DE1773695B1 - Torsionsresonator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft Torsionsresonatoren, ins- geringe Anforderungen stellt. Besonderes Ziel der besondere für elektromechanisch angetriebene Gang- ' Erfindung ist ein Torsionsresonator, der sich als ordner in Kleinuhren, mit zwei gegeneinander in Gangordner für eine elektrische bzw. elektronische Drehschwingungen versetzbaren Massensystemen, die Armbanduhr eignet. Ein solcher Torsionsresonator untereinander durch Torsionsfedern verbunden sind 5 muß klein und stoßunempfindlich sein, soll außer- und mit einer Grundplatte durch Federn in Verbin- dem im Betrieb wenig Energieverlust aufweisen und dung stehen. billig hergestellt werden können.

Derartige Torsionsresonatoren sind bereits bekannt. Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch

Allen bekannten Torsionsresonatoren mit zwei ge- einen Torsionsresonator gelöst, der wie bekannte Torgeneinander in Drehschwingungen versetzbaren Mas- io sionsresonatoren die anfangs beschriebenen Merkmale sensystemen ist das Merkmal gemeinsam, daß die die aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes Massensysteme verbindenden Torsionsfedern ent- der beiden Massensysteme durch eigene Federn mit weder direkt oder indirekt an einer Grundplatte be- der Grundplatte in Verbindung steht und daß die festigt sind. Es ist auch bekannt, daß bei indirekter Torsionsfedern die Massensysteme frei verbinden. Befestigung das Befestigungsmittel selbst elastisch 15 Vorzugsweise verbindet nur eine Torsionsfeder die sein kann. Die Befestigungsstellen an den Torsions- beiden Massensysteme.

federn sind diejenigen, die sich im Schwingungs- Gemäß einer besonderen Weiterentwicklung des

zustand der Resonatoren nicht bewegen. Die Massen- Erfindungsgedankens weist der Torsionsresonator systeme der bekannten Torsionsresonatoren befinden einen Haltebügel auf, dessen beide Arme je eines der sich also, frei gehalten von den Torsionsfedern, beid- 20 beiden Massensysteme über eine Feder halten. Der seitig entsprechender Befestigungsstellen. Haltebiigel weist dabei zu den Massensystemen sym-

Torsionsresonatoren der bekannten Art sind in metrisch angeordnete Befestigungsmittel auf, durch ihrer Funktion gegenüber Stößen oder anderen Be- die er an der Grundplatte gehalten ist. Vorzugsweise schleunigungen sehr empfindlich, weil die Torsions- verlaufen die Torsionsachsen der Torsionsfedern federn nicht nur bezüglich der Torsionsverformungen 25 etwa parallel zu der Grundplatte, sondern auch bezüglich Biegung elastisch sind. Bei Bei einer besonderen Ausführungsform des erfin-

Stößen oder anderen kurzzeitigen Beschleunigungen dungsgemäßen Torsionsresonators stehen beide Mastreten also Biegeschwingungen auf, deren Frequenz " ! sensysteme mit der Grundplatte durch Torsionsfedern meist sehr verschieden von der Frequenz der Tor- in Verbindung, deren Torsionsachsen etwa parallel sionsschwingungen ist. Wenn beispielsweise die be- 30 zur Torsionsachse der die beiden Massesysteme verkannten Torsionsresonatoren als Frequenznormale in bindenden Torsionsfeder verlaufen, elektrischen Geräten oder als Gangordner in Uhren Eine andere Ausführungsform des erfindungs-

angewendet werden, verursachen die durch Stöße gemäßen Torsionsresonators ist dadurch gekennzeichhervorgerufenen Biegeschwingungen oft erhebliche net, daß die die beiden Massensysteme mit der Fehler. Außerdem sind die bekannten Torsionsreso- 35 Grundplatte verbindenden Federn Biegefedern sind natoren verhältnismäßig kompliziert im Aufbau und und daß die virtuellen Schwenkachsen der beiden teuer in der Herstellung. Biegefedera etwa parallel zur Torsionsachse der die

Ein weiterer Nachteil der bekannten Torsions- Massensysteme frei verbindenden Torsionsfeder verresonatoren besteht darin, daß ihre beiden gegenein- laufen und in deren Nähe liegen. Als virtuelle ander schwingenden Massensysteme und die Tor- 40 Schwenkachse ist eine Gerade zu verstehen, die bei sionsfedern sehr genau gegeneinander abgeglichen jeder Biegung einer Biegefeder von Tangenten gewerden müssen. Wenn kein genauer Abgleich vor- schnitten wird, die ihrerseits die Ausrichtung der genommen wird, wirken Reaktionskräfte auf die die Endbereiche der Biegefeder bezeichnen, schwingenden Teile haltende Grundplatte bzw. ihr In der Praxis hat sich für das Herstellungsverfah-

Äquivalent. Da die Grundplatte in der Praxis nicht, 45 ren ein Torsionsresonator als besonders zweckmäßig wie in erster Näherung immer angenommen wird, eine erwiesen, bei dem alle Federn einstückig mit etwa gegenüber den schwingenden Massensystemen un- senkrecht zu den Torsionsachsen ausgerichteten Beendlich große Masse aufweist, nimmt sie bei mangel- festigungsarmen in Verbindung stehen, an deren haftem Abgleich an den Schwingungen teil und kann Enden Massen der Massensysteme befestigt sind, in sehr empfindlicher Weise die Resonanzfrequenz 50 Vorzugsweise stehen der Haltebügel mit zwei Federn beeinflussen. und diese mit der die beiden Massensysteme verbin-

Für den Fall, daß beispielsweise ein Torsionsreso- denden Torsionsfeder sowie mit etwa senkrecht zu nator als Gangordner in einer Armbanduhr eingebaut den Torsionsachsen ausgerichteten Befestigungsarmen wird und daß bei mangelhaftem Abgleich der gegen- einstückig in Verbindung, an deren Enden Massen einander schwingenden Massensysteme die Grund- 55 der Massensysteme befestigt sind. Der Haltebügel, platte bzw. ihr Äquivalent, das gesamte Uhren- das gesamte Federnsystem und die Befestigungsarme gehäuse, mitschwingt, ist dies für den Träger der Uhr für die Massen der Massensysteme können also in sehr unangenehm und wirkt sich außerdem stark einem Arbeitsgang beispielsweise durch Stanzen aus dämpfend auf die erwünschten Schwingungen der einem Blech hergestellt werden. Massensysteme aus. Es wird also in unerwünschter 60 In einer Kleinuhr mit tonfrequentem Resonator als Weise Energie vernichtet, die gerade in elektrischen Gangordner wird aus bekannten Gründen das Zeigerbzw, elektronischen Armbanduhren nicht im Über- werk von dem Resonator direkt über ein Klinkenfluß zur Verfügung steht. Schaltrad-Getriebe angetrieben. Soweit bisher Tor-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sionsresonatoren in Uhren zur Anwendung kamen, einfachen und billigen Torsionsresonator zu schaffen, 65 war die Drehachse des Schaltrades parallel zur Torder nicht nur stoßunempfindlich und betriebssicher sionsachse des Resonators ausgerichtet, damit eine ist, sondern auch an den Abgleich der gegeneinander Antriebsklinke die Bewegungen des Resonators in schwingenden Massensysteme nur verhältnismäßig geeigneter Weise auf das Schaltrad übertragen konnte.

Der Anwendung des erfindungsgemäßen Torsionsresonators ebenso wie der bekannten Torsionsresonatoren in Kleinuhren steht das bisher ungelöste Problem gegenüber, daß einerseits die Drehachse des Schaltrades etwa lotrecht zur Grundplatte der Uhr verlaufen sollte, andererseits aber die Torsionsresonatoren in Richtung der Torsionsachse eine viel zu große Ausdehnung besitzen, als daß sie in einer Kleinuhr, beispielsweise in einer Taschen- oder Armi l l

Schraube 35 und drei Zentrierstifte 36 an einer Grundplatte 34 befestigt.

Der Torsionsresonator wird elektrisch bzw. elektronisch angetrieben, wofür eine Batterie 13 die notwendige Energie liefert. Anschlüsse 14 und 15 verbinden elektrisch die Batterie mit einer Antriebsschaltung 16, die in einem Bauelement zusammengefaßt ist. Zwei Ausgangsanschlüsse 17 und 18 der Schaltung stehen mit einer Spule 19 in Verbindung,

banduhr mit zur Grundplatte der Uhr lotrechter Tor- ίο die in die Magnetfelder der beiden Permanentsionsachse angeordnet werden könnten. magnete 4 und 5 eintaucht. Die Permanentmagnete

befinden sich in hufeisenförmigen Magnetjochen 20 und 21, die die Magnetfelder der Permanentmagnete

Wollte man den erfindungsgemäßen Torsionsresonator, dessen Torsionsachse parallel zur Grundplatte verlaufen kann, in bekannter Weise in einer Kleinuhr

anwenden, so müßte auch die Drehachse des Schalt- 15 Raum beschränken.

auf den engen, von der Spule 19 eingenommenen R

rades parallel zur Grundplatte ausgerichtet sein. Außerdem müßte dann die Drehbewegung des Schaltrades durch ein Schneckenradgetriebe um 90° gewendet und auf das Zeigerwerk übertragen werden. Auch Schneckenradgetriebe bilden in Kleinuhren nahezu aa unüberwindliche Schwierigkeiten.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird der erfindungsgemäße Torsionsresonator als Gangordner in einer Kleinuhr so angewendet, daß an mindestens einem der Massensysteme eine Antriebsklinke befestigt ist, deren freies Ende in ein an das Zeigerwerk der Uhr angeschlossenes Schaltrad eingreift, und daß sich das freie Ende der Antriebsklinke bzw. der Eingriffbereich am Schaltrad etwa in der Ebene befindet, Ein Klinken-Schaltrad-Getriebe weist zwei Antriebsklinken 22 und 23 auf, die mit Hilfe von Stellgliedern 24 und 25 an den Gegengewichten 6 und 7 befestigt sind. Sie greifen in die Zähne eines Schaltrades 26 ein, das seinerseits die Räder 28, 29 und 30 eines Zeigerwerks antreibt. Eine Welle 27 des. Rades 28 kann durch eine Bohrung im Befestigungsarm 2 hindurchgeführt sein. Der Arm ist an dieser Stelle etwas breiter als an anderen Stellen.

In F i g. 2 erkennt man vom Zeigerwerk außerdem die Welle 31 des Sekundenzeigers, die Welle 32 des Minutenzeigers und die Welle 33 des Stundenzeigers.

In F i g. 1 ist der Stellmechanismus zum Einstellen des Zeigerwerks schematisch durch ein Vorgelege 37,

in der die Torsionsachsen der Torsionsfedern liegen, 30 ein Kronrad 38, eine Stellwelle 39 und eine Krone 40 und die etwa parallel zur Drehachse des Schaltrades angedeutet.

Die Gegengewichte 6 und 7 weisen außerdem zwei Regulierglieder auf, mit deren Hilfe die Frequenzen i id blih

der beiden Massensysteme gegeneinander abgeglichen

lilid bh i

ordnet.

Die Erfindung wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die Ansicht auf das Werk einer elektrischen bzw. elektronischen Armbanduhr, in der ein erfindungsgemäßer Torsionsresonator als Gangordner angeordnet ist,

verläuft. Vorzugsweise ist an beiden Massensystemen je eine Antriebsklinke befestigt, die beide etwa in einer zur Grundplatte parallelen Ebene liegen und

in ein Schaltrad eingreifen. Die Achse des Schalt- 35 werden können. Diese Regulierglieder bestehen im rades ist etwa senkrecht zur Grundplatte ange- wesentlichen aus zwei zylindrischen Körpern 41 und

42, die einseitig abgeflacht sind, so daß ihre Schwerpunkte exzentrisch liegen. Außerdem weisen die zylindrischen Körper jeweils am einen Ende einen Schlitz auf, in den ein Schraubenzieher eingesetzt werden kann. Der Abgleich erfolgt mit Hilfe des Schraubenziehers durch Drehen der zylindrischen Körper 41 und 42.

Eine den Torsionsfedern 8, 9 und 10 gemeinsame

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Werk der Uhr 45 Torsionsachse ist in Fig. 1 der Zeichnungen durch nach F i g. 1, geschnitten entlang der Linie VI-VI, eine strichpunktierte Linie 50 angedeutet. Die Schwer-

Fig. 3 die Ansicht eines Ausschnittes aus der Uhr punkte der beiden Massensysteme liegen etwa in der nach Fig. 1, in der jedoch der Torsionsresonator Torsionsachse. Wenn die beiden Massensysteme rich- und das Getriebe abgewandelt sind, und tig gegeneinander abgeglichen sind, schwingen die

F i g. 4 die Ansicht auf einen erfindungsgemäßen 5° Massen derselben gegeneinander derart, daß ins-Torsionsresonator, dessen Ausführungsform wesentlich von der Ausführungsform des Torsionsresonators
in der Uhr nach F i g. 1 abweicht.

In F i g. 1 der Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 1

ein Haltebügel bezeichnet. Die Bezugsziffern 2 und 3 55 systeme nicht völlig haben abgeglichen werden könweisen auf Befestigungsarme hin, bei denen jeweils nen, beispielsweise weil die Unterschiede der Trägam einen Ende je ein Permanentmagnet 4 bzw. 5 be- heitsmomente der Massensysteme und die Federfestigt ist. An den anderen Enden befinden sich Ge- konstanten der Torsionsfedern 9 und 10 zu untergengewichte 6 und 7, die im dynamischen Gleich- schiedlich sind, entsteht eine um so größere Reaktionsgewicht zu den Permanentmagneten 4 und 5 stehen 60 kraft am Haltebügel 1 und an der Grundplatte 34, je und zusammen mit den Befestigungsarmen 2 und 3 steifer die Torsionsfedern 9 und 10 mit Bezug auf die zwei gegeneinander in Drehschwingungen versetz- Torsionsfeder 8 sind. Dabei ist zu beachten, daß die bare Massensysteme darstellen. Federkonstante einer Torsionsfeder von der Breite

Eine Torsionsfeder 8 verbindet die beiden Massen- und Dicke der Feder proportional und von der Länge systeme untereinander. Jedes der beiden Massen- 65 umgekehrt proportional abhängt. Bei den in den

gesamt kein kinetisches Drehmoment nach außen wirkt. Davon sind natürlich die von den Antriebsklinken 22 und 23 übertragenen und hervorgerufenen. Kräfte ausgeschlossen. Wenn umgekehrt die Massen

systeme steht durch eine eigene Torsionsfeder 9 bzw. mit zwei Armen 11 und 12 des Haltebügels 1 in Verbindung. Der Haltebügel ist seinerseits durch eine

g pp

F i g. 1 bis 3 dargestellten Resonatoren sind die Trägheitsmomente der Massen untereinander gleich und betragen jeweils etwa ein Zehntel des Trägheits-

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moments der Grundplatte. Die drei Torsionsfedern 8, 3. Das an den äußeren Enden der Torsionsfedern 9 und 10 weisen dieselbe Dicke und dieselbe Breite 9 und 10 auftretende Paar entgegengesetzt geauf. Die Länge der Torsionsfeder 9 ist gleich der richteter Drehmomente wird praktisch nicht Länge der Torsionsfeder 10 und etwa halb so groß oder jedenfalls nur ein geringer Teil davon auf wie die Länge der Torsionsfeder 8. Daraus ergibt sich 5 die Grundplatte 34 übertragen, weshalb der als Verhältnis zwischen der Frequenz der Grundplatte Qualitätsfaktor des Resonators sehr hoch und und der Resonanzfrequenz der schwingenden Massen- der Energieverlust im Resonator sehr klein ist. systeme der Wert 0,707. Bei einem Fehler im Ab- 4. Wegen der Elastizität der Arme 11 und 12 des gleich von 0,7 °/o verschiebt sich die Resonanzfre- Haltebügels 1 treten praktisch keine Isochronisquenz nur um den äußerst geringen Faktor von 10~^a. io musfehler im Resonator auf. Diese Frequenzverschiebung tritt beispielsweise für 5. Praktisch der gesamte Resonator, ausschließlich den Fall ein, daß eine mit dem Resonator ausgerüstete der besonderen, an den Befestigungsarmen anArmbanduhr vom Arm abgenommen und auf einen geschlagenen Massen, läßt sich durch einen einfesten Tisch gelegt wird. Sobald die Uhr auf dem zigen Stanzvorgang, verbunden mit einem Fräs-Tisch liegt, wird die Masse der Grundplatte 34 und 15 Vorgang an den elastischen Teilstücken, herdes Uhrengehäuses durch die Masse des Tisches der- stellen.

art vergrößert, daß sie gegenüber den schwingenden Unter dem Einfluß der Drehmomente an den äuße-Massen als sehr groß bezeichnet werden kann. Bei ren Enden der Torsionsfeder 9 und 10 können sich einer Resonanzfrequenz von etwa 300 bis 500 Hz des möglicherweise die Arme 11 und 12 des Haltebügels 1 Resonators, der als Gangordner in einer Armbanduhr ao in entgegengesetzter Richtung lotrecht zur Grundarbeitet, würde die beschriebene Frequenzverschie- platte 34 biegen. Wenn die Torsionsachsen der Febung einen Unterschied in der Zeitanzeige von V10 Se- dem 9 und 10 in derselben Geraden wie die Schwerkunde am Tag verursachen. punkte der beiden Massensysteme liegen, schwingen

Außerdem bringt die beschriebene Dimensionie- auch die Schwerpunkte und die Torsionsachse der rung der Torsionsresonatoren nach den F i g. 1 bis 3 25 Torsionsfeder 8 etwa um eine Gerade, die auf der

noch einen weiteren Vorteil mit sich, der darin be- Torsionsachse der Feder 8 senkrecht steht. Dabei tritt

steht, daß die Höchstwerte der auftretenden Schub- ein Drehmoment an der Befestigungsstelle zwischen

kräfte in allen drei Torsionsfedern gleich groß sind. der Grundplatte 34 und dem Haltebügel 1 auf, wor-

Man könnte sich vorstellen, daß die freien Enden unter die Stabilität der Frequenz und der Qualitätsder Torsionsfedern 9 und 10 nicht vom Haltebügel 1 30 faktor des Torsionsresonators leidet. Dieser uner-

gehalten sind, sondern direkt an der Grundplatte 34 wünschte Effekt kann dadurch abgeschwächt werden,

befestigt werden. Eine solche Lösung würde aller- daß man die Befestigungsstellen an den äußeren

dings folgende Nachteile mit sich bringen: Enden der Torsionsfedern 8 und 9 außerhalb der Ge-

1. Die Befestigung würde möglicherweise durch raden legt, die durch die Schwerpunkte der beiden Schrauben vorgenommen, so daß die Einspann- 35 Massensysteme gegeben ist und etwa mit der Torstellen an den Torsionsfedern nicht genau be- sionsachse der Feder 8 zusammenfällt. Die Verschiestimmt und die Resonanzfrequenz unstabil und bung der Befestigungsstellen muß von der genannten von Temperaturschwankungen abhängig wäre. Geraden aus, die in F i g. 1 durch die strichpunktierte

2. Die an den Enden der Torsionsfedern 9 und 10 Linie 50 angedeutet ist, in die Richtung erfolgen, die auftretenden Torsionskräfte würden sich über 40 der Befestigungsstelle des Haltebügels 1 an der Grunddie Grundplatte 34 gegeneinander aufheben, was platte 34 gegenüberliegt. Eine derartige Änderung des zu einer unerwünschten Deformation der Grund- Torsionsresonators im angegebenen Sinne ist in F i g. 4 platte führen könnte. der Zeichnungen in extremem Maß dargestellt.

3. Bei einer Deformation der Grundplatte 34 in der Natürlich hat auch die Elastizität der Arme 11 und vorher beschriebenen Weise entstünden innere 45 12 des Haltebügels 1 einen Einfluß auf die Eigenfre-Verluste, so daß der Qualitätsfaktor des Tor- quenzen der beiden Massensysteme und ihrer zusionsresonators absänke. gehörigen Federn; dieser Einfluß ist allerdings ver-

4. Da die Befestigung in Richtung der Torsions- hältnismäßig gering und verändert sich nicht. Außerachse sehr steif wäre, entstünde ein erheblicher dem beeinflußt sie weder die Stabilität der Frequenz Isochronismusfehler. 50 noch den Qualitätsfaktor des Resonators.

Die Arme 11 und 12 weisen eine gewisse Elastizi- Es ist erwünscht, daß die Permanentmagnete 4

tat auf und verbinden die Torsionsfedern 9 und 10 und 5 und ihre Maenetjoche 20 und 21 möglichst

sowohl untereinander als auch mit der Grundplatte weit außerhalb der Torsionsachse der Feder 8, d. h.

34. Daraus ergeben sich folgende Vorteile: möglichst weit entfernt vom entsprechenden Schwer-

1. Der Haltebügel 1, die Arme 11 und 12, die Tor- 55 punkt des Massensystems liegen. Bei Schwingungen

sionsfedern 8, 9 und 10 und die Befestigungs- werden dann nämlich die kinetischen Energien in den

arme 2 und 3 können aus einem einzigen Stück Magnetsystemen sehr hoch, womit sich ein hoher

eines Materials bester Qualität gefertigt sein. Wirkungsgrad in der Umwandlung der elektrischen

Die Materialeigenschaften in allen diesen Teilen Energie in mechanische erzielen läßt. Man wird also

bleiben also weitgehend unverändert unter ver- 60 die Massen der beiden Gegengewichte 6 und 7 größer

schiedenen äußeren Einflüssen. Daraus ergibt sich wählen als die Massen für die Magnetsysteme 4 und

eine hervorragende Stabilität der Frequenz. 20 bzw. 5 und 21.

2. Der Torsionsresonator ist durch eine einzige Die beiden Gegengewichte 6 und 7 haben zwei Schraube und durch drei Zentrierstifte, die sehr weitere Hilfsfunktionen: einerseits halten sie die Annahe beieinanderliegen, mit der Grundplatte 34 65 triebsklinken 22 und 23. Das Klinken-Schaltradverbunden, die sich also nicht unter irgendwel- Getriebe benötigt demgemäß keine feststehende Haltechen Kräften von Seiten des Resonators verfor- klinke, da jeweils eine der beiden Antriebsklinken in men kann. der gewünschten Richtung stößt. Bei gegebener Zahn-

teilung und gegebenem Verbrauch könnte also das Schaltrad größer ausgebildet sein als bei anderen Klinken-Schaltrad-Getrieben. Man könnte aber auch eine höhere Frequenzteilung erzielen, wenn das Schaltrad dieselben Ausmaße aufweist wie bei bekannten Uhren. Auch kann die Stoßbewegung einer Antriebsklinke sehr klein sein, so daß das Schaltrad 26 sehr gleichmäßig umläuft. Andererseits dienen die Gegengewichte 6 und 7 der Feinregulierung der Frequenz, da sie die zylindrischen Körper 41 und 42 aufweisen. Diese sind in entsprechende Löcher eingeklemmt und lassen sich durch einen Schraubenzieher drehen. Bei der Drehung verschiebt sich der jeweilige. Schwerpunkt des entsprechenden Gegengewichts, womit sich das Trägheitsmoment und die Resonanzfrequenz verändert, der Schwerpunkt des gesamten entsprechenden Massensystems aber nur unerheblich verschoben wird. Da beide Gegengewichte 6 und 7 zylindrische Körper 41 und 42 zum Regulieren aufweisen, kann der Abgleich zwischen den beiden Massensystemen und somit das Gleichgewicht im gesamten Resonator erhalten bleiben, und zwar im gesamten Regulierbereich.

Die Eigenfrequenz des erfindungsgemäßen Torsionsresonators ist nahezu unabhängig von seiner Stellung. In erster Näherung existieren keine Positionsfehler, da die Lage der Schwerpunkte der beiden Massensysteme gegenüber der Grundplatte 34 theoretisch von der Stellung des Resonators unabhängig ist. Unter dem Einfluß von Stoßen oder anderen Beschleunigungen verformt sich allerdings jeder Resonator. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Torsionsresonators besteht darin, daß er gegenüber Verformungen unter dem Einfluß von linearen Stoßen oder Beschleunigungen sehr steif ist. Diese Eigenschaft ist darauf zurückzuführen, daß die Torsionsfedern an zwei, verhältnismäßig weit auseinanderliegenden Stellen gehalten sind, die dennoch verhältnismäßig nah bei den Schwerpunkten der beiden schwingenden Massensysteme liegen.

Stöße und Beschleunigungen senkrecht zur Grundplatte 34 wirken sich auf den erfindungsgemäßen Torsionsresonator am schwerwiegendsten aus. Dabei werden die Torsionsfedern in Richtung ihrer größten Weichheit auf Biegung beansprucht. Da aber die Torsionsfedern verhältnismäßig kurz und die durch die Beschleunigung hervorgerufenen Drehmomente verhältnismäßig klein sind, bleiben auch die Verformungen infolge der Beschleunigung klein. In der Praxis werden beispielsweise Armbanduhren derartigen Beschleunigungen nur in sehr geringem Maß ausgesetzt, so daß sich der erfindungsgemäße Torsionsresonator für derartige Uhren als Gangordner sehr gut eignet. Die Stoßempfindlichkeit eines tonfrequenten Resonators in einer Uhr richtet sich außerdem nach dem Verhältnis der Resonanzfrequenz zu den Frequenzen der parasitären Schwingungen. Der erfindungsgemäße Torsionsresonator zeichnet sich dadurch aus, daß seine parasitären Schwingungen sehr hohe Frequenzen aufweisen, und daß deshalb der Resonator in einer Uhr sehr unempfindlich gegen Stöße ist. Wenn die Massen des Resonators um eine Achse senkrecht zur Grundplatte 34 schwingen, sind für diese Schwingungen die elastischen Glieder des Resonators sehr steif. Wenn andererseits die Massen um eine Achse schwingen, die parallel zur Grundplatte 34 verläuft und senkrecht auf der normalen Torsionsachse steht, sind zwar für diese Schwingungen die elastischen Glieder des Resonators verhältnismäßig weich; dafür aber bleiben die wirksamen Trägheitsmomente sehr klein. In den beiden zuletzt genannten Fällen sind die parasitären Schwingungen so hochfrequent, daß die Resonanzfrequenz der Hauptschwingung nicht davon beeinflußt wird.

Der erfindungsgemäße Torsionsresonator kommt vorzugsweise in Armbanduhren zur Anwendung, in denen die Bewegung des Resonators durch ein Klinken-Schaltrad-Getriebe auf ein Zeigerwerk übertragen wird. Selbstverständlich kann mit dem erfindungsgemäßenTorsionsresonator auch eine Uhr ausgerüstet sein, bei der der Resonator als Gangordner lediglich als Frequenznormal zur Erzeugung eines Wechselstroms dient, der einen Synchronmotor antreibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fi g. 1 bis 3 bewegen sich Massen des Torsionsresonators etwa senkrecht zur Grundplatte der Uhr um eine Achse, die etwa parallel zur Grundplatte verläuft. Die Achse des Schaltrades ist etwa senkrecht zur Grundplatte der Uhr und zur Torsionsachse des Resonators ausgerichtet. Die Bewegungen der Antriebsklinken müssen selbstverständlich im wesentlichen zwischen den Ebenen erfolgen, zwischen denen auch das Schaltrad liegt. Deshalb sind die Antriebsklinken an den Gegengewichten so befestigt, daß die Enden der Antriebsklinken einen gewissen Abstand von der Torsionsachse einhalten und möglichst nahe bei der Ebene liegen, die parallel zur Achse des Schaltrades verläuft, und in der die Torsionsachse liegt. Die Bewegung der Antriebsklinken an ihren Enden ist etwa gleich der Bewegung der Gegengewichte, vervielfältigt mit dem Abstand der Enden der Antriebsklinken von der Torsionsachse. Demgemäß kann die Bewegung der Antriebsklinken durch einfaches Verändern der Stellung des Schaltrades auf seiner Welle und durch einfaches, vertikales Verschieben der Antriebsklinken eingestellt werden. Unter denselben Bedingungen könnten selbstverständlich die Antriebsklinken auch an den Magnetsystemen 4 und 20 bzw. 5 und 21 angeordnet sein.

Insbesondere bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ändert sich die Spannung in den Antriebsklinken 22 und 23 im Verlauf ihrer Bewegung sehr. Wenn eine Antriebsklinke am Ende ihrer Stoßbewegung angelangt ist, drückt sie sehr stark auf das Schaltrad 26, während die andere Klinke, die gerade in ihrer zurückgezogenen Stellung die Bewegungsrichtung wechselt, einen sehr geringen Druck auf das Schaltrad ausübt. Nach dem Wechsel der Bewegungsrichtung dreht sich das Schaltrad unter dem Druck der einen Klinke so weit rückwärts, bis die andere Klinke, die wenig auf das Schaltrad drückt, gegen die steile Flanke des nächsten Zahnes stößt. Für die richtige Funktion des Klinken-Schaltrad-Getriebes ist die partielle Rückwärtsdrehung des Schaltrades und ein gewisser Anpreßdruck der einen Klinke während der Rückwärtsdrehung notwendig. Da sich der Anpreßdruck der Antriebsklinken ständig ändert und der größte Anpreßdruck gerade in der Stellung auftritt, in der er für die richtige Funktion des Getriebes notwendig ist, kann der mittlere Anpreßdruck der Antriebsklinken wesentlich kleiner als der für die partielle Rückwärtsdrehung des Schaltrades notwendige Anpreßdruck sein. Bei der beschriebenen Anordnung der Antriebsklinken und des Schaltrades bleiben also die Energieverluste im Ge-

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triebe sehr gering. Für die Zähne des Schaltrades wählt man vorzugsweise eine Winkelstellung von 45°. Wenn ein Stoß oder eine andere Beschleunigung senkrecht zur Grundplatte 34 der Uhr wirkt, wären an sich Zählfehler im Klinken-Schaltrad-Getriebe zu befürchten, da sich die Verformungsbewegungen der Federn des Resonators zu den Bewegungen der Gegengewichte 6 und 7 addieren und eine Veränderung der Phasenlage der beiden Antriebsklinken 22 und 23 hervorrufen können. Man kann praktisch einen solchen Fehler ausschalten, indem man den Schwerpunkt der Massen in die Nähe des Mittelpunkts zwischen den beiden Federn 9 und 10 verlegt. Mit Hilfe der Stellglieder 24 und 25 kann der Anpreßdruck der beiden Antriebsklinken 22 und 23 sowie ihre gegenseitige Phasenlage eingestellt werden. Bei der Ausführungsform der Uhr nach F i g. 3 der Zeichnung weist das Klinken-Schaltrad-Getriebe eine Antriebsklinke 101 und eine Halteklinke 103 auf. Die Antriebsklinke 101 wird durch ein Stellglied 102 auf dem Gegengewicht 6 festgehalten, während die Halteklinke 103 durch ein Stellglied 104 mit der Grundplatte 34 der Uhr in Verbindung steht. Das Gegengewicht 7 weist eine Ausbuchtung 105 auf, durch die das Stellglied 104 hindurchragt. Da die Antriebsklinke 101 etwa senkrecht zur Torsionsachse der die beiden Massensysteme verbindenden Torsionsfeder steht, treten keine Zählfehler unter dem Einfluß von Stoßen oder anderen Beschleunigungen auf.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torsionsresonators nach Fig. 4 der Zeichnung weist nur eine Torsionsfeder 80 auf, die zwei gegeneinander schwingende Massensysteme 84 und 85 miteinander verbindet. Die beiden Massensysteme werden von zwei Biegefedern 81 und 82 gehalten, die die Arme eines Haltebügels 83 darstellen. Dieser Haltebügel 83 steht seinerseits mit einer Grundplatte in Verbindung. Eine durch eine strichpunktierte Linie 50 angedeutete Torsionsachse der Torsionsfeder 80 stellt gleichzeitig etwa die virtuelle Schwingachse der beiden Biegefedern 81 und 82 dar.

Die Befestigungsstellen der beiden Biegefedern 81 und 82 an den beiden Massensystemen 84 und 85 sind verhältnismäßig weit von der Torsionsachse der Torsionsfeder 80 weggerückt, da die Biegefedern verhältnismäßig weich sind. Die zur Torsionsfeder 80 etwa parallelen Stücke der beiden Biegefedern können selbstverständlich in der Praxis gegen Torsion ebensowenig vollständig steif ausgebildet werden wie die beiden Arme 11 und 12 des Haltebügels 1 in der Uhr nach den F i g. 1 bis 3 gegen Biegung. Soweit Torsionsbewegungen in diesen zur Torsionsfeder parallelen Teilen der Biegefedern 81 und 82 auftreten, sind die virtuellen Schwenkachsen der beiden Biegefedern auch gegenüber der Torsionsachse der Torsionsfeder 80 verschoben. Dies entspricht etwa der Verschiebung der Torsionsachsen der beiden Torsionsfedern 9 und 10 gegenüber der Torsionsachse der Torsionsfeder 8 in der Uhr nach den F i g. 1 bis 3, bei der in der Praxis die beiden Arme 11 und 12 des Haltebügels 1 nicht vollständig steif gegen Biegung ausgeführt werden können.

Theoretisch treten also bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 3 ausschließlich Tor- sionsverformungen auf, während bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 lediglich die Torsionsfeder 80 Torsionsverformungen unterliegt. In der Praxis ist allerdings bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 eine Biegeverformung in den Armen des Haltebügels ebensowenig vermeidbar wie eine Torsionsverformung in den zur Torsionsfeder 80 parallelen Teilen der Biegefedern 81 und 82 des Torsionsresonators nach F i g. 4. Deshalb könnten theoretisch die Torsionsachsen von allen drei Torsionsfedern 8, 9 und 10 bei der Uhr nach den F i g. 1 bis 3 zusammenfallen, ebenso wie theoretisch die Schwenkachsen der Biegefedern 81 und 82 des Torsionsresonators nach F i g. 4 mit der Torsionsachse der Torsionsfeder 80 zusammenfällt. Praktisch aber sind die Torsionsachsen der Torsionsfedern 9 und 10 gegenüber der Torsionsfeder 8 bei der Uhr nach den F i g. 1 bis 3 und die Schwenkachsen der Biegefedern 81 und gegenüber der Schwenkachse der Torsionsfeder 80 beim Resonator nach F i g. 4 etwas verschoben.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Torsionsresonator, insbesondere für elektromechanisch angetriebene Gangordner in Kleinuhren, mit zwei gegeneinander in Drehschwingungen versetzbaren Massensystemen, die untereinander durch Torsionsfedern verbunden sind und mit einer Grundplatte durch Federn in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Massensysteme (4, 6 und 5, 7; 84 und 85) durch eigene Federn (9 und 10; 81 und 82) mit der Grundplatte (34) in Verbindung steht und daß die Torsionsfedern (8; 80) die Massensysteme frei verbinden.

2. Torsionsresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Haltebügel (1; 83) aufweist, dessen beide Arme (11 und 12; 81 und 82) je eines der beiden Massensysteme über eine Feder halten, daß ferner der Haltebügel zu den Massensystemen symmetrisch angeordnete Befestigungsmittel (35, 36) aufweist, durch die er an der Grundplatte gehalten ist, und daß die Torsionsachsen der Torsionsfedern etwa parallel zu der Grundplatte verlaufen.

3. Torsionsresonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Massensysteme mit der Grundplatte verbindenden Federn Torsionsfedern (9 und 10) sind, deren Torsionsachsen etwa parallel zur Torsionsachse der die beiden Massensysteme verbindenden Torsionsfeder (8) verlaufen (Fig. 1 bis 3).

4. Torsionsresonator nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsachsen der Torsionsfedern (9,10), die die Massensysteme mit der Grundplatte verbinden, in der Nähe der Torsionsachse (50) der die Massensysteme untereinander verbindenden Torsionsfeder (8) liegen, aber etwas auf die Seite verschoben sind, die den Befestigungsmitteln (35, 36) des Haltebügels (1) gegenüberliegt (F i g. 1 bis 3).

5. Torsionsresonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Massensysteme (84, 85) mit der Grundplatte verbindenden Federn Biegefedern (81 und 82) sind und daß die virtuellen Schwenkachsen der beiden Biegefedern etwa parallel zur Torsionsachse der die Massensysteme frei verbindenden Torsionsfeder (80) verlaufen und in deren Nähe liegen (Fig. 4).

6. Torsionsresonator nach einem der An-

spriiche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Federn einstückig mit etwa senkrecht zu den Torsionsachsen ausgerichteten Befestigungsarmen (2, 3) sind, an deren Enden Massen (4, 5, 6, 7) der Massensysteme befestigt sind.

7. Torsionsresonator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebügel (1, 11, 12) mit zwei Federn (9, 10; 81, 82) und diese mit der die beiden Massensysteme verbindenden Torsionsfeder (8, 80) sowie mit etwa senkrecht zu den Torsionsachsen ausgerichteten Befestigungsannen, an deren Enden Massen der Massensysteme befestigt sind, einstückig hergestellt ist.

8. Torsionsresonator nach einem der An-Sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem der Massensysteme eine Antriebsklinke (22 oder 23; 101 oder 103) befestigt ist, deren freies Ende in ein an das Zeigerwerk der Uhr angeschlossenes Schaltrad (26) eingreift, und daß sich das freie Ende der Antriebsklinke

bzw. der Eingriffbereich am Schaltrad etwa in der Ebene befindet, in der die Torsionsachsen der Torsionsfedern liegen und die etwa parallel zur Drehachse des Schaltrades verläuft.

9. Torsionsresonator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Massensystemen je eine Antriebsklinke befestigt ist, die beide etwa in einer zur Grundplatte parallelen Ebene liegen und in ein Schaltrad eingreifen, und daß die Achse des Schaltrades etwa senkrecht zur Grundplatte angeordnet ist.

10. Torsionsresonator nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsklinken in das Schaltrad mit einem Winkel größer oder gleich 45°, bezogen auf die Tangentialebene am Eingriffpunkt, eingreifen.

11. Torsionsresonator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsklinken etwa in einer Ebene liegen, zu der parallel die Gesamtheit aller Federn des Resonators die größte Steifigkeit aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen