DE1773340A1

DE1773340A1 - Befestigungseinrichtung fuer das mechanisch schwingende Element eines elektromechanischen Oszillators

Info

Publication number: DE1773340A1
Application number: DE19681773340
Authority: DE
Inventors: Clifford Cecil F
Original assignee: Horstmann Clifford Magnetics Ltd
Current assignee: Horstmann Clifford Magnetics Ltd
Priority date: 1967-05-15
Filing date: 1968-05-02
Publication date: 1971-03-04
Also published as: US3501910A; GB1195432A; FR1561892A

Description

DIPL.-CHEM. DR. WERNER KOCH . DR.-ING. RICHARD

DIPL.-ING. KLAUS DELFS

HAMBURG ·MÖNCHEN

2000 Hamburg 52 · Waltzitraße 12 . Ruf 8922S5 8000 MOnchen 22 ■ Ll«bhirrstra6e 20 · Hut 22*548

J
UNSERZEiCHEN A 95 MÖNCHEN, DEN

MONCHEN

HORSTMANN CLIFFORD MAGNETICS LIMITED Newbridge Works,

Bath, Somerset, England

Befestigungseinrichtung für das mechanisch schwingende Element eines elektromechanischen Oszillators.

Die Erfindung betrifft elektromechanisch^ Oszillatoren, und insbesondere eine Befestigungseinrichtung für das mechanisch schwingende Element eines elektromechanischen Oszillators.

Es ist üblich, das schwingende Element eines elektromechanischen Oszillators aus einem Metallstreifen herzustellen,

- 1 - BAD ORIGINAL

109810/0813

der, falls das schwingende Element eine Stimmgabel ist, zur erforderlichen U-Form gebogen ist und an seinem Knotenpunkt, d.h. am Mittelpunkt des gekrümmten Teiles des U, mit einer Halterung verbunden ist. Eine Gabel dieser Art ist einfach herzustellen und hat ein geringes Gewicht. Diese beiden Eigenschaften sind wichtig oei Vorrichtungen, die in großen Mengen, in geringen Abmessungen und mit möglichst φ geringen Kosten hergestellt werden sollen. Ein weiterer Vorteil eines schwingenden Elementes entweder in Form einer Stimmgabel oder in Form einer Schwingzunge besteht darin, daß Legierungen, deren Temperaturkoeffizient der Elastizität praktisch Null ist, in Streifenform erhältlich sind. Es ist daher möglich, eine Stimmgabel herzustellen, die auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen eine außerordentlich konstante Schwingungsfrequenz aufweifet.

^ Die Schwingzunge oder Stimmgabel ist selbstverständlich mit einem Paar von Umwandlern versehen, von denen der eine an den Eingangskreis und der andere an den Ausgangskreis eines Verstärkers angeschlossen sind, durch den die Schwingzunge oder Stimmgabel in kontinuierlicher Schwingung gehalten wird.

Wenn ein schwingendes Element einer der genannten Arten direkt an einer Tragplatte oder an einem Uhrwerk, das von ihm gesteuert werden soll, befestigt wird, so werden alle

109810/0813

fjuf die Tra;r:>latte oder das Uhrwerk aucgeüoteri Gtöße auf ■■irs schwin :o.ide Element übertragen unr^: können dessen gleichmäßige Schwingtür: kurzzeitig stören. Noch wichtiger ist der Umstand, daß die Schwingung des schviingenden Elementes nuf die Tragplatte oder das Uhrwerk übertrafen v;ird und zu einer Geräuseheritwicklun,;: führen kann, die nicht akzeptabel ist, insbesondere wenn d?s Geräusch auf ein Gehäuse, in dem das Uhrwerk angeordnet ist, übertragen v.'ird und dieses Gehäuse ρIs Resonanzkasten wirkt. Ferner ist noch Λ ein anderer technischer Gesichtspunkt zu berücksichtigen, der als ''Halterungseffekt" oekarnt ist. Bei allen üblichen Arten von Halterungen treten bestimmte Verluste auf, deren VJirkung die ist, daß der Gütev;ert Q der Stimmgabel und üblichervieise die Schwingungsfrei~enz herabgesetzt werden. Es wurde gefunden, daß, wenn das schv.-ingende Element an einer üblichen Halterung montiert ist, diese Halterung eine bestimmte Eigenfrequenz hp.t. '.Jenn somit das schwingende Element schwingt, strebt auch die Halterung danach, mit ihrer Eigenfrequenz zu schwingen, so daß zu einem bestimmten ™ Grad ein "Mitnehmen" erfolgt. Hierdurch wird die Schwingungsfrequenz ein wenig geändert. Es wurde gefunden, daß diese Änderung der Schwingungsfrequenz so groß sein kann, daß der Gangunterschied der von dem schwingenden Element gesteuerten Elemeafe Uhr 2o Sekunden pro Tag ausmachen kann.

109810/0813

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, eine Befestigungseinrichtung für ein schwingendes Element der genannten Art zu schaffen, bei dem die Übertragung von Geräusch oder Stößen ausgeschlossen oder wesentlich verringert wird und der "Halterungseffekt" wesentlich herabgesetzt wird.

Eine Befestigungseinrichtung der genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet d...rch ein an dem schwingenden Element befestigtes Trägheitsgewicht und eine mit ihrem einen Ende an dem Trägheitsnewicht und mit ihrem anderen Ende an der Tragplatte od.dgl. befestigten Feder.

Falls das schwingende Element eine Stimmgabel ist, ist das Trägheitsgewicht vorzugsweise an der Gabel an deren Knotenpunkt befestigt. Falls als schwingendes Element eine Zunge dient, kann die Feder zweckmäßigerweise durch eine Verlängerung der Zunge gebildet sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Erfindung.

BAD 109810/0813

Pig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung,

Fig. ^ eine Draufsicht auf dieselbe Anordnung,

Fig. 4 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 die Anwendung der Erfindung bei einer Mehrfach- Λ Schwingzunge,

Fig. 6 die Anwendung der Erfindung bei einer einfachen Schwingzunge.

Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnung ist die Tragplatte, an der die Schwinggabel montiert werden soll, mit 11 bezeichnet. Es kann sich hierbei um eine der Montageplatten eines Uhrwerks handeln, das seinerseits in einem Uhrengehäuse befestigt wird. Eine Stimmgabel 12 besteht aus einem U-förmig gebogenen Metallstreifen, der vorteilhafterweise aus einer Nlckel-Eisen-Legierung mit möglichst kleinem Temperaturkoeffizient der Elastizität besteht, wie z.B. den als Nl-Span C und Nl-Span D bekannten Legierungen.

Zu der Anordnung gehört selbstverständlich auch ein Verstärker und zv/ei an der Stimmgabel vorgesehene, mit dem Ver-

BAD ORIGINAL

109810/0813

stärker verbundene Umwandler ( Transduktoren). Diese Einzelheiten sind allgemein bekannt und daher in der Zeichnung nicht dargestellt. An der Stimmgabel 12 ist an deren Knotenpunkt oder in dessen Nähe ein Trägheitsgewicht 15 befestigt, das, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in geringem Abstand von der Tragplatte 11 aufgehängt ist. Ein Halterungsblock 16 ist mittels Schrauben 17 an der Tragplatte 11 befestigt. An diesem Halterungsblock ist das eine Ende der Feder 18 mittels Schrauben 19 befestigt. Die Feder 18 enthält eine rechtwinklige Biegung und ist mit ihrem anderen Ende mittels Schrauben 2o an dem Trägheitsgewicht 15 befestigt. V/ie deutlich aus Fig. J5 ersichtlich ist, ist das an dem Trägheitsgewicht 15 befestigte Ende der Feder ausgeschnitten, so daß der Schenkel I^ der Stimmgabel hindurchtreten kann.

Bei dieser Anordnung wird der größte Teil einer auf das schwere Trägheitsgewicht 15 übertragenen Schwingung durch dieses Gewicht eliminiert, wobei die federnde Befestigung mittels der Feder 18 bewirkt, daß eine verbleibende Schwingung noch weiter herabgesetzt wird. Der Halterungsblock 16 besteht zweckmäßigerweise aus einem synthetischen Kunststoff, wie z.B. Nylon, wodurch die Absorbierung der geringen restlichen Vibration weiter unterstützt wird.

Bei Betrieb erzeugt jeder Schenkel der Gabel 12 bei seiner Schwingung eine geringe Zentrifugalkraft und eine gewisse

IAD ORIGINAL

109810/0813 ^B

Trägheitskraft. Hierdurch neigt die Stimmgabel dazu, sieh in Richtung des Doppelpfeiles 21 zu bewegen. Diese Bewegung wird auf das schwere Trägheitsgewicht 15 übertragen, welches mehr oder weniger am Knotenpunkt der Gabel befestigt ist. Bei einer starren Halterung würde die durch diese kombinierte Zentrifugal- und Trägheitswirkung erzeugte Schwingung direkt auf die Tragplatte 11 übertragen v/erden und dadurch das oben erwähnte Geräusch entstehen. Durch Verwendung des schweren Trägheitsgewichtes 15 und die Anordnung der Feder 13 derart, Λ caß das Gewicht in Richtung des Pfeiles 21 nachgeben kann, wird sichergestellt, daß diese Schwingung nicht oder nur in stark abgeschwächter Form auf die Tragplatte 11 übertragen wird. Auch der "Halterungseffekt" wird wesentlich herabgesetzt bzw. eliminiert. Es wurde erwähnt, daß der "Halterungseffekt" die Frequenz eine:· Stimmgabel so stark ändern kann, daß sich ein Zeitunterschied von 2o Sekunden pro Tag ergeben kann. Durch die erfindungsgemäße Befestigung der Stimmgabel kann dieser Gangfehler auf 2 Sekunden pro Tag herabgedrückt werden.

Die erfindungsgemäß erzielte Verbesserung kann durch die nachstehende Berechnung erläutert werden, bei der der Einfachheit halber bestimmte Angaben vorausgesetzt v/erden. Gegeben sei eine Anordnung, bei der die Frequenz der Stimmgabel 3oo Hz beträgt und das Trägheitsgewicht so gewählt ist,

BAD ORIGINAL

1 098 10/0813

daß es unter seinem eigenen Gewicht um o,o2 cm durchhängt. Es sei ferner angenommen, daß eine Kraft mit einem quadratischen Mittelwert (RMS) von loo Gramm die Halterung schüttelt. Die Kraft ist gleich Masse χ Beschleunigung. Es sei angenommen, daß die Masse des Trägheitsgewichtes ebenfalls loo Gramm beträgt. Die Beschleunigung während einer Viertel Periode ( 1 _o ,, \ . , ,„„^ loo χ 981 / ~ ,,

^v-t-ä— Sek. ) ist aann ? ^— / Sek.

12oo ' loo

Der in Sek. (t) zurückgelegte Weg ist ^ c^ t =

2~~ ^x 1

j ⁼ °j°P^o3^ cm. Die Federauslenkung beträgt

nur o,ooo34 cm. Da loo Gramm eine Federauslenkung von o,o2 cm bewirken, ist die auf die Federhaiterung tatsächlich einwirkende Kraft _{1 x} j_oo _ ^7· Gramm verglichen mit der Kraft von loo Gramm, die auf das Trägheitsmoment wirkt.

In genauerer Betrachtung hängt die Absclwächung ab von

dem Verhältnis (_£/ , wobei Fj die Frequenz der Stimmgabel

VFi/
und F₀ die Frequenz der Halterung ist. In dem obigen Beispiel ist Fj»300 Hz und F^ -35 Hz, so daß die auf die Halte-

rung wirkende Kraft im Verhältnis /35 = o,ol3^

300/

geschwächt wird. Dieses Verhältnis multipliziert mit der Kraft ergibt 0,013 j x loo = 1,3- Gramm. Bei der vorigen Rechnung ergaben sich 1,7 Gramm, wobei der Einfachheit halber gewisse, nicht streng zutreffende Annahmen gemacht wurden. Beide Rechnungen ergeben jedoch einen guten Anhaltspunkt für die Größenordnung der Abschwächung.

109810/0813 _BAD original

Wenn die Stimmgabel bei einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, z.B. )o Hz schwingt, sind die Trägheitskraft und die Zentrifugalkraft beide sehr klein, und die für die Übertragung von Schwingungen auf die Tragplatte 11 verantwortlichen Kräfte sind hauptsächlich Unwuchtkräfte der Schenkel der Stimmgabel, die praktisch immer in einem gewissen Ausmaß vorhanden sind. Diese wirken in Richtung der Pfeile 22, da die Schenkel in dieser Richtung schwingen. In diesem Fall ist es wünschenswert, die Feder 18 oder die Art ihrer Be- A

festigung so abzuändern, daß die Feder 18 oder wenigstens ein größerer Teil von ihr zwischen den Schenkeln und parallel zu ihnen liegt. Vorzugsweise liegt die Feder genau in der Mitte zwischen den Schenkeln der Stimmgabel.

Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt, wobei ein Trägheitsgewicht 24 ziemlich genau am Knotenpunkt einer Stimmgabel 23 befestigt ist. Das Gewicht ist auf einer mit 25 bezeichneten Feder befestigt, die einen Teil 25 aufweist, der zwischen den Schenkeln der Stimmgabel parallel und in gleichem Abstand zu diesen angeordnet ist. Die Fortsetzung

27 der Feder liegt im rechten Winkel zu dem Teil 26. Das freie Ende der Feder ist an einer Halterung 28 befestigt, die ihrerseits mit Schrauben 29 an einer nicht gezeigten Grundplatte befestigt ist. Wie zuvor kann die Halterung

28 aus Nylon oder einem anderen Material mit guten schwin-

109810/0813

gungsdämpfenden Eigenschaften bestehen. Statt dessen kann das Element 28 euch aus einem Lappen bestehen, der aus einem Stüclc mit der Feder 27 besteht und rechtwinklig abgebogen ist, um einen Befestigungsflansch zu bilden.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung:, bei der das erfindungsgemäße Trägheitsgewicht in Verbindung mit einem schwingenden Element in Form einer Mehrfachzunge verwendet wird. Dieses besteht aus einem Streifen 32, in dem zwei U-förmige Einschnitte ausgebildet sind, so daß zwei Zungen gebildet werden, welche Sekundarschwingungszungen darstellen. Der Streifen wird dann, wie dargestellt, U-förmig gebogen, so daß die Enden 33 und 3^ der Sekundärschwingungszonen herausstehen. An den freien Enden der Sekundärzungen 33 und 34 sind Magneten 35 und 3-5 befestigt, die mit (nicht dargestellten) Signal- und Antriebsspulen zusammenwirken, Vielehe mit einem die Schwingung aufrechterhaltenden Verstärker verbunden sein können. An dem zu der gezeigten U-Form gebogenen Streifen 33 ist im Mittelpunkt 37 des gekrümmten Teiles, wo sich der Knotenpunkt befindet, ein Trägheitsgewicht 38 befestigt. An diesem ist ein Ende einer Feder 39 befestigt, die rechtwinklig abgebogen ist, und deren freies Ende entweder an einem Block befestigt ist oder mit einem rechtwinklig abgebogenen Lappen 4o mittels Schrauben 4l an einer Grundplatte befestigt ist.

.·■■- Io -

109810/0813

original

Fig. -^; zeigt, wie die Erfindung bei einer einfachen Schwingzunge angewendet werden ka;in. Bei öer gezeigten Anordnung besteht die Schwingzunge 42 aus einem Stück mit der Feder, welche das Trägheitsmoment trägt. VJie aus der Zeichnung ersichtlich, ist das Trägheitsgewicht, dss aus den beiden Teilen 4j5a, 4,To besteht, direkt an der Schwingzunge 42 befestigt. Die Schwingzunge oildet c?nn in ihrer Verlängerung die tragende Feder, welche rechtwinklig abgebogen ist, wobei der abgebogene Teil 44 an einer Grundplatte 45 !litteis ochrsucen 4. befestigt ist. Zwei (gestrichelt gezeichnete) Magneten 47 und 48 werden von der Grundplatte 45 getragen und sind von Signal- und Antriebsspulen 49 und 50 umgeben.

Es ist offensichtlich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und daß Abänderungen und weitere Ausgestaltungen dem Fachmann jederzeit zur Verfugung stehen.

- 11 -

BAD ORIGINAL

109810/0813

Claims

Patente, nsorü ehe

1. Befestigungseinrichtung für das mechanisch schwingende Element eines elektromechanischen Oszillators, g e kennzei chnet durch ein en dem schwingenden Element befestigtes Trägheitsgewicht und eine mit ihrem einen Ende an dem Trägheitsgewicht und mit ihrem anderen Ende an der Tragplatte od.dgl. Gefestigte Feder.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das schwingende Element eine Stimmgabel ist und daß das Trägheitsgewicht an der Gabe] an deren Knotenpunkt oder in dessen Nähe befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Trägheitsgewicht zwischen den Schenkeln der Stimmgabel liegt, und daß die Feder an einer senkrecht zu den Schenkeln der Stimmgabel ausgebildeten Fläche des Trägheitsgewichtes befestigt ist und mit ihrem anderen, rechtwinklig abgebogenen Ende en der Tragplatte

- 12 -

109810/0813 BAD ORIGINAL

od.dgl. befestigt ist, derart, daß das Tragheitsgewicht in der zu den Schenkeln der Stimmgabel parallelen Richtung leicht bewegbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragheitsgewicht zwischen den Schenkeln der Stimmgabel liegt und daß die Feder an dem Gewicht derart befestigt ist, daß ihr dem Gewicht näherer Teil parallel zu den Schenkeln der Stimmgabel verläuft, ^

während sie mit ihrem rechtwinklig abgebogenen Ende an der Tragplatte od.dgl. befestigt ist, derart, daß das Tragheitsgewicht in Richtung senkrecht zu den Schenkeln der Stimmgabel leicht beweglich ist.

5· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Element eine Mehrfachzunge (compound reed) ist, bestehend aus einem Metallstreifen mit zwei einander entgegengerichteten, U-förmigen Einschnitten, die zwei Sekundärschwingzungen begrenzen, wobei der Streifen in Form einer Stimmgabel gebogen ist, derart, daß die Enden der Sekundarschwingungszungen über dem gekrümmten Teil der Gabel hinausragen.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Element eine einfache Zunge 1st.

- 13 -109810/0813

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Feder durch eine Verlängerung der Zunge gebildet ist und das Trägheitsgewieht an dem die Zunge bildenden Streifen über einen Teil seiner Länge befestigt ist derart, daß der Streifen auf der einen Seite des Gewichtes die schwingende Zunge und auf der anderen Seite des Gewichtes die Feder bildet.

8. Einrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder rechtwinklig aQgebogen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder mittels eines Kunststoffblockes befestigt ist.

BAD ORIGINAL

109810/0813

-U-