DE1673635A1 - Mechanischer Resonator - Google Patents

Description

CENTRE ELECTRONIQUE HORLOGER S. A.., NeuchÄtel (Sehwei«) Mechanischer Resonator

Die Erfindung betrifft mechanisch® Resonatoren mit sei freien Enden von einseitig eingespannten Schwingarmen schwingenden Massen,, insbesondere solche Resonatoren für Kleinuhren.

Es wurde vorgeschlagen ![deutsche Patentanmeldung No. Anwaltsakte No. 7011, Antrag vom 20.2.68), den sogenannten Positlonsfthler derartiger Resonatoren dadurch eu beheben, dass die Lageabhangigkeit der Schwingfrequenz durch mitschwingende Kompensationemassen kompensiert ist, die an die Schwingarme so angekoppelt sind, dass ihre Schwerpunkte lageabhängig unter .dem Einfluss eines Susseren Schwerefeldes ihren Abstand von der Einspannstelle des jeweiligen Schwingarms verändern. Durch die Erfindung wird dieser Vorschlag in besonders vorteilhafter Weise weiter entwickelt und die Aufgabe gelöst, einen Resonator asu schaffen, der im Aufbau sehr einfach und in der Produktion besondere billig ist,, und bei dem die Kompensation des normalerweise vorhandenen Positionsfehlers besonders wirkungsvoll arbeitet. .

Die Erfindung Ifisst sieh am mechanischen Resonator mit an freien Enden von

109887/1464

BAD ORIGINAL

einseitig eingespannten Schwingarmen schwingenden Müssen dadurch kennzeichnen,, dass die Lageabhängigkeit der Schwingfrequeuz durch mitschwingende ICompensationsmassen kompensiert ist, die an die Schwingarme vorzugsweise senkrecht zur Schwingrichtimg elastisch beweglich angekoppelt sind und ihre Schwerpunkte lageabhängig unter dem Einfluss eines tusseren Schwerefeldes bezüglich ihrem Abstand von der Einspannstelle des jeweiligen Schwingarms verlagern.

Insbesondere bei einem 4a^ri ausgestalteten Resonator,, bei dem zwei Schwingarme symmetrisch asu einer Symmetrieachse gegeneinander schwingen und bei dem sich die durch die Schwingungen erzeugten Drehmomente an den ElnspannsteHes gegenseitig aufheben,, treten vielfach ,abhängig voü der besonderen Formgebung der Schwingarm© jin den Einzelelementen jedes Schwingarms bei des Schwingungen Bewegungekomponenten parallel zu der Symmetrieachse auf., Dadurch kunnsn achsparallele Kräfte auf die Einspannst eilen einwirken* die sich nicht, allein durch die Symmetrie der Anordnung beider Schwingarme ausgleichen,, sondern sich vielmehr addieren.

einer besonderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens sollen achspjuaUele Reaktionskräfte auf die EinspannsteHen von Schwingarmen derartiger Resonatoren dadurch vermieden werden» dass bei Schwingungen der Einzelelemente jedes Sefcxdngarms mit Bewegungskomponenten parallel ssur Symmetrieachse die Massen auf jedem Schwingarm so verteilt werden, dass sich aUe dn3*eh die Schwingungsbtwegungen auftretenden axialen Kräfte gegenseitig aufbeben. f

Weitere Einseiiieitea und besondere Ausgestaltungen der Erfindung werden

109887/1454

BAD ORIGINAL

im folgenden durch Ausführungebeispiele mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen nSher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar?

Fig. 1 die Ansieht eines erfindungsgemäss ausgestalteten Resonator a, der insbesondere als Zeitordner für eine Kieinuhr bestimmt ist«

Fig. 2 und 3 Ansichten zweier weiterer Ausführungöformen des erfindunge» gemSssen Resonator β _e

Der in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellte Resonator weist ein einetücklges Metallteil mit zwei Schwingarmen 1 und 2 auf. Diese beiden Schwingarme sind symmetrisch angeordnet und mit jeweils einem Ende an einem Resonatorfttss S befestigt. Der Resonatorfuss 3 steht fiber Schrauben 4 mit einer Grundplatte in Verbindung, die beispielsweise eine der Grundplatten einer Armbanduhr sein kann.

Die beiden Schwiugarme 1 und 2 tragen an ihren freien Enden Polschuhe 5 und 6„ die die Spule eines elektromechanischen Energiewandlere umgreifen. Durch diesen nicht dargestellten Energiewandler wird dem Resonator die für die Schwingungen durch Verluste notwendige Energie zugeführt. Die Schwingarme 1 und 2 schwingen dabei gegeneinander,,

Die Bezugsziffern 7 und 8 bezeichnen jeweils ein Stellglied _s das zum "Ein stellen der gewünschten Resonanzfrequenz des Resonators dient. Die beiden Stellglieder bestehen beispielsweise aus Klemmbolzen mit exzentrischer Schwereachse. Die Bolzen elnd drehbar angeordnet.

Die beiden Schwingarme 1 und 2 weisen in der NShe ihrer befestigten En« den am Fuss 3 Verjüngungen 9 und 10 auf, die besonders elastisch biegsame Bereiche darstellen. An diesen Verjüngungen schwinge^ im wesentlichen

109887/1454

BADORlGiNAL

die Schwingarme.

Eine strichpunktierte Linie Π gibt etwa die Hauptsckwingtmgsrichtung der schwingenden Polschuhe 5 und 6ah,

Ia der Nähe jedes Poisehuhs befindet sich eine weitere Verjüngung 12 bzw, 13„ die ebenfalls einen besonders elastisch biegsamen Bereich darstellt, lieber diese Verjüngungen 12 und 13 sind also die Polschuhe 5 und β an die Schwmgarme J. und 2 elastisch angekoppelt und hängen jeweils im Schwerefeld der Erde i.n gewissem Masse nach unten« Bei der in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellten stehenden Anordnung des Resonators befinden sich also die Polschuh« 5 und 6 näher beim Resonatorfuss 3 als für den Fall, dase derselbe iiet.onator hflngend angeordnet ist. Bei Positinneflnde--. rungea des gesamten Resonators ändern sich alao die Stellungen der Schwer· punkte der schwingenden. Massen gegenüber den Einepannstellen der Schwing· arme,, die durch den Resonatorfus ε 3 und die Verjüngungen 9 und 10 dargestellt werden ο Aus der Geometrie des Resonators nach Fig» 1 ist ohne weiteres erkennbar,, dass die Lageänderung der Polechuhe 5 und 6 im Schwerefeld der Erde weitgehend auf eine Richtung parallel sur Symmetrieachse des Resonators und senkrecht zur ""strichpunktierten Linie.13 erfolgt „

Die Verjüngungen 12 und 13 lassen sich so dimensionieren dass sich, unter dem Einfluss der Gewichte der Polschuh«» 5 tmd 3 dU> Schwerpunkte der schwingenden Massen bei Lageärderuagen des Resonators im gewünschten Masse verschieben. Die Verschiebung ist so bemess-in., dass die bei Resonator en ohne Verschiebung der Schwerpunkte eier schwingenden Massen iüuitrefcenden Aenderungen der Resonanzfrequsn« bei Aendßrangen der Lage a&r Resonatoren durch die Verschiebung der Schwerpunkte gerade aufgehoben wird,,

109887/UBA

Ifey;* ff.

BAD ORfGfNAL

Die Fig „ 1 der Zeichnungen stellt keinen theoretisch idealen, sondern viel« mehr einen praktisch verwirklichten Resonator dar, der für eine Armbanduhr bestimmt ist_B und dessen Form demgem&ss auch von Forderungen mitbestimmt wird_fi die sich nicht unmittelbar auf ein besondere vorteilhaftes Schwingungsverhalten beziehen. Bei dieser praktischen Ausführungeform des erfindungsgemässen Resonators schwingen beispielsweise die Polschuhe 5 und 6 nicht allein in der Richtung der strichpunktierten linie U, sondern in Richtungen mit Komponenten senkrecht zu dieser Linie U. Dadurch entstehen Reaktionskräfte« die sich auf den Resonatorfuse 3 auswirken konnten und sich aus beiden Schwingarmen addieren.

Einzelelemente der Schwingarme 1 und 2 haben jedoch Schwingrichtungen mit Komponenten ebenfalls senkrecht zu der strichpunktierten Linie U und in diesen Komponenten jeweils eine der Schwingung des entsprechenden Polschuhs entgegengerichtete Schwingung. ErfindungsgemSss werden nun die Massen der Schwingarme 1 und 2 so verteilt« dass sich die Kräfte senkrecht zur strichpunktierten Linie 11 und parallel «ur Symmetrieachse bei den Schwingungen in jedem einzelnen Arm aufheben . Sine derartige besondere Masseverteilung ist am Schwingarm 1 mit de* Bezugsziffer 14 und am Schwingarm 2 mit der Bezugsziffer 15 gekennzeichnet.

Die besondere Formgebung der Schwingarme,, wie sie in Flg. 1 der Zeich» nungen dargestellt let, wurde im wesentlichen durch Versuch vermittelt. Auf den Resonatorfuas 3 wirken also keine Reaktionskräfte in Richtung der Symmetrieachs· das Resonator β.

Beim Auffahrungebeispiel des erflndungsgeniS»sen Resonators nach Fig. % der Zeichnungen sind zwei gerade gestreckte Schwingarme 16 und 17 ss-aeia&n» dor evmmetftaeh ingeordnet und jeweils an «ainem Ende &v.i einem Resonator» fuse 18 verbucden. Di· freien Boden der beiden SchwLngame tragen .leweil· ¹ 109887/14 54

BADORIGiNAt.

■ ■ - =■ * - j*

ein TJ-förmigee Federelement 19 bzw. 20« dessen Längsrichtung sich Im Wesentlichen senkrecht zu einer Symmetrieachse 21 des Resonators er -streckt. Die beiden Feder elemente 19 und 20 sind ebenfalls-symmetrisch' zueinander mit Bezug auf die Symmetrieachse 21 angeordnet,,

Wahrend jeweils das eine Ende jedes Federelemenia 19 und 20 mit dem freien Bade jedes Schwingarme 13 und 17 zusammenhängt^ befindet sich jeweils am freien Ende jedes Federelements eine Schwingmasse 22 bzw. 23, Sehematische Darstellungen von Spulen 24 und 25 symbolisieren elektromechanische Snergienrandler, die dem Resonator die für die Schwingungen notwendige Energie zuführen sollen. Xm allgemeinen sind wesentliche Teile der schwingenden Massen, beispielsweise der Massen 22 und 23, gleichseitig Bestandteile der elektromechanischen Energiewandler.

An Biegungen 26 und 2? der U-ittrmigen Feder elemente tritt jeweils die gruaste elastische Biegsamkeit auf* so dass sich Schwerpunkte G1 und G unter dem Einfluss des Schwerefelds der Erde bei Lageänderungen des Resonators jeweils gegen die Federkräfte der entsprechenden Federelemente etwa entlang sur Symmetrieachse 21 parallelen Linien 28 und 29 verschieben können.

Zweckmässigerweise befinden sich die Schwerpunkte G 1 und G 2 jeweils in der Verlängerung der gestreckt geraden Schwingarme 16 und 17* wie dies durch die Linien 28 und 29 angedeutet ist.

Aufgrund der dargestellten Masseverteilung schwingt der Resonator nach Fig. 2 der Zeichnungen nicht ohne weiteres in idealer Weise«, da störende Srih-Kringungskomponente auftreten, Derartige störende Schwingungskomponente weist der Resonator nach Fig. S der Zeichnungen nicht auf.

1098 87/14

BAD ORJGINAt

Beim Resonator nach Fig. 3 sind gleiche Teile mit den selben Bessugeziffern und dem Zusatz dee Buchstabens a wie beim Resonator nach Fig. 2 gekennzeichnet. Der Unterßchied des Resonators nach Fig. 8 gegenüber dera nach Fig. 2 der Zeichnungen besteht im Wesentlichen darin, dass Schwerpunkte G S und G 4 auf einer strichpunktierten Linie 30 liegen« die gleichzeitig die Achse der beiden freien Schenkel der Federelemente 19 a und 20ja darstellt.

Der allgemeine Erfindungegedanke umfasst viele weitere Ausfflhrungsformen mit den verschiedensten Vorzügen und ist nicht auf die dargestellten AusfOhrungsbeiepiele beschränkte

109-887/U 54
BAD

Claims (1)

1. 21.2,88
   GK/ce
   CEH 94

   Patentansprüche

   Ij Mechanischer Resonator mit an freien Enden von einseitig eingespannten Schwingarmen schwingenden Massen* dadurch gekennzeichnet, dass dl· Lageabhängigkeit der Schwingfrequenz durch mitschwingende Kompen- _s sationsmasseh (5_P 6; 22» 23 _s G 3„ G 4) kompensiert ist, die an die Schwingarme OU 2g 16, 1?) vorzugsweise senkrecht zur Schwingrichtung elastisch beweglich angekoppelt sind und ihre Schwerpunkte lageabhängig unter dem Einfluss eines Susseren Schwerefeldes bezüglich ihrem Abstand von der Einspann* stelle (9₀ 10° 18) des jeweiligen Schwingarms verlagern.

   2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« dass die Schwingarme in Schenkelstücke übergehen (12_P 13j 26, 27), an deren freien Enden Massen (5„ 6; G1« G 2% G 3, G 4) angeordnet sind« und die bei hoher Steifigkeit in Schwingungsrichtung in Richtung senkrecht zur Schwingung« richtung innerhalb der Schwingungsebene elastisch sind,

   3. Resonator nach Anspruch 2„ dadurch gekennzeichnet* dass die Schwingarme je einen elastisch biegsamen Bereich (9,. 10) nahe der Einspannstelle für die normale Schwingungebewegung und einen weiteren elastisch biegsamen Bereich (12₀ 13) am Uebergang in das entsprechende Schenkelstück des Schwingarms nahe des freien Endes aufweisen. (Fig. 1)

   109887/U54

   BAD

   4. Resonator nach Anspruch I₀ dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden der Schwinganne (28, 29) etwa XJ-förraige Federelemente (19, 20) mit jeweils einem Schenkel befestigt sind, und dass am jeweils freien Ende des anderen Schenkels jedes Federelements schwingende Massen (22, 23; GS₀ G 4) angeordnet sind. (Fig. 2 und 3)

   5. Resonator insbesondere nach einem der Ansprache 1 bis 4, bei dem insbesondere zwei Schwingarme symmetrisch zu einer Symmetrieachse gegeneinander schwingen und bei dem sich die durch die Schwingungen erzeugten Drehmomente an den Einepannstellen gegenseitig aufheben, dadurch gekennzeichnet, dass Uei Schwingungen der Einzelelemente jedes Schwingarms mit Bewegungskomponenten parallel zur Symmetrieachse die Massen auf jedem Schwingarm so verteilt sind« dass sich alle durch die Schwingungebeweguugen auftretenden axialen Kräfte gegenseitig aufheben. (Flg. 1)

   1 Q98&77 H

   BAD ORIGINAL