DE2219548A1 - Verfahren zum Synchronisieren eines mechanischen Resonators mit einer Steuerfrequenz f, unter Vermittlung eines elektromagnetischen Unterhaltungsmotores, der unter der Kontrolle einer modulierten, eine Frequenz nf aufweisenden Spannungsquelle steht und Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Synchronisieren eines mechanischen Resonators mit einer Steuerfrequenz f, unter Vermittlung eines elektromagnetischen Unterhaltungsmotores, der unter der Kontrolle einer modulierten, eine Frequenz nf aufweisenden Spannungsquelle steht und Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens

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Description

Bernard Golay S.A. Lausanne (Schweiz)
Verfahren zum Synchronisieren eines mechanischen Resonators mit einer Steuerfrequenz f, unter Vermittlung eines elektromagnetischen Unterhaltungsmotores, der unter der Zontrolle einer modulierten, eine -Frequenz, nf aufweisenden Spannungsquelle steht, und Vorrichtung zur
Ausübung dieses Verfahrens
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zum Synchronisieren eines mechanischen Resonators mit einer Steuerfrequenz f, unter Vermittlung eines elektromagnetischen Unterhaltungcmotores, der unter der Kontrolle einer modulierten, eine Frequenz nf aufweisenden Spannungsquelle steht, wobei η eine ganze Zahl ist und beragter Resonator zu diesem Zweck seine Schwingungen erhaltende Energieimpulse jeweils dann erhält, wenn er seine Ruhelage erreicht.
Gegenstand der Erfindung ist unter anderem jedoch nicht ausschliesslich für die Zeit messende Apparate bestimmt.
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Sie bezieht sich endlich auch auf eine zur Ausübung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung.
Das Verfahren besteht darin,, dass man Mittel vorsieht, die den Resonator jeweils elastisch zurückstοssen, wenn seine Schwingungsamplitude seiner Ruhelage gegenüber ein gewisses Mass überschreitet, und dass man die modulierte Spannungsquelle nf jeweils so auf den elektromagnetischen Unterhaltungsmotor einwirken lässt, dass man unter dem Einfluss der Phasenverschiebung zwischen der Unterhaltungsfrequenz und der Frequenz fi /\f der Resonatorschwingungen eine Aenderung der Energie der Unterhaltungsimpulse auslöst, die die Schwingungen des Resonators derart stabilisert, dass sie sich der Frequenz f nähern und diese beibehalten.
Die Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens benützt ein Resonator von der Art einer schwingenden Unruh mit einem permanenten Magnet und einer Unterhaltungswindung, die jeweils dann erregt wird, wenn der Magnet durch den Nullpunkt geht, und ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die die Unruh elastisch zurückstοssen, \sobal ein bestimmter Schwingungswinkel überschritten wird, derart, dass ihre Schwingungsfrequenz von f-Δί auf f+A f ansteigt, und durch eine modulierte, eine Frequenz nf aufweisende Spannungsquelle die Halbleiterschalter so steuert, dass er wechselweise und für jede halbe Periode der Frequenz nf geöffnet und geschlossen wird, wobei dieser Schalter mit der Steuerschaltung der eine Spannung V aufweisenden Unterhaltungwindung so verbunden ist, dass die ihr zugeleitete
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Spannung wechselweise und während jeder halben Unterhaltungsperiode V und V-^\Y ist, was zur Folge hat, dass die dem Resonator zugeführte Energie in Abhängigkeit seiner Phasenverschiebung verändert wird.
Für die modulierte Spannungsquelle wird man vorzugsweise rechteckige Wellen wählen, sie können aber auch andere Eigenschäften aufweisen.
Die anliegende Zeichnung zeigt mehrere beispielsweise Ausführungsformen, sowohl des mechanischen als des elektrischen Teiles der Vorrichtung.
Die Fig. 1 ist ein lotrechter Axialschnitt durch das erste mechanische Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 2 entspricht einer Draufsicht davon.
Die Fig. 3 ist ein Schema des elektrischen Teiles gemäss einer ersten Ausführungsform.
Die Fig. 4- ist eine Kurve im Zusammenhang mit den Schwingungen des mechanischen Resonators.
Die Fig. 5 zeigt, wie die Impulse des Schemas der Fig. 3 z.B. dem mechanischen Teil der Figuren 1 und 2 übertragen werden.
Die Fig. 6 und 7 entsprechen den Schemas einer* zweiten, bzw. dritten Ausführungsform des elektrischen Teiles.
Die Fig. 8 bis 13 veranschaulichen sehr schematisch drei weitere Ausführungsformen des mechanischen Teiles.
Gemäss dem, was die Figuren 1 und 2 darstellen, handelt es sich darum, die Schwingungsfrequenz eines mechanischen Resonators 1, hier in Gestalt eines, eine um eine Achse 2 schwingenden Wagebalkens bildende Unruh, mit elektrischen Steuerimpulsen zu
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synchronisieren, die die Antriebsspule 5 mit der Frequenz f erhält.
Zu diesem Zweck trägt der Eesonator 1 ein Magnet 4 und ist mit der Spiralfeder 3 verbunden, ähnlich wie dies bei den Unruhen in den Uhrwerken der Fall ist.
Der Magnet 4 liegt so, dass er in der Ruhelage des Resonators zwischen den Armaturen 6 des Kernes 7 der ein Elektromagnet bildenden Spule zu liegen kommt.
Dieser Resonator ist ausserdem mit einem Stift 8 versehen, der bei jeder Schwingung um 180° diesseits oder jenseits der Ruhelage des Resonators gegen eine Feder 9 stösst, die ein Klötzchen 91 trägt, welches unter der Brücke 10 liegt, die das eine Lager 11 der Achse 2 trägt, während das andere Lager 1? in der Werkplatte 13 liegt.
Versucht der Resonator im Laufe des Schwingens eine Amplitude von 180° dies- oder jenseits seiner Ruhelage zu überschreiten, so stösst der Stift 8 gegen die Feder 9 und wird zurückgestossen, was die Schwingungsfrequenz derart beeinflusst, dass sie zwischen f+z\f und f-^f zu liegen kommt.
Die Frequenzbeschleunigung f+A f erscheint in der Frequenz-Amplitude-Kurve der Fig. 4, deren Ordinate η </>- der Amplitude entsprechen, und die Abszissen F der Frequenz, die beim Begegnen der Feder plötzlich zunimmt.
Es entsteht eine mehr oder weniger grosse Phasenverschiebung beim Vorbeiwandern des Magneten 4- vor den Armaturen 6.
Wie ersichtlich, trägt der Kern 7 eine zweite Spule 14, die wir als "Fangspule" bezeichnen werden, weil sie bei jedem
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Durchgang des Magneten, einen induzierten Strom fängt, und deren Dauer, Phasenverschiebung und Eigenschaften von der Schwingungsfrequenz des Oszillators abhängen.
Somit wäre der mechanische Teil im grossen und ganzen "beschrieben, nun soll der entsprechende elektrische Teil anhand der Fig. 3 beschrieben werden.
In diesem Schema liegen die Spulen 3 und 14 in B3 und B 14.
Der Steuerstromkreis des Unterhaltungsmotores erhält halbe Perioden aus einem nicht dargestellten Oszillator, der rechteckige Wellen 15 mit einer Frequenz f ausgibt, dies über einen Halbleiter, gebildet durch den Transistor T3, der mit einer Spannungsquelle +V verbunden ist, und auf dessen Basis die Spannung einwirkt. Der Steuerstromkreis B14, C, R und T14 ist eine an sich bekannte Anordnung zum Unterhalten der Unruhschwingungen in Uhrwerken,
Im vorliegenden Fall handelt es sich darum, eine Frequenz Fi Λf zu korrigieren, um sie mit einer Grund- oder Steuerfrequenz f in Synchronismus zu bringen. Aus diesem Grunde v/erden die durch den Kollektor des Transistors T3 ausgegebenen Impulse dem Kollektor eines zweiten Transistors T14 zugeführt, dessen Emitter mit der Windung B3 verbunden ist, bzw. dessen Basis mit der Spule B14 verbunden ist, die ihr die induzierten Impulse abgibt. Sein Kollektor ist noch Über eine Diode D mit der Spannung +V verbunden.
Tom Steuersignal ausgehend, welches von den Steuerimpulsen 15 herkommt, ist es klar, dass der Transistor T3....wechselweise durch Jede sich folgende halbe Periode leitend, oder im Gegenteil,
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nichtleitend ist. Während der halben Periode, wo er leitend ist, überbrückt er die Diode D, das heisst, schliesst sie kurz.
Wenn andererseits die in der "Fangspule" B14- induzierte Spannung den Transistor T14- leitend macht, so erhält die Spule B3 die volle Spannung V, wenn der Transistor T3 gleichzeitig leitend ist, oder im Gegenteil, eine Spannung V-Vd, wenn der Transistor T3 blockiert ist. Vd bedeutet den Spannungsverlust in der Diode.
Somit hängt die abgegebene Erhaltungsenergiemenge, die die Spule B3 von der Steuerenergie 15 her dem Resonator 1 zuleitet, vor allem von der Phasenverschiebung zwischen den Impulsen in der Spule B14 und dem Steuersignal 15? der mit der Frequenz f auf den Transistor T3 wirkt, ab.
Die Fig. 5 erklärt diesen Vorgang.
. Im oberen Teil dieser Figur sind die rechteckigen Impulse mit der Frequenz f dargestellt, und im unteren Teil das Profil der der Spule B3 tatsächlich abgegebenen Impulse.
Von diesen letzteren Kurven entspricht die Kurve 16 dem normalen synchronen Gang.
Die in der "Fangspule" induzierten Impulse ergeben sich in diesem Falle genau dann, wenn die gleichfalls mit 15 bezeichnete Steuerkurve den Transistor T3 leitend macht. Wie bereits gesagt, entsprach die Steuerspannung unmittelbar vorher dem Wert V-Vd und entspricht unmittelbar nachher dem Wert V. Diese Energiemenge ist diejenige, die der Unterhaltung mit der Frequenz f eines idealen Resonators entsprechen würde.
Wird aber diese Frequenz infolge Anschlag dos Stiftes
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gegen die Feder 9 beschleunigt, so eilt das der Spule B14- abgegebene Signal gegenüber dem Augenblick, wo die Eigenschaft des Transistors T3 umgekehrt wird, vor. Die abgegebene Antriebsenergie wird, da die Diode kurzgeschlossen ist, lediglich die Spannung V-Vd aufweisen (Kurve 17)v <3.as heisst, kleiner sein als im vorliegenden lall, was es dem Resonator·gestattet, seine Geschwindigkeit zu verzögern, bzw. seine Frequenz zu vermindern. Fällt im Gegenteil diese Frequenz unter den Wert f, so wird das Signal aus der Spule B14- mit Verspätung abgegeben, das heisst, im Augenblick, wo die volle Spannung V" der Antriebsspule B3 (Kurve 18) zugeführt wird. Es findet eine Beschleunigung statt.
Dank dieser wechselweisen Wirkungen wird ein Gleichgewichtszustand einsetzen, das heisst, dass Resonator (schwingender Teil 1) und Antrieb (Impulse 15) synchron verlaufen werden.
Sowohl in elektrischer als in mechanischer Beziehung kann dasselbe Resultat mit anderen Schemas und anderen Vorrichtungen erreicht werden, wie dies nachfolgend gezeigt wird.
Die Fig. 6 bezieht sich auf die zweite Ausführungsform des elektrischen Teiles, der den Zener-Effekt benützt.
Die rechteckigen Steuerimpulse 15 werden wieder dem Transistor T3 zugeführt. In B3 und B13 liegen wieder die Antriebsund "Fangspule". Der Emitter des Transistors T3 ist unmittelbar mit der Spule B3 verbunden und sein Kollektor einer Zenerdiode Z. Diese Diode wird leitend gemacht oder nicht, je nachdem der Transistor T3 leitend oder nichtleitend ist, wie es im ersten Beispiel der Fall war. Diese Anordnung hat wieder zur Folge, dass die Spule B3 entweder die volle Spannung.V oder eine verminderte Spannung
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Y-Vz erhält, wobei Vz den. Spaiinungsverlust in der Uiode Z bedeutet.
Das Auslösen der Antriebsimpulse findet hier wie im ersten Beispiel durch Einwirkung der Spule 3314· statt, die auf den Transistor T14 wirkt, und das weitere entspricht dem, wau im vorigen Beispiel bereits beschrieben wurde.
Die Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform des Schemas und benützt einen Einschichttransistor I1J, wobei die Unterhaltungsimpulse 15' sägezähneartiges Profil aufweisen.
Die weiteren Bezugszeichen sind dieselben, wie in den anderen Beispielen, wobei Vrpz den Spannungsabfall im Transistor TJ bedeutet.
Wie in den anderen Beispielen, erhält die Spule B3 die volle Spannung V oder eine Spannung V-V^, je nach der vorzunehmenden Korrektur. Die Unterhaltungsimpulse 15' könnten selbstverständlich ein anderes Profil aufweisen.
Ausser diesen Beispielen verschiedener elektrischer Schaltungen sollen nun drei weitere BeispMe des mechanischen Teiles beschrieben werden.
Anstelle dass die Feder an der Werkplatte befestigt wird, könnte man sie am Resonator befestigen und gegen einen ortsfesten Stift anschlagen lassen, wie dies die Fig. 8 und 9 zeigen.
Hier trägt der schwingende Resonator 19 die Feder 20, die, wie in Fig. 9 gegen den ortsfesten Stift 21 anschlagen kann.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 10 und 11 werden zwei Magnete 22 und 23 vorgesehen, wovon ersterer 'mit dem ihn tragenden Resonator 24 umläuft, und der andere ortsfest angeordnet ist. Diese Magnete liegen so, dass sie sich bei gegebenem Schwingungawinkel begegenen und sich gegenseitig abstossen (Fig. 11). Dieses
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• y -
-j·
Abstossen zeigt dieselben Eigenschaften wie die elastische Federung.
Bei der letzten Ausführungsform gemäss den Fig.· 12 und 15, wird die hier mit 25 bezeichnete Spiralfeder (z.B. der Fig. 1 und 2) durch zwei, ihre äussere Windung enschliessende Stifte 26 und 27 am Schwingen derart verhindert, dass sie in einem gewissen Augenblick durch diese Stifte zurückgestossen wird (Fig. 13)·
Es könnten selbstverständlich noch andere mechanische Mittel benützt werden.
Auch könnten alle elektromagnetischen Vorrichtungen in Frage kommen, die es gestatten, die Schwingungen eines mechanischen Resonators zu unterhalten, sowie die dazugehörigen Steuerschaltungen benützt werden, einfache Kontaktvorrichtungen inbegriffen.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche:
    1 )yVerfahren zum Synchronisieren eines mechanischen Resonators mit einer Steuerfrequenz f unter Vermittlung eines elektromagnetischen Unterhaitungsmotores, der unter der Kontrolle einer modulierten, eine Frequenz nf aufweisenden Spannungsquelle steht, dadurch gekennzeichnet, dass man Mittel (8, 9) vorsieht, die den Resonator (1) jeweils elastisch zurückstossen, wenn seine Schwingungsamplitude seiner Ruhelage- gegenüber ein gewisses Mass überschreitet, und dass man die modulierte SpannungsquelIe nf (15) jeweils so auf den elektromagnetischen Unterheltungsmotor (3) einwirken lässt, dass man unter den Einfluss-der Ihasenverschiebung zwischen der Unterhaltungsfrequenz und der !frequenz f±Af der Resonatorschwingungen eine Aenderung der Energie der Unterhaltungsimpulse auslöst, die die Schwingungen dec Resonators (1) derart stabilisiert, dass sie sich der Frequenz f nähern und diese beibehalten.
  2. 2) Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen Resonator von der Art einer Unruh mit einem permanenten Magnet (4) und einer Unterhaltungswindung (5) besitzt, die jeweils dann erregt wird, wenn der Magnet durch den Nullpunkt geht, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (8, 9) vorgesehen sind, die die Unruh (1) elastisch zurückstossen, sobal ein bestimmter Schwingungswinkel überschritten wird, derart, dass ihre Schwingungsfrequenz von f-Δ, f auf f+A.f ansteigt, und durch eine modulierte, eine Frequenz nf aufweisende Spannungsquelle C'5), die ein Halbleiterschalter (T3) so steuert, dess or wechselweise und
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    für jede halbe Periode der Frequenz nf geöffnet und geschlossen wird, wobei dieser Schalter mit der Steuerschaltung der eine Spannung V aufweisenden Unterhaltungswindung (3) so verbunden ist, dass die ihr zugeleitete Spannung wechselweise und währendjeder halben Unterhaltungsperiode V und V-AV ist, was zur Folge hat, dass die dem Resonator (1) zugeführte Energie in Abhängigkeit seiner Phasenverschiebung verändert wird.
  3. 3) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (ö>3) parallel mit einer Diode (D) zwischen dem einen Pol der Unterhaltungsspannung (V) und dem Steuerstromkreis des Antriebes (3) eingeschaltet ist.
  4. 4·) Vorrichtung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (T3) ueber de Spannung begrenzende Mittel (T14-) mit dem Steuerstromkreis (3) verbunden ist. - -
  5. 5) Vorrichtung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (T3) in Serie mit einer Zener Diode (Z) liegt.
  6. 6) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter ein Einschichttransistor (T14)ist.
  7. 7) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gkennzeichnet, dans das das schwingende Element des fie'sonators (1) bildende Teil einen Anschlag C8) trägt, der in einem gewissen Augenblick seines Schwingens gegen eine Feder (9) stösst.
  8. 8) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dg:;s das das schwingende Element des Eesonators (1) bildende Teil
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    eine Feder (20) trägt, die in einem gewissen Augenblick ihres Schwingens gegen einen Anschlag (21) stö'sst.
  9. 9") Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das das schwingende Element des Resonators (i) "bildende Teil einen Magneten (22) trägt, der sich in einem gewissen Augenblick seines Schwingens dnem zweiten Magneten (23) nähert, das es zurückstösst.
  10. 10) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das das schwingende Element des Resonators (1) bildende Teil mit einer Spiralfeder (25) verbunden ist, deren Schwingung durch Anschläge (26, 27) begrenzt ist.
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DE2219548A 1971-05-04 1972-04-21 Verfahren zum Synchronisieren der Frequenz eines mechanischen Resonators und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Expired DE2219548C3 (de)

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