DE1447429A1

DE1447429A1 - Stimmgabel

Info

Publication number: DE1447429A1
Application number: DE19641447429
Authority: DE
Inventors: Claude Oudet
Original assignee: Jaz SA
Current assignee: Jaz SA
Priority date: 1963-10-14
Filing date: 1964-10-13
Publication date: 1969-10-30
Also published as: CH462723A; GB1081973A; DE1447429B2; FR1387070A

Description

Soeiete Anonyme dite 13. Oktober 1964

64bis, Rue La BoStie ^nn/nta Paris / Prankreich

Stimmgabel

Die Erfindung "betrifft eine Stimmgabel, in der insbesondere die Frequenzänderung als Funktion des Azimuts gleich Null ist, in der die Resultierende der längs der Symmetrieachse der beiden Zweige liegenden Komponenten der Kräfte ebenfalls gleich Hull ist und deren Selbstkostenpreis außerdem sehr wirtschaftlich ist.

Zu diesem Zweck besteht die Stimmgabel gemäß der Erfindung aus einem im allgemeinen ebenen Aggregat mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen, das von zwei gleichen elastischen Streifen A,A'- gebildet wird, die einander gegenüber montiert sind und sich in Richtung der längssymmetrieachse des Stimmgabelaggregats jeder in der Verlängerung des anderen erstrecken, wobei die Streifen mit gleichen Massen B,B¹ belastet sind und an ihren aneinanderstoßenden Enden, die längs der Quersymmetrieachse des Aggregats miteinander eine Einheit bilden, gehalten werden, und wobei die Formen und Abmessungen der Streifen und der Belastungsmassen sowie die gegenseitigen lagen ihrer Schwerpunkte so sind, daß der

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Ma

Schwerpunkt jedes aus einem Streifen und seiner Belastung gebildeten Aggregats beim Betrieb ständig auf einer Geraden bleibt, die mit dem Ort der LängsSymmetrieachse Ox der Stimmgabel vor ihrer Inbetriebsetzung zusammenfällt.

Gegenstand der Erfindung sind gleichfalls Ausführungen, die wenigstens eins von den folgenden Kennzeichen aufweisen;

a) Die Belastungsmassen sind unter den Bedingungen der Verwendung der Stimmgabel praktisch formbeständig.

b) Das Aggregat aus den beiden Streifen und ihren Belastungsmassen besteht aus einer einzigen passend ausgestanzten Platte.

c) Jede Belastungsmasse wird von dem äußeren Teil des entsprechenden Streifens und einem Plattenteil gebildet, der an diesen äußeren !eil des Streifens angrenzt und sich in Form einer Zunge längs des Streifens zur Quersymmetrieachse des Stimmgabelaggregats hin erstreckt.

d) Die Zunge der Belastungsmasse ist in Längsrichtung gerippt.

e) Die Halterung der Streifen besteht aus Laschen, die aus der gleichen Platte längs der Querachse des Stimmgabelaggregats ausgestanzt sind.

f) Jede Belastungsmasse weist zwei Zungen auf, die sich längs des entsprechenden Streifens auf jeder Seite desselben erstrecken.

g) Die Spalten, die jeden Streifen und die entsprechende Zunge der Belastungsmasse trennen, verlaufen parallel zur Längsachse oder leicht geneigt dazu.

h) Die Zungen jeder Belastungsmasse sind in eine Längsebene umgeschlagen, die senkrecht zur Ebene des entsprechenden Streifens verläuft.

i) Jede Stimmgabel weist zwei Sätze von parallelen Streifen auf, und die Zungen der Belastungsmassen, die vorzugsweise auf jeder Seite der Querachse der Stimmgabel miteinander

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verbunden sind, sind in dem Raum zwischen den Streifen angebracht .

j) Die beiden Streifenpaare sind miteinander durch ein auf der Querachse der Stimmgabel angebrachtes Querstück verbunden.

k) Die Stimmgabel ist mit einer Vorrichtung zur Unterhaltung der Schwingungen versehen, die beispielsweise einen auf dem mittleren Teil des von den beiden einander gegenüberliegenden Streifen gebildeten Aggregats befestigten piezoelektrischen Kristall aufweist.

Die nachstehende Beschreibung dient in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen einige Ausführungen der Erfindung beispielsweise dargestellt sind, zum besseren Verständnis der Erfindung.

Figur 1 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Stimmgabel.

Figur 2 ist ein Schnitt längs Linie II-II von Figur 1 unter der Annahme, daß das Gerät im Augenblick einer Formänderung größter Amplitude dargestellt ist.

Figur 3 zeigt im Schnitt eine Rippenform der Belastungsmassen.

Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste Variante der erfindungsgemäßen Stimmgabel.

Die Figuren 5 und 6 stellen zwei weitere Varianten in Draufsicht dar.

Figur 7 ist eine Draufsicht einer Ausführung, bei der die Uberlastmassen aus Zylindern bestehen.

Figur 8 ist eine Seitenansicht derselben Ausführung.

Figur 9 zeigt den in Figur 2 im Schnitt dargestellten mittleren Teil der Stimmgabel in größerem Maßstab.

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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Stimmgabel weist zwei elastische Streifen A und A¹ auf, die einander gegenüber montiert und mit Massen B und B¹ "belastet sind, die in der Schwingungsrichtung Oy im allgemeinen formbeständig sind (Figur 2). Das Ganze stellt ein Kräftesystem dar, so daß der Schwerpunkt G oder G-* jedes Aggregats AB bzw. Α·Β· in jedem Augenblick auf Ox, der parallel zur Kiehtung der schwingenden Streifen verlaufenden'Längssymmetrieachse der Stimmgabel, verbleibt. Die dafür einzusetzenden Massenver-

2 hältnisse werden ebenso wie die Lage der Schwerpunkte g und

ρ
g' der Teile B und B' durch Berechnung sehr genau festgelegt. Mit g und g' sind die Schwerpunkte der Streifen A und A¹ bezeichnet. Die auf der Achse Ox liegenden Komponenten der Kräfte heben sich gegenseitig auf.

Die Stimmgabel ist mit zwei Laschen C und C in einen Halter' S eingeklemmt. Die Laschen C und C¹ nehmen an der Hauptschwingung nicht teil und ermöglichen es, den Torsionsschwingungen des Stimmgabelaggregats um die Achse Oz oder den Biegeschwingungen längs der Achse Oy beliebige Frequenzen zu erteilen. Wie zu bemerken ist, sind diese Schwingungsarten mit der Hauptschwingung konstruktiv nicht gekoppelt. Da das Stimmgabelaggregat andererseits in Bezug auf 0 vollständig symmetrisch ist, ist die Empfindlichkeit gegen Störungen sehr klein, und die Frequenz ist vom Azimut unabhängig.

Die Lasten B und B¹ können auf verschiedene Weise erhalten werden, insbesondere

a) durch Ausstanzen und Hippen der aus demselben Band wie die Stimmgabel selbst genommenen Streifen längs der gestrichelten Linie L (siehe auch Figur 3);

b) durch Ausstanzen von Streifen und Biegen längs der Achsen uu' und vv' in einer zu Oxy parallelen Ebene (Figur 4). Durch diese Anordnung wird die zähe Reibung stark verringert und die Steifigkeit der Auflagerung von B und B¹ auf A und A¹ verbessert. Dieses Biegen kann je nach der verlangten Genauig-

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keit mit mehr oder weniger hohem Symmetriegrad ausgeführt werden.

c) durch Ausstanzen und Rippen von aus demselben Band wie die Stimmgabel genommenen Streifen, auf denen zusätzliche Massen ruhen, die jedes Element einer Bedienungsvorrichtung, beispielsweise einen Magnetkreis oder eine Spule, umfassen können,

Die in Figur 5 dargestellte Variante, in der jeder Streifen DD bzw. D¹D¹ doppelt vorliegt und eine innen statt außen angebrachte gemeinsame Belastungsmasse E bzw. E¹ aufweist, und die in Figur 6 gezeigte Variante, in der die (Trennung der Streifen jj¹ und der lasten KK' durch die Schlitze F erfolgt, können je nach der gewählten Frequenz oder dem verwendeten Bedienungsverfahren zusätzliche Vorteile mit sich bringen.

In den vorstehenden Ausführungen wurde eine Stimmgabel besonderer Bauart beschrieben, die aus einem verformbaren und einem formbeständigen Teil besteht, die alle beide aus dem gleichen Walzbleohstreifen genommen sind.

Nun können die Überlasten, die die Form von Streifen haben und den formbeständigen Teil bilden, durch zylinderförmige Massen ersetzt werden, deren Erzeugende so gewählt ist, daß der Schwerpunkt dieser Überlasten genau wie bei der vorstehenden Ausführung zu liegen kommt.

Der das verformbare Element der Stimmgabel bildende Streifen ist im Inneren von Bohrungen angebracht, die in den' die Masse bildenden Zylindern ausgeführt sind, und ist an seinen beiden Enden an jedem der Zylinder befestigt.

Diese Ausführung ermöglicht es, sehr hohe Verhältnisse Überlas tmas se/verformb are Streifenmasse und damit sehr niedrige Frequenzen zu erzielen.

In diesem Fall wird dann die Stimmgabel vorteilhaft durch die Eotationsknoten der Überlasten und nicht mehr durch ihre Symmetrieebene befestigt. Die Befestigung erfolgt mit Drähten,

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die um die die Massen "bildenden Zylinder herum verlaufen.

Die in den Figuren 7 und 8 dargestellte Stimmgabel "besteht aus formbeständigen zylindrischen Überlastmassen 1,1a, die in Bezug auf die Achsen Oz und Ox symmetrisch angeordnet sind. Die Massen weisen Bohrungen 2,2a auf, durch die ein verform-"barer Streifen 3 geht, der an seinen beiden Enden 4,4a auf den zylindrischen Massen 2,2a "befestigt ist. Die Befestigung wird mit Stopfen 5,5a vorgenommen, die Schlitze 6,6a aufweisen, in denen die Enden 4,4a von Streifen 3 gehalten werden.

Die Stimmgabel wird durch die Rotationsknoten der Überlastmassen 1,1a, die in Punkten 7,7a liegen, und nicht mehr durch ihre Symmetrieebene wie in dem Hauptpatent befestigt. Die Befestigung wird in 7,7a mit Drähten 8,9, 8a,9a ausgeführt, die um die Überlastmassen 1,1a herum verlaufen und in Punkten 10,11, 10 a und 11a auf' einem Halter befestigt sind.

Die Aufrechterhaltung der Schwingungen kann durch jede bekannte herkömmliche Vorrichtung erfolgen, insbesondere dadurch, daß ein in 0 zentrierter und auf Biegung arbeitender piezoelektrischer Kristall mit einem leitenden Kitt auf die Stimmgabel aufgeklebt wird (Figuren 1 und 2). Es können auch zwei Kristalle genommen werden, die jeweils auf den beiden Seiten der Stimmgabel angebracht werden, um die Schwingungsaufnahme- und -unterhaltungsorgane zu schaffen; die Verstärkung erfolgt dabei durch jede geeignete klassische Vorrichtung unter Verwendung eines oder mehrerer Halbleiter. Es ist auch möglich, nur einen Kristall aufzukleben, der nur eine metallisierte Seite aufweist, die mit der Stimmgabel in Berührung steht, und zwei getrennte Elektroden auf der anderen Seite anzubringen, um mit demselben Element die Funktionen der Aufnahme und der Unterhaltung auszuüben. Endlich kann noch ein einziger Kristall einen sekundären Oszillator synchronisieren, während er gleichzeitig mit einer bekannten Vorrichtung davon in Betrieb gehalten wird.

In den vorstehenden Ausführungen wurde eine Stimmgabel besonderer Bauart beschrieben, deren Schwingungen mittels eines

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mit einem leitenden Kitt auf die Stimmgabel aufgeklebten piezoelektrischen Kristalls unterhalten und/oder aufgenommen werden können.

Hun muß ein'Kristall, um auf Biegung zu arbeiten, meistens aus einem Zweifachstreifen, das heißt aus zwei passend verklebten und polarisierten Kristallen, bestehen.

Um die durch den Kristall bedingte Dämpfung stark zu verringern und die beiden Teile des Zweifachstreifens symmetrisch arbeiten zu lassen, werden die beiden Kristallstreifen je auf die beiden entgegengesetzten Seiten der Stimmgabel geklebt.

Außerdem bildet bei einer Ausführung die metallische Außenseite wenigstens des einen von den beiden den Kristall bildenden Streifen eine Erreger- und/oder Aufnahmeelementelektrode,

Auf den mittleren Teil einer Stimmgabel des oben beschriebenen und dargestellten Typs, der durch die aneinander anstoßenden zentralen Zonen der beiden Teile A und A¹ der Stimmgabel gebildet wird, sind jeweils auf die beiden entgegengesetzten Seiten dieses mittleren Teiles der Stimmgabel zwei Streifen T- und T₂ eines piezoelektrischen Zweistreifenkristalls geklebt.

Außerdem bildet die metallisierte Außenseite wenigstens des einen von den beiden aufeinanderfolgenden Streifen des Kristalls bzw. bilden im Beispiel die Außenseiten dieser beiden Streifen je eine Elektrode e. und e₂ eines Elements mit Erreger- und/oder Aufnahmefunktion.

Der aus zwei Streifen T₁ und T₂ bestehende piezoelektrische Kristall arbeitet in geeigneter Weise auf Biegung und erhöht die Dämpfung der Stimmgabel durch sein Vorhandensein nur ganz geringfügig. Außerdem können die beiden Kristallstreifen bei dieser Bauart in vollkommen symmetrischer Art arbeiten, so daß in dem einwandfreien Betrieb der Stimmgabel keinerlei Störung hervorgerufen wird.

Die Frequenzabstimmung kann durch Bohren oder bloßes Punktieren von sehr kleinen Löchern vorgenommen werden, die zugleich auf

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-β-Schwerpunkten g¹, g^f1, g², g'² der Teile A, A», B, B^f oder auf durch diese Schwerpunkte gehenden Parallelen zur Achse Oz angebracht werden. Die zu verwendenden Bohrerdurchmesser werden augenscheinlich so gewählt, daß das ursprüngliche Verhältnis der Massen von A,A¹ und B,B,¹ bestehen bleibt. .

Die Stimmgabel gemäß der Erfindung bietet somit insbesondere in der beschriebenen und dargestellten Form die folgenden wichtigen Vorteile:

- Vollkommene Symmetrie, wodurch die Frequenzänderung als Funktion des Azimuts gleich Null wird.

- Möglichkeit der Ausführung durch einfaches Ausstanzen von den kleinsten bis zu den größten Abmessungen mit bemerkenswerter Präzision und sehr niedrigem Selbstkostenpreis.

- Vollständiges Fehlen einer Reaktion auf die Lagerung, daher eine merkliche Erhöhung der Überspannung.

- Möglichkeit, die Frequenz naah Belieben festzulegen, und Dämpfung der Störungen.

- Möglichkeit, die Frequenz mit jeder gewünschten Genauigkeit zu berechnen, da die Beanspruchung in jedem Punkt bis in den Schwingungsknoten vollständig bekannt ist.

- Sehr geringer Platzbedarf, der einschließlich Bedienungsorgan in einer Dimension erfolgen kann.

Die Erfindung betrifft auch Anwendungen der Stimmgabel als Zeitkontrollgerät und als Kreisel.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungen beschränkt, sondern es können zahlreiche Abänderungen vorgenommen werdenj ohne daß dadurch der Eahmen der Erfindung verlassen wird.

So können beispielsweise die Lasten B und B', während sie doch der Ausführung von Figur 1 entsprechen, nicht gerippt sein

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und an der Schwingung teilnehmen. Diese Anordnung läßt jedoch die Berechnung der Verhältnisse viel schwieriger und damit mehr zu einem Mherungsverfahren werden.

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Claims

Patentanspr ü.c h e

1. Stimmgabel, dadurch, gekennzeichnet, daß. sie aus einem im allgemeinen ebenen Aggregat mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen besteht, das von zwei gleichen elastischen Streifen A,A¹ gebildet wird, die einander gegenüber montiert sind und sich in Sichtung der Längssymmetrieachse des Stimmgabelaggregats jeder in der Verlängerung des anderen erstrecken, wobei die Streifen mit gleichen Massen B,B¹ belastet sind und an ihren aneinanderstoßenden Enden, die längs der Quersymmetrieachse des Aggregats miteinander eine Einheit bilden, gehalten werden, und wobei die Formen und Abmessungen der Streifen und der Belastungsmassen sowie die gegenseitigen Lagen ihrer Schwerpunkte so sind, daß der Schwerpunkt jedes aus einem Streifen und seiner Belastung gebildeten Aggregats beim Betrieb ständig auf einer Geraden bleibt, die mit dem Ort der Längssymmetrieachse Ox der Stimmgabel vor ihrer Inbetriebsetzung zusammenfällt.

2. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmassen B,B¹ unter den bei der Verwendung der Stimmgabel herrschenden Bedingungen praktisch formbeständig sind.

3. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat aus den beiden Streifen und ihren Belastungsmassen AB, A^f B' aus einer einzigen passend ausgestanzten Platte besteht.

4. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Belastungsmasse B,B¹ von dem äußeren Teil des entsprechenden Streifens A,A¹ und einem Plattenteil gebildet wird, der an diesen äußeren Teil des Streifens angrenzt und sich in Porm einer Zunge längs des Streifens zur QuerSymmetrieachse des Stimmgabelaggregats hin erstreckt.

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5. Stimmgabel nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge der Belastungsmasse in Längsrichtung gerippt ist.

6. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Streifen aus Laschen C,C besteht, die aus der gleichen Platte längs der Querachse des Stimmgabelaggregats ausgestanzt sind.

7· Stimmgabel nach Anspruch 1 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß jede Belastungsmasse zwei Zungen aufweist, die sich längs des entsprechenden Streifens auf jeder Seite desselben erstrecken.

8. Stimmgabel nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalten P, die jeden Streifen und die Zunge der entsprechenden Belastungsmasse trennen, parallel zur Längsachse oder leicht geneigt dazu verlaufen.

9· Stimmgabel nach Anspruch 1 und 4t dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen jeder Belastungsmasse in eine Längsebene umgeschlagen sind, die senkrecht zur Ebene des entsprechenden Streifens verläuft.

10. Stimmgabel nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stimmgabel zwei Sätze von parallelen Streifen D,D' aufweist und daß die Zungen der Belastungsmassen E,E', die Torzugsweise auf jeder Seite der Querachse der Stimmgabel miteinander verbunden sind, in dem Raum zwischen den Streifen angebracht sind.

11. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenpaare durch ein auf der Querachse der Stimmgabel angebrachtes Querstück miteinander verbunden sind.

12. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmassen aus zwei Zylindern 1,1a bestehen.

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13. Stimmgabel nach. Anspruch. 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Massen bildenden Zylinder 1,1a Bohrungen 2,2a aufweisen, durch die ein an seinen beiden Enden 4,4a auf jedem der Zylinder befestigter verformbarer Streifen 3 verläuft. '

14. Stimmgabel nach Anspruch.1, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch die Rotationsknoten 717a der Überlasten mit Hilfe von Drähten 8,8a und 9»9a befestigt ist, die um die die Massen bildenden Zylinder herum verlaufen.

15» Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Vorrichtung zur Unterhaltung der Schwingungen versehen ist, die beispielsweise einen auf dem mittleren Teil des von den beiden einander gegenüberliegenden Streifen gebildeten Aggregats befestigten piezoelektrischen Kristall aufweist.

16. Stimmgabel nach Anspruch 1 und 15» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifen T- und Tp des piezoelektrischen Kristalls je auf die beiden entgegengesetzten Seiten der Stimmgabel A,A¹ aufgeklebt sind.

17. Stimmgabel nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Außenseite von-wenigstens einem der beiden den Kristall bildenden Streifen eine Elektrode eines Elements mit Erreger- und/oder Aufnahmefunktion bildet.

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