DE1608412C - Niederfrequenzschwingungserzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederfrequenzschwingungserzeuger mit einer eingespannten, schwingenden Feder, mit einem in der Mittellinie der Feder angeordneten und mit ihr verbundenen Trägheitsglied, und mit einem die Schwingeinheit steuernden Impulsgeber.

Bei bekannten Schwingungserzeugern ist ein die Trägheitsmasse in seiner Mitte tragendes Federblatt an beiden Seiten fest eingespannt, so daß dieser Schwingungserzeuger nur mit hohen Frequenzen und kleinen Amplituden arbeiten kann.

Es sind ferner Schwingungserzeuger bekannt, bei welchen zwei parallel verlaufende, starre Magnetarme an ihrem einen Ende an einem sie überbrückenden Steg fest miteinander verbunden sind und an diesem Steg eine in der Mitte zwischen diesen beiden Magnetarmen verlaufende Feder befestigt ist, welche etwa in der Quermitte der Magnetarme fest verankert ist. Die an den beiden freien Enden der Magnetarme gebildeten Pole werden durch ein sich drehendes magnetisches Rad in Schwingbewegungen versetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwingeinheit des Schwingungserzeugers aus einer Metallplatte herausstanzen zu können und so auszubilden, daß sie sich im Betrieb etwa S-förmig durchbiegt, die Trägheitsmasse auf einer etwa geradlinigen Bahn hin- und herschwenkt und die Schwingungsamplitude bei gleichbleibender Frequenz verändert werden kann. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die schwingende Feder aus einer gestanzten Metallplatte mit mindestens zwei federnden Schenkeln besteht, die an einer Schmalseite fest eingespannt und an deren anderem Ende ein zwischen den Federschenkeln bis zu deren Mitte reichender, besonderer Arm vorgesehen ist, an dem das Trägheitsglied so angeordnet ist, daß der Schwerpunkt der von dem Trägheitsglied und dem starren Arm gebildeten Trägheitsmasse in der Symmetrieachse der Federschenkel liegt. Dadurch, daß die Trägheitsmasse in der Längs- und Quermilte der Federschenkel liegt, an einem starren Arm befestigt ist und die Federschenkel frei tragend an einem Ende befestigt sind, kann die Schwingeinheit S-förmig hin- und herschwingen und die Trägheitsmasse wird dadurch praktisch auf einer geradlinigen Bahn hin- und herbewegt. Durch entsprechende Bemessung der Federschenkel und der starren Teile der Schwingeinheit kann diese aus einer Metallplatte herausgestanzt werden.

Dadurch, daß die Feder in der Längsrichtung einstellbar an dem Halter befestigt sein sollte, kann die Schwingamplitude mit einfachen Mitteln eingestellt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Niederfrequenzschwingungserzeuger;

F i g. 2 zeigt den Schwingungserzeuger nach F i g. 1 in Seitenansicht; ,

F i g. 3 ist ein Schnitt durch den Schwingungserzeuger nach F i g. 1 entlang der Linie 3-3;

F i g. 4 ist eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform von Niederfrequenzschwingungserzeuger;

F i g. 5 ist ein Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4, wobei der Schwingungserzeuger beispielsweise zum Antrieb einer Uhr benutzt ist;

F i g. 6 ist eine Draufsicht auf eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform;

Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6;

Fig. 7A ist ein Schnitt im vergrößerten Maßstab durch ein Einzelteil;

F i g. 8 ist eine Draufsicht auf eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform von Schwingungserzeuger; Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 8;

Fig. 10 zeigt in Draufsicht eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform von Schwingungserzeuger; Fig. 11 ist ein Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 10;

Fig. 12 ist eine Draufsicht auf eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform von Schwingungserzeuger; Fig. 13 ist ein Schnitt nach der Linie 13-13 der Fig. 12;

Fig. 14 ist eine Draufsicht auf eine weiterhin abgeänderte Ausführungsform.

Der Niederfrequenzschwingungserzeuger 20 nach den F i g. 1 bis 3 besteht aus einer Schwingeinheit 22 und einem Impulsgeber 24. Die Schwingeinheit 22 enthält eine schwingende und blattartige Feder26 und ein Trägheitsglied 28, welche beide vorzugsweise in einem einzigen Stück aus einer leicht federnden bzw. elastischen Metallplatte von gleichförmiger Dicke gestanzt sind. Das gestanzte Stück 30 bildet die Feder 26 in der Form von zwei im Abstand angeordneten, parallelen, länglichen federnden Schenkeln 32, welche an ihren beiden Enden durch Verbindungsstücke 34 und 36 miteinander verbunden sind, wobei die Feder 26 frei tragend auf einer festen Abstützung 38 durch das Verbindungsstück 34 und Schrauben 40 befestigt ist. Das gestanzte Stück 30 bildet ferner das andere Endverbindungsstück 36 und einen Arm 42, welcher sich zwischen den Federschenkeln 32 rückwärts daran bis zu deren Mitte erstreckt. Das Trägheitsglied enthält ferner einen als Stabmagneten ausgebildeten Stab 44, welcher aus dem Arm 42 rechtwinklig nach beiden Seiten herausragt. Die Blattfedern 32 des gestanzten Stückes 30 sind auf Grund ihrer verhältnismäßig schmalen Breite w elastisch, während die Trägheitselemente 36 und 42 des Stückes 30 auf Grund ihrer größeren Breite w' starr sind.
Der Impulsgeber 24 enthält beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen herkömmlichen Aufnahme- und Antriebsspulenverstärker 46, welcher mit Gleichstrom durch die Leitungen 48 gespeist wird, und den Stabmagnet 44 mit den Antriebsspulen 50 und 52. Der Stabmagnet 44 wirkt mit dem magnetisehen Feld zusammen, welches bei jedem Stromfluß in der Antriebsspule 52 aufgebaut wird und treibt die Schwingeinheit 22 an.

Die Trägheitsmasse ist vorzugsweise so angeordnet, daß sich die Blattfedern 22 im Leerlaufzustand (F i g. 2) der Schwingeinheit 22 im wesentlichen in der Ebene ρ des gestanzten Stückes 30 befinden. Die Einheit 22, welche beim Speisen des Verstärkers 46 mit Gleichstrom selbst startet, spricht auf den Impulsgeber 24 beim Schwingen bei ihrer natürlichen Frequenz an. Beim Betrieb des Schwingungserzeugers, d. h. beim Schwingen der Einheit 22, biegen sich die federnden Schenkel 22 abwechselnd nach den beiden Seiten von der Ebene ρ des gestanzten Stückes 30 ab, wobei jede Abbiegung der Federschenkel gemäß einem wesentlichen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung in einer typischen S-Form (Fig. 3) auf Grund der rückwärtigen Verlängerung des Trägheitsgliedes 28 von den freien oder vorderen Enden 50 der

Blattfedern stattfindet. Darüber hinaus ist gemäß einem weiteren wichtigen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung das Trägheitsglied 28 so angeordnet, daß sein Schwerpunkt cg etwa in der Mitte der biegsamen Länge. 1 der Federschenkel 32 (Fig. 1) liegt. Bei einer solchen Anordnung des,Trägheitsgliedes 28 haben die Paare von entgegengesetzten Vorzeichen ebenfalls eine identische Größe und gleichen damit einander in jedem Augenblick mit dem Ergebnis aus, daß bei jeder Durchbiegung der Blattfedern 32 im Betrieb das Endverbindungsstück 36 und der Arm 42 in einer ebenen Parallele zu der Ebene ρ des gestanzten Stückes 30 (F i g. 3) liegen.

Die Anordnung des Trägheitsgliedes 28 mit Bezug auf die Federschenkel 32 sichert den wesentlichen Vorteil, daß die Arbeitsbewegung des Trägheitsgliedes 28 auf eine geradlinige Bahn zu dem Hauptzweck beschränkt wird, daß ein tatsächlich isochrones Arbeiten des Schwingungserzeugers erreicht wird, welches in den verschiedenen Schwingungserzeugerlagen durch Erdanziehungs-, Erschütterungs-, Schwingungs- und andere Kräfte unbeeinflußt bleibt, welchen der Schwingungserzeuger beim Betrieb unterworfen sein kann. Bei der beschriebenen Anordnung des Trägheitsgliedes 28 und der Federschenkel 32 schwingt das Trägheitsglied offensichtlich nicht um seine eigene oder irgendeine Querachse der Federschenkel, sondern wird in jedem Fall in einer geradlinigen Bahn senkrecht zu der Ebene ρ des Stanzstückes 30 (F i g. 2 und 3) in einer Bahn P angetrieben, da das Trägheitsglied von dieser geradlinigen Bahn nur um einen unwesentlichen Betrag abweicht.

Der Niederfrequenzschwingungserzeuger 20 kann in der verschiedensten Weise angewendet werden. Beispielsweise kann er zum Betrieb einer Uhr, wie einer Autouhr mit einem nicht dargestellten Synchromotor verwendet werden, welcher durch Leitungen 54 mit dem Ausgang des Verstärkers 46 verbunden ist, wobei dieser Ausgang in einem Strom von der Frequenz des Schwingungserzeugers besteht.

Der Schwingungserzeuger 20a nach den Fig. 4 und 5 weicht von dem nach den F i g. 1 bis 3 insofern ab, als die Schwingungseinheit 22 a bei 56 auf festen Abstützungen 58 unter Zwischenschaltung von verhältnismäßig starren Armverlängerungen 60 an dem Endverbindungsstück 34 a des gestanzten Stückes 30 a befestigt ist. Bei dieser Anordnung hat die feste Anordnung der Schwingungseinheit 22 a auf den Abstützungen 58 einen genügend großen Abstand von den Blattfedern 32a, um keinerlei Kraft darauf auszuüben, welche auch nur im geringsten die natürliche S-förmige Abbiegung dieser Federschenkel stören könnte. Der Impulsgeber 24a (Fig. 5) ist bei diesem Beispiel der gleiche wie bei den F i g. 2 und 3, wobei die Aufnahme- und Antriebsspulen 50a und 52a des Verstärkers 46a mit dem Stabmagnet 44a zusammenarbeiten.

Der vorliegende Schwingungserzeuger 20 a dient bei diesem Ausführungsbeispiel als Antrieb eines Uhrwerkes 62. Zu diesem Zweck trägt der Stabmagnet 44 a eine Sperrklinke 64, welche mit einem Klinkenrad 66 auf einer Welle 68 zusammenwirkt. Mit dem Klinkenrad 66 dreht sich ein Ritzel 70 und ein Getrieberad 72 als Teile eines Zahnvorgeleges eines Uhrwerkes zum Betätigen der üblichen Anzeiger vorne auf dem nicht dargestellten Zifferblatt. Ferner arbeitet mit dem Klinken- oder Sperrad 66 eine Sperrklinke 74 zusammen, welche eine Drehung des Sperrrades entgegen dem Uhrzeigersinn verhindert, aber seine normale Drehung im Uhrzeigersinn durch die Antriebsklinke 64 ermöglicht. Somit wird das Klinkenrad 66 bei jeder vollen Schwingung der Einheit 22a nach Fig. 5 einen Zahn weiter geschaltet, und diese stufenweise Bewegung des Klinkenrades treibt das Zahnradvorgelege an.

Bei der abgeänderten Ausführungsform nach den F i g. 6 und 7 unterscheidet sich der Schwingungserzeuger 20 b von den Schwingungserzeugern 20 und 20 a insofern, als das Stanzstück 30 b einen einzigen Federschenkel 32 b, welcher bei 76 mit seinem einen Ende auf einem Halter 78 befestigt ist, und zwei starre Arme 42 b' bildet, welche zu beiden Seiten des Federschenkeis 326 liegen und sich von einem starren Endverbindungsstück 36 b zurück nach hinten erstrecken. Das Trägheitsglied 28 b wird in diesem Falle von den starren Teilen 42 b und 36 b des Stanzstückes 30 b von einem vorzugsweise nicht magnetischen im Querschnitt ösenförmigen Element 80, welches von den Armen42b in der in Fig. 7 dargestellten Weise getragen wird, und von miteinander ausgerichteten Stabmagneten 44 b gebildet, welche von dem Element 80 getragen werden. Die beschriebenen Teile des Trägheitsgliedes 28 b sind so angeordnet, daß der Schwerpunkt cg in der Mitte von der biegsamen Länge des Federschenkels 32 b liegt. Die Stabmagneten 44 b arbeiten bei diesem Ausführungsbeispiel mit Aufnahme und Antriebsspulen 50 ft und 52 b eines Verstärkers zum Antreiben der Schwingungseinheit 22 b zusammen.

Fig. 7A zeigt einen Teil eines Schwingungserzeugers 20 c, welcher sowohl bei dem Schwingungserzeuger 206 nach den Fig. 6 und 7 als auch bei allen beschriebenen Schwingungserzeugern verwendet werden kann. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Einstellung der biegsamen Länge der Federschenkel beispielsweise zu dem Zweck, den Schwerpunkt des Trägheitsgliedes mehr oder weniger genau in der Mitte von der biegsamen Länge der Blattfeder einzustellen, wenn es nach der Zusammenstellung des Schwingungserzeugers für ein isochrones Arbeiten notwendig erscheint. Zu diesem Zweck ist die Blattfeder 32 c bei 76 c auf dem Halter 78 c unter Zwischenschaltung einer exzentrischen Buchse 82 angeordnet, welche bei einer Drehung die Blattfeder 32 c auf dem Halter 78 c verschiebt und damit die effektive biegsame Länge der Blattfeder einstellt.

Bei den F i g. 8 und 9 hat die Schwingungseinheit 22 rf im Gegensatz zu den beschriebenen Schwingungserzeugern 20 bis 20c mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Federschenkel 32 rf' und 32 rf". Zu diesem Zweck sind bei dem Stanzstück 30d die länglichen Federschenkel 32d' von der einen Blattfeder mit den länglichen Federschenkeln 32 d" der anderen Blattfeder an dem starren Endverbindungsstück 36 rf, parallel zueinander verbunden, wobei das gegenüberliegende Endverbindungsstück 34 rf bei 40 rf auf dem Halter 38 rf befestigt ist. Die freien Enden der Federschenkel 32 rf" sind durch ein starres Verbindungsstück 84 miteinander verbunden, von welchem aus sich der den Stabmagnet 44 d tragende starre Arm 42rf erstreckt. Dieser arbeitet mit den Aufnahme- und Antriebsspulen 50rf und 52rf (F i g. 9) eines nicht dargestellten Verstärkers zum Antrieb der Schwingungseinheit 22rf zusammen. Das Trägheitsglied 28rf, welches im wesentlichen durch das Endverbindun^sstück 36 rf und einen Arm 42 rf des Stanzstückes 30rf und

durch den Stabmagnet 44 d gebildet wird, ist so angeordnet, daß die Schwerpunktsmitte cg so nahe wie möglich in der Mitte der biegsamen Länge der Federschenkel 32 d und 32 d" liegt.

Der Niederfrequenzschwingungserzeuger 2Od arbeitet in der in Fig. 9 dargestellten Weise, d. h. die Federschenkel 32d' und 32<i" biegen sich S-förmig durch, wobei der Arm 42 d bei jeder Durchbiegung der Federschenkcl auf einer geraden Parallelen zu der Ebene des Stanzstückes 3Od liegt. Der Schwingungserzeuger 20 d, welcher die gleichen Vorteile wie die Schwingungserzeuger 20 bis 2Od hat, arbeitet insbesondere bei seinem isochronen Arbeiten unter allen Arbeitsbedingungen zuverlässig und hat auch eine hohe Taktstabilität für eine lange Zeitdauer. Somit kann durch Anordnung mehrerer parallelgeschalteter nebeneinanderliegender Federschenkel die maximale Belastung in den Federn bei einer gegebenen Schwingungsamplitude sehr klein gehalten werden, was eine Taktstabilität für eine lange Zeit herbeiführt und ein Brechen einer Blattfeder vermeidet. Diese Mehrfachfederschenkelanordnung ermöglicht auch die Verwendung von Blattfedern von größerer Steifheit durch zusätzliches Federmaterial, welches die Größe der. Federschenkel vergrößert und somit ihre Herstellung und ihren Zusammenbau mit anderen Teilen bei zulässigen größeren Toleranzen erleichtert und erlaubt. Bei solch einer Mehrfachfederschenkelanordnung kann die Arbeitsbewegung des Trägheitsgliedes 28 d tatsächlich ohne jede Abbiegung in einer geradlinigen Bahn gehalten werden.

Fig. 10 und 11 zeigen einen Schwingungserzeuger 20 c, welcher dem beschriebenen Schwingungserzeuger 20 (/ mit der Ausnahme gleicht, daß die Federschenkel 32 c und 32 e" teilkreisförmig ausgebildet sind und in Reihe und in gleichem Abstand voneinander liegen. Die äußersten Enden des einen Abschnittes 32 t'" sind mit dem Arm verbunden und die anderen Abschnitte 32 e' auf dem Halter befestigt. Der Schwingungserzeuger 20 c arbeitet in der gleichen Weise und hat die gleichen Vorteile wie der Schwingungserzeuger 20i/ nach den F i g. 8 und 9.

Der weiterhin abgeänderte Niederfrequenzschwingungserzeuger 20/ nach den Fig. 12 und 13 unterscheidet sich von allen vorher beschriebenen Schwingungserzeugern 20 bis 20 c insofern, als die Schwingungseinheit 22/ mit zwei elastischen Federschenkeln 32/' und 32/" versehen und das Trägheitsglied 28/ dazwischengeschaltet und mit den freien Enden der Fcdcrschenkel verbunden ist, welche auf beiden Seiten des Trägheitsgliedes in entgegengesetzter Richtung zueinander von ihren befestigten Enden verlaufen. Somit enthält das Stanzstück 30/ bei diesem Ausführungsbeispiel einen starren rechteckigen Rahmen 88 mit gegenüberliegenden Seitenstücken 90 und 92 und gegenüberliegenden Endstücken 94 und 96. die elastischen Federschcnkel 32/' und 32/" und den starren Arm 98. Die Federschenkel 32/' und 32/" erstrecken sich von dem Rahmen 88 an den entsprechenden Endstücken 96 und 94 parallel zueinander und in entgegengesetzten Richtungen und gehen an ihren entsprechenden freien Enden 100 und 102 in den dazwischenliegenden Arm 98 über, wobei die Blattfedern 32/' und 32/" so angeordnet sind, daß sie gleiche Länge haben und sich gleich miteinander in der Längsrichtung des Stanzstückes 30/ erstrecken. Der Rahmen 88 des Stanzstückes 30/ ist mit seinen Enden 94 und 96 bei 104 an Haltern 106 und 108 befestigt. Das Trägheitsglied 28/ enthält bei diesem Ausführungsbeispiel den Arm 98 des Stanzstückes 30/ und einen Stabmagnet 44 /, welcher von dem Arm 98 getragen wird und mit den Aufnahme- und Antriebsspulen eines Verstärkers zusammenwirkt, von wel- chen lediglich die Antriebsspule 52/ in Fig. 13 dargestellt ist. Das Trägheitsglied 28/ ist'so angeordnet, daß sein Schwerpunkt cg so dicht wie möglich an der Mitte der Länge der biegsamen Federschenkel 32/'

ίο und 32/" liegt.

Dieser Schwingungserzeuger 20/ arbeitet in der in Fig. 13 dargestellten Art und Weise, d. h. die Federschenkel 32/' und 32/" biegen sich S-förmig durch, wobei beide abgebogenen Federschenkel in jedem Augenblick entweder auf der einen Seite oder der anderen Seite der Ebene des Stanzstückes 30/ und der Arm 98 bei jeder Durchbiegung der Federschenkel in einer Ebene parallel zu der Ebene des Stanzstückes 30/ liegt.

Fig. 14 zeigt schließlich einen Schwingungserzeuger 20 g, welcher dem Schwingungserzeuger 20/ nach den Fig. 12 und 13 mit der Ausnahme gleicht, daß . die elastischen Blattfedern 32g' und 32g" spiralartig liegen, wobei ihre freien Enden bei 110 und 112 in den dazwischenliegenden starren Arm 98 g übergehen, welcher den Stabmagnet 44 g trägt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Niederfrequenzschwingungserzeuger mit einer eingespannten, schwingenden Feder, mit einem in der Mittellinie der Feder angeordneten und mit ihr verbundenen Trägheitsglied und mit einem die Schwingeinheit steuernden Impulsgeber, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Feder (26) aus einer gestanzten Metallplatte mit mindestens zwei federnden Schenkeln (32) besteht, die an einer Schmalseite fest eingespannt und an deren anderem Ende ein zwischen den Federschenkeln bis zu deren Mitte reichender, besonderer Arm (42) vorgesehen ist, an dem das Trägheitsglied (24) so angeordnet ist, daß der Schwerpunkt der von dem Trägheitsglied (24) und dem starren Arm (30, 42) gebildeten Trägheitsmasse in der Symmetrieachse der Federschenkel liegt.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) in der Längsrichtung einstellbar an dem Halter (38) befestigt ist.

3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsglied aus einem Stabmagneten (44) besteht, der rechtwinklig aus dem Arm (42) nach beiden Seiten herausragt, und daß der Impulsgeber (24) den Magnet, einen Verstärker (46) und mit dem Magneten zusammenarbeitende Spulen (50, 52) enthält.

4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Feder

(26) eine gleichförmige Dicke hat und die Schenkel (32) und Arme (42) unterschiedliche Breite haben.

5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Feder (26) aus einer geraden Anzahl von elastischen, biegsamen, parallel zueinander angeordneten länglichen Schenkeln (32 if', 32d";

32/', 32/") gebildet ist, die an ihren entgegengesetzten Enden parallel oder in Reihe miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung der inneren Schenkel (84, 98) in dem Arm (42) übergeht.

6. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Feder (2Oe) von teilkreisförmigen Blattfedern (32 e', 32 e") gebildet ist, welche in Reihe

und in gleichem Abstand voneinander liegen, von denen die äußersten Enden des einen Abschnittes (32 e") mit dem Arm verbunden und die anderen Abschnitte (32 e') auf dem Halter befestigt sind.

7. Schwingungserzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die federnden Schenkel (32 g', 32 g") spiralförmig zwischen dem Arm (110) und dem entsprechenden Halter erstrecken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 608/192