DE1249775B

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Publication number: DE1249775B
Application number: DENDAT1249775D
Authority: DE
Publication date: 1967-09-07

Description

•UTSCHES MW PATENTAMT

4USLEGESCHRIFT

Nummer: 1 249 775

Aktenzeichen: C 34889 IX b/83 b

^ 249 775 Anmeldetag: 19.Januar 1965

Auslegetag: 7. September 1967

Die Verwendung von magnetisch oder elektrisch angetriebenen und elektronisch gesteuerten mechanischen Resonatoren als Zeitnormale ist schon seit längerer Zeit bekannt. Das Interesse an solchen Oszillatoren ist aber ganz besonders gewachsen, seit eine Stimmgabel mit beschwerten Zinken als bemerkenswert genaues Zeitnormal in einer Armbanduhr verwendet wird.

Es sind auch Η-förmige und O-förmige Resonatoren verschiedener Ausführungen bekanntgeworden, die für den Einbau in Armbanduhren u. dgl. verwendet werden können, wobei nebst anderen die folgenden vier wesentlichen Eigenschaften verlangt werden müssen: kleiner Positionsfehler, hoher Qualitätsfaktor, hoher Isochronismus und tiefe Frequenz.

Die Beeinflussung der Frequenz eines elastisch aufgehängten Massenpunktes bei Änderung seiner Lage in einem Gravitationsfeld hängt im wesentlichen ab von der Abweichung der Bahnkurve des Massenpunktes gegenüber einer Geraden. Bei der belasteten Stimmgabel ist der dadurch entstehende Positionsfehler verglichen mit den anderen Fehlern verhältnismäßig groß.

Der Positionsfehler kann kompensiert werden durch die Verwendung von zwei entgegengesetzt angeordneten Stimmgabel (Η-förmiger Resonator). Das bedingt die Nachteile, daß bei gleicher Länge eine Erhöhung der Frequenz auftritt und daß vier Massen (und somit Kopplungsschwierigkeiten) auftreten.

Der Positionsfehler verschwindet gänzlich bei einem bekannten O-förmigen Biegungsschwinger, indem die zwei in der Mitte belasteten schwingungsfähigen Stabelemente wegen ihrer Symmetrie die Bewegung der zwei Massenprodukte auf einer gemeinsamen Geraden führen. Die beiden Federkörper sind dabei entweder durch je ein an ihren beiden Enden oder durch zwischen ihnen liegende elastische Verbindungsstücke mit den Befestigungsstellen verbunden. Diese elastische Verbindung der eigentlichen Resonanzkörper (deren dynamische Wirkung derjenigen von zwei in der Mitte belasteten schwingenden Stäben entspricht) ist notwendig, um die Beeinflussung der Frequenz durch die Befestigung auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren. Wären nämlich die beiden Biegungsstäbe an ihren Enden direkt befestigt, so würden, da bei der Durchbiegung der Stäbe eine nichtlineare Zunahme der Normalkräfte auftritt, die Frequenz abhängig von der Amplitude (Isochronismus-Fehler). Der Einfluß der Befestigung auf den Frequenzgang wird durch die erwähnte elastische Aufhängung praktisch nur für kleine Amplituden Mechanischer Resonator für Normalfrequenzoszillatoren in Zeitmeßgeräten

Anmelder:

Centre Electronique Horloger S. A., Neuchätel (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Schliebs, Patentanwalt, Darmstadt, Ludwig-Büchner-Str. 14

Als Erfinder benannt: Heinz Waldburger, Neuchätel (Schweiz)

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 20. Januar 1964 (582)

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eliminiert, außerdem wird der Qualitätsfaktor ungünstig beeinflußt, indem die Befestigungsstellen (sich gegenseitig aufhebende) kleine Reaktionen auf die starre Grundplatte ausüben und indem die Federstücke, die den eigentlichen Resonator mit den Befestigungsstellen verbinden, sich aber mit ihrer Biegeelastizität nicht direkt an der Resonanzerscheinung beteiligen und somit durch ihre innere und äußere Reibung als eigentliche parasitische Elemente wirken.

Dieser bekannte mechanische Resonator für Normalfrequenzoszillatoren in Zeitmeßgeräten besitzt zwei senkrecht aufeinanderstehende Symmetrie achsen, wovon eine eine Resonanzgerade bildet, mit zwei auf der Resonanzgeraden gegeneinander schwingenden Massen und mit Befestigungsmitteln, deren Befestigungsstelle oder starr miteinander verbundene Befestigungsstellen im Raum mathematisch exakt stillstehen. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfals einen Resonator dieser bekannten Art, welcher jedoch die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist.

Der erfindungsgemäße Resonator ist gekennzeichnet durch zwei identische Schwingrahmen, welche derart symmetrisch zu den beiden Symmetrieachsen angeordnet sind, daß ihre Längsseiten von der Resonanzgeraden halbiert werden, und welche auf den einander abgekehrten Längsseiten je eine zur Resonanzgeraden symmetrisch angeordnete Schwingmasse tragen, wobei die Befestigungsmittel auf der Resonanzgeraden oder symmetrisch beidseitig derselben auf der Symmetrieachse angeordnet sind und die

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Claims

beiden einander gegenüberliegenden Längsseiten der beiden Schwingrahmen elastisch miteinander verbinden. Der erfindungsgemäße Resonator ermöglicht es, daß bei beliebiger Amplitude die Frequenz und der Qualitätsfaktor nicht durch unerwünschte Reaktionen an den Befestigungsstellen beeinflußt werden. Ferner kann der erfindungsgemäße Resonator so ausgebildet werden, daß er mit Ausnahme der unmittelbaren Befestigungsstelle keine Teile aufweist, die mit ihrer Elastizität nicht direkt am Resonanzvorgang mitwirken und deren Zweck es nur ist, die schwingenden Teile mit der Befestigungsstelle elastisch zu verbinden. Schließlich weist der erfindungsgemäße Resonator gegenüber dem obenerwähnten bekannten O-förmigen Resonator noch den Vorteil auf, daß er bei gleicher Baulänge wie dieser auf einer tieferen Frequenz schwingt. An Hand der Zeichnung werden nachfolgend beispielsweise vier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Resonators beschrieben. Es zeigt in Draufsicht die F i g. 1 eine erste, F i g. 2 eine zweite, F i g. 3 eine dritte und F i g. 4 eine vierte Ausführungsform. Bei der in F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsform sind zwei Massen 1 je symmetrisch mit den beiden die Resonanz bestimmenden federnden Rahmen 2 verbunden, welche aus je zwei gleichen Teilen bestehen, die zur Resonanzgeraden r und zu der zu r senkrechten und zur Symmetrieachse s parallelen Achse s* symmetrisch sind. Die beiden Rahmen 2 sind untereinander durch die beiden je gleichen Kopplungsglieder 3 verbunden, und diese wiederum sind über die beiden gleichen Teile 4 mit der Befestigungsstelle 5 verbunden. Die konstruktive Gestaltung der Teile 3 und 4, welche zusammen ein T-förmiges Verbindungsstück bilden, im Zusammenhang mit den übrigen Dimensionen bestimmt die Kopplung der beiden schwingenden Rahmen 2 sowie die (tiefere) Frequenz der gleichsinnigen Schwingung, die natürlich wegen ihrer Reaktion auf die Befestigungsstelle nicht benutzt werden kann, die aber infolge ihres Zusammenhangs mit dem möglichen Einfluß von Störungen eine gewisse Rolle spielt. Der Querschnitt des Rahmens 2 ist über seine ganze Länge gleich und es sei bemerkt, daß die elastische Länge des Rahmens gegenüber der gesamten Länge des Resonators je durch die Massen und durch die Befestigung um einen gleichen Betrag verkürzt worden ist. Die Ausführung gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von der vorhergehenden in vier Punkten. Erstens erfolgt' die Befestigung an zwei symmetrisch auf der Resonanzgeraden r angeordneten Befestigungsstellen 15, wobei die beiden Rahmen 12 durch die Glieder 13 gekoppelt und diese durch den kreuzförmigen Teil 14 elastisch mit den Befestigungsstellen 15 verbunden sind. Zweitens sind die vier gleichen Schmalseiten 12 a der Rahmen 12 mäanderförmig gebogen, um eine geringere Steifigkeit des Rahmens herbeizuführen. Drittens sind die Massen 11 Η-förmig ausgebildet, jedoch ebenfalls symmetrisch um die Rahmen herum angeordnet. Viertens sind die Massen 11 hier am Rahmen aufgesetzt und aus einem anderen Material als dieser hergestellt. Bei der in F i g. 3 dargestellten dritten Ausführungsform erfolgt die Befestigung an zwei symme- frischen Stellen 25 auf der Symmetrieachse 5, wobei die beiden Rahmen 22 durch das Glied 23 gekoppelt sind und dieses durch die beiden Glieder 24 an die Befestigungsstellen 25 angeschlossen ist. Die Glieder 23 und 24 bilden zusammen eine kreuzförmige elastische Halterung. Die Rahmen 22 sind an den vier Randpartien 22 a durch eine Reduktion des Querschnitts weicher gemacht. Die elastische Länge des Rahmens 22 auf der Seite der Verbindung mit der ίο Befestigungsstelle ist weniger reduziert als auf der Seite der Massen 21. Diese sind nur einseitig am Rahmen 22 aufgesetzt. In F i g. 4 wird eine weitere Befestigungsmöglichkeit und eine mögliche Variation der Form des Rahmens 32 gezeigt. Die Befestigung benutzt zwei symmetrisch auf der Achse s angeordnete Stellen 35, von wo je zwei gleiche Teile 34 zu den beiden gleichen Kopplungsgliedern 33 führen. Die Teile 33 und 34 bilden ein T-förmiges elastisches Glied. Die Massen 31 gleichen den Massen 11. In den dargestellten Ausführungsbeispielen besitzen die Schwingrahmen die allgemeine Form länglicher Rechtecke. Diese Schwingrahmen könnten aber auch eine beliebige andere Form aufweisen, wobei lediglich die Symmetrie bezüglich der beiden Symmetrieachsen erhalten bleiben muß. Beispielsweise könnten die Schwingrahmen elliptisch ausgebildet sein. Schließlich ist es auch möglich, die Querschnitte der Rahmen, immer unter Beachtung der unerläßliehen Symmetrie, beliebig zu variieren. Patentansprüche:

1. Mechanischer Resonator für Normalfrequenzoszillatoren in Zeitmeßgeräten mit zwei senkrecht aufeinanderstehenden Symmetrieachsen, wovon eine eine Resonanzgerade bildet, mit zwei auf der Resonanzgeraden gegeneinander schwingenden Massen, und mit Befestigungsmitteln, deren Befestigungsstelle oder starr mit- einander verbundene Befestigungsstellen im Raum mathematisch exakt stillstehen, gekennzeichnet durch zwei identische Schwingrahmen (2, 12, 22 bzw. 32), welche derart symmetrisch zu den beiden Symmetrieachsen (s und r) angeordnet sind, daß ihre Längsseiten von der Resonanzgeraden (r) halbiert werden, und welche auf den einander abgekehrten Längsseiten je eine zur Resonanzgeraden symmetrisch angeordnete Schwingmasse (1, 11, 21 bzw. 31) tragen, wobei die Befestigungsmittel (4, 5; 14, 15; 24, 25 bzw. 34, 35) auf der Resonanzgeraden oder symmetrisch beidseitig derselben auf der Symmetrieachse (5) angeordnet sind und die beiden einander gegenüberliegenden Längsseiten der beiden Schwingrahmen elastisch miteinander verbinden.

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingrahmen je eine zusätzliche Symmetrieachse (s*) senkrecht zur Resonanzgeraden (r) und parallel zur erstgenannten Symmetrieachse (s) besitzen.

3. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenstäbe konstante Querschnitte haben.

4. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Seiten (12 a) des Rahmens (12) mäanderförmig ausgebildet sind.

5. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Seiten (22 a) des