time, the one-piece design of the spring means that not only material and assembly costs compared to two-part or multi-part springs saved, but it there is also no need for the usually very cumbersome and difficult adjustment of several Spring parts relative to each other.

Ausgehend von einem mechanischen Oszillator des eingangs beschriebenen Typs ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder aus einem einzigen geraden Federblatt besteht, das in Längsrichtung derart gebogen ist, daß sie einen V-förmigen Querschnitt annimmt, und daß die Schwingungsachse der schwingenden Masse senkrecht zum V-förmigen Querschnitt der Feder liegt.Based on a mechanical oscillator of the type described above Type, the invention to solve this problem is characterized in that the Torsion spring consists of a single straight spring leaf that extends lengthways is bent so that it assumes a V-shaped cross-section, and that the axis of vibration the vibrating mass is perpendicular to the V-shaped cross section of the spring.

Trotz der einfachen, von reibungsfreien Meßorganaufhängungen her an sich bekannten V-Form des Oszillators nach der Erfindung, welche dazu noch die im allgemeinen bisher für Uhrentorsionsschwinger immer bevorzugte vollkommene Symmetrie in bezug auf die Torsionsachse vermissen läßt, hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß der Isochronismusfehler eines derartigen Schwingers, also die Abhängigkeit der Eigenfrequenz von der Größe der Schwingungsamplitude, nur außerordentlich gering ist und sich die Schwingungsperiode innerhalb des praktisch verwendeten Amplitudenbereichs von größenordnungsmäßig 3 bis 4° um nur etwa 5 -10-5 Schwingungsperioden ändert. Das bedeutet, daß im ungünstigsten Fall eine Abweichung von 5 Sekunden in 24 Stunden eintritt, ein Ergebnis, das - verglichen mit anderen bekannten Uhrenoszillatoren -als ausgezeichnet zu betrachten ist.Despite the simple V-shape of the oscillator according to the invention, which is known per se from frictionless measuring element suspensions, which also lacks the perfect symmetry with respect to the torsion axis, which has generally been preferred for clock torsion oscillators, it has surprisingly been shown that the isochronism error of such a vibrator, i.e. the dependence of the natural frequency on the magnitude of the vibration amplitude, is only extremely small and the vibration period within the amplitude range of the order of magnitude 3 to 4 ° used in practice changes by only about 5 -10-5 vibration periods. This means that in the worst case there will be a deviation of 5 seconds in 24 hours, a result which - compared to other known clock oscillators - is to be regarded as excellent.

Die Erfindung, die nur in den in den Patentansprüchen angegebenen Merkmalen zu sehen ist, wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht dieser Ausführungsform, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der F i g. 1 und F i g. 5 das elektrische Schema dieser Ausführungsform.The invention included only in the claims specified Features can be seen, is explained in more detail with reference to the drawing. It shows F i G. 1 is a view of this embodiment, FIG. 2 a section along the line II-11 of FIG. 1, Fig. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 1, F i g. 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 1 and F i g. 5 the electric Scheme of this embodiment.

Der in der Zeichnung dargestellte Oszillator besitzt einen Arm 1, der mit einer Torsionsfeder 2 verschweißt ist, deren beide Enden in der Platine 3 eines Zeitwerkes befestigt sind. Es versteht sich, daß der Arm statt mit der Feder verschweißt in anderer Weise, z. B. durch Kleben oder mechanisch mit dieser verbunden sein könnte. Die Torsionsfeder 2 ist von gleichförmiger Dicke, von im wesentlichen rechteckiger Form und ist in Längsrichtung senkrecht zum Arm 1 V-förmig abgewinkelt. Diese V-Form ist leicht herzustellen, und sie vermittelt der Feder eine ausgezeichnete Biegungsfestigkeit ohne deren Torsionseigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Durch Versuche wurde z. B. festgestellt, daß sich ohne weiteres ein Verhältnis von 7500 zwischen der Torsions- und der Biegungskonstanten erreichen läßt. Die beiden Enden des Armes 1 sind außerdem je durch kleine, symmetrische Massen 1 a und 1 b beschwert.The oscillator shown in the drawing has an arm 1 which is welded to a torsion spring 2, the two ends of which are fastened in the board 3 of a timer. It goes without saying that the arm is welded to the spring in some other way, e.g. B. could be connected to this by gluing or mechanically. The torsion spring 2 is of uniform thickness, of a substantially rectangular shape and is angled in the longitudinal direction perpendicular to the arm 1 in a V-shape. This V-shape is easy to manufacture and it gives the spring excellent flexural strength without adversely affecting its torsional properties. Through experiments z. B. found that a ratio of 7500 between the torsion and the bending constants can easily be achieved. The two ends of the arm 1 are also weighted down by small, symmetrical masses 1 a and 1 b.

Die beiden Enden der Feder 2 sind je fest eingespannt, um die Wirklänge der Feder eindeutig zu bestimmen. Diese Einspannung erfolgt gemäß F i g. 3 einerseits durch einen Support 4, der mit der Platine verbunden ist und eine V-förmige Ausnehmung aufweist, die der Form der Feder entspricht und andererseits durch eine kleine Brücke 5, die einen Vorsprung 6 besitzt, welcher ebenfalls V-förmig ist. Mittels Schrauben 7 kann die Brücke am Support belestigt werden. Natürlich könnte die Feder auch geklebt oder durch Widerstands- oder Ultraschallschweißung angeschweißt werden.The two ends of the spring 2 are each firmly clamped to the effective length the spring to be clearly determined. This clamping takes place according to FIG. 3 on the one hand by a support 4, which is connected to the board and a V-shaped recess which corresponds to the shape of the spring and on the other hand by a small bridge 5, which has a projection 6 which is also V-shaped. With screws 7 the bridge can be attached to the support. Of course, the spring could also be glued or welded on by resistance or ultrasonic welding.

Der Arm l ist mit einer Klinkenvorrichtung versehen, welche nicht dargestellt ist. Diese dient zum Antrieb eines Ritzels 8, das mit einer Schnecke 9 verbunden ist. Letztere steuert das Räderwerk der Uhr, gebildet durch ein Zwischenrad 10, ein exzentrisch angeordnetes Sekundenrad 11, ein Kleinbodenrad 12 und endlich ein Minutenrad 13. Weitere Teile wurden nicht dargestellt.The arm l is provided with a ratchet device, which is not shown. This serves to drive a pinion 8 which is connected to a worm 9. The latter controls the gear train of the clock, formed by an intermediate wheel 10, an eccentrically arranged fourth wheel 11, a third wheel 12 and finally a minute wheel 13. Other parts are not shown.

Durch die Schnecke 9 kann die Getriebeebene verändert werden, und sie eignet sich außerdem für die Anordnung einer Zeigerstellvorrichtung. In der einen Richtung überträgt diese Schnecke nämlich die Bewegungen des Oszillators auf die Zeiger in der anderen Richtung, dagegen wirkt sie als Klinke. Die Oszillation des Armes 1 wird durch eine elektronische Vorrichtung bewirkt, die eine Stromquelle 14 umfaßt, welche einen Transistor 15 speist, in dessen Steuerkreis eine Erregerwicklung 16 und in dessen Rückkopplungskreis eine Rückkopplungswicklung 17 geschaltet ist. Diese beiden Wicklungen sind auf einem U-förmigen Kern 18 mit schmalem Kernspalt 19 angeordnet. Gegenüber diesem oszilliert der eine Pol eines Magnetstabes 20. Dieser ist in einem U-förmigen Magnetteil 21 gehalten, der durch den Arm 1 fixiert ist. Die Schenkel 22 des Magnetteils 21 sind vom Magnetstab durch eine nichtmagnetische Schicht getrennt. Wenn sich der Magnet in Richtung des Endes 18a des Kerns hin bewegt, induziert sein Magnetfluß in der Wicklung 16 einen Impuls, der den Transistor freigibt. Dieser läßt durch die Wicklung 17 Strom fließen und der dadurch im Kernspalt 19 erzeugte Fluß beeinflußt den Magneten wieder, sobald sich dieser gegen das Ende 18 b des Kernes hin bewegt. Die Oszillation der beschriebenen Anordnung erreicht eine Frequenz von etwa 30 bis 60 Hz und ist von ausgeprägter Gleichförmigkeit.The gear plane can be changed by the worm 9, and it is also suitable for the arrangement of a pointer setting device. In the This screw transfers the movements of the oscillator in one direction the pointer in the other direction, on the other hand it acts as a latch. The oscillation of the arm 1 is effected by an electronic device which is a power source 14 comprises, which feeds a transistor 15, in the control circuit of which an excitation winding 16 and a feedback winding 17 is connected in its feedback circuit. These two windings are on a U-shaped core 18 with a narrow core gap 19 arranged. Opposite this one pole of a magnetic rod 20 oscillates is held in a U-shaped magnetic part 21 which is fixed by the arm 1. The legs 22 of the magnetic part 21 are from the magnetic bar by a non-magnetic Layer separated. When the magnet moves towards the end 18a of the core, its magnetic flux induces a pulse in the winding 16 which releases the transistor. This allows current to flow through the winding 17 and the resulting in the core gap 19 The generated flux affects the magnet again as soon as it approaches the end 18 b of the core moved towards. The oscillation of the arrangement described is achieved a frequency of about 30 to 60 Hz and is of marked uniformity.

Claims

Claims: 1. Mechanical oscillator for an electronic Watch with a torsion spring, which is firmly clamped at at least one end and which carries a mass oscillating around the torsional axis of rotation of the spring, as well as with an electric drive device, which is driven by the oscillating torsion spring itself is controlled impulsively and maintains the oscillations of the torsion spring, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that this torsion spring consists of a single one consists straight spring leaf, which is bent in the longitudinal direction such that they have a Assumes a V-shaped cross-section, and that the axis of vibration of the mass mentioned perpendicular to the V-shaped cross section of the spring.

2. Mechanical oscillator according to claim 1, characterized in that at least one end of the torsion spring sandwiched between the board of the clock and a removable bridge, wherein one of these two elements has a V-shaped recess adapted to the shape of the spring and the other has a V-shaped protrusion. Considered publications: French Patent Nos. 903 114, 1240 964; British Patent No. 613 044; Austrian Patent No. 58,998; Swiss patent specification No. 104 371.