DE2005306A1

DE2005306A1 - Mechanischer Resonator für Normalfrequenzoszillatoren

Info

Publication number: DE2005306A1
Application number: DE19702005306
Authority: DE
Inventors: Andre Dipl.-Ing.; Korom Arpad Dipl.-Ing.; Donatsch Peter Dipl.-Ing.; Zürich Greuter (Schweiz)
Original assignee: Gesellschaft zur Förderung der Forschung an der Eidg. Techn. Hochschule G.F.F., Zürich (Schweiz)
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1970-02-05
Publication date: 1970-09-24
Also published as: AT290404B; CH486164A; GB1288863A; CH511469A; US3609419A; DE2005306B2; FR2030312B1; NL7001683A; FR2030312A1

Description

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. L I E B AU

D1PL.ING.G. LIEÖAÜ 2005306

AUGSBURCS-GOGGINGEN ■ <·* \j \j

V. BGHENDOBfT-STB. M · TEL3JWJ

Gesellschaft zur Förderung der Forschung .

an der Eidg. Techn. Hochschule, Zürich (Schweiz)

Mechanischer Resonator für Normalfreauenzoszillatoren

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BAD ORIGINAL

Die vorliegende Erfindung "betrifft einen mechanischen Resonator für Normalfrequenzoszillatoren, insbesondere in Zeitmessgeräten, mit einem Schwinger, der einen Federkörper mit zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Symnietrieaxen und zwei an dem Federkörper vorhandene, gegensinnig schwingende Schwingungsmassen aufweist, deren Schwingungsmittelpunkte sich auf einer geradlinigen Bexregungsbahn bewegen, die mit einer der genannten Symmetrieäxen zusammenfällt. g

Schwinger der genannten Art sind schon seit einiger Zeit in zahlreichen Ausführüngsformen bekannt und, werden meistens mittels elektromechanischer "Wandler mit einem elektrischen Oszillator gekoppelt, so dass die Schwingungsfrequenz des Oszillators mit der Eigenschwingungsfrequenz des mechanischen Schwingers übereinstimmt. Beispiele derartiger Schwinger finden sich u.a. in den schweizerischen Patentschriften Nr. 406.984 und 414.768 und in.der USA-Patentschrift Wr. I.963.719. Die Tatsache, dass bei diesen Schwingern die Schwingung'smittelpunkte der Schwingungsmassen ' eine geradlinige Bewegungsbahn haben, bringt den Yorteil, dass

_ ρ —

die Zigenschwingungsfrequenz dieser Schwinger gegenüber den Linflüssen des Gravitationsfeldes invariant ist und somit nicht von der lage und Stellung der Schwinger im kaum abhängt. Diese Eigenschaft lässt diese Schwinger besonders für die Verwendung in tragbaren Geräten, z.B. Armbanduhren, interessant erscheinen.

Lei der Verwendung solcher Schv/inger stellt sich häufig das Problem der Feinabstimmung der Schwingungsfrequenz. Bichc-r war es üblich, diese Abstimmung dadurch zu bewerkstelligen, dass bei zu hoher Frequenz am Schwinger an jenen Partien, die vorzugsweise als Speicher potentieller Energie wirksam sind, bsw. bei zu tiefer Frequenz an jenen Jtellen, die vornehmlich als Speicher kinetischer energie wirksam sind, Material zu entfernen, z.B. wegzufeilen. Obwohl dieses Verfahren in der Produktion noch gangbar erscheint, ist es zu späteren Xorrc-keuren, die beispielsweise durch Alterserscheinungen bedingt sind, am fertigen Produkt umständlich anzuwendenünd nur von speziell ausgebildeten Fachleuten mit Lrfolg durchführbar.

Zs ist bereits bekannt, bei einem Schv/inger, uessen vornehmlich als Speicher kinetischer Lnergie wirksame Partien auf gekrümmten Bahnkurven laufen, eine Feinabstimmung der Schwingungsfrequenz dadurch zu ermöglichen, dass der Schv/inger mit schwenkbar gelagerten Lassen versehen v/ird, wobei die Schwenkaxen dieser Kassen nicht durch deren Schwerpunkte gehen. 7/enn die Bahnkurven nicht geradlinig sind, ist das Trägheitsmoment nicht der trägen Masse gleichzusetzer.. Durch Verschwenken der schwenkbaren Hassen ist es möglich, das Trägheitsmoment und damit die Eigenschwingungsfrequenz des Schwingers zu verändern, ohne Masse zuzuführen oder wegzunehmen. Dieses Verfahren lässt sich bei den Schwingern der eingangs erwähnten Art im allgemeinen nicht anwenden, v/eil diejenigen Partien, die vorzugsweise als Speicher kinetischer Energie dienen, sich auf geradlinigen Bahnkurven bewegen.

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.Ls ist, ferner seit langem bekannt, dass die Ligenfrequenz von Schwingern mit einem Federkörper durch Verändern der Federungseigenschaften des Federkörpers abgestimmt^ werden kann, wie 2,.E-. durch mehr oder weniger starkes Spannen einer Saixe. Dieses Verfahren der Feinabstimmung ist nur bei gewisseii Formen des Federkörpers möglich und hat den Nachteil, dass die Befestigungsstellen des Federkörpers nicht frei von durch die Schwingung hervorgerufenen Kräften sind und daher Rückwirkungen auf den Schwinger ausüben, wodurch, der. Gütefaktor des Schwingers und damit die Frequensstabilität der Schwingung beeinträchtigt werden. -

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe su Grunde, einen mechanischen Resonator der eingangs erwähnte.: Art zu schaffen, bei dem eine Feinabstimmung ohne die HöLwer.digkeit des Zuführens oder \vegnehmens von Hasse und ohne Be/einflussung der Federungseigenschaften des Federkörpers möglich ist.

Diese Aufgabe isx beim erfindungsgelassen mechanischen Resonator iu wesentlichen dadurcn gelösx, dass der Schwinger nit den beiden auf einer geradlinigen lie-wegungsbakii gegensinnig schwingenden Schwingungemassen ein Prinärschv.'in-gerist, der eine geradzahlige Annahl taare" von Seicur.där schwingern trägt, wobei jeder Schwingungsniasse des PrimUrcchvingers mindestens ein Paar der Sekundärschwinger ^ugc-ordnex \ ist, dass die Schv/ingungsmittelpunkte der ein I^:aar bildenden Seloindärschv/inger gleichsinnige Bewegungskomponen'cen parallel Eur einen, mit der Bewegungsbahn der £chv/in,.ungsmassen des Frimärschwingers susammenfallenden Svcmietrieaxe in be^ug auf den- Primärschwinger ausführen,, während die rechtwinklig eu dieser- Symnexrieaxe verlaufenden Lcv;egungs- komponenten der gleichen Schwingungsmixtelpunkze einander entgegengesetct sind, und dass die lage zunincesx eines Tei-.'-.-les--Jede.S.'-SekundärSchwingers in bezug auf den i-rinä.rschv.^ringer verstellbar ist cur \^reränderung der resultierenden ochwin- -gungsfrequenc des Resonators*

^vämm& cm.

Lweckmüssig kann jeder Sekundär schwing er ein StabfederelGLienu aufweisen, das an seiner einen Lndpartie mit dem Priniarschwinger durch Linspannung verbunden und am anderen Ende frei ist. Dabei kann die freie Landpartie jedes Stabfedtrelemences einen oder mehrere Massenkörper tragen. Die feinabstimmung der Schwingungsfrequenz des Resonators kann durcii Verstellen des Massenkörpers in der Längsrichtung dee ^tabfederelemerrces oder/und durch verschwenken des Stabfederelc-mentes in bezug auf den Primärechwinger erfolgen. i^rlir den zwcitgenannten Fall ist zweckmässig das eine Lnde dec S^abfedereleiaentes jedes Sekundärschwingers in einen Tragkörper eingespannt, der um eine zur Lbene der Symmetrieaxen des Primärschwingers senkrechte oder parallele Schwenkaxe drehbar mit dem Primärschwinger verbunden ist und in der jeweils eiiigestellxen Lage verbleibt. Ls ist ferner möglich, das Stabfederelenent jedes Sekundärschwingrers in seiner Längsrichtung verstellbar in einem Tragkörper einzuspannen, der am Primärschwinger fest oder drehbar angeordnet ist, wobei die freie ^ndpar^ie des Stabfederelemences mit oder ohne zusätzlichen Ilacsenkörper ausgerüstet sein kann. Bei einer anderen Auniührungsforn kann mit dem Stabfederelement jedes Sekundärschwingers ein Hassenkörper mittels einer zu seinem SchwerpurJiL e;-:zencri;;ch arigeordneten Achse schwenkbar verbunden sein, so dacs er für die Feinabstimmung der Schwingur.gsfrequenc des lieconatcrc in bezug auf das Stabfedereleraent geschwenkt werden kann und dann in der eingestellten Lage verbleibt.

..'eitere Merkmale und Einzelheiten verschiedener Ausführung sforne η der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in de·.en mehrere Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind.

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Fig. 1 zeigt in axonometrischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Resonators; Fig.' 2 ist eine Draufsicht auf den gleichen Resonator;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Resonators in Richtung der Axe A in Fig. 1 und 2 betrachtet; .

Fig. 3a ist ein Querschnitt entlang der Axe A in Fig. durch eine geringfügig atigeänderte Ausführungsvariante des Resonators;

. Fig. 4 zeigt ein einzelnes Selomdärschwingerpaar des in den Fig. T bis 3 veranschaulichten Resonators in Draufsicht;

Fig. 5 ist eine analoge Darstellung einer abgeänderten | Ausführungsform des Sekundärschwingerpaares;

Fig. 6 bis 11 stellen je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines einzelnen Sekundärschwingerpaares in Draufsicht dar.

Der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte mechanische Resonator weist einen Primärschwinger 11, 12 auf, der aus einem ringförmigen Federkörper 11 und zwei daran befestigten Schwingungsmassen 12 besteht. Der Primärschwinger hat zwei rechtwinklig' zueinander, verlaufende Svmmetrieaxen A und B. Hin längs der einen Symmetrieaxe B verlaufender Steg 13 dient zur Befestigung des Federkörpers 11 auf einer Unterlage (nicht gezeichnet). Die beiden Schwingungsmassen 12 sind einander λ gegenüber derart angeordnet, dass ihre Schwerpunkte auf der * anderen Syminetrieaxe A liegen. Beim Betrieb des Primärschwingers schwingen die Massen 12-gegensinnig hin und her, wobei ihre Schwerpunkte sich auf einer geradlinigen Bewegun^sbahn bewegen, die mit der Symmetrieaxe A zusammenfällt. Der Federkörper führt dabei Biegungsschwingungen aus. Damit bei der erwähnten Schwingung keine Zug- und Druckkräfte auf den Steg 13 ausgeübt werden, hat der Federring 11 die in den Fig. 1 und 2 ersichtliche Formgestaltung mit abwechselnd konvex und konkav gekrümmten Partien. Die Enden des Steges 13

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sind je in der iiitte einer konvex gekrümmten Partie angeschlossen, wogegen die Schwingungsmassen 12 je mit einem Fortsatz 14 in der Mitte einer konkav gekrümmten Partie in starrer Verbindung stehen. Der beschriebene Schwinger ist bekannt und z.B. in den schweizerischen Patentschriften Hr. 414.768 und 450.295 beschrieben.

Auf den Fortsätzen 14 des Federkörpers 11 befindet sich je ein zapfenförmiger Tragkörper 1 bzw. 1¹, der ein Paar von ,^ekundärschwingern 2, 3 bzw. 2', 3' trägt. Jeder Gchwinguiigsmasse 12 des Primärschwingers 11, 12 ist ein i^aar der

W genannten Sekundärschwinger 2, 3 bzw. 2·, 3' zugeordnet. Die zapfenförmigen Tragkörper 1 und 1■ sind je um eine Axe c bzw. c¹ drehbar, die senkrecht zu der die Symmetrieaxen A und E enthaltenden rJoene steht;, wie die Fig. 1 und 3 erkennen lassen. Die vom Tragkörper 1 getragenen Sekundärschv/inger bestehen je aus einem Stabfederelement 2 und einem Kassenkörper 3. Die eine Endpartie des Stabfederelementes 2 ist radial in den zapfenförmigen Tragkörper 1 eingespannt, so dass also die Längsrichtung des Stabfederelementes 2 parallel zu der die Axen A und B enthaltenden Ebene verläuft. Der Ilassenkörper 3 ist am freien Ende des Stabfederelemences 2 angeordnet. Die beiden Stabfederelemente 2 der ein Paar bil-

fc denden Sekundärschwinger sind gleichaxig angeordnet und haben die gleiche Länge. Sie können aus einem zusammenhängenden I-Iaterialstück bestehen, das in seiner Hitte durch den Tragkörper 1 festgehalten ist. Ebenso haben die beiden Massenkörper gleich grosse Masse und gleiche Entfernungen von der Drehaxe c. Das vom Tragkörper 1' getragene Sekundärschwingerpaar mit den Stabfederelementen 2¹ und Massenkörpern 3^f ist völlig übereinstimmend ausgebildet und angeordnet.

Für die Erläuterung der Wirkungsweise des beschriebenen Resonators und der Feinabstimmung seiner Schwingungsfrequenz

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wird'nun auf Fig. 4'hingewiesen,'die das eine Paar der Sekundärschwinger 2, 3 in grosser em Abbildungsmasstab zeigt. Der zapfenförmige Tragkörper 1 ist um die Axe c gedreht worden, so dass die Längsrichtung der Stabfederelemente 2 einen winkel ^f bezüglich einer Axe b -einnimmt» die parallel zur Symmetrieaxe B verlaufend die Schwenkaxe c schneidet. In Fig. T sind die Axe b und ihr Gegenstück b¹ auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls eingezeichnet. Wenn die Schwingung smass-en 12 des Primär Schwingers 11, 1 2 gc-gensinni^ schwingen, bewegt sich der Tragkörper 1 ebenfalls län£s der Axe A hin und her. Dadurch werden die Sekundärschwinger 2, > zu Schwingungen angeregt, die teils 3iegun;jcschvmv;uii,_en und " teils Längsschv/ingungen der Stabiederelemenxe 2 sind.

Die Bewegungen jedes i-Iassenkörpers 3' können in Ev;ei Komponenten aufgeteilt werden, die parallel zu den oynraetrieaxeii Λ und B verlaufen. Die üeweguiitjskoEiponenteii. parallel cur SjTnnetrieaxe A und zur Eewegungsbähn des Trajkürpers 1 sind bei den zwei I-lassenkörpem 3 des befrachteten öeloindärschv.an^erpaareq gleichsinnig gerichtet, wcgegen die zur oyminetrieaxe B und zur iixe b parallelen bev.-efjungskonoonenter.

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der gleichen i-iassenkörper 3 einander entge^en^ese.tst sind.

Die-erscgenannteti Bewegun_wskompone:iten haben also sich addierende Wirkungen- auf die Bewe^unj- der benachbarxer. Schwin- j guni..smasse 12 des Priraärschv/in^ers. Die zweixgenannten Be- " wegungskomponenten dagegen heben sich in ihren "wirkungen auf dem Frimürschwinger praktisch gegenseitig auf.

Ls leuchtet ein, dass durch Drehen des zapfe: fcrni^;en Tragkörpers 1 um die ^e c, d.h. durch Verändern des ".v'inkels Ϋ , das Verhältnis der erwähn·ten" E.ewegungskonponenten jedes Haesenkörpers 3 zueinander geändert werden kam:, was .auch eine entsprechende Aenderung der von cera Dekuncäröchv/ing.erpaar auf die benachbarte Frinärschv/in^ernasse 12 ausgeübten Kräfte zur Folge hat. '.«enii. die Liten

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frequenz der Sekundärschwinger 2, 3 kleiner als die ursprüngliche Ligenschwingungsfrequenz des Priiaärschv/ingers gewählt ist, so nimmt die resultierende Schwingungsfrequenz des Resonators mit zunehmendem Winkel Ψ¹ ab. Wenn hingegen die Eigenschwingungsfrequenz der Sekundärschwinger höher als die ursprüngliche Eigenschwingungsfrequenz des Primärschwingers gewählt ist, so hat eine Vergrösserung des V/inkels ^f eine Frequenzzunähme der resultierenden Schwinger des Resonators zur Folge. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, decs die eigenfrequenz der Längsschwingung des Stabfederelenentes 2 höher liegt als die Eigenfrequenz der Biege- Wk schwingung. In beiden Fällen ist es zweckmässig, danach zu trachten, dass die Stabfederelemente 2 bei richtig abgect iui.it oia Resonator einen merklichen Winkel \P zur Axe b einschließen, damit bei einem später notwendig werdenden i.'echctimrnen der Schwingunösfrequenz des Resonators ein Verändern der Frequenz sowohl nach unten als auch nach oben durch einfaches schwenken des Sekundürschwingerpaares um die iZie c möglich ist. Um die dynamische Symmetrie des Resonators be:-üjlich der Synmetrieaxe B aufrechtzuerhalten, ist es angezeigt, jeweils die beiden zapfenförmigen Tragkörper 1 und 1' um etwa gleiche ,/inkelbetrüge zu drehen, so dass die Stabf odr-relenonte 2' unter etwa dem gleichen winkel H^ zur Axe b* ver aufen wie die Stabfederelemente 2 in bezug auf die Axe b.

Die in Fig. 3.a veranschaulichte Ausführungsvariante unterscheidet sich von der beschriebenen Ausbildung lediglich dadurch, dass jedem Fortsatz 14 des Federkörpers 11 svei /jekundärschwingerpaare zugeordnet sind', die sich symmetrisch auf der einen und auf der anderen Seite der die Symmctrieaxc-n A und B des Primärschv;ingers enthaltenden Ibene befinde:-.. Hierbei sind die zapfenförmigen Tragkörper .1 und 1 ^f langer ausgebildet und derart angeordnet, dass sie auf beiden Seiten der genannten Ebene gleich weit vorstehen. Jede der vorspringenden Partien des Tragkörpers 1 b^w. 1^f

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trägt ein Paar der Selomdärschwinger von der oben beschriebenen Ausbildung.

Die im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 11 erläuterten weiteren Ausführungsformen unterscheiden sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch die Ausbildung und/oder Anordnung der Sekundärschwinger. Es ist zu bemerken, dass im Falle jeder der nachstehend beschriebenen Ausbildung oder Anordnung der Sekundärschwinger diese entweder nur auf einer Seite der die Symmetrieaxen A und B des Primärschwingers enthaltenden Ebene oder aber auf beiden Seiten dieser Ebene, ähnlich wie in Fig. 3a gezeigt, vorgesehen sein können. *

Gemäss Fig. 5 sind zwei geradlinige, gleich lange Stabfederelemente 2 gleichaxig in einem gemeinsamen Tragkörper 1 eingespannt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel weisen die vom Tragkörper,1 abgewandten Enden der Stabfederelemente 2 keine Massenkörper auf. Die Masse jedes Sekundärschwingers besteht somit aus den verteilten Massepunkten des. Stabfederelementes .2 selbst. In diesem Fall kann man sich bekanntlich sämtliche Massepunkte eines Stabfederelementes 2 in einem einzigen Punkt konzentriert vorstellen ,der Schwingungsmittelpunkt genannt wird. Hinsichtlich der Bewegung der Schwingungsmittelpunkte der ein Paar bildenden Sekundärschwin- μ ger gilt das gleiche, das oben für die Schwerpunkte der Masse gesagt wurde: Die parallel zur Symmetrieaxe A und Bewegungsbahn der PrimärschwingBrmassen verlaufenden Bewegungskomponenten sind gleichsinnig gerichtet, wogegen die parallel zur andern Symmetrieaxe B und der Axe b verlaufenden Bewegungskomponenten einander entgegengesetzt sind. Das Abstimmen der Schwingungsfrequenz des Resonators geschieht durch Aendern des Winkels *f , indem der zapfenfÖrmige Tragkörper 1 gedreht wird.

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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 hat jeder sekundärschwinger einen eigenen zapf enförmigen Tragkörper 1, der drehbar mit dem Federkörper des Primärschwingers verbunden ist. Die beidei. Tragkörper der ein Paar bildenden Sekundärschwinger sind in gleichen Abständen d entlang der Axe b auf de;¹ einen bzw. der andern Seite der Symmetrieaxe A. angeordnet, die mit der Bewegungsbahn der Primärschwingungsmassen zusammenfällt. Die Sekundär schwinger bestehen je auc eii.em Stabi'Gderelement 2 und einem Hassenkörper 3, wobei das Stabfederelement an seinem einen Ende im zugeordneten Tragkörper radial eingespannt ist und am anderen Lnde den Kasseni:örpe .■ trägt. Die beiden ein Paar bildenden Sekundärschwin^er sind in bezug auf die Symmetrieaxe A spiegelbildlich angeordnet und ausgebildet:, nicht nur hinsichtlich der geometrischer: Konfiguration, sondern auch hinsichtlich der Federungseigeiischaftten und der Hassen. Zum Abstimmen der Schwingungsfrequenz des Resonators werden die beiden zapf enf örmigen Tragkör;;er 1 um exwa gleiche Drehwinkel in entgegengesetztem Sinn gedreht, so dass die V.'inkel 7 geändert werden, welche die Stabfederelc— mente 2 in bezug auf die Axe b einnehmen. Die V.irkunjsweise der Sekundärschwinger ist grundsätzlich die gleiche wie beim ersten ^.usführungsbeispiel.

Bfci den in Fig. 7 veranschaulichter: Ausführun^sbe.'.spiel bestehen die Sekundär schwinger v/ieder je aus einem Stabfederelement 2 und einer Kasse 3· Die beiden Stabfederelenente 2 der ein Paar bildenden Sekundärschwinger sind gleichaxig zueinander angeordnet und mit ihrem einen Ende in einem gemeinsamen Tragkörper 1 eingespannt, der im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen starr, also nicht drehbar mit dem Federkörper des Primärschwingers verbunden ist. Die Längsrichtung der Stabfederelemente 2 verläuft längs der Ijjze b rechtwinklig zur Symmetrieaxe A und Bewegungsbahn der Primär schwingung sina ssen. Um das Abstimmen der Schwingungsfrequeni-:

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des resonators zu ermöglichen, sind die I-Iassenkörper > in der Längsrichtung der Stabfederelemente 2 verstellbar, iu diesem Zweck ist jeder der i-iassenkörper > auf dem zugehörigen Stabfederelement cleitbar gelagert und durch Haftreibun-j in der jeweils eingestellten Lage festgehalten. Wenn der üeconator schwingt, führen die Kassenkörper 3 zusätzliche .Schv/ingbewegungen etwa auf kreisbogenförmigen Bewegungsbahnen aus, welche um das Zentrum des Tragkörpers 1 ■ gekrümmt verlauf en. Die zur Axe A parallelen Bewegungskomponenten der ilacceiikürper 5 sind gleichsinnig und beeinflussen die Schwingungsfrequenz des Resonators, wogegen die zur Axe b parallelen Bewegungskompo- nenten gegensinnig sind und sich in ihrer "wirkung gegensei- * tig aufheben. Zum Abstimmen der Sehwingungsfrequenz. des Resonators werden die Abstände der beiden I-Iassenkör^er Z vcia Tragkörper 1 wenigstens annähernd s-ymnetrisch vertlndero', was eine Aenderung der Ligenschwingungsfrequenz der oelcur-därschwinger zur Folge hat.

Die Ausführunrsform geinäss Fig. b unterscheidet' sichvon dem soeben beschriebenen Beispiel lediglich dadurch» dasz die beiden Stabfederelemente 2 der ein Paar bildenden £ekundärschwinger nicht gleichaxig, sondern uiicer eliita '.rini:el in bezug aufeinander in den Tragkörper 1 eingespannt sind. Letzterer ist aber wiederum starr mit dem Federkörner ces , ^ Prinärschv/ingers verbunden. Die Läi^srichuunjer. der zwei Stab- ^ federelemente. 2 verlaufen unter gleichen .'..'inkeln cc in bezug auf die Axe b. Das Abstiminen der Schwingungsfr'ecuenz des kesonators erfolgt auch hier durch Verstellen der i-Iassenkörper Z entlang der . Stabf ecereleiaente 2.

Bei nicht dargestellten Ausführungsvarianten zu'de:. Beispielen genäss Fig. 7 und ο sind die Hassenkörper 5 fest, d.h. unversch'iebbar auf den voneinander abgekehrten Lr.cLpar^ien der Stabfederelemente 2 angeordnet, aber die einander zuge-

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wandten Endpartien der Stabfederelemente derart verstellbar im Tragkörper 1 eingespannt, dass die freie Länge jedes Stabi'ede-releuentes verändert werden kann, um die gewünschte Abstimmung des Resonators herbeizuführen. Bei diesen Ausführungsvarianten kann man gegebenenfalls auf die Massenkörper 3 verzichten und wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 allein die vorteilte Masse der Stabfederelemente 2 benützen.

3ei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zv.^rei Tragkörper 1 in gleichen Abständen längs der Axe b auf der einen und der andern Seite der Symmetrieaxe A angeordnet und fest mit dem Primärschwinger verbunden. Zwischen den beiden Tragkörpern 1 ist ein geradliniges Stabfederelement 2 äiinlicli oir.er Unite eingespannt, wobei die i.nden des Stabfc-dereleuer.tes in den Tragkörpern 1 festgehalten sind. Auf dem Stabfederelement 2 sind zwei Massenkörper 3 verschiebbar gefuhrt, die durch z.B. Haftreibung in der jeweils eingestellten Lage verbleibeil. Ls handelt sich gesamthaft wieder um ein Paar von Sekundärschwingern, die je aus einer Hälfte des ZwCbi'ederelementes 2 und einen der Hassenkürper 3 bestehen. ji.re Sekundärschwinger kann man sich aus der Ausführungsform gemf.::E Fig. 7 derart entstanden denken, dass letztere längs der Axe A entzweigeschnitten und die beiden Hälften je um 12C^C gewendet wurden, so dass die bisher freien ^nden der Stabfedereiemente nunmehr einander zugewandt sine¹ und sogar miteinander verbunden wurden. Zum Verändern der Ligenschv/ingungsfroquenz des Sekundärschwingerpaares nach Fig. 9 und soni - der SchwinJungsfrequenz des Resonators verstellt man die beiden Kassenkörper 3 entlang des Stabfederelementes 2, wobei darauf geachtet wird, dass die Abstände d der Hassenkörper von der Svmmetrieaxe A einander wenigstens annähernd gleich sind.

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In Fig. 10 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei welcher die ein Paar bildenden Sekundärschwinger 2, 3 durch einen gemeinsamen Tragkörper. 1 festgehalten sind, der starr mit dem Primärschwinger verbunden ist. Die Sekundärschwinger weisen gleiehaxig zueinander angeordnete Stabfederelemente auf, die mit ihren einen Enden im Tragkörper 1 eingespannt sind. Die freien Endpartien der Stabfederelemente 2 tragen je einen Massenkörper 3, der mittels einer zu seinem Schwerpunkt exzentrisch angeordneten Achse. 5 schwenkbar mit dem betreffenden Stabfederelement verbunden ist und in der jewells eingestellten Schwenklage verbleibt. Die Schwenkachsen ™ 3 befinden sich in gleichen Entfernungen von der Symmetrie-. axe A auf beiden Seiten derselben. Durch Schwenken der Massehkörp.er 3 um einen Winkel )f gegenüber der Axe b, die mit der Längsrichtung der Stabfederelemente 2 übereinstimmt, lässt sich die Eigenschwingungsfrequenz der Seicundärschwinger und damit die Schwingungsfrequenz des Resonators verändern. Aus Symmetriegründen trachtet man darnach, die beiden riassenkörper^:3 jeweils um gleiche "Winkel zu schwenken..

Die: in Fig. 11 gezeigte Ausführungsform ist jener von B¹Ig. 7 ähnlich, nur sind die Massenkörper 3 auf andere V/eise verstellbar an den Stabfederelementen 2 angeordnet. Die letzte- j ren weisen an ihren voneinander abgekehrter. Enden je einen Fortsatz 4 mit einem Aus sengewinde auf. Die- Hassenkörper 3 sind als entsprechende Schraubenmuttern ausgebildet, welche auf die Fortsätze 4 aufgeschraubt sind. Das Abstimmender Schwingungsfrequenz des, Resonators geschieht durch; Drehen der MassenkÖrper 3 auf den Fortsätzen 4>. wodurch eine Verlagerung der liassenkörper in der Längs richtung der-Stabf ederelemente erfolgt. . ■

In der vorstehenden Beschreibung der verschiedenen .Ausführungsbeispiele sind die ein Paar bildenden Sekundärschwinger stets derart angeordnet, dass die gegensinnig ge-·

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richteten Bewegungskomponenten der Schwingungsmittelpunkte parallel zur Symmetrieaxe B (vergl. Fig. 1 und 2) verlaufen. Diese Lösung wird in den meisten Fällen aus Platzgründen die vorteilhafteste sein, weil dann die Längsrichtung der Stabfederelemente 2 parallel zu der die Symmetrieaxen A und B enthaltenden Ebene verlaufen, in welcher sich auch der Federkörper 11 zur Hauptsache erstreckt. Es ist aber ebenso gut möglich, den Sekundärschwingerpaaren eine andere Orientierung auf dem Federkörper des Primärschwingers zu geben, wenn nur die einander entgegengesetzten Bewegungskomponenten der Mas- W senkörper 3 oder der Schwingungsmittelpunkte der ein Paar bildenden Sekundärschwinger rechtwinklig zur Symmetrieaxe A verlaufen und einander in ihren Wirkungen praktisch aufheben. So könnte z.B. in Fig. 1 die Anordnung derart abgeändert sein, dass die Drehaxen c der zapfenförmigen Tragkörper 1 und 1· mit den Axen b zusammenfallen und die Stabfederelemente 2 nach der einen und der anderen Seite der die Symmetrieaxen A und B enthaltenden Ebene abstehen, z.B. nach oben und nach unten anstatt nach links und nach rechts.

Auch ist es möglich und in gewissen Fällen zweckmässig, die Schwenkbarkeit der Stabfederelemente mit der Verstellbar- ^ keit von daran angeordneten Massenkörpern zu kombinieren, ™ z.B. derart, dass in den Beispielen gemäss Fig. 4 oder 6 die Massenkörper 3 an den Stabfederelementen 2 verstellbar angeordnet sind, etwa wie in den Fig. 7, 10 oder 11 veranschaulicht ist.

Es kann vorteilhaft sein, die Stabfederelemente 2 der Sekundärschwinger aus einem speziell geeigneten Material herzustellen, dessen Längenveränderungen in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur eine solche Aenderung der Eigenschwingungsfrequenz der Sekundärschwinger hervorrufen, welche einer temperaturbedingten Aenderung der Eigenschwingungsfrequenz

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des Primärschwingers entgegenwirkt, so dass die resultierende Sehwingungsfrequenz des kombinierten Resonators praktisch oder zumindest weltgehend temperaturunabhängig ist.

Der Hauptvorteil des beschriebenen Resonators ist jedoch der, dass seine Sehwingungsfrequenz fein abgestimmt werden kann, ohne dass an irgend einer Stelle Masse entfernt oder zugefügt werden muss. Dieser Vorteil wirkt sich in der Produktion von Geräten mit dem beschriebenen Resonator lcostensparend aus, da die Abstimmung weniger Zeit und Geschicklichkeit erfordert. Auch gibt es praktisch keinen Ausschuss wegen ^ unsachgemässen Wegfeilens von Material. Da die Abstimmung i

beliebig oft wiederholbar ist, liegt ein wesentlicher Vorteil des Resonators in der Möglichkeit des bequemen Nächstimmens, wenn sich z.B. durch Alterungserscheinungen oder andere Einflüsse Verschiebungen der Schwingungsfrequenz des Resonators ergeben haben. Das Abstimmen und Nachstimmen kann auch von wenig geschulten Arbeitskräften durchgeführt werden.

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Claims

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Patentansprüche

1. Mechanischer Resonator für Normalfrequenzoszillatoren, insbesondere in Zeitmessgeräten, mit einem Schwinger, der einen Federkörper mit zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Symmetrieaxen und zwei an dem Federkörper vorhandene, gegensinnig schwingende Schwingungsmassen aufweist, deren

m Schwingungsmittelpunkte sich auf einer geradlinigen Bewegungsbahn bewegen, die mit einer der genannten Symmetrieaxen zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schwinger (11, 12) ein Primärschwinger ist, der eine geradzahlige Anzahl Paare von Sekundärschwingern (2, 3) trägt, wobei Jeder Schwingungsmasse (12) des Primärschwingers mindestens ein Paar der Sekundärschwinger zugeordnet ist, dass die Schwingungsmittelpunkte der ein Paar bildenden Sekundärschwinger gleichsinnige Bewegungskomponenten parallel zur einen, mit der Bewegungsbahn der Schwingungsmassen des Primärschwingers zusammenfallenden Symmetrieaxe (A) in bezug auf den Primärschwinger ausführen, während die rechtwinklig zu dieser ^ Symmetrieaxe verlaufenden Bewegungskomponenten der gleichen ™ Schwingungsmittelpunkte einander entgegengesetzt sind, und dass die Lage zumindest eines Teiles jedes Sekundärschwingers in bezug auf den Primärschwinger verstellbar ist zur Veränderung der resultierenden Schwingungsfrequenz des Resonators.

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sekundärschwinger (2, 3) ein Stabfederelement (2) aufweist, das an seiner einen Endpartie mit dem Primärschwinger (11, 12) durch Einspannung verbunden und am anderen Ende frei ist.

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3. Resonator nach den-Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Endpartie jedes Stabfederelementes (2) mindestens einen Massenkörp.er (3)· trägt,

4. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, dass der Massenkörper (3) in der Iiängsriehtung des Stabfederelementes (2) verstellbar ist. ·

5. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 4,,. dadurch gekennzeichnet, dass der Massenkörper (3) und eine Partie ode*¹ ein Fortsatz (.4) des Stabfederelementes (2)i ineinandergreifende Ge- ä winde aufweisen, ^

6. Resonator nach den Ansprüchen χ bis 5,, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenkörper (3) auf einer Partie oder einem Fortsatz des Stabfederelementea {2) gleitbar angeordnet land durch Haftreibung in seiner lage festgehalten; ist,

7. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass der Massenkörper (3) mittels, einer zu seinem

exzentrisch .

Schwerpunkt/angeordneten Achse (5) schwenkbar mit dem Stabfederelement (2); verbunden ist und in der jeweils eingestellten Schwenklage verbleibt,

8,., Resonatpr naeh den Ansprüchen 1 bis 7,, dadurch gekennzeichnety dass das Stabfederelement (2) in seiner Längsrichtung verstellbar-in einem ^Tragkörper (Ί;). eingespannt is tr der am Primär schwinger (t1ii 1?) befestigt is-t»

"9:v ;ReSipnat_;or insbesond-ere nach^ Anspruch Q und; einem der Ansprüche 3j bis 7, ... -

1.0>, Resonator nach den Ansprüchen 1 hia 9,_s dadurch gekennzeichnet, das s die ein Paar bildenden Sekundär schwing ejp "(;2;^ 3>) zwei g^eicha^g angeordnete Stabfederelemente |2:)· auf·-·

weisen, die mit ihren einander zugewandten Enden in einem gemeinsamen Tragkörper (1) eingespannt sind, der am Primärschwinger (11, 12) befestigt ist.

11. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ein Paar bildenden Sekundärschwinger (2, 3) zwei Stabfederelemente (2) aufweisen, die auf entgegengesetzten Seiten der Bewegungsbahn (A) der Primärschwingungsmassen (12) und spiegelbildlich in bezug auf die genannte Bewegungsbahn angeordnet sind.

12. Resonator insbesondere nach Anspruch 10 und einem der Ansprüche 3 bis 8.

insbesondere
13· Resonator/nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche

3 bis 8.

14· Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sekundärschwinger (2, 3) in bezug auf den Primärschwinger (11, 12) um eine zur Bewegungsbahn (A) der Massen (12) des PrimärSchwingers rechtwinklige Schwenkaxe (c) drehbar ist und in der jeweils eingestellten Lage verbleibt.
w

15· Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Stabfederelementes (2) jedes Sekundärschwingers (2, 3) in einem Tragkörper (1) eingespannt ist, der um die erwähnte Schwenkaxe (c) drehbar mit dem Primärschwinger (11, 12) verbunden ist.

16. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Tragkörper (1), in dem die gleichaxig angeordneten Stabfederelemente (2) der ein Paar bildenden Sekundärschwinger (2, 3) eingespannt sind, um eine

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gemeinsame Schwenkaxe (c) der zwei Sekundärschwinger drehbar mit dem Primärschwinger (11, 12) verbunden ist.

17. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gleichaxig angeordneten Stabfederelemente (2) gleiche. Länge haben und die gemeinsame Schwenkaxe (c) der ein Paar bildenden Sekundärschwinger (2, 3) die Bewegungsbahn (A) der Primärschwingungsmassen (12) schneidet.'

18. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Jedes der spiegelbildlich angeordneten . J Stabfederelemente (2) der ein Paar bildenden Sekundärschwinger ^ (2, 3) in einen eigenen Tragkörper, (1) eingespannt ist und diese Tragkörper (1) um zwei getrennte Schwenkaxen (c) drehbar sind, die gleiche Entfernung (d) von der Bewegungsbahn (A) der Primärschwingungsmassen (12) haben.

t -

19* Resonator insbesondere nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 10, 11 oder 14 bis 18.

20. Resonator insbesondere nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 10, 11 oder 14 bis 18.

insbesondere j

21. Resonator/nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche f)

10, 11 oder 14 bis 18.

22. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingungsfrequenzen der Sekundärschwinger (2, 3) entweder unterhalb oder oberhalb der Eigenschwingungsfrequenz des Primärschwingers (11, 12) liegen.

23. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärschwinger (2, 3) je mindestens einen Teil aufweisen, dessen Abmessungen sich in Abhängigkeit von

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der Temperatur ändern und dabei eine Aenderung. der Eigenschwingungsfrequenz des Sekundärschwingers hervorrufen, welche einer temperaturbedingten Aenderung der Eigenschwingungsfrequenz des Primärschwingers (11, 12) entgegenwirkt.

24. Resonator nach den Ansprüchen 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabfederelement (2) jedes Sekundärschwingers (2, 3) der sich mit der Temperatur ändernde Teil ist.

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