DE522034C - Mechanischer Schwingkoerper, insbesondere fuer den Zweck der Synchronisierung von Antrieben aller Art, fuer Steuersender und andere Zwecke, bei welchem jedes zu dem oscillierenden System gehoerige Element durch seine elastischen Eigen-schaften zu den Schwingungen beitraegt - Google Patents

Description

• Mechanischer Schwingkörper, insbesondere für den Zweck der Synchronisierung von Antrieben aller Art, für Steuersender und andere Zwecke, bei welchem jedes zu dem oscillierenden System gehörige Element durch seine elastischen Eigenschaften zu den Schwingungen beiträgt . Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konstanthaltung der Frequenz von mechanichen Schwingkörpern, wie Stimmgabeln, von denen eine sehr hohe Genauigkeit der Tonhöhe auch bei wechselnder Temperatur verlangt wird. Sie ist insbesondere bestimmt für Stimmgabeln, die für den Zweck der genauen Synchronisierung von Antrieben aller Art dienen, so etwa für Fernbildübertragung, ferner für Steuersender, die die Frequenz eines Schwingungsgebildes (z. B. Röhrensender) konstant halten sollen. Es ist an sich bekannt, für dergleichen Zwecke Stimmgabelschwingungen als Taktgeber in verschiedenen Schaltungen zu verwenden. Um dabei eine möglichst große Konstanz der Schwingungszahl zu erzielen, war man bisher bestrebt, solche Stimmgabeln aus einem Material von möglichst geringem Ausdehnungskoeffizienten herzustellen. Man ging dabei von der Überlegung aus, daß der thermische Ausdehnungslcoeffizient durch die Dicken- und Längenänderung und die damit verbundene Massenverlagerung der schwingenden Teile die Frequenz mit der Temperatur ändert und deshalb möglichst gering gehalten werden müsse.
• Der Temperaturkoeffizit'nt der Frequenz beträgt bei einer Stimmgabel aus gewöhnlichcin Stahl etwa i bis 2 # io-4. Da eine gute Synchronisierung bei Fernbildübertragung unter Benutzung von örtlichen, voneinander unabhängigen Taktgeberoscillatoren eine Abweichung höchstenfalls in der Größe i : ioo ooo verträgt, so würde bei dem vorstehend angegebenen Temperaturkoeffizienten der Frequenz eine Konstanthaltung der Temperatur der Stimmgabeln auf '/1o° erforderlich sein. Dies ist in der Praxis sehr schwierig und nur mit umständlichen Mitteln durchführbar. Die Erfindung gestattet die Konstanthaltung der Schwingungszahl in weit höherem Grade bei größeren Temperaturänderungen und mit entsprechend einfacheren Mitteln.
• Bisher hat man also in der Absicht, den Temperatureinfluß auf die schwingende Stimmgabel auszuschalten, Stoffe von sehr geringem Ausdehnungskoeffizienten, z. B. bekannte Materialien, wie Invar oder Indilatans, benutzt. Während die Wahl eines derartigen Materials bei Pendeln, in deren Schwingungsclauer nur die Länge allein eingeht, zum Erfolge führt, versagt sie bei solchen mechanischen Oscillatoren, deren Frequenz von Masse und Elastizität bestimmt wird. So zeigt sich bei aus solchem Material hergestellten Stimmgabeln, daß der Temperaturkoeffizient der Frequenz sogar numerisch größer wird als bei gewöhnlichen Stallsorten. Er kann dann bis zu etwa 3 # io-4 betragen. Der Grund hierfür liegt darin, daß zwar die -Massenverlagerung mit der Temperatur verschwindend wird, daß aber der vorhandene Temperaturkoeffizient der Elastizität seinen sehr wesentlichen Einfuß behält. Dieser sogenannte thermoelastische Koeffizient ist bei den betrachteten Stoffen, also auch bei Invar, negativ. Allgemein gesprochen, bedeutet bei positivem Ausdehnungskoeffizienten ein Positiver thermoelastischer Xoeffiziept, daß die Einwirkung der Erhöhung der Elastizität des Materials und diejenige der -Massenverlagerung auf die Frequenz sich addieren. Die resultierende Frequenzzunahme ist das Ergebnis beider Einflüsse zusammen. Ein Oscillatormaterial mit verschwindendem Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Invar, kann nun, wie beschrieben, auf Grund seines thermoelastischen Koeffizienten einen stär-I;eren Frequenzgang finit der Temperatur haben als ein solches mit merklicher thermischer Längenausdehnung, wie gewöhnlicher Stahl.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis dieser Verhältnisse und besteht grundsätzlich darin, daß für die Herstellung der benutzten Stimmgabeln oder sonstigen mechanischen Oscülatoren Materialien benutzt werden, die aus einer solchen Legierung oder Zusammensetzung von Stoffen verschiedener thermischer Eigenschaften bestehen, däß der Einfluß der Temperatur auf die Frequenz auf ein Miniinum bzw: auf lull gebracht wird; und zwar in der Weise, daß die durch die thermische Ausdehnung entstehende Änderung der Massenverteilung in ihrer M%irkung auf die Frequenz durch die gleichzeitige Änderung der elastischen Eigenschaften mit der Temperatur kompensiert oder aufgehoben wird. Man muß also den Ausdehnungskoeffizienten und den thermoelastischen Koeffizienten in passender Größe und mit passendem Vorzeichen wählen.
• Diese Kompensation kann auf mehrfache Weise vollkommen oder doch genügend vollständig gemacht werden, und zwar so weit, daß man leicht auf einen resultierenden Temperaturkoeffizienten der Frequenz von io-" bis i o` kommt. Ein Weg dazu besteht darin, daß man die Stimmgabeln oder sonstigen Oscillatören aus einheitlichem Material herstellt, bei welchem Ausdehnungskoeffizient und thermoelastischer Koeffizient beide im richtigen Verhältnis der Größen und Vorzeichen stehen. Als Beispiel einer hierfür geeigneten Stahlsorte wird Chroiii-1?ickelstahl-Legierung finit etwa 30 ',ö Nickel und io bis 12 O 'o Chrom genannt, unter der Voraussetzung, daß die Massenverteilung analog derjenigen einer gewöhnlichen Stimmgabel (Zinkenform) ist. Für andere Formgebungen des Oscillators lassen sich andere Legierungsverhältnisse finden: Ein anderer Weg für die Ausführung der Erfindung besteht darin, daß man den Oscillator nicht aus einer einheitlichen Legierung herstellt, sondern aus verschiedenen Metallen zusammensetzt. plan erreicht dann durch die 1Iehrzalil von Metallen mit verschiedener thermischer Dicken- und Längenänderung bz-%v. verschiedenen thermoelastischen Koeffizienten, daß die Kompensation praktisch vollständig wird. Dabei wird eine weitere Verbesserung noch dadurch erzielt, daß man nicht nur verschiedene 'Materialien rein additiv zusammensetzt, sondern die lIaterial- und Massenverteilung in besonderer Weise wählt. Denn der Einfluß jeder einzelnen Masse mit bestimmter thermischer Ausdehnung und Elastizitätsänderung ist verschieden je nach ihrer örtlichen Anordnung innerhalb des schwingenden Gebildes.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Mechanischer Schwingkörper, insbesondere für den Zweck der Synchronisierung von Antrieben aller Art, für Steuersender und andere Zwecke, bei welchem jedes zu dem oscillierenden System gehörige Element durch seine elastischen Eigenschaften zu den Schwingungen beiträgt, dadurch gelzennzeichnet, daß das Material des Schwingkörpers aus einer solchen Legierung oder Zusammensetzung und Massenverteilung von Stoffen verschiedener thermischer Eigenschaften besteht, daß bei Temperaturschwankungen Kompensation des durch Änderungen der Massenverteilung einerseits und Änderungen der elastischen Eigenschaften des Materials bzw: der Materialkombination andererseits bedingten Einflusses auf die Frequenz erfolgt. '
2. 2. Mechanischer Schwingkörper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Chrom-.Nickelstahl-Legierung besteht, welche etwa 30 9ö Nickel und io bis 12 "ö Chrom enthält.
3. 3. Mechanischer Schwingkörper nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er nicht aus einer einheitlichen Legierung hergestellt, sondern aus verschiedenen 'Metallen zusammengesetzt ist.