DE2155799A1 - Frequenzteilermechanismus zur Verwendung als Vibrationsmotor in Uhren - Google Patents

Description

DlPL-ING. GRAMKOW DR. MÜLLER-BORE 2155799

DlPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. Fl N STE RWALD

PATENTANWÄLTE
7 STUTTGART 50 CBAD CANNSTATT) MARKTSTRASSE 3 9 · H · 1971

Gr/Rö 2/5

Anmelderin;

TEST, Societe anonyme d'etudes techniques, 9, chemin des Vignettes, Conches, Chane-Bougeries (Kanton Genf) Schweiz

"Frequenzteilermechanismus zur Verwendung als Vibrationsmotor in Uhren"

Elektronische Quarzuhren, in denen die Schwingungen eines QuarzkristalIes als Zeitbasis dienen, sind bekannt. Die Kristallschwingungen von 8192 Hz werden mit einem integrierten Zählkreis in elektrische Impulse mit einer Frequenz von 256 Hz umgewandelt, die zur Steuerung eines Vibrationsmotors dienen, der seinerseits ein Räderwerk über ein Klinkengetriebe als Zwischenglied antreibt. Die Verringerung der Frequenz von 8192 Hz auf 256 Hz, die einem Untersetzungsfaktor von 32 entspricht, erhält man durch einen Zählkreis mit 5 binären Stufen.

Der Vibrationsmotor dieser Uhren besteht aus einer elastisch gelagerten Metallklinge, die eine Eigenfrequenz von 256 Hz besitzt. Sie wird mit elektromagnetischen Mitteln in Bewe-

Dipl.-Ina- GRÄMKOW

7 Stuttgart 50 (ßad Cannstatt). Marktstraße 3 Telefon (0711) 567261

209822/OGU

Dr. MANITZ, Dr. DEUFEL₁ Dipl.-Ing. FINSTERWALD

8 München 22, Robert-Koch-Straße 1
Telefon (0811) 225110/227508, Telex 5-22050 mbpat

Dr. MDLLER-BORE

33 Braunschwelg, Am Bürgerpark 8

Telefon (0531) 284 87

gung gesetzt und trägt eine Klinke, die ein Zahnrad jeweils einen Zahn pro Schwingung weiterdreht.

In anderen bekannten elektronischen Uhren, die im Tonfrequenzbereich arbeiten, wird die Zeitbasis durch eine Stimmgabel oder einen anderen Biegeschwinger mit niedriger Eigenfrequenz dargestellt, der direkt ohne Frequenzuntersetzungsstufe für den Antrieb einer Klinke benutzt wird. In ™ einer bekannten Stimmgabeluhr liegt die Frequenz der Stimmgabel bei 300 Hz. Das entspricht praktisch dem maximal zulässigen Wert für den direkten Antrieb einer Klinke.

In Quarzuhren wird die Verringerung der Frequenz mit Hilfe von integrierten Schaltungen und der Umwandlung der elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen erreicht, wobei die Verwendung eines Motors, der einen Magneten enthält und in Wechselwirkung mit einem magnetischen Kreis t steht, notwendig ist. Man hat aber eine doppelte Umwandlung der Schwingungsphänomene, wodurch sich wegen der benötigten Vielzahl der Bauteile Nachteile ergeben.

In den Uhren, die im Tonfrequenzgebiet arbeiten, nutzt man den Vorteil eines direkteren Antriebs, muß aber als !lachteil in Kauf nehmen, daß die maximale Frequenz der Schwingungsquelle durch die Möglichkelten des Klinkengetriebes, das bereits maximal ausgenutzt ist, begrenzt wird.

209822/06U

Diese Erfindung soll einen Prequenzteilermechanismus liefern, der, ausgehend von einem mit hoher Frequenz schwingenden Motor, den Antrieb eines Uhrenmechanismus in vorteilhafter Weise erlaubt. Dieser Prequenzteilermechanismus gestattet die Verwendung einer mit hoher Frequenz schwingenden Energiequelle in einem Motormechanismus, der die Einfachheit einer niederfrequenten Vorrichtung besitzt.

Der erfindungsgemäße Mechanismus, wenigstens eine Frequenzuntersetzungsstufe enthaltend, besteht aus zwei mechanischen Elementen, eines antreibend und eines angetrieben, schwingend mit abgestimmten und verschiedenen Frequenzen, wobei diese Schwingelemente im Verlauf ihrer Schwingungen durch sich wiederholende Stöße in der Weise zusammenwirken, daß die Schwingungen des angetriebenen, mit niedriger Frequenz schwingenden Elementes, ausgehend von denen des antreibenden, mit viel höherer Frequenz schwingenden Elementes, erzeugt werden,und ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Schwingelemente einer Untersetzungsstufe, das antreibende und das angetriebene, in ihrer neutralen Lage gegenseitig näherungsweise berühren, und daß die bewegliche Masse des schwingenden Antriebselementes groß ist im Verhältnis zu der des angetriebenen Schwingelementes, wobei die Schwingungen in der Weise ausgeführt werden, daß eine Folge von vollen Schwingungen des Antriebselementes einer Folge von Halbschwingungen des angetriebenen Schwingelementes entspricht.

209822/0614

Die beigefügten Zeichnungen zeigen an einigen Beispielen mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mechanismus.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mechanismus;

Fig. 2, J) und 4 erläutern in schematischer Weise die
Funktion dieser ersten Ausführungsform;

Fig. 5 und 6 zeigen schematische Ansichten einer zweiten und dritten Ausführungsform.

Der Motor einer Uhr, wie er in Fig. 1 wiedergegeben ist, enthält eine Stimmgabel als schwingendes Antriebselement und eine elektromagnetische Anregung ~*>. Ein Klinkengetriebe besteht aus einer beweglichen Klinke 5, die mit einem Zahnrad 6 zusammenarbeitet. Die bewegliche Klinke 5 wird getragen von einem angetriebenen Schwingelement 7, das aus einem
Kopf 8 besteht, der am freien Ende einer Blattfeder 9 befestigt ist.

Der Arm 11 der Stimmgabel zu einem Teil und das schwingende Element 7 zum anderen Teil bilden das antreibende bzw. das angetriebene Schwingelement einer Frequenzuntersetzungsstufe, die zwischen Motorelement 1 und der Klinke 5 besteht.

Das angetriebene Element 7 hat eine mit dem antreibenden Organ 11 genau abgestimmte, aber niedrigere Frequenz. Diese beiden Elemente arbeiten durch wiederholte Stöße in der

209822/OeU

Weise zusammen, daß das in Schwingung gesetzte Antriebselement 11 eine synchronisierte, wesentlich langsamere Schwingung auf das angetriebene Element überträgt und unterhält. In neutraler Stellung oder in Ruhelage berührt der Kopf 8 des angetriebenen Elementes leicht den Arm 11 des antreibenden Elementes, das zum Beispiel mit der Frequenz 1000 Hz schwingt. Die Eigenfrequenz des angetriebenen Elementes 7 liegt bei 25 Hz, und die Masse des Kopfes 8 ist klein im Verhältnis zu der des Armes 11.

Die dem Arm 11 und dem Kopf 8 entsprechenden Schwingbewegungen sind in Fig. 2 dargestellt. Die Auslenkung χ ist ausgehend von der neutralen Stellung oder der Ruhelage, die durch die Linie C bezeichnet ist, als Ordinate, die Zeit t als Abszisse aufgetragen.

Die durchgezogene Kurve A gibt die Bewegung des mit hoher Frequenz schwingenden, das Antriebselement darstellenden Armes 11 wieder, die beiderseits einer Ruhelage als eine Folge voller Schwingungen entsteht. Die gestrichelt gezeichnete Kurve B stellt die Bewegung des das angetriebene Element bildenden Kopfes 8 dar, die auf nur einer Seite in bezug auf die Ruhelage als eine Folge von Halbschwingungen entsteht. Im Diagramm der Fig. 2 beträgt das Verhältni der abgestimmten Frequenzen der beiden Elemente im Hinblic,-auf eine klare Darstellung nur 4 zu 1, obwohl wie im vorhergehenden gezeigt, es in Wirklichkeit zum Beispiel 4θ zu 1 ist,

209822/06U

Der Zusammenstoß der beiden Elemente, antreibend 11 und angetrieben 8, ereignet sich normalerweise auf der Linie der neutralen Lage C, im Punkt D. In diesem Punkt D ist die Punktion stabil, wie nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 3 und 4, die in größerem Maßstab und in schematisierter Weise zwei Teile des Diagrammes der Pig. 2 wiedergeben, erläutert wird.

In der Tat, wenn das eine Verspätung habende, angetriebene Element 8 sich auf der Trajektorie Bl, entsprechend einer Verspätung R (Fig. J5), bewegt, trifft es auf das antreibende, sich auf der Trajektorie A bewegende Element 11 im Stoßpunkt E und beginnt danach seine folgende Halbschwingung mit einer kleineren Verspätung, bezeichnet mit Rl.

Wenn im Gegensatz dazu das einen Vorsprung habende angetriebene Organ 8 sich auf der Trajektorie B 2, entsprechend einem Vorsprung M, bewegt, trifft es auf das antreibende Element in P und tritt mit einem verkleinerten Vorsprung, mit M 1 bezeichnet, wieder aus (Fig.3).

Man bemerkt, daß diese Verringerung von Abweichungen nur auf den ansteigenden Teilen der Trajektorie A, zu beiden Seiten des Punktes D, zu erhalten ist. Auf den abfallenden Teilen dieser Trajektorie, zu beiden Seiten des Punktes Dl, vergrößern sich dagegen die Abweichungen, wie es in der Pig.4 angezeigt 1st, im Fall einer Verspätung von R 2 nach R J> und

209822/06U

von M 2 nach M Ji im Fall eines Vorsprungs. Wenn sich der Stoß auf einer dieser abfallenden Teile ereignet., so wird er nach und nach weiter an das benachbarte ansteigende Teil weitergegeben, um schließlich am Ende des Korrekturvorganges am Punkt D notwendigerweise eine stabile Arbeitsweise zu erreichen.

Wo auch der Ort des Stoßes zu Beginn oder im Falle einer Störung sein möge, man kommt nach und nach doch immer am stabilen Punkt D an, gelegen auf einem ansteigenden Teil der Kurve A, wo der Mechanismus dann ausgezeichnet arbeitet.

Es wird unterstrichen, daß diese unentbehrliche Stabilität nur dann erreicht werden kann, wenn die Energie vom Element mit hoher Frequenz auf das Element mit niedriger Frequenz übergeht (wie auf einem ansteigenden Teil der Kurve A), was notwendigerweise beinhaltet, daß die den Frequenzmaßstab mit gehobener Frequenz darstellende Stimmgabel gleichfalls der Motor sein muß, wie in dem beschriebenen Mechanismus.

Die Frequenz der Auslenkung der Klinke 5 ist doppelt so hoch wie die Eigenfrequenz des angetriebenen Elementes 7· Daher wird mit dem dargestellten, Mechanismus in einer Frequenzuntersetzungsstufe ein Untersetzungsverhältnis von 2 χ 25 / 1000 = 1/20 gewährleistet.

209822/0614

In der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform ist das angetriebene Element 15 einem beweglichen Ausgangselement l6 beigeordnet, mit dem es einen auf Resonanz abgestimmten mechanischen Schwinger in der Weise bildet, daß dieses Ausgangselement eine volle Schwingung pro Halbschwingung des Kopfes 17 ausführt. Dieser Resonanzoszillator bildet ein Filter für die Ausgangsfrequenz von 50 Hz, die auf die Klinke 18 übertragen wird.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 beinhaltet der Frequenzteiler mehrere Untersetzungsstufen, die in Serie angeordnet sind. In der Tat stellt das Ausgangselement 20a, das dem angetriebenen Element 20 einer vorhergehenden Stufe zugeordnet ist, selbst das Antriebselement für die folgende Untersetzungsstufe dar, die aus einem angetriebenen Element 21 und einem Ausgangselement 21a, das die bewegliche Klinke trägt, besteht. Wenn beispielsweise der Vibrationsmotor eine Quarzstimmgabel ist, die mit etwa 10000 Hz schwingt, und jede der beiden Untersetzungsstufen einen Untersetzungsverhältnis von 1/20 hat, dann geschieht der Antrieb der Klinke mit lgOOO/ 20 χ 20 = 25 Hz.

Der erfindungsgemäße Mechanismus gestattet es, die hohe Frequenz eines Motors mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad auf mechanischem Wege zu verringern, um damit in synchroner Weise ein Uhrwerk anzutreiben oder zu steuern.

209822/061A

Claims (1)

1. _ 9 - V

   Ansprüche:

   \ll Frequenztellermechanismus zur Verwendung in Uhren als Vibrationsmotor, wenigstens eine Frequenzuntersetzungsstufe enthaltend, bestehend aus zwei mechanischen Elementen, eines antreibend und eines angetrieben, schwingend mit abgestimmten und verschiedenen Frequenzen, wobei diese Schwingelemente im Verlauf ihrer Schwingungen durch sich wiederholende Stöße in der Weise zusammenwirken, daß die Schwingungen des angetriebenen, mit niedriger Frequenz schwingenden Elementes, ausgehend von denen des antreibenden, mit viel höherer Frequenz schwingenden Elementes, erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Schwingelemente (11,7) einer Untersetzungsstufe, das antreibende (ll) und das angetriebene (7)* in ihrer neutralen Lage gegenseitig näherungsweise berühren, und daß die bewegliche Masse des schwingenden Antriebselementes (11) groß ist im Verhältnis zu der des angetriebenen Schwingelementes (7)* wobei die Schwingungen in der Weise ausgeführt werden, daß eine Folge von vollen Schwingungen (A) des Antriebselementes (IJ.) einer Folge von Halbschwingungen (B) des angetriebenen Schwingelementes (7) entspricht.

   2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Schwingelement (15) einer Untersetzungsstufe einem beweglichen Ausgangselement (l6) beigefügt ist, wobei beide einen auf Resonanz abgeglichenen Oszillator in der Weise bilden, daß das Ausgangselement (l6) eine volle

   209822/06U

   - ίο -

   Schwingung auf jede Halbschwingung des besagten angetriebenen Schwingelementes beschreibt.

   Mechanismus nach den Ansprüchen 1 und 2, wenigstens zwei Untersetzungsstufen in Serie enthaltend, dadurch gekennzeichnet, daß das dem angetriebenen Schwingelement (20) der ersten Stufe beigefügte bewegliche Ausgangselement (20a) das antreibende Schwingelement der zweiten Stufe bildet.

   4. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Schwingelement (7) eine bewegliche Klinke (5) antreibt, die Teil einer Sperrklinken-Antriebsvorrichtung (4) ist.

   209822/0614