DE1523883A1

DE1523883A1 - Mechanischer Schwinger fuer Zeitmesser

Info

Publication number: DE1523883A1
Application number: DE1966C0038200
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kato; Kazuo Tanaka; Hiromi Ueda; Hirohiko Yoshida
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1965-02-12
Filing date: 1966-02-11
Publication date: 1969-08-28
Also published as: US3462939A; GB1130012A; DE1523883B2; DE1523883C3

Description

■ t Ii 21 88T.2 25. Oktober 19*8

Citizen Tokei Kebushiki Kaisha in Tokyo/Japan Mechanischer Schwinger für Zeitmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanischen Schwinger, der als Zeitnoxmal in Zeitmessern, insbesondere in tragbaren Uhren, benutzt wird.

Bs ist die Hauptaufgabe der Erfindung, einen mechanischen Schwinger als Zeitnormal zu schaffen, der mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz schwingt, der sehr betriebssicher ist, der aus leicht zu bearbeitendem material besteht und der» besondere gegenüber den üblichen Stimmgabelschwingern, gut abgeglichen eine einzige Sohwingungsform liefert*

In den Figuren und in der Beschreibung werden verschiedene BAD ORIGINAL

Ausführungsbeiapiele des erfindungsgemäßen mechanischen Schwingers beschrieben,

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung schernatisch einen Üblichen Stimmgabelschwinger.

Fig· 2 sseigt die Aufsicht auf wesentliche Teile eines Ausführungsbeispieles des mechanischen Schwingers des Dreifachsteg-Typs in der Ruhelage«

Fig· 3 zeigt, teilweise im Schnitt,· den Schwinger aus Fig. 2 in einer Seitenansicht, gesehen von rechts nach linke·,

Fig· 4 zeigt die Aufs loht auf einen mechanischen Schwinge^

der sich dadurch etwas von dem in- Fig · 2 und 3 gezeigten unterscheidet, daß die freien Enden der beides Muß«« VQn Stege starr miteinander verbunden sind,

Fig. 5 zeigt in Seitenansicht die Schwingungslage diente Schwingers.

Fig. 6 zeigt die Aufsicht auf einen gegenüber Fig» 2 imä J noch weiter veränderten Schwinger.

FIg* 7 und β zeigen jeweils Selten- und Vorderansicht dieses Schwingers·

Flg. 9 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Regeleinrichtung, bei der die Regelung mit Hilfe eines Magnet feldes zustande gebracht wird und die einen mechanischem Schwinger enthält, der etwas gegenüber dem in dm\

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Fig, 17 und 18 gezeigten verändert iot, wobei eine Traneistortreiberschaltung schematiech dargestellt ist·'

Pig· 10 zeigt in der Aufeicht ein zweites Beispiel für mechanischen Schwinger gemäß der Erfindung, der zwei Stege hat ·

Fig· 11 zeigt die Vorderansicht dieses Schwingers.

Fig. 12 und 13 zeigen Aufsicht und Seitenansicht eines Schwingers, der. gegenüber dem in Fig· 10 und 11 gezeigten etwas verändert ist.

Fig· 14 zeigt in perspektivischer Darstelltino ein weiter verändertes Beispiel für einen Schwinger mit zwei Stegen·

Fig. 15 und 16 zeigen Aufsicht und Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Schwingers, der drei Stege hat und im Prinzip gleich dem in den Fig· 2 und 3 gezeigten ist·

Fig· 17 und 18 »eigen Aufeicht und Seitenansicht eines geänderten ewelstegigen Schwingers. ·

Fig. 19 zeigt in perepektivischer Darstellung einen dreieteglgeft Schwinger mit einer Dämpfungsvorrichtung gegen lebenechlußschwingungen.

Fig. 20 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht dee in Fig· 19 gezeigten Schwingers mit einer Darstellung der Hebenechlußschwingungen«

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. 21 entspricht Fig· 9 und zeigt eine geänderte Anordnung·

Bevor die verschiedenen AusfUhrungsbeieplele der Erfindung beschrieben werden« wird anhand von Fig. 1 ein üblicher vergleichbarer Stiiamgabeleohwinger beschrieben.

In dieser Fig. sind 1 und 2 ein Paar Schwingungestege, die an lhron Enden mit einem starren U-Bügel 3 fest miteinander verbunden sind.

Dieser Bügel 3 ist fest mit einem Befestigungsschaft 4 verbunden· Die vier Teile 1,2,3 und 4 mögen aus einem Werkstück, das bleibend elastisoh ist» hergestellt sein. Andererseits könnte ein Stück Stangenmaterial iu einem "U" gebogen werden, so daA man die Teile 1,2 und 3 erhält, und dann könnte der Befestigungssohaft 4« der getrennt hergestellt wurde, in der Mitte dee Bügele 3 befestigt werden·

An den freien Enden der Schwingungsstege 1 und 2 seien Jeweils die zusätilichen Massen 5 und 6 starr befestigt · Diese Hassen werden angebrachte wenn ein· kleinere Stimmgabel, die auch eine niedrige Eigenfrequenz hat, gewünscht wird.

Diese Art von mechanischem Schwinger arbeitet symmetrisch zur Ebene P, die in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien angedeutet let· Die Sohwingungsbewegung der beiden Schwingungsstege 1 und ist schematlsch durch die beiden Paare von kleinen Pfeilen ge-

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zeigt. Die Richtung der Schwingungsbewegung liegt sclbotvorständlich senkrecht zur Imaginären Ebene JP, und die Entfernungen der freien Enden der Stege von der Ebene £ eind in jedem Pail gleich· Be muß unbedingt erreicht werden, daß die Eigenfrequenzen der Stege 1 und 2« die jeweils als Schwingungsteil· dienen, genau gleich sind, was eine schwierige und zeitraubend· Arbelt bei der Fertigung bedeutet·

ί
In Pig· 1 bedeuten ⁿb" und "h" die Dicke und Breite jeweils eines Sohtfingungssteges des StimmgebelBchwingers, während "N₁" und "N₂ ¹* die Knotenpunkte der Stege sind· Läßt man diese Art von Schwinger mit einer relativ niedrigen Eigenfrequenz schwin· gen, so ergeben sich die folgenden wesentlichen Nachteile ι

Da die Knotenpunkte H₁ und V₂ nicht mit den Verbindungspunkten des Befestigungeeehaftes 4 und des U-Bügels 3 zusammenfallen, wird die Verbindung duroh die Schwingungebewegung des Bügel· belastet. Dadurch ergibt eich eine zwangsläufige und beträchtliche Tendenz, dafl der Befestigungesohaft in eine linear· -\ Schwingung entlang der imaginären Ebene J? versetzt wird, obwohl der Schaft Im Betrieb fest mit dem Zeitmesser verbunden ist. Es entsteht dadurch eine Art wilder Schwingung von beträchtlicher Grude, die vom Schaft 4 auf die Befestigungetell·, wie etwa die Grundplatte des Zeitmessers,übertragen wird· Dl·· hat einen erheblichen Energieverlust bei der Stfchwingungsbew·- gung des Schwingers und damit eine Verringerung der RoBonaaa-

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schärfe, die allgemein mit "Q" bezeichnet wird, sowie cltia Verschiebung der Eigenfrequenz des Schwingers zur Folge«

Die Eigenfrequenz jedes Schwin£un£GStegeQ der Stimmgabel eel "f", die Hasse jador der zusätzlichen SchwlnsungEzaacocn eai ⁿm" und die Länge der Schwin£unssetege sei eine Konstante * En ergibt sich dann folgende Pormol

f.^.h (D

wobei die- zusätzlichen Massen vornachltfsslgbar klein eoisn.

Wenn die zusätzliche Hasse "n^!l groß genug relativ zura Gewicht der eoinringenden Massen let, erhält man:

Bei der Betrachtung dieser Formeln erkennt man, daß, wann der Schwingungesteg aus einem bestimmten, vorgegebenen Schwin^-uAc material besteht und die Größe der zusätzlichen Uassa eine ba stimmte Konstant· ist, der Einfluß eines Fehlers in der "b" auf die Eigenfrequenz "f" weniger als halb so groß 1st ein entsprechender Fehler in der Grüße ⁿhⁿ.

Besonders in einem Fall, in dem ein kleiner

mit verhältnismäßig niedriger Eigenfrequenz gewünscht beeinflussen mögliche Größenabweichungen von "b" oder ^H^ⁿ die

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Eigenfrequenz umso mehr je niedriger diese ist.

Wenn der Schwinger als Zeitnormal für einen kleineren Zeitmesser« wie etwa eine uhr, benutzt wird, ict diecor störenden äußeren Beschleunigungen unterworfen, und ee lot all^enoin bekennt, daß das Verhältnis b/h so groß wie möglich genacht werden sollte, besonders wenn die Scliwinjungefroquenai einon niedrigen Wert hat· Ss soll beispielsweise bei einer Frequenz von 300 Hz das Verhältnis 3 sein·

Wenn ein Stinagabolsehwingor mit seinem Befectigungcschaft aus einer Blechplattt duroh Fressen hergestellt wird, ist os sehr •chw«r_# *·» Vsrt für "h" kleiner als den für *b" £u wählen· Daher ist as i. a· OTfOrAOrIlCh₉ den Wort für "h" zunächst etwa gleich dos Wort für "b" su wählen· Dor Steg muß dann, um das erwähnte Verhältnis su erreichen, abschließend auf getrouato und aufwendige Weise —wohlnoil bearbeitet worden*....

Ba sol weiterhin bemerkt, daß die Formung dos 0-Bügele an den | Ansätzen dos Sohwingor* einen erheblichen Zeitaufwand erfordert. Außerdem wird eine erhebliche Menge von Biegespannung gespeichert, die über längere Zelt erheblich schwankt, wao eine nioht vernachlBBglgbao Änderung der vorgegebenen Eigenfrequenz, und oine verringerte Schärfe der Bosonanzkuxro zur Folge hat· I DIo Erfindung vermeidet diese lachteile in einem großen Kaße. ί

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BoIm eroton AusfUhrungsbeispiel dor Erfindung, das In Fig. 2 und 3 mit 7 bezeichnet ist, iet der Schwinger aus einen Federblech mit geeignet gewählter dauernder Elastizität durch Anbringen tinea Paares paralleler Nuten 100 und 101 hergestellt* Auf diese Welse erhält der Schwinger 7 drei parallele Stege 8, 9 -und 8a, die als Schwingungselemonte geeignet sind und die sich von einer gemeinsamen verbindenden Basis C her erstrecken. Diese wirkt etwa trie dor Bügel 3 bei der obigen üblichen Stimmgabel, wo die Schwingungsverbindung der beiden schwingenden Stege 1 und 2 durch Biegeverformung des Bügele 3 erreicht wird, während bei dem neuen, in den FIg· 2 und 3 dargestellten Schwinger die Schwingungsverbindung zwischen den droi Stegen durch Torsion des Baeiflteila C erreicht wird, was im folgenden nüher erklärt wird. Bs ist klar, daß der Basisteil C so groß gemacht werden kann wie nötig, so daß der Schwinger so aufgebaut ¹^* angeordnet werden kfnn, dad Stellen auf dem Basisteil, die ein bestirntes Stück von den Ansetzenden der Schwingungsstege entfernt sind oder die Stellen dee Baeittells, die wenigstens in der Nähe der geeohloeeenen Enden der Buten 100 und 101 liegen, während des Schwingens der Stege relativ au diesen unbeweglich Bind· Das Qebiet aller dieser unbeweglichen Punkte auf dem Basisteil 1st -in Fig· 2 durch schräge, strichpunktierte Linien angedeutet· Bei diesem Ausführungsbelsplel sind in diosoa Gebiet ein Paar Öffnungen vorgesehen, durch die die Befestigungsschrauben 10 und 11 geführt sind, die in den Ilalterungsansatz 12a geschraubt sind, der Toll der Grundplatte 12 ist, dio mit dem Zeitmesser, beispielsweise einer Ohr, verbunden ist. Diese Einzelheiten sind: nicht gezeigt. 909835/0676

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Bei diesem Ausflihrungsbeipiel sohwingon die äufloron Stege 8 und Ba in Phase und der mittlere Steg dazu gecenphasig. Dio Sohwingungsebonen der drei Sohwingungestege liegen im rechten Winkel sum Schwinger, wenn dieser in der Ruhelage ist. Ee erscheint klar, daß die Art der Schwingung jedes der drei Stege, wie bei jedem Sohwingungseteg der Stimmgabel, eine Biegeschwingung ist·

Sie Sohwingungestege 8, 8a und 9 sind ,so ausgebildet, daß die Eigenfrequenz jedes Steges gleich der Arbeltsfrequenz des ™ Sohvingers ist· Biss· Art von Sohwinger erzeugt eine gut abgeglichene Schwingung, da die räumliche Resultierende des Vektors der Sohwlngungsträgheitskrafte nahezu zu Null gemacht werden kann und da ferner das resultierende Moment dieser Trägheitekräfte auch fast zu SuIl gemacht werden kann· Biese erwUnsohte Betriebsweise ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem üblichen Stimmgabslsohwingor·

Pemer können gemäß der Erfindung die erwähnten Nachteile des | Stimmgabeleohwingers auf folgende Welse vermieden werden ι

Da der neue Schwinger keinen Befestigungsschaft in der Ilittelebene hat, wie es der Schaft 4 bei den ttbliohen Schwingern 1st, und da der Basistell des Schwingers nicht mit der Schwingung belastet wird, ergeben sich keine Sohwingungsverluste, und es werden auch keine Schwingungen vom Schwinger zum stationären

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- ίο -

Teil des Zeitmessers, an dem der Schwinger befestigt ist, übertragen. Dadurch wird die Schärfe der Resonanz erheblich vergrößert und die Stabilität der'Schwingungsfrequenz des Schwingers wird erheblich verbessert.

Im Bereich der befestigten Enden der Schwingungsstege 8, 8a und 9 sind jeweils ein Paar von piezoelektrischen Elementen Ώ. und Dp bzw. P. und F„ befestigt, die auf der nach außen liegenden Fläche mit einer leitfähigen, beispielsweise aus Kupfer bestehenden Schicht versehen sind. Diese Elektroden darstellenden Schichten sind mit einem in Fig. 2b dargestellten transistorisierten Erregerkreis T verbunden. Dieser Kreis T stellt einen Verstärker dar, der aus den Transistoren Tr. und Tr₂, Anpassungswiderständen 12^, 125 und Kopplungskondensatoren 126, 127 und 128 sowie weiteren Schaltelementen besteht. Während Jeweils eines von jedem Paar von piezoelektrischen Elementen als Detektorelement dient, indem es beim Oszillieren des betreffenden Schwingungssteges einen schwachen elektrischen Strom erzeugt, dient jeweils das andere als Antriebselement, dem ein entsprechender verstärkter Strom zugeführt wird. Wie dies im folgenden noch erläutert sein soll, schwingen die S chwingungs s te ge 8 und 8a gegenüber dem mittleren Schwin» gungesteg 9 mit entgegengesetzter Phase. Zum besseren Ver

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ständnis dieses Schwingungsmodus sollte den Bezugszeichen der piezoelektrischen Elemente deshalb besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Die Dicke, wie h¹ in Fig. 3, jedes Schwingungssteges kann gleich der Dicke des Materials, aus dem der Schwinger hergestellt wird, gewählt werden, und es können dadurch Fehler vermieden werden, die sonst während des Herstellungsvorganges auftreten können. Außerdem können die Breiten b^ b₂ und b« (Fig. 2) der Schwingungsstege durch genaue Ausarbeitung ™ der Nuten 100 und 101 festgelegt werden, was fertigungstechnisch sehr leicht ist·

Es ist klar, daß der erfindungsgemäße Schwinger sehr einfach aufgebaut ist und im wesentlichen durch Stanzen hergestellt werden kann, so daß man auf wirtschaftliche Weise bei geringem Materialverlust in Massenfertigung ein sehr genaues Werkstück erhält. Wird ein mechanischer Schwinger mit sehr niedriger Schwingungsfrequenz gewünscht, so braucht man nur ein ent- \ sprechend dünneres Material zu wählen. '

Bei dem in den Fig. ^ und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Schwinger wieder drei Stege, die beiden äußeren und längeren Schwingungsstege 13 und I^ und den kürzeren mittleren Schwingungssteg 15· Die Stege 13 und 14 sind an ihren freien Enden

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starr durch das Blech 102» das die Fuge 103 hat, miteinander verbunden. Dieoee Blech wirkt als cenoinαame zusätzliche Hasset der Schwerpunkt liegt bei G₁. Der mittlere Steg 15 trägt an seinem freien Ende dl· zusätzlich· zylindrische Kasse 104\ der Schwerpunkt liegt bei Q₂. Die Schwingung erfolgt ähnlich wie anhand der FIg* 2 und 3 beschrieben und wie in Fig. 5 dargestellt·

Bei einem geänderten Sohwinger 112 mit drei Stegen, der ; den Pig« 6 - θ dargestellt 1st, 1st der Hauptteil des Sohwinger· aus einer Platte Fedormaterlal mit dauernder Elastizität, wie etwa "Elinver", ¹Hi Span-Q" o.a., das Üblicherweise bei der Zeitmesserherstellung verwendet wird, hergestellt· Dieser Sohwinger 112 hat zwei kurzer· äußere Sohwingungsstege 13a und 14a und einen längeren mittleren Steg 15a, die alle mit ihren Ansätzen in einem gemeinsamen Verbindungsteil 16 enden, das Mit einem starren Bef«stlgungsstüok 19 über die beiden Verbindungsstück· 17 und 18 verbunden ist, so daß eine Beeinfluesung durch dl· Bohwingungen der Sohwlngungaarme 13a, 14a und 15a verhindert wird· DIo öffnungen ZO und 20^f dienen zur Aufnahme der Befestigungsschrauben 10 und 11, die beiepielsweise in den Pig. 2 und 3 gezeigt sind. Entsprechende Teile wie 16, 17, 18, 19, 20 und 20* sind auoh in den In den Pig· und 5 dargestellten Ausführungebeispielen gezeigt.

Im Verbi ndungsbereioh, wo die benachbarten Verbindungostücke

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und 16 vorgesehen sind, ist die Querschnittoflache in Vergleich. BU den naheliegenden Teilen 16 und 19 durch seitliche Nuten und oine mittlere rechteokige öffnung stark verringert. Wie au erkennen 1st, sind die freien Enden 13b, Ub und 15b der Schwingungsetege 13a, 14a und 15a durch die aufgebogenen Seitenränder 13b, Ub und 15b verstärkt, so daß in diesen Bereioh die Starrheit vergrößert ist· Am verstärkten freien Ende 15b des mittleren Steges 15a ist ein Paar herabhängender Zylinder 22-23 vorgesehen, die zusammen als zusätzliche Schwingung·- masse wirken· . *

Die freien Enden der äußeren Steg« 13a und Ua sind mit einem streifenfurmigen Bleohatttok 21 starr verbunden, das als gemeinsam· Schwingungemaaee wirkt« Sie Massen, 21, 22 und 23 können, Je naoh dem Zweck für den der Schwinger benutzt wird, einfaohe Gewloht· oder aus magnetischem Material sein, wie nooh erklärt werden wird· Der verstärkte Beroioh 15b fuhrt mit ausreichendem Spiel durch den inneren Öffnungebereich des Verbindungsstückes 21» so daß einerseite das erste Sohwingungeelement mit den beiden äußeren Stegen 13a und Ua zusammen mit der Schwingungsmasse 21 und andererseits das zweite Schwingung·- olement mit dem dl· Massen 22 und 23 tragenden mittleren Steg 15a die Jeweilige Schwingungebewegung senkrecht zur Ebene der Fig· 6 ausführen können.

Venn die Eigenfrequenzen beider Sohwingungslemente gleich sind

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und wenn die dynamischen Eigenoohaften so eind, daß, wio unten ausgeführt werden wird, die Sohwingungobewegungen genau gogonphaeig sind, so können die Schwlngungsverluste sum großen Teil vermieden werden, so daß der verbesserte Schwinger einon erheblich verringerten Dämpfungskoeffizienten hat und sehr gut zur Verwendung in Uhren geoignet ist, die häufig störenden äußeren Kräften ausgesetzt sind·

Es werden nun anhand der TIg. 4 und 5 die dynamischen Eigenschaften beschrieben}

In folgenden werden Größen, die zu dem ersten Sohvsingungselenent mit den äußeren Stegen 13 und 14 gehören, mit dem Index ⁿ1^M, Größen, die su dem zweiten Schwingungoelenent mit dom mitt* loron Steg 15 gehören, mit dem Index "2ⁿ vorsehen·

Be bedeutet! Schwerpunkt Qinοβ Schwingungeelenentes G₁

Ια Schwerpunkt konzentrierte Haeae Ei₁

Trägheitsmoment bezüglich doe Schwerpunktes J₁ Drehpunkt P₁ Abstand zwischen P₁ und O₁ eines Elementes I₁

Drohwinkel Q. wobei i « 1 oder i ■ 2 1st·

Aus den Gleichgewicht der Kräfte bei paralleler Bewegung der konzentrierten Massen folgt

m₁ I₁ O₁ » m₂ I₂ O₂ (3)

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BAD O-~ :-i

Aus dem Momentengleichgewioht relativ eua Nullpunkt der jeweiligen federnden Sohwingungeetege folgt r», I₁ ty (H₁ ♦ I₁) + J₁] O₁ «

Bei Umformung von (4) Deetiglioh O₁ und O₂ erhält can

f», I₁ (H₁ ♦ I₁) + J₁J O₁ -

I₂ Ch₂ + I₂) + J₂] O₂ (V)

Durch	ausscheiden von θ	«, und (	J₂ aus (4·)	und	(3) folgt	(5)
Ϊ	I₁ + 1, ♦ » m m	h^ +	I₂ ♦ *
	1 1 Di₁ I₁

Gleichung (5) beschreibt das oben angegebono

aus cwei Elementen. Außerdem ist eine notwendige Bedingung, daß die Wege von O₁ und O₂ in einer Ebene senkreoht zur Seiten* ebene P₁ liegen, wie la den Fig· 4 und 5 geeeigt, um das dyna misohe Gleiohgewioht der Schwingung gu erhalten, was befriedi-» gend duroh den neuen Schwinger geaäB der Erfindung erreioht

Bas in den Fig· 6-6 gezeigte speaielle AusfUhrungebeispiel hat die Abmessungeni h₁ · hg und I₁ - I₂. Ferner fällt O₁ mit G₂ Eusammen.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Regeleinrichtung für ein magnetisch

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BAD OniCU;..!-

sokoppeltoo Homiarad lot oin veränderter Schwinger nit zwoi Stcgon gemäß dor Erfindung vorgesehen, doooen kürzerer Schwin-Gungooteg 29 und dessen längerer Steg 30 oioh zuoinandor parallel von einem Verbindungsstück 31 aus, das mit don Stogon und dom Bofeotigungsteil 32 ein Stück bildet, orotreckon. Un die Ubortragung von Schwingungsbowegungon vom Sohwingoransatz zum Bofestigungsteil 32 so gering wie möglich zu machen, sind an dor gedachton Randlinie zwischen den Teilen 31 und 32 dio oeitliohon Nuten 120 und 121 vorgesehen. Der Schwinger ^t löobar mit den Schrauben 34 und 34' befestigt, die den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Schrauben 10 und 11 entsprechen. Um einen fehleranzeigenden Einfluß auf dio Arbeit dos Schwingers boim gelegentlichen lösen der Schrauben 34 und 34' zu ermöglichen, sind die Seitenkanton 32· und 32^lf dos Bofestigungoteilos 32 zur Vergrößerung der Steife aufgebogen. Dia Schwingungostege 29 und 30 sind mit den parallelen Ansätzen 35 und vorsehen, die die Steifheit vergrößern und als Sohwingungomaooen dienen. An einem Endo dos Ansatzes dos kürzeren Steges 29 ist ein U-förmiger Permanentmagnet 37 befestigt, der einen luftspalt 37' hat. Er ist magnetisch mit dem Hemmrad 49, das aus dauermagnetisohom Material besteht, gekoppelt. Dies arbo.itot mit dem nicht gezeigten übersetzungsgetriebe des Zoitmeasors zusammen. Die magnotisohen Pole, die den luftspalt 37' begronzen, umfassen den Hand, des Hemmrades mit ausreichendem Spiel für die Drehung des Rades und die Schwingung des Magneten. Suohmagnet 33 und Antriebsmagnet 39 sind am anderen Endo dos

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8AD OFiiGi^A

Ansatzes 35 doe Steges 29 befestigt, und zwar in gogonuborliegondor Stellung, 80 daß sie jeweils elektro-maGnotioch nit don stationären Spulen 43 und 44 zusammenarbeiten. An beiden Enden dos Ansatzes 36 dee anderen Sohwingungssteges 30 sind dio Go» wichte 40 und 50 befestigt« Auf diese Yteioe bilden Ansatz 351 die Permanentmagneten 37ι 38 und 39 zusammen nit den federnden Sohwingungesteg 29 das Söhwingungselemont I dos Schwingors. Bio zusammengehörenden Teile dieses Elementes sind so angeordnet, daß der Schwerpunkt O₁ in die neutrale Schwingungachse X^ Λ des Elementes fällt· Andererseits bildon der Vorsteifungaansatz 36 des Stegs 30 und die Belastungogov/ichte 40 und 50 zusammen mit dem Sohwingungseteg 30 das Schwingungelement II dos Schwingers, wobei die Teile so angeordnet sind, daß der Schwerpunkt Gg des Elementes ebenfalls in die Aohse X. fällt. Uatürlioh wird die Eigenfrequenz dee Elementes I gleich der des Elementes II gewählt·

Unter diesen Umständen aohwingt das Element II, wenn das Element I eine Sohwingungebewegung, wie duroh den Pfeil 41 öder 42 angedeutet ,ausfuhrt, la entgegengesetzter Blohtung, wie dies durch den Pfeil 41* bttr· 42* angedeutet 1st oder genauer gesagt, in entgegengesetzter Phasenlage.

Arbeitsweise dor Anordnung wird später anhand der Fig. 21 •näher erläutert·

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bad OF.:c:>:.a ·

Falls notwendig, können dlo Schwincungsotego 29 und 30 und dio zugehörigen Verbindungs- und Befcstiguncstcilo e,^UQ oinou nichtmetallischen Material, wie etwa Quarz, hergestellt worden, und andere Teile können getrennt aus metallischen Werkstoffen gefertigt werden und dann; mit den Sehwingungsstegon starr vorbundon werden·

In den Piß. 10 und 11 iot ein Schwinger nit zwei Stegen gonüiß der Erfindung gezeigt. Dieser Schwinger hat die beiden Schwingungostogo 52 und 53, deren Längsachsen jeweils durch die strichpunktierten Linien S- und Sg dargestellt sind. Die Schwerpunkte G₁ und Gp der beiden Sohwingungselemente, die jeweils aus den Stegen 52 und 53 mit den an ihren freien Enden befestigten Schwingungsmaseon bestehen, liegen in der Kittelebeno Z und schwingen auch in dieser Ebene· Sie Längsachsen S- und Sp liegen in einem vorbestimmten Abstand r von der Hittelebene·

Es sei nun angenommen_v daß ein Paar entgegengesetzt gerichteter Kräfte jeweils in den Schwerpunkten G- und G₂ angreifen, wie dies in Fig· 11 durch die Vektoren F angedeutet ist. Die federnden Stege 52 und 53 werden dann einem Toreionsmoment Fr unterworfen, und die Schwingungswege werden, falls die Stoge nicht einen ausreichenden Torsionswiderstand haben, v/ic durch die kleinen, gebogenen Pfeile 0' und C" angedeutot, von dor Ebene Z abweionen. Diese Abweiohung muß durch Vergrößerung der Torsionc- eteifigkelt der Stege auf ein zulässigeο HaB verringert werden.

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Palls dioo nicht geschieht, wird dao cevrilnocUto 5ckvrincun:;agloichgowicht gestört, und os wiirdo oino erhebliche Enorgiomonge von Schwinger auf die umgebenden Befostiguncatoilo deo Zeitnormale übergehen, und die gowUnoohto LeiatuncsiüiiiGkoit doa Schwingers ale Zeitnormal würde erhoblioh vorschloohtort worden«

Ein in don Pig. 12 und 13 dargestellter Schwingor, dor über dem in den Pig· 10 und 11 gezeigton geändert ist; i3t in % dor Lage, magnetisch gekoppelt mit einem magnetischen Heinmrad zusammenzuarbeiten, wie dies anhand von Pig. 9 bereits erläutert wurde.

Dor Schwinger 51 ist, wie bereits beschrieben, aus einer Platte o Materials gefertigt und hat ein Paar federnder Schwingungsstego 52 und 53, die ein Stüok mit dom gemeinsamen Yorbindungs- und Befestigungsetttok 54 bilden, das auf dor Grundplatte 57 mit den Schrauben 56 und 56* befestigt ist. Auoh hier iat das Verbindungs- und Befestigungastück 55 mit Verotoifungo- i kanton 55' und 55" versehen. In ähnlicher Weise sind die froien Endon 52a und 53a der Schwingungentege durch die Soitenkantcn 52a¹ und 53a¹ verstärkt. Bei diesem Ausführunssbcispiol sind dio Stege nicht parallel zueinander, nähern sich jedoch vom Ansatz zu den freien Enden hin einander an, wodurch, dor Torsi onewiderstand beider Stege vergrößert wird. Zur magnotiochon Koppelung alt dem Hemmrad, wie in Pig. 9 oder Pig. 21 gezeigt,

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trügt dor oroto Stog 52 an soinora fro ion Undo oinon hufeiccnfunaigen Maßnoton 58, dor einen Arbeitsluftspalt 50· hat. Dor Schwerpunkt dos Magneton lot zum bcnsoren Vorständnis nit dorn allgemeinen Symbol G₁ bezoiohnet. Bei diesen Au3führungaboi-Dpiol trägt dor andoro Steg einen Permanentmagneten 59, vorzuga woioo in Form eines Zylinders, und der Schwerpunkt ist wie vorher mit G₀ bezeichnet. Dor Mahnet 59 ißt vorgesehen, un nit oinor Spulenanordnung zusammenzuarbeiten, die, wie- bekannt, oinon RichtungsspulonaHteil und einen Antriebsspulcntoil iiat·

In Piß. 14 iet das Ausführungcbcispiel eines Schwingers einfachator Art gezeigt. In diesem Pail hat der Schwinger nur zwei Scliwingungsstoge 113 und 114, die symmetrisch zueinander bezüglich der imaginären Ebene Z liegen. Bei diesem Aueführungsbeiopiol sind die Abmessungen und die Teile dor beiden Schwingunga clcmento so gewählt, daß sioh die beiden Schv/erpunkte G- und Gg wenn der Schwinger in orz\/ungene Schwingungen gebracht wird, in der Mittelebene gegenphasig zueinander bewegen.

Zuu Vergleich werden nun Iiessungon der Resonanzschüie Q von üblichen Schwingen angegeben. Beispielsweise hat ein spezioller mechanischer Schwinger, der in der US-Patentschrift 2 841 9OG angegeben ist, bei oinor Amplitude von 2 mm (Spitze - Spitze) und bei 100 Hz ein Q ■ 500 - 700. Bei einem Üblichen Stimugabol ocliwinger von 50 mm länge erhält man bei einer Amplitude von 0,4 mm (Spitze - Spitze) und 300 Hz einen Q-Wert von 4000. Im

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Vergleich dazu erholt man boi oincm zv/eiatocigcn Schwinger gemüß dor Erfindung, wio er in don Pig. 10 und 11 dargcatollt 1st, boi einer Lance von 50 nun, elnor Amplitude von 2 nm (Spitze - Spitze) und 100 Hz einen Q-Wert von 40C0.

Ein woitores Ausführungsboispiol dor Erfindung let In den PiG. 15 und 16 gezeigt. Dieeor dreistogige Schv/inger hat einen federnden mittleren Stoß 29 und ein Paar federnde äußere Stege 30a und 30b, die eile von gleicher lunge und parallel zueinander sind« Diese Stoce 29, 30a und 30b bilden über die Vorbindungsstreifen 31' und 31'' ein Stück mit dom genoinoanon Bofostigungsstück 31, wie dies bereits in don Pie· 4 und 6 gezolgt wurde« Dadurch wird ein Einfluß von den schwingenden Teilen des Schwingers _QUf das Befostisungaßtück 31 verhindert, so daß der Verlust an Schwingungsenergie mb'gllchct gering ist. Dac Stück 31 ist mit einer aufgobogenon Kante 31* versehen, oo daß die Steifheit dos Stüokos 31 vergrößert ist, wodurch außerdem ein Schwingungsvorlust vermieden wird.

Am freien Ende des mittleren Steges ist das Vorbindungotcil 23a, etwa durch sintern oder durch Befestigungsmittel, starr bcfootigt, wodurch eine zusätzliche Masse 36, die in der Seitenansicht In Hg· 16 U-förmig aussieht, an diosom Stog befostigt ist· Dleeo Teile 29» 29a und 35 bilJon ausommen das erste Schwingungeelemont» während das zwoite aus den äußeren Stogen 3Oo und 30b besteht, dl· an ihren freien Enden jeweils die

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Mac con 36a und 36b tragen, dio entsprechend v;io das Vorbindungotoil 29a bofoDtict sind. Grüße und Anordnung der Toilo bcidor Schv/ingungsolomento oind oo gov/ahlt, daß boidc eine gegonphasige licv/cgunc beschreiben und bcido ein und diocolbo neutrale SchY/incungsachso X-, habon und daß die beiden Schr/crpunkte G₁ und G₂ praktisch in oincn gemeinsamen Punkt auf dio Achce X^ fallen. Da dio boidon Schwerpunkte G₁ und G₂ praktisch in die noutralo Achse X^ fallen, können Anordnunccfohlor, die die Eigenfrequenz deo Schv/incors bcoinflucccn können, unterdrückt v/ordon. Hin Vorbindunccelencnt 48 lot an einem Ende der beiden Schwin^unr-amascen 36a und 36b befestigt, um oino gemeinsam© Schv/in^nncsbev/OGunG der äußeren Stege 30a und 30b zu erreichen.

In einem, ceeenüber dem in Fig. S Geseilten, goönderten Auoführuncßboispiel, das in don ?iz· Ή und 18 eesoiet iot, hat dor Schwinßor einen längeren Schv/inGunscctec 29 und einen kürzeren Scliwin^unGsetes 30, dio parallel zueinander cind, goringon Abstand habon und die feet mit einen cenoineanion Eefoctisuncsctück 32 verbunden cind, Dieee Stece sind natürlich auo federnden l'atorial. Es ist cünati^, die Teile 29, 30 und 32, wie bei verochiedenen vorhorcohendcn Auofükrunccbcißpielon, aua ein und demselbon MaterialstUck zu fertigen· Das Bofestißungoatück ist beiepielßwoiee lösbar nit den stationären Basis teil 24» das in Pig, 21 gozeigt ißt, verbunden· Die zusätzlichen Massen 35 und 36 sind U-förmig ausgebildet und haben

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zv/iochon den Endon nach innen Gerichtete Δηεϋΐζβ 35a und 36a, dio an don freien Endon dor SchwinGunccstegc 29 und 30 befestigt sind· Das erste Schwingungselemcnt dec Schwingers bcoteht aua don Tcilon 29 und 35 und hat dio neutrale Schwingungachse X., und das eweite Schwingungseleriant hat dio Teile 30 und 36 und dlo entsprechende Achoe

Wenn dao erste Element uzn die Achse Xj in die von den Pfeilen 46 und 46· bezeichnete Richtung schwingt, wird das zwoito EIo-

ment gegonphaoig um die.Achse X₂* ^w^^c durch die Pfoile 47 und ^ 47' angedeutet, bewegt. Größe und Anordnung der Teile dec ersten Schwingungselomentos sind so gewählt, daß der Schwerpunkt G₁ auf der Achse X. liegt. Entsprechend liegt der Schwerpunkt Gg auf der Achso X₂, die parallel zur Achse X] ist· Die Hassen 35 und 36 sind in der Längsrichtung etwas gegeneinander vorsetzt, wie in Fig· 17 zu erkennen, damit die beiden Elemente ohne Störung schwingen können·

In don Fig. 19 und 20 ist ein dreistegiger Schwinger gezeigt. | Auf der üblichen Grundplatte 61 des Zoitmcssers iot der Schwinger 62 befestigt. Dieser hat die drei gleich-longon parallelen Stege 62a, 62b und 62c· Dicoo Schwincungsstege sind an ihren Ansätzen mit dem Verbindungsstück 62h verbunden, dao nit dea Befosticungstoil 62 Über mehrere Teile, vorzu£sv/oioe z;voi bonachbarte Verbindungostroifen 62e und 62d, verbunden ist, do daß Einschnitte, Öffnungen, Aussparung und/odor ähnliches in

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entsprechenden Bereich des Materials, auo dom dor Sohv/ingor im wesentlichen boeteht, entßtohon. Wie bei dorn oreten, in don Hg. 2 und 3 gezeigten Ausführunesbeispiel erhält man die droi Stege durch einschneiden zweier parallolor Nuten 62f und 62g in die Blechplatte. Das Verbindungßotück 62h wird eincrcoits durch die inneren Enden der Nuten und andererseits durch die äußoron Enden der Verbindungsstroifon 62o und 62d begrenzt. An don freien Enden der drei Stege Bind die zusätzlichen Schwineungsmasoen 63» 64 und 65 befestigt, Y/*bei die beiden äußeren Massen 63 und 65 der jeweiligen Stege 62a und 62c über ein U-förmiges Verbindungsstück 66 miteinander starr verbunden sind. Das Distanzstück 67 drückt mit Hilfe, der Schrauben 69 und 70 einerseits den Befectigungsteil 62 gegen die Grundplatte 61 und hält andererseits ein foderndes Dämpfungsotück 68 in seiner Arbeitslage. Das Dämpfungsstück 68 hat dio federnden Andrücktoile 68a und 68b, deren Enden auf den Bereich dos Verbindungsstückos 62h, der in der Verlängerung dor Längsachsen der Nuten 62f und 62g liegt und der ein fast unbeweglicher Teil des Schwingers ist, einen leichten Druck ausüben. Diese Druckanordnung dient zur Dämpfung unerwünschter wilder Schwingungen der Schwingungsotege, bedeutet jedoch keinen Nachteil für die regulären Schwingungen dieser Stege, die zwei Schwingungselemento bilden, die, wie anhand von vorhergehenden Ausführungsbeispielen erklärt wurde, genau gogenphasig zueinander schwingen.

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Falle dor in don Fie. 19 und 20 gozoißte schwinger durch öußoron Einfluß hervprgerufeno v/ildo Schwingungen ausführen sollte, werdon dor Toil doe Schwingern, dor oberhalb dor durch dio Einschnitte und Aussparungen gebildeton Verbindungoctrcifen 62d und 62o liegt, und dio Dömpfungstoilo 68a und 60b olaotioch verfonat, und letztere ßchloifcn auf dor Oberfläche doo Vorbindunssstückos 62h· Dor dadurch entstehende Roibuncowidorstand dämpft die wilden Schwingungen sehr schnell.

Daa gezeigte Dämpfungsstück stellt nur ein Boi3piol dar. Für don Fachmann ergeben sich viele Abwandlungen und Aueführungamüglichkoiten. Beispielsweise kann eino ünunantelun^» otv;a oine Bloibuchse, um ^odon Verbindungsstroifen 62d und 62e golegt worden, wodurch ein erhoblichor Reibungswiderstand zur Dämpfung von wilden Schwingungen erreicht wird. Es können solche Dämpfungsvorrichtungon an allon oben beschriebenen AusfUhrungsbeispielen angebracht werden»

Eo ist allgemein bekannt, daß solche wilden Schwingungen in Zoltmoseera duroh Stüße, ochnello und unboabsichtigto BoIcotungoänderungon u.U, hervorgorufon wordon, Diooo oind nur schwor IU unterdrücken, besonders worm daa Gewicht der ctatloniiron TÖÜ9, ötWft der Grundplatte des Zoitmoscoxq i:a Vorhält- nli auv aohwisgtnden ISaeoo dee Zeltnormals sohr groß ist· Durch Anwendung dor beschriebenen Dämpfungseinrlchtungon kann diese Schwierigkeit beseitigt werden·

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In dor Anordnung gomäß Pic 21 wird oin Schwinger 112, gorillß FiG· 6-8 alo Zcimormal bonutzt, dor nit einen unatcucrndcn magnetischen Hcinmrad 27 zuaamnonarbeitot, um das nicht gczoigto Uhrr.'ork anzutreiben. Dio Teile 13-19 und 112 entsprechen don Teilon in Fig. 6-8,

Dao U-fürmige Verbindungsstück 21 ist aus einer Platte ferromagnotischen Materials hergestellt und v/irkt ala Steuermagnet. Er hat einen Luftspalt 21·· Dao Befoctigungcstück 19 doa Schwingoro ist an dor Grundplatte 24 aiit den Schrauben 20a und 20a' befestigt, die jer/oilo durch die Löcher 20 und 20» ßooteckt sind und in die nicht gezeigten zugehoriGcn löcher, die in die Grundplatte gebohrt Bind, geschraubt cind. Dao Hemnrad 27 besteht, v/iο bekannt, aus dauermagnetlochen Material und sitzt foot auf der Achoo 27', die drehbar in einen Paar nicht go2eigtor Halterungen gelagert ist, die an stationären Tollen des Uhrworks befestigt sind. Dao Rad 27 iot mit einer Anzahl gleicher, unterteilter Öffnungen 110 versehen, dio kroisförmig dicht am Rand des Rades angeordnet sind. An äußeren Rand ist eine Anzahl hervorspringender Zähne 111 unter Jewoils gleichen.Winkel vorgesehen, dio mit einen Teil dos üblichen nicht gezoigten Zahnradvorgeleges des V/orkos im Eingriff steht und dieses antreiben. Der Rand ist mit dem Antriebsmagnoten 21 magnetisch gekoppelt, berührt jedoch die liagnotpole, die den luftspalt 21^f begrenzen, nicht. Die zusätzlichen Massen 22 und 23 sind in diesen Fall Dauomagneto, die mit den Jeweiligen Spulen 25 und 26 elektromagnetisch go-

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koppelt Bind· Dieao oind auf dor Grundplatte 24 bcfectigt und gloichzoitig über die leitungen 106 - 109 mit einer üblichen transistorisierten Treiberschaltung D verbunden, die den Transistor Tr, die Batterie E, den Kondensator C und den Widerstand H enthält. Dor Magnet 23 und die Spule 26 mesocn dio Scliv/ingungsbewogung doe Schwingers, und die in dor Spulo indusiort ο Aponnung wird in Form von periodischen Impulcen über die Leitungen 106 - 107 zur Troiberschaltung D tibertragen, von der aus vorstärkte Spannungen über die Leitungen 103 - 109 zur Spule 25 ν übertragen v/erden, so daß der Magnet 22 im Gleichlauf nit dom ™ tragenden mittleren Steg 15 schwingt· Die co erzeugte Schwingung des ersten Schwingungcelononteo, das aus dem nittieren Steg 15 und den Magneten 22 und 23 bostoht, wird auf das zv/eito Schwingungeelement, das aus den üußorcn Stegen 13 und 14 und den Antriebsmagnoton 21 besteht, übertragen. Dadurch wird das zweite Schwingungselomont in Schwingung gehalten, und dio Schwingungsbowegungen worden über den luftspalt 21· magnetisch auf das Homarad 21 übertragen, um dies in gleichmäßigen Schritten zu drehen, wie es dom Fachmann bekannt ist· Die Arbeitsweise I solcher magnetischen Hemmrädor, die in der beschriebenen Weise magnetisch angetrieben werden, ist bereits aus dor US-Patentschrift 2 571 085 bekannt·

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Claims

Patentansprüche

1· Mechanischer Schwinger, der als Zeitnormal in Zoitmosaorn, insbesondere Uhren, benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (z.B. 7 in Fig. 2a - 3) zwei oder mehr achwingungafähige Stege (8, 8a, 9) aufweist, die parallel zueinander in einer Ebene an einem gemeinsamen Verbindungsstück (C) befestigt sind, daß diese Stege (8, 8a, 9) so geformt und angeordnet sind, daß sie jeweils senkrecht zur genanntön Ebene und zueinander gegenphasig genau oder fast genau mit gleichor Eigenfrequenz schwingen und daß der Schwinger (7) über das Verbindungsstück (C) oder dessen Ansatz fest mit einem stationären Teil (12) des Zeitmessers verbunden ist·
2. Mechanischer Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden der genannten Stege (z.B. 13, 14, 15 in Fig. 4-5) zusätzliche Schwingungsmassen (102, 104) befestigt sind.

3· Mechanischer Schwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Aussparungen, Kerben o.a. zur Verminderung der Querschnittsflache zwisohon Schwingungsteil (z.B· 13_f 14, 15» 102, 104 in Pig. 4-5) und Befestigungsteil (19) vorgesehen sind.

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4· Mechanischer Schwinger nach einem dor vorhorcolicndon AxicprUcho, dadurch gekennzeichnet, daß dlo neutralen Achoen oder Scliv;lngun-sachsen (z.B. Xj, X₂ in Piß. 17) der bcidon Ctoco (23, 30) parallel zueinander ließen oder daß die Stogo (29, 30) oder die Stege (29, 30) zuoammen mit den zusätzlichen Schv/ingungciaason (35f 36), wenn'die Schwincunsßachßcn (Xj, X₂) zusammenfallen, eo ausgebildet und angeordnet sind, daß die Schwerpunkte (G₁, G₂) der beiden Schwingungselemcnto· des Scnr/in^crs sich in einer Ebone senkrecht zu den Genannten Achsen (Xj, X₂) bewegen.

5· Mechanischer Schwinger nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Achsen (X₁, X₂) so gcv/iihlt sind, daß eio genau oder fast genau durch die Schwerpunkte (G₁, G₂) der Jeweiligen Sohwingungselemente gehen.

6· Mechanischer Schwinger naoh einem dor vorhergehenden AnoprUche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schwingungsolcmento (z.B. 29» 35» 37, 38, 39 in Pig. 9) magnetisch mit einer Henmoinrichtung (49) gekoppelt ist, die mit einem Teil des Ubersct- ( zungsgetriebes dos Zeitmessers zusammenarbeitet.

7t Mechanischer Schwinger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Querschnittsfläche vermindernden Aussparungen, Kerben u.a. den Schwingungstoil (z.B. 13» 14» 15» 102, 104 in Fig. 4-5) gegenüber dem Bofeotigungs-• teil (19) eo abgrenzen, daß die Schwingungen dos Schwingungo-

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tolle (13» 14, 15, 102» 104) keinen Einfluß auf den Ecfccti- ^un^atoil (19) und damit auf den ctationa'rcn Toil dec ZeitniODßors, nit dem der Schwinger verbunden ist, haben.

8· Mechaniochor Schwinger nach einen der vorhergehenden Ancprücho, dadurch Gekennzeichnet, daß der Schwinger (ζ.Σ. 62 in Ti^.13-20) am Anoatz mit einor Dümpfunsooinriclituns (60) vcrcehen ict.

9· Mechaniocher Schwincor nach Anepruch 1, dadurch ^clicnnzclehnet daß eines der beiden Schy/in^uncoelomonto (z.B. 29, 35, 37, 30, 39 in Fiß· 9) an Deinem freien Ende als Sclv.7inGuncGr.aoac einen U-förmison Dauermagneten (37) trü£;t₉ der mit der Henr.cinrichtung (49), die mit dem Übersotsunfje^etriebe dea Zeitincaecro zueommenarboitet, macnotiach

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