DE2138639A1 - Elektronischer Zeitgeber - Google Patents

Description

CI(TIZEN WATCH COMPANY LIMITED, Tokyo / Japan

Elektronischer Zeitgeber

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Zeitgeber und insbesondere auf einen Antriebsmechanismus für einen elektronischen Zeitgeber.

Es sind verschiedene Arten von Antriebssystemen für elektronische Zeitgeber bekannt, insbesondere für Uhren, um die in ihnen enthaltenen mechanischen Schwinger zu steuern. Hierbei werden hauptsächlich elektrodynamische und piezoelektrische Antriebe verwendet .

Hierbei sind die piezoelektrischen Antriebe vorteilhafter und den anderen Arten von Schwingerantrieben insbesondere dadurch überlegen, daß die Schwinger bei

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gleicher Arbeitsweise erheblich kleiner hergestellt werden können und sogar einen erheblich verminderten Leistungsverbrauch aufweisen; obendrein lassen sie sich leichter und einfacher herstellen.

Die vorerwähnten verschiedenen Vorteile werden aber weitgehend durch den Nachteil kompensiert, der dann auftritt, wenn die Antriebs- bzw. Steuerenergie direkt von dem mechanischen Schwinger abgeleitet ist, um das die Zeit messende und anzeigende Getriebe zu steuern; dies beruht auf dem ziemlich großen Wert des Kraftfaktors, der bei Betätigen der piezoelektrischen Elemente auftritt; daraus ergibt sich dann auch eine entsprechend verminderte Stabilität der Betriebsfrequenz .

Bei den unvermeidlichen Schwankungen der mechanischen Belastung auf Seiten des Getriebes wird die Stabilität der Schwingfrequenz dadurch entspre-chend vermindert.

Die Erfindung soll daher einen verbesserten elektronischen Zeitgeber schaffen, der mit piezoelektrischem Antrieb arbeitet, bei dem jedoch der Antrieb mit einem erheblich verminderten Kraftfaktor erfolgt· Weiterhin soll der elektronische Zeitgeber eine größere Stabilität der Schwingfrequenz aufweisen. Ferner soll er mit einem verminderten Leistungsverbrauch arbeiten und die häufig auftretenden Veränderungen in den Belastungszuständen auf Seiten des Getriebes sollen sich nicht ungünstig auswirken. Ferner soll bei dem verbesserten elektronischen Zeitgeber die Schwingfrequenz der Zeitbasis mit sehr hoher Genauigkeit einstellbar sein. Schließlich soll der elektronische Schwinggeber auch noch einen einfachen Aufbau aufweisen, so daß er leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in Verbindung mit der Beschreibung anhand der anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines elektronischen Zeitgebers gemäß der Erfindung zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung ;

Fig. 2 eine schematische, weitgehend perspektivische Darstellung eines ersten piezoelektrischen und mechanischen Schwingers, der als Zeitbasis arbeitet, und eines zweiten piezoelektrischen und mechanischen Schwingers, der in der ersten Ausführungsform als Treiberstufe für den Zeitgeber arbeitet;

Fig. 3 ein Schaltdiagramm einer elektronischen Schaltung zur Konstanthaltung der Amplitude, die mit einem Phasenschieber ausgerüstet und in dem elektronischen Zeitgeber gemäß der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 4- eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung mit einer abgewandelten Ausführungsform des Phasenschiebers;

Fig. 5 ein Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Phasenschiebers, der als Frequenzreger verwendbar ist;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Phasenschiebers;

Fig. 7 eine Frequenzkennlinie_r die aus der in Fig. 3 dargestellten Schaltung in Verbindung mit dem in Fig. 5 dargestellten Phasenschieber herleitbar ist;

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Fig. 8 eine der Fig. 7 ähnliche Darstellung einer Frequenzkennlinie, die aus der in Fig.4- dargestellten Schaltung in Verbindung mit dem abgewandelten, in Fig. 6 dargestellten Phasenschieber erhalten werden kann;

Fig. 9 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform des elektronischen Zeitgebers gemäß der Erfindung, in dem zwei Satz dreizakkiger mechanischer Schwinger verwendet sind;

Fig. 1o eine perspektivische Darstellung des zweiten, in der zweiten Ausführungsform dar Erfindung verwendeten mechanischen Schwingers;

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf die wesentlichen Teile einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit noch einer weiteren Form eines mechanischen Schwingers;

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung von zwei mechanischen Schwingern, die in dem in Fig. 11 dargestellten Zeitgeber verwendet sind;

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform des elektronischen Zeitgebers gemäß der Erfindung;

Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Befestigungsteil von oben zur Aufnahme eines mechanischen Schwingers in Form einer Stimmgabel;

Fig. 15 eine Ansicht des in Fig. 14 dargestellten Befestigungsteils von unten;

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Pig. 16 eine Querschnittsdarstellung entlang einer in Fig. 14 dargestellten Querschnittslinie XVI-XVI¹, und

lig. 17 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang einer in Fig. 13 dargestellten Querschnittslinie XVII-XVII'.

In Fig. 1 und 2 der Zeichnungen ist mit dem Bezugszeichen 1 ein erster mechanischer Schwinger bezeichnet, der als Dreifacharm ausgebildet und als Zeitbasis des elektronischen Zeitgebers gemäß der Erfindung arbeitet. Der Schwinger 1 ist aus einem allgemein bekannten, permanent-elastischen Material wie beispielsweise "Elinvar" hergestellt, das unabhängig von Temperaturschwankungen in dem praktisch interessierenden Bereich eine weitgehend konstante Elastizität bzw. Federung aufweist. Diese Beschaffenheit wird bei allen noch zu erläuternden Ausführungsformen verwendet. Mit den Bezugszeichen 2, 2' und 3 sind die entsprechenden piezoelektrischen Elemente bezeichnet, die fest mit den entsprechenden Parallelarmen 1a, 1b und 1c des Schwingers 1 verbunden sind. Wie später noch genauer beschrieben wird, dienen die Elemente 2 und 2¹ als Schwingungs-Fühlelemente, während das Element 3 als Antriebselement für den ersten Schwinger 1 dient.

Ein zweiter mechanischer Schwinger 4 besteht aus einer Stimmgabel, die genauer in Fig. 2 dargestellt ist, und zwei schwingende Arme 4a und 4b besitzt, an denen die entsprechenden piezoelektrischen Elemente 5a und 5h fest angebracht sind.

Eine Vorschubklinke 6 ist auf einer Seite schwenkbar an dem ersten Schwingerarm 4a gehaltert, während ein "Pallet"·

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Stein 6b fest an dem vorderen Ende des Arms 4a angebracht ist, und steht mit einem Klinkenrad 7 in Eingriff, das seinerseits während des Betriebs mit einem herkömmlichen, die Zeit haltenden und anzeigenden Getriebe 8 des Zeitgeber-Antriebsmechanismus verbunden ist.

Mit dem Bezugszeichen 9 ist eine fest auf dem Zeitgeber-Antriebsmechanismus angebrachte Batterieeinheit beschrieben. Mit dem Bezugszeichen 1o ist eine elektronische Einheit zur Konstanthaltung der Amplitude und mit dem Bezugszeichen 11 ein Signalumsetzer beschrieben.Die vorerwähnten Teile 2, 2', 3, 4·, 5a, 5b, 9,1o und 11 sind elektrisch miteinander verbunden, wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist.

Der Signalumsetzer 11 nimmt die abgetasteten Signale von dem Amplituden-Konstanthalter 1o auf und überträgt sie, wobei in dem jeweiligen Fall wahlweise eine Frequenzteilung oder keine Frequenzteilung vorgenommen werden kann an die piezoelektrischen Elemente 5a und 5b, wodurch der zweite, in Form einer Stimmgabel ausgebildete Schwinger 4· zu schwingen angeregt bzw. angetrieben wird. Der erste Schwinger arbeitet als Zeitbasis und dient nur zur Erzeugung der Zeitnormal-Frequenzsignale; wenn er als dreiarmiger Schwinger mit einem hohen Q-Wert ausgelegt ist, so daß er in der ersten Ausführungsform verwendbar ist, kann der Leistungsverbrauch so weit wie möglich auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, beispielsweise auf weniger als etwa 1 aiW« Die als Frequenzfühler und Schwingerantrieb arbeitenden piezoelektrischen Elemente 2, 2· und 3 können dann jeweils so ausgelegt sein, daß sie in wirtschaftlicher Weise nur einen schmalen Arbeitsbereich besitzen. Der erste Zeitbasis-Schwinger 1 kann dann mit

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einem hohen Q-Wert arbeiten und weist eine sehr konstante und zuverlässige Frequenz-Charakteristik auf.

Beispielsweise arbeitet der erste, dreiarmig ausgebildete Schwinger bei einer Frequenz von 16oo Hz. Hierbei beträgt die Armlänge 1 = 15,25 mm, die Breite b dieses mittleren Armes 1b = 1,6 mm, die Dicke h des Armes = 0,6 mm, die Länge 1. des piezoelektrischen Elements = 2 mm, dieBreite b. des Elements = O₄ 3 mm und die Dicke h^. des Elements = 0,05 mm; die Elemente sind in einem Abstand von 7 mm miteinander verklebt, der an der Wurzel, d.h. an dem festen Ende des schwingenden Arms gemessen ist; die Resonanzschärfe "Q" des dreiarmigen Schwingers beträgt ungefähr 8I00 und das Eingangs/Ausgangs-Verhältnis η = 0»7· Der Kraftfaktor "B" beträgt dann 1,1 · 1o"^ /As/m7. Aus dem wiedergegebenen Zahlenbeispiel ist zu ersehen, daß der in Fig. 1 und 2 dargestellte mechanische Schwinger mit einem geringen Kraftfaktor hinreichend schwingt, wie durch praktische VersudB ermittelt wurde. Die Frequenzstabilität des mechanischen, dreiarmigen Schwingers

—6 — *7
liegt bei 1o bis 1o . Dieser Faktor wurde ebenfalls durch praktische Versuche ermittelt.

Der elektronische Amplituden-Konstanthalter 1o dient zur Verstärkung der Schwingung und zwar entsprechend der an den piezoelektrischen Elementen 2 und 2· gefühlten Spannungen; er weist einen ersten Anschluß 1oa auf, über den die verstärkten Spannungen an das piezoelektrische Antriebselement 3 angelegt werden, um die Schwingung des mechanischen Schwingers 1 aufrecht zu erhalten; über einen zweitenAnschluß 1ob werden die elektrischen Signale zu dem Umsetzer 11 übertragen.

Der Frequenz- bzw. Amplitudenkonstanthalter 1o kann wahlweise eine der in Fig. 3 oder 4 wiedergegebenen

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Ausführungsformen aufweisen. In der ersten, in Fig. dargestellten Anordnung ist der mechanische Schwinger

1 während des Betriebs mit einer elektronischen Einrichtung mit einem Phasenschieber 3o und einem Verstärker 31 verbunden, um elektrisch die Betriebsfrequenz zu regeln. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ist ein Widerstand 21 zwischen einen Anschluß "P" für die piezoelektrischen Elemente 2 und 2' und einen Eingangsanschluß 29 für den Verstärker 31 vorhanden. Ein variabler Kondensator 22 ist zwischen den Eingangsanschluß 29 und Erde geschaltet, so daß auf diese Weise ein L-förmiger Phasenschieber 3o geschaffen ist. Die Schaltung stellt praktisch einen Integrator dar; die Phase an dem Fühlpunkt P kann durch Ändern der Kapazität des Kondensators 22 verzögert werden. Auf diese Weise kann dann die Frequenz in einem bestimmten begrenzten Bereich etwa linear eingestellt werden. Da der Phasenschieber 3o mit dem Fühlerteil P verbunden ist, kann die Schaltungsanordnung ziemlich einfach hergestellt werden; zusätzlich wirkt sich eine Frequenzeinstellung nicht nennenswert auf den Verstärkungsgrad und den Leistungsverbrauch in dem Verstärker 31 aus. Kleinere Frequenzschwankungen, die auf einer FrequenzSchwankung sowie auf einer unvermeidlichen Alterung des zweiten Schwingers oder der Stimmgabel 4 beruhen können, können leicht und genau durch manuelle Veränderung der Kapazität des Kondensators 22 eingestellt werden.

Die in Fig. 3 wiedergegebene Integratorschaltung ist stark vereinfacht dargestellt. Wenn der Widerstand 21 mit R und der Kondensator/mit C bezeichnet ist, dann beträgt die Phasennacheilung zwischen den Spannungen zwischen dem Anschluß P für die piezoelektrischen Elemente

2 und 2· und dem Anschluß 29 für den Verstärker 31:

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_9- 2138633

Γ/ .CE.)

In der in Fig. 7 dargestellten Kurve ist der Grad der Frequenzschwankimg /\ .-f/f über der Kapazität C unter folgenden Voraussetzungen aufgetragen:

R = 2 Mil; C = 2OpF

Resonanzfrequenz = 1,118 Hz

Q = ungefähr 4-ooo; der Schwinger ist dreiarmig. Auch in diesem Fall wurde keine merkliche Änderung in dem Leistungsverbrauch des Verstärkers 31 und der Amplitudenschwankung des mechanischen Schwingers 1 festgestellt.

In der in Fig. 4- dargestelltenAnordnung ist ein Widerstand 21 zwischen einen Anschlußpunkt P und die Basiselektrode eines Eingangstransistors 32 des Verstärkers 31 geschaltet; weiterhin ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 24 und einem veränderlichen Widerstand 25 zwischen die erwähnte Basiselektrode und Erde geschaltet. In dieser abgewandelten Ausführungsform kann die Phaseneinstellung ebenso wie im Fall der ersten, in Fig. 3 dargestelltenAusführungsform durch manuelle Einstellung des veränderlichen Widerstandes 25 vorgenommen werden.

In der in Fig. 8 dargestellten Kurve ist der Grad der Geschwindigkeitsänderung £\f/f in Abhängigkeit von der manuellen Veränderung des Widerstandes 25 aufgetragen.

Durch Einstellen des veränderlichen Kondensators oder Widerstandes, die zwischen dieBasiselektrode des Transistors und Erde geschaltet sind, kann die Schwingfrequenz des dreiarmigen, mechanischen Schwingers, der im vorerwähnten Sinn als erster Schwinger arbeitet, verän-

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dert werden, ohne daß hierdurch der Oszillatorausgang beeinflußt wird; durch den Phasenverlauf kann die Einstellung der gefühlten Spannung vorgenommen werden.

Das in Fig. 6 wiedergegebene vereinfachte Schaltbild stellt einen abgeänderten Integrator dar, der in der in Fig. 4- dargestellten Anordnung verwendbar ist. Im folgenden sei nun der Widerstandswert des Widerstandes 21 mit R, die Kapazität des Kondensators 24- mit 0 und der Widerstandswert des Widerstandes 25 mit R_Q bezeichnet. In diesem Fall beträgt dann die Phasenverschiebung zwischen dem Fühlanschluß P undctem Verstärker-Eingangsanschluß 29:

^₁ R/2 ICf .C

R (R₀ + R)₊ (V2£/ .C)'

wenn Rq—*· O geht, dann wird

¹ (2/T/ .CR);
wenn R_Q ^ co geht, dann wird

Durch die Veränderung des Wertes Rq von»c -—> 0 kann leicht eine ähnliche Wirkung erreicht werden wie durch die Einstellung der Kapazität 0 im Fall der Fig.5.

Der Signalumsetzer 11 ist so ausgelegt und angeordnet, daß er die elektrischenSignale über den Anschluß 1ob erhält und sie in die notwendigen Steuerspannungen für die piezoelektrischen Elemente 5a und 5b umwandelt; hierdurch

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wird dann eine ausreichende Amplitude erhalten, um die Klinkenrad—Bewegung auszuführen, die von der Vorschubklinke 6 aufgrund der Schwenk- sowie Hin- und Herbewegung entsprechend der Schwingbewegung des zweiten oder stimmgabelförmig ausgebildeten, mechanischen Schwingers 4- durchgeführt wird.

Beispielsweise wird ein elektrisches Eingangssignal von 16oo Hz hierbei einer Frequenzteilung bis auf 4oo Hz unterworfen und dieses dann dem zweiten mechanischen Schwinger in Form einer Wechselspannung von ungefähr 3V zugeführt, die von der 1,5V-Spannungsquelle hergeleitet sind (Fig. 3 und 4·).

Der Resonanzschwinger mit der Stimmgabel 4-, den piezoelektrischen Antriebs elementen 5a und 5h und der 'Vorschubklinke 6 schwingt mit seiner Eigenfrequenz, die etwa gleich der Frequenz der Spannung ist, die von dem Umsetzer 11 zum Antrieb des Getriebes 8 zugeführt ist; eine Antriebseinrichtung sorgt dann für die notwendige Zeitkonstanthaltung und Zeitanzeige des Zeitgeber-Antriebsmechanismus. Hierzu wird, ganz allgemein gesprochen, im Fall einer elektronischen Uhr eine Leistung in der Größenordnung von einigen /uW benötigt. Diese Antriebsleistung wird über die piezoelektrischen Antriebselemente 5a und 5b dem zweiten mechanischen Schwinger 4- zugeführt. Um in diesem Fall die nötige Leistung zu erhalten, muß der folgenden Beziehung genügt sein:

^Zm

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Hierbei stellt B den Kraftfaktor für die piezoelektrische Umsetzung, ζ den mechanischen Widerstand und Z die Antriebs- bzw. Gangimpedanz dar, wie sie aus der elektronischen Schaltung zu ersehen ist.

Um die Antriebsimpedanz Z so klein wie nur irrend möglich zu halten, muß der Kraftfaktor des zweiten Antriebsschwingers wesentlich kleiner sein als der des ersten mechanischen Schwingers 1, der als Zeitbasis arbeitet. Um diener Forderung zu genügen, sollen die an dem zweiten Schwinger befestigten piezoelektrischen Elemente 5a und 5b jeweils eine erheblich breitere Arbeitsfläche besitzen als die, die jedem der an dem ersten mechanischen Schwinger 1 befestigten Elemente 2, 2' und ~*> zugewiesen ist. Die piezoelektrischen Elemente 5a und 5b müssen weiterhin an solchen Stellen verklebt sein, an denen die Schwingungsbeanspruchungen oder elastischen Verformungen vorwiegend auftreten können.

Beispielsweise kann der zweite oder mechanische, in Form einer Stimmgabel ausgebildete Antriebs- bzw. Steuerschwinger 4- mit einer Arbeitsfrequenz von 4oo Hz folgende Abmessungen auf v/eisen:

Länge des Schwingarmes 1 = 19 mm

Breite des Armes b = 2 mm

Dicke des Armes h = 0," mm

Wenn der Schwinger mit einer Wechselspannung von pV angetrieben bzw. gesteuert wird, dann beträgt die Amplitude der Schwingung, die am vorderenEnde jedes Schwingarms gemessen ist, vorzugsweise 15oyU; dies reicht für

einen ausreichenden Klinkenvorschub mittels der Voran
schubklinke 6 aus,/der der sogenannte "Pallet"-Stein Gb

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xb	= 8	mm
bt	_ Λ	mm
	= ο. οί	? mm

feat; angebracht ist. In diesem Fall muß jedes der piezoelektrischen Elemente 5a und 5b folgende Abmessungen aufweisen:

Länge des Elements Breite des Elements Dicke des Elements

Die Elemente 5a und 5b sollten an den entsprechenden Schwirigarmen an Stellen angebracht sein, die vorzugsweise in der Nähe des (nicht schwingenden) Armendes liegen. Bei dieser speziellen Ausführungsform beträgt darm die Resonanzschärfe Q vorzugsweise 6oo und der Kraftfaktor vortexLhafberweise 5°Io (As/m), wobei "As" die Abkürzung für "Ampereüekunden" Ls b.

Aiuj den vorerwähnten Gründen, weist der Hesonanzoazil-Uibor im Vergleich mit der Stimmgabel ¹V und den piezoelektrischen Elementen 5 und G eine erhebI.ich verminderte Resonanzsbärkö auf, beuspielsweisö loo bei einer ijohwingfruquenz von 4oo Hz. Hieraus ist zu ersehen,daß die iJbabilib&b der Eigenfrequenz des Resonators dann (inbsprechernl erniedrifrb v/orderi kann. Mit der Herab-.,et'/AItIf^1-den Q-Wertes v/ird dann in diesem B'aLi die Fre-•juf-nzbandbreito enbspre-chend verbreiberb. Da der Resoruibor mib οi.nein äußeren Oignal synchiOnisierb viird, wird Ή ti Bbabillbäb bzw. Konstanz der Öchwin&ungijamplitude j. iMii ;ch davon nichb boelnflußb.

Die Zoifcgunauigkeib der £>i;immgobeL ^l\- häxif.t. vollkommen von dom elekbrischen Zeitbas ins ip:nal ab, das von dem ornton möchanLuchen Schwinger abgeleitet isb. Die Geriauigkeib isb dann von der Qbabilibät der Eigenschwingfrequenz der Stimmgabel unabhängig.

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Der Umsetzungswirkungsgrad des piezoelektrisch betätigten Antriebsumsetzers liegt; weit über dem der heutzutage verwendeten elektromagnetisch betätigten Umsetzer; der Wirkungsgrad beträgt annähernd 1oo %, Die praktische Verwendung der piezoelektrischen Umsetzer in elektronischen Zeitgebern war bisher weitgehend nicht möglich. Der Grund hierfür liegt darin, daß zum direkten Antrieb bzw. zur direkten Steuerung des Klinkenrades oder eines magnetischen Gangrades über eine Vorschubklinke, die an dem Resonator befestigt ist, um das Laufgetriebe für die Zoit-Konstanthaltung und -anzeige anzutreiben, weniger große bzw. geräumige piezoelektrische Elemente zu verwenden sind; zusätzlich müssen die Elemente auf den Resonator an ganz speziell ausgewählten Zonen aufgekLebt werden, wo die .tatsächlichen Schv/ingbeanspruchungen und elastischen Verfo.rmungen eh-er in Erscheinung treten.

Die Auswahl der Form sov/Lo der Anordnung und Einstellung der piezoelektrischen ELomente hat zu einer erheblich niedrigeren Stabilität dor Schwingfrequenz dea mechanischen Schwingers geführt, und zwar soweit, daß die elektronischen Zeitgeber nicht mit diesen leisf.unrsfähigen Resonatoren ausgerüstet v/erden kommen.

Aufgrund der gesonderten Anordnung des ersten, dta iiei.tba'siö darstellenden mechanischen Schwingers und des zweiten, die Bew^^um*: umsetzenden mechanischen Schwingers, die elektrisch, wie oben ausgeführt ist, miteinander verbunden fjüid, uad aufgrund der Anordnung und Einstellung der speziellen piezoelektrischen Elemente, die an den entsprechenden mechanischen Schwingern angebracht sind, kann bei niedrigen Herstellungskosten ein elektronischer Zeitgeber hoher Genauigkeit, insbesondere eine Uhr mit einem größeren Wirkungsgrad, einem niedrigen

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Leistungsverbrauch und einem viel geringeren Platzbedarf geschaffen werden.

Die wichtigsten Teile eines Weites einer weiteren Ausführungsform sind in den Fig. 9 und 1o dargestellt.In dieser Ausführungsform ist mit dem Bezugszeichen 41 ein erster, die Zeitbasis darstellender, mechanischer Schwinger und mit dem Bezugszeichen 42 ein zweiter, die Bewegung umsetzender, mechanischer Schwinger bezeichnet; beide Schwinger sind als dreiarmige Schwinger ausgelegt. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Schwinger 41 und 42 parallel zueinander in einem gemeinsamen, stationären Befestigungsteil 1oo angeordnet, das wie üblich an dem Zeitgeber-Bewegungsmechanismus fest eingebaut ist. In dieser Ausführungsform sind mit den Bezugszeichen 2, 2', 3, 5a, 5t>, 6, 6b, 8, 9, 1o und 11 dieselben oder ähnliche Teile wie vorher bezeichnet; sie erfüllen auch die entsprechenden gleichen Funktionen, abgesehen von gelegentlichen baulichen Unterschieden«, Die Betriebsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie die der ersten Ausführungsform_β

Bei einer weiteren, in Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform ist der erste, die Zeitbasis darstellende, mechanische Schwinger mit dem Bezugszeichen 5"¹ bezeichnet, und ist in Form einer Stimmgabel mit einem Paar paralleler Schwingarme 51a und 51t> sowie eines kurzen Befestigungsansatzes 51e ausgebildet. Die Stimmgabel 51 ist unverrückbar durch den Befestigungsansatz 51e und ein Paar Befestigungsschrauben 1o1 und 1o2 an dem Zeitgeber-Antriebsmechanismus befestigte An den Sehwingarmen 51a und 51b sind entsprechende Ausgleichs-Schwinghebel 51c und 51d angebracht, um gelegentlich eingeführte Lage- bzw. Stellungsfehler zu kompensieren; die Schwing-

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hebel verlaufen parallel zu den entsprechenden Trägerarmen 51a und 51b« In Fig. 12 ist der Schwingarm 51d nur teilweise dargestellt, damit die inneren Teile des Schwingers 51 klar zu erkennen sind.

Der zweite, die Bewegung umsetzende, mechanische Schwinger, der in seiner Gesamtheit mit 52 bezeichnet ist, ist in dieser Ausführungsform als ein Ausleger- bzw. freitragender Schwinger ausgebildet. Die Schwinghebel 51c und ^d schwingen in entgegengesetzten Phasen zueinander und in einer gedachten Ebene, parallel zu der in Fig. 11 dargestellten Zeichenebene.

Der zweite Schwinger 5² weist eine längliche, stabförmige schwingende Masse 52a auf, die fest an dem Zwischenteil 52c eines U-förmigen Federteils 52b mit zwei Armen 52d und 52e angebracht ist; die entsprechenden nicht freien Enden der Arme 52d und 52e sind fest an den Stellen 1o3 und 1o4· mit einer langgestreckten Tragleiste 1o5 verbunden. Diese Leiste 1o5 ist an ihrem Fuß- oder untersten Ende an dem Zeitgeber-Antriebsmechanismus befestigt, wenn auch diese Befestigung zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Piezoelektrische Elemente 53 und 55' sind an den entsprechenden Außenflächen der Schwingarme 5^a und 51b befestigt. In ähnlicher Weise sind piezoelektrische Elemente 55 und 55' an den entsprechenden Flächen der Schwingarme 52d und 52e des U-förmigen Federteils 52b des zweiten Schwingers fest angebracht; die diese piezoelektrischen Elemente tragenden Flächen liegen in einer gemeinsamen gedachten Ebene« Wenn das Teil 52b piezoelektrisch erregt ist, schwingen die Arme 52d und 52e in Phase zueinander. In den Fig. 11 und 12 sind mit den Bezugszeichen 6, 6a, 6b, 7, 8, 9,1o

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und 11 die entsprechenden ähnlichen Teile wie vorher bezeichnet, mit denen die entsprechenden ähnlichen Funktionen wie bisher durchführbar sind, abgesehen von gelegenb lich auftretenden geringeren baulichen Abweichungen. Die Masse schwingt in einer Ebene parallel zu der vorerwähnten, in der die Schwinghebel 51c und 5'ld schwingen, wenn nie aufgrund der Mitwirkung der Elemente ^c)6 und 55' piezoelektrisch gesteuert bzw. angetrieben sind.

Wie im Fall der ersten AusfUhrungs form hängt die ZeitgenauLgkeit dieser Ausführungsfοrm Im wesentlichen ausschließLich von den Betriebseigenschaf ten des 'ersten, die Züitbanis bildenden mechanischen Hch win ge rs ^LY\ ab. Kr viLrd nicht nachteilig von möglichen Schwankungen im BeIa.;Umgszustand des herkömmlichen Zei.tnehmer-(}etrieben beelnfLußt, das in Ii¹Lf:, H mit dem Beings ze Lehen 8 \m ¹J,e Lohnet ist.

In al.1. diesen Aus führung:) formen braucht dor i>i.gnaLum-.; iU,(jr 11 keinen Frequtiu/jtoiler aufzuwel;suu, In diesem Kali, wird dann die iiLgnal. frequenz, die von dem AmpLLtu-(kmkoriHbanbhalter Io üU{',öi'ührb wird, an dun OLgriaLum-ijobxor 11 übertragejiij ohne daß eine Froqiitirnt-oJluni-¹: vtjr-f ί iiommen wird. .Dor iJii-Mi-iLumnotisor Il kann in diesem Fall ejine wellenformendo und verstärkondo Pufferstufe Ovl«;r titwao fibriLLchos «ein>

Jn .Ιυη Fig. ']■:> bis IV i;;t die endgültige Ausführungsform ( iiuv'n) -!.or I'Ji'f Lndunp. Lm t3in:'-eLnen b

In Fig. Λ6 Int mit dem Bo '/Λίρα ze Lehen 61 eine herliöiiim.1 L-cne unbore Platte eines elektronitichon Zeitgeber AntriebsinGchanismus bezeichnet; diese !'Latte 61 weint eine Ausnehmung C>1a zur Aufnahme einer Batteries? auf, die der bisher

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mit dem Bezugszeichen 9 bezeichneten Batterie ähnlich ist. Mittels eines Druckbandes, das in dieser Lage mittels eines Schraubensabzes 63a und 6i5b gehaLten ist, wird ein federnder Druck auf die Oberfläche der Batterie 62 ausgeübt, wenn sie an der dargestellten Stelle eingesetzt ist. Mit dem Bezugszeichen 64 ist ein elektronischer Schaltung^block bezeichnet, der die elektronische Schaltung einschließlichcfer beschriebenen und dargestellten AmplitudenkonstanthaLter 1o und Signalumsetzer 11 aufweist; zur Vereinfachung der Zeichnung sind diese nicht mehr im einzelnen dargestellt. Zuleitungen 65 und 66 sind vom Inneren des Schaltungsblocks 64 zu einem Block 77 für das dreiar- . mige Abstimmelement oder den ersten mechanischer Schwinger 1 geführt, der im einzelnen später genauer beschrieben wird. Weitere Leitungen 71 und 72 sind ebenfalls vom Inneren des Blocks 64 herausgeführt, um diesen elektrisch mit einem Tragteil 68 für eine Antriebsstimmgabel oder den zweiten mechanischen Schwinger 4 zu verbinden. Dan Tragteil 68 und ein isolierendes Trägerelement 67 sind fest mittels Schrauben 8o und 81 miteinander verbunden, um einen einheitlichen, die Stimmgabel tragenden Biock tr.u. bilden, der fest auf der Scheibe 61 mitteln weiterer Schrauben 73 und 74· angebracht ist. Die Gestal tmw uid der Aufbau des iBoLieronden Trägerelemonts 67 nind im einzelnen in den Fig;. 14 bis 16 dargestellt.

Das isolierende Trage I eine η fc 67 we.L.51 eirm teil 91 auf, dor mit zwei Schraubenlöchern ^c)2 und 9? zur Befestigung der Stimm^ab^L 4 versehen ist. Das isolierende Tragteil 67 weist eine weitere Bohrung 94 auf, um elektrische Leitungen /S und 76 in die richtige Lage zu bri.ii gen und um das Ende 7oa einer Leitung 71 von dem SchaL-tungsblock 64 zu befestiren. Eine (lewindebohrunp 95 diont zur Befestigung des Leitungsendes der Leitung 72 und durch

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Einsetzen einer Metallschraube 7ob zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem gedruckten Leiter 98, der auf dem isolierenden Trägerelement 67 aufgebracht ist, und dem Leitungsende der Leitung 72. Der gedruckte Leiter 98 ist so ausgebildet und angeordnet, um bei dem in Fig.13 dargestellten Zusammenbau der einzelnen Elemente eine elektrische Verbindung zwischen dem Halterungsteil 68b des Tragteils 68 für die Stimmgabel 4· und den Leitungsabfluß 7ob herzustellen. Die mit Gewinde versehenen Bohrungen 95 und 97 dienen zur Aufnahme der Schrauben 74- bzw* 73«

Das isolierende Tragteil 67 ist fest auf der Scheibe 61 mittels der Schrauben 73 und 74· befestigt, wie in einer vergrößerten Schnittansicht in Fig, 17 dargestellt ist.

Bei diesem Aufbau ist die Stimmgabel 4- fest mit dem isolierenden Trägerelement 67 verbunden und die Leitungen 75 und 76, die von den piezoelektrischen Elementen 5a und 5b herausgeführt sind, sind mit einem Anschluß 70a verlötet oder auf irgendeine andere herkömmliche Wese fest verbunden. Diese Leitungen dürften während des Einbaus des zweiten mechanischenSchwingers 4· auf der Platte 61, der als Bewegungsumsetzer dient, kein Hindernis darstellen«

Um dem zweiten₉ die Bewegung umsetzenden Schwinger 4-eine große Ausgangsspannung entnehmen zu können, ist bei der praktischen Ausführung der Erfindung dieVarwendung eines Steuer™ bzw_e Antriebss^ems mit doppelter Spannung sehr empfehlenswert«, In diesem Fall müßten dann die Batterie 9 und die Schwinggabel 4· elektrisch voneinander isoliert sein» DurchEinführang des den

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Schwinger tragenden Mechanismus, wie er in Verbindung mit der Ausführungsform bis jetzt beschrieben und dargestellt ist,kamdie vorerwähnte Forderung einer elektrischen Isolierung zwischen der Scheibe 61 und der Stimmgabel 4 ohne weiteres durchgeführt werden.

Der erste, die Zeitbasis darstellende, mechanische Schwinger 1 ist wie im Fall der ersten Ausführungsform als dreiarmiges Abstimmelement ausgebildet und kann durch Stanzen aus einem Metallblechvorrat hergestellt werden. Das eine Ende des Schwingers 1 ist durch ein Halterungsteil 77a an dem vorderen freien Ende des federnden Teils 77b des Halterungselements 77 befestigt; der Hauptteil dieses Elements ist milder Scheibe 61 mittels Schrauben 114- und 115 fest verbunden. Mithilfe dieses federnden Teils 77b zur Halterung des die Zeitbasis darstellenden Schwingers 1 ist ein wirksamer stoß- bzw. erschütterungsfester Aufbau der den ersten Schwinger enthaltenden Zeitbasis-einheit auf sehr einfache Weise geschaffen. Der Betrieb des piezoelektrischenElements 2, 2¹ und 3 ist dem ähnlich, der in Verbindung mit der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben worden ist.

Bei dieser Ausführungsform ist der dreiarmige Schwinger 1 in den freien Raum eingesetzt, der etwa, von den Stimmgabelarmen 4a und 4b begrenzt ist.

DieFeststellschraube 114 dient als Verbindungsteil und als Anschluß einer Leitung 116 des piezoelektrischen Elements 2 (3) und der Leitung 66 von dem Schaltungsblock 64. In ähnlicher Weise dient die Feststellschraube 115 als Verbindungsteil und als Anschluß für weitere Leitungen 66 und 117» die durch die Schraube unmittelbar

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miteinander verbunden werden. Mit dem Bezugszeichen 12o ist das schematisch dargestellte Zeitnehmer-Getriebe bezeichnet. Das Klinkenrad 7 stellt einen Teil dieses Getriebes dar, das in Eingriff mit dem Zahnrad steht; die Vorschubklinke G, die schwenkbar an dem Schwingarm 4a der Stimmgabel 4· befestigt ist, und eine Sperrklinke 1o5, die schwenkbar an der Scheibe 61 gehaltert ist, stehen mit dem Zahnrad in Eingriff, um es intermittierend bzw. periodisch anzutreiben. Bei einer gleichmäßigen Schwingung der Antriebs-Stimmgabel wird das Zahnrad 7 angetrieben bzw. gesteuert, um eine intermittierende bzw. periodische Drehbewegung auszuführen.

Bei dem elektronischen Zeitgeber gemäß der Erfindung sind die Ilauptantriebsbestandteile aufgrund ihrer einfadnen Form bzw. ihres einfachen Aufbaus leicht herzustellen; auch können sie in einigen Einheiten oder Blocks zusammengefaßt werden, wodurch der Zusammenbau bzw. das Zusammensetzen des Zeitgebers vereinfacht wird, wie in Verbindung mit der endgültigen Ausführung form beschrieben worden ist.

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Claims (6)

1. Patentansprüche;

   Elektronischer Zeitgeber, gekennzeichnet durch einen ersten, die Zeitbasis darstellenden, mechanischen Schwinger (1) mit an ihm angebrachten piezoelektrischen Elementen (2, 2', 3), durch eine elektronische Amplituden-Konstanthalterschaltung (1o) zur Erhaltung der Schwingbewegung des Schwingers (1), durch einen Signalumsetzer (11) zur Aufnahme des Signalausgangs der Amplituden-Konstanthalterschaltung (1o) und zur Umsetzung des empfangenen elektrischen Signals, durch einen zweiten, piezoelektrisch gesteuerten, die Bewegung umsetzenden Schwinger (4-), der vom Ausgang des Umsetzers (11) gesteuert ist, und durch eine mechanische, die Bewegung umsetzende Einrichtung (6, 7, 8) zur Umsetzung der Schwingbewegung des Umsetzers (11) in eine entsprechende Drehbewegung.
2. 2. Elektronischer Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden mechanischen Schwingern (1, 4-) angebrachten piezoelektrischen Elemente (2, 2^!, 3» 5a» 5h) so gewählt sind, daß der Kraftfaktor des die Zeitbasis bildenden Oszillators (1) kleiner ist als der des die Bewegung umsetzenden Schwingers (4-).
3. 3. Elektronischer Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein L-förmiger Phasenschieber (3o) zwischen einem Elektrodenanschluß (P) eines piezoelektrischen Fühlelements (2, 2¹) des die Zeitbasis bildenden Oszillators (1) und einem Eingangsanschluß (29) eines in der elektronischen Amplituden-Konstanthaltereinrichtung (1o) enthaltenen Verstärkers (31) vorgesehen ist, und daß ein Widerstand (21) mit dem Serienarm des Phasenschie-

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   bers (3o) und ein veränderlicher Kondensator (25) mit dem Parallelarm des Phasenscliiebers (3o) verbunden ist,
4. 4-, Elektronischer Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine (1) der mechanischen Schwinger zumindest teilweise in dem Raum untergebracht ist, der von der Außenlinie des anderen Schwingers (4) begrenzt ist.
5. 5. Elektronischer Zeitgeber nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß der die Bewegung umsetzende Schwinger (4·) auf einer herkömmlichen Platte (61) des Zeitgebers über ein isolierendes Teil (67) gehaltert ist.
6. 6. Elektronischer Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zeitbasis bildende Oszillator (1) an der Platte (61) über ein Befestigungsteil (68) mit einem federnden Teil befestigt ist.

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