DE1673821B1

DE1673821B1 - Mechanischer Resonator fuer Normalfrequenzoszillatoren in Zeitmessgeraeten

Info

Publication number: DE1673821B1
Application number: DE19651673821D
Authority: DE
Inventors: Heinz Waldburger
Original assignee: Centre Electronique Horloger SA
Current assignee: Centre Electronique Horloger SA
Priority date: 1964-07-31
Filing date: 1965-07-22
Publication date: 1970-08-20
Also published as: CH1006164A4; US3316708A; CH421827A; FR1442041A

Claims

1 2 Die Verwendung eines mechanischen Resonators Die F i g. 1 bis 5 erläutern je eine Ausführungsfür Normalfrequenzoszillatoren in einfachen Zeit- form. meßgeräten ist an vier wesentliche Eigenschaften ge- Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bunden: 1. tiefe Frequenz, 2. geringer Positionsfeh- sind die zwei gleichen Massen 1 je zentralsym- ler, 3. hoher Isochronismus und 4. hoher Qualitäts- 5 metrisch bezüglich des Schwerpunktes S mit den je faktor. gleichen Federn 2 verbunden. Die Gestaltung der all- Bei der Verwendung des bekanntesten Resonators, gemeinen Form der Federn sowie der Querschnitte der Stimmgabel, tritt ein Positionsfehler auf, der bei ist keinen weiteren Bedingungen unterworfen, außer Frequenzen unterhalb von etwa 1 kHz wesentlich daß die Lagerreaktionen, die mit doppelter Frequenz größer ist als die übrigen Fehler. Es sind daher ver- io des Resonators schwingen, auf die Größe zweiter schiedene Resonatoren entwickelt worden, welche Ordnung reduziert werden müssen, und daß außerdank ihrer Formgebung überhaupt keinen Positions- dem die lokalen Beanspruchungen des Materials fehler aufweisen. Für die Familie der Resonatoren, innerhalb günstiger Grenzen bleiben. Die zentralbestehend aus zwei Massen und zwei Federn, be- symmetrischen Federn 2, welche die Massen 1 trastehen die folgenden Möglichkeiten zur Elimination 15 gen, sind durch ein kreuzförmiges, elastisches des Positionsfehlers: Glied 3, 4 untereinander und mit den Befestigungs-

1. Die Symmetrie des Resonators bewirkt, daß die stellen 5 verbunden. Die Verbindung der beiden Resonanzbewegung der Massen auf einer gemein- Hälften des Resonators wird hier durch die Teile 3 samen Geraden liegt. Dadurch verschwindet der Ein- bewirkt und wird nicht direkt beeinflußt durch die fluß eines allfälligen Gravitationsfeldes gänzlich. 20 Befestigungsstelle 5.

2. Gegenseitige Kompensation der Lageeinflüsse. Die elastische Aufhängung der Kopplungsglieder 3 Dies ist so zu verstehen, daß die eine Hälfte des mit Hilfe der Glieder 4 bewirkt, daß die gleichsinnige Resonators um den gleichen Betrag beschleunigt Schwingung des Resonators etwas tiefer liegt als die wird, um den die andere Hälfte verlangsamt wird. für die Zeitmessung benötigte gegensinnige Schwin-

Infolge der mechanischen Kopplung der beiden 25 gung. Dadurch werden die unvermeidlichen konstruk-Hälften des Resonators mischen sich die durch die tiven und materiellen Ungleichheiten in den beiden Gravitationskräfte leicht abgeänderten Frequenzen, Resonatorhälften ausgeglichen. Die ungleichen Ein- und der Resonator schwingt unabhängig von seiner flüsse des Gravitationsfeldes werden über die Kopp-Lage, vorausgesetzt, daß die beiden Amplituden lungsglieder kompensiert,
gleich groß sind. 30 Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform unter-

Der erfindungsgemäße mechanische Resonator für scheidet sich von der vorhergehenden dadurch, daß Normalfrequenzoszillatoren in Zeitmeßgeräten ist die beiden Federn 12 in der entgegengesetzten Richgekennzeichnet durch zwei U-förmige elastische tung angeordnet sind und daß das Kopplungsglied Schwinger, welche die allgemeine Form eines »S« konstruktiv mit den Federn zusammenfällt. Die Haibilden und geometrisch und/oder dynamisch zentral- 35 terungsglieder 14 stellen die Verbindung mit den Besymmetrisch bezüglich des Schwerpunktes des Reso- festigungsmitteln 15 her und haben die oben benators angeordnet sind sowie an ihren Enden Mas- schriebene Funktion.

sen tragen, wobei die beiden U-förmigen Schwinger, In F i g. 3 wird eine andere Ausführungsform der

welche je eine Hälfte des Resonators bilden, elastisch Kopplungs- und Halterungsglieder gezeigt. Das

gekoppelt und durch elastische Halterungen mit den 40 Kopplungsglied 23 verbindet hier die beiden Rahmen

Befestigungsmitteln des Resonators verbunden sind, 22, welche jeweils um die Halterungsglieder 24 ver-

um die Lagerreaktionen bis auf ein Drehmoment von längert sind und so zu den Befestigungsstellen 25

zweiter Ordnung zum Verschwinden zu bringen und führen.

den Einfluß eines Gravitationsfeldes auf den Frequenz- In F i g. 4 wird eine Ausführungsform mit Federn

gang zu eliminieren. 45 32 gezeigt, welche bezüglich der Befestigung in der

Die beiden Teile des Schwingers sind also geo- anderen Richtung als der in Fig. 3 angegebenen gemetrisch und/oder dynamisch zentralsymmetrisch be- bogen sind. Außerdem ist das Kopplungsglied 33 züglich des Schwerpunktes des Resonators angeord- mit einem Loch ausgestattet, welches zur Durchfühnet und die Resonanzbewegung erfolgt in diesem rung eines Anzeigemechanismus dienen kann.
Falle so, daß in jedem Zeitpunkt die Lage der Mas- 50 Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sen sich genau zentralsymmetrisch verändert. Das be- ist der Resonator in seinem Symmetriezentrum S deutet, daß der Schwerpunkt des gesamten Resona- (ebenfalls Schwerpunkt) befestigt. Die (nicht dargetors (bei gleicher Amplitude seiner beiden Hälften) stellte) elastische Lagerung, welche für die Kopplung exakt stillsteht. Die Resultierenden der Trägheits- der beiden Hälften des Resonators unerläßlich ist, ist kräfte der beiden Hälften des Resonators wirken in- 55 extern angebracht. Die Federn 42 sind als Doppeldessen nicht exakt auf einer gemeinsamen Geraden. schleifen ausgebildet, wodurch die Frequenz tiefer Dadurch erhalten die beiden Massen zusätzliche posi- gehalten werden kann als mit einfachen Schleifen,
tive bzw. negative Beschleunigungen je nach ihrer Lage Es ist nicht nötig, daß der erfindungsgemäße Resoim Gravitationsfeld. Durch die elastische Kopplung nator exakt geometrisch symmetrisch ausgebildet ist, der beiden Teile des Resonators werden diese un- 60 sondern es genügt, wenn er dynamisch ist.
gleichen Einflüsse auf die Frequenz ausgeglichen. Die _v .. ,
Trägheitskräfte bewirken außerdem ein kleines para- Fatentansprucne:
sitisches Drehmoment bezüglich des Schwerpunktes, 1. Mechanischer Resonator für Normalfrewelches mit doppelter Frequenz des Resonators quenzoszillatoren in Zeitmeßgeräten, gekennschwingt. „.. ⁶5 zeichnetdurch zwei U-förmige elastische

An Hand- cler?2feichnungen werden nachfolgend Schwinger (2, 12, 22, 32 bzw. 42), welche die

beispielsweise Ausführungsformen des erfindungs- allgemeine Form eines »S« bilden und geo-

gemäßen Resonators beschrieben. metrisch und/oder dynamisch zentralsymmetrisch

bezüglich des Schwerpunktes (5) des Resonators angeordnet sind sowie an ihren Enden Massen (1, 11, 21, 31 bzw. 41) tragen, wobei die beiden U-förmigen Schwinger, welche je eine Hälfte des Resonators bilden, elastisch gekoppelt und durch elastische Halterungen (4,14, 24 bzw. 34) mit den Befestigungsmitteln des Resonators (5, 15, 25 bzw. 35) verbunden sind.

2. Resonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Halterungen ίο (4,14, 24 bzw. 34) mit Kopplungsgliedern (3, 23, 33 bzw. 43) verbunden sind, an welchen die Schwinger befestigt sind.

3. Resonator gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden U-förmigen Schwinger je zwei zueinander parallele Teile aufweisen und über ihre ganze Länge mit konstantem Querschnitt ausgebildet sind.

4. Resonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schwinger und Massen aus dem gleichen Material hergestellt sind.

5. Resonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schwinger und Massen aus verschiedenem Material hergestellt sind.

6. Resonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Bestandteile und die Befestigungsmittel sowie Kopplungsglieder aus verschiedenen Einzelteilen zusammengesetzt sind.

7. Resonator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (5) über je eine elastische Halterung (4) mit der Mitte eines im Querschnitt rautenförmigen Kopplungsgliedes (3) verbunden sind, welches die beiden Schwinger (2) trägt.

8. Resonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (15) miteinander durch eine elastische S-förmige Halterung (14) verbunden sind, in deren Wendepunkt die beiden Schwinger (12) befestigt sind.

9. Resonator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (25 bzw. 35) über elastische Halterungen (24 bzw. 34), welche .einstückig mit den beiden Schwingern (22 bzw. 32) ausgebildet sind, mit zwei einander gegenüberliegenden Seiten eines im Querschnitt rautenförmigen oder rechteckigen oder quadratischen Kopplungsgliedes (23 bzw. 33) befestigt sind, wobei die Schwinger die Befestigungsmittel überlappen (F i g. 4) oder nicht überlappen (F i g. 3).

10. Resonator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel über auf der Schwingebene des Resonators im wesentlichen senkrecht stehende elastische Halterungen mit einem ringförmigen Kopplungsglied (43) verbunden sind.

11. Resonator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopplungsglied (33) eine Bohrung angebracht ist.

12. Resonator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Schwinger (42) mit elastischen U-förmigen Fortsetzungen versehen sind, deren U umgekehrt zum ersten U verläuft und mit diesem ein S bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen