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Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Normalfrequenz Zur Erzeugung
einer elektrischen Normalfrequenz für Meßziweclw,, Regel- oder Uhrenanlagen od.
dgl. wird mitunter ein schwirr, gun@gsfähiger, durch ein Gewicht gespannter Draht
verwendet, der in, seiner Mitte einen abwechselnd in zwei Induktionsspulen eintauchenden
Danermagneten trägt und dadurch einen Verstärker steuert. Die Erfindung betrifft
eine solche Einrichtung und hat das Ziel, die hierbei möglicherweise. auftretenden
Temperatureinflüsse zu beseitigen. Dies geschieht erfindungsgerniäß dadurch, daß
der Draht :in, seiner ganzen Länge aus einem Werkstoff besteht, der eine Temperaturaus.dehnungskoeffizien:ten
mit entgegengesetztem Vorzeichen zu seinem Temperaturkoeffizienten der Elastizität
aufweist, und daß Länge, Durchmesser und Belastung dies schwingenden Drahtes so
gewählt sind, daß sich die Wirkungen dieser beiden Temperaturkoeffiziientem; auf
die Schwingungsfrequenz aufheben.
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In Fig. i und q. ist je ein AusfühTungsbeispdel der Erfindung schematisch
dargeistellt;
Fig.2 und 3 zeigen Diagramme, die die Eigenschaften
des für den schwingenden Draht verwendeten Werkstoffes erkennen lassen.
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In Fig. i ist der schwingende Draht mit io bezeichnet.. Er trägt in
der Mitte seiner freien Länge den permanenten Magneten i i, der bei Transversalschwingungen
abwechselnd in die Spulen 12 und 13 eintaucht. Die mit diesen beiden Spulen
in Verbindung stehende Röhrenschaltung ist nicht besonders: dargestellt. Das obere
Endp des Drahtes ist bei 14 fest eingespannt, und der Draht wird d=urch ein angehängtes
Gewicht 15 gespannt gehalten. Zwischen dem Gewicht und dem Draht selbst befindet
sich noch ein federnder Bügel 16. Der Draht io besteht in seiner ganzen Länge aus
einem Werkstoff, der einen niedrigen Tempe-ratura:usdehnungskoeffizienten und ebenso
einen niedrigen Tempera,turJzoeffizienten der Elastizität besitzt. Ein Werkstoff.
der diesen Anforderungen entspricht, ergibt sieh bei einer Nickel-Stahl-Legierung,
bei der d,er t ickelgehalt von etwa. 360/0 (solche Legierungen werden gelegentlich
als Invar oder Nilvar bezeichnet) bis q.30/0 beträgt. Die .7#nderung des Temperaturkoeffizienten
der Elastizität in Abhängigkeit von dem prozentuakn Nickelgehalt ergibt sich aus
Fig. -2. Die Änderung des Tempera:turausdehnungskoeffizienten in Abhängigkeit vom
prozentualen Nickelgehalt ist in Fig. 3 dargestellt. Die Sch-,vingungsgeschwindigkeit
eines gestrecl.zten Drahtes, wie er in Fig. i dargestellt ist. hängt einerseits
von dem Spanngewicht und andererseits von der Elastizität in transversaler Richtung
ab. Temperaturänderungen können sowohl die Länge des Drahtes als auch seine Elastizität
verändern. Wenn der Draht länger wird. so wird die Schwingungsgeschwindigkeit bz-w.
die Schwingungsfrequenz niedriger. Wenn unter der Einwirkung von Temperatureinflüssen
die Elastizität größer wird, so wird demgemäß auch die Schwingungsfrequenz höher.
Aus den Kurven gemäß Fig. 2 und 3 geht hervor, daß manche Legierungen die Eigentümlichkeit
haben, daß die Ausdehnung mit steigender Temperatur größer wird und daß ebenso die
Elastizität ansteigt. Daher ist es möglich, einen #,N@erkstoff auszuwählen und als
Schwingungsdraht gemäß Fig. i zu verwenden, bei dem der Einfluß der Temperatur auf
die Elastizität durch den Einfluß der Temperatur auf die Längsdehnung genau aufgehoben
wird. Um dieses anzustrebende Ergebnis zu erhalten, ist der Draht so zu bemessen.
daß eine Änderung der Elastizität in einer Richtung die Schwingungsfrequenz zwar
ändert, daß diese Änderung aber durch die Längsdehnung wieder aufgehoben. wird.
Dies schließt eine besondere Bemessung von Länge, Durchmesser und Belastung des
Drahtes in sich, und es ist möglich, experimentell eine bestimmte Legierung anzugeben.
die bei einer gegebenen Schwingungsfrequenz sowie bei gegebenem Durchmesser und
gegebener Belastung über längere Zeit hinweg die Frequenz absolut genau halten kann.
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Eine andere Möglichkeit der Temperaturkompensation ist in Fig. q.
schematisch dargestellt. Die Einrichtung ist ganz ähnlich der nach Fig. i. Lediglich
die Aufhängung ist eine andere, und zwar ist der federnde Bügel 2o mittels einer
Spannschraube 23 am unteren Ende des Drahtes icg befestigt. Es ist aber hier nicht
notwendig, daß der Schwingungsdraht hinsichtlich seiner Abmessungen in der Weise
bemessen wird, wie dies bei Fig. i der Fall ist. Es genügt hier, wenn der Draht
i9 einen mäßig großen Temperaturkoeffizienten besitzt. Der Einfluß der Temperatur
auf die Schwingungsfrequenz wird durch eine zusätzlich vorgesehene Feder i7 berücksichtigt,
die mittels einer Stellschraube 21 gespannt werden kann und einen Teil des Spanngewichts
i8 trägt. Die Feder i; muß dabei aus einem U@erkstoff bestehen, der so beschaffen
ist. dali sein Temperaturkoeffizient der Elastizität den Einfluß des Temperaturausdehnungskaeffizi,
raten auf die Schwingungsfrequenz aufhebt. Dabei ist auch der federnde Bügel 2o,
der die Verbindung zwischen dem Schwingungsdraht und dem Gewicht 18 herstellt, zu
berücksichtigen. Bügel und Gewicht sind zweckmäßig so abgestimmt, daß deren natürliche
Frequenz gleich der doppelten natürlichen Frequenz des Schwingungsdrahtes ist, so
daß der Bügel als Wellenfilter wirkt. Zeigt der Draht das Bestreben, bei Temperaturanstieg
langsamer zu schwingen, dann muß die Feder 17 entlastet werden, so daß sie einen
geringeren Teil des Gewichts 18 trägt.
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Bezüglich des Verhältnisses zwischen Temperataränderungen und der
Schwingungsfrequenz gilt folgendes: Nimmt man an, da,ß die Einrichtung einen Zeitfehler
von einer Sekunde je Tag und je Grad Temperaturanstieg besitzt. so ist ein Zusatzgewicht
zur Kompensation erforderlich, dessen Größe sich aus dem täglichen Zeitfehler und
der Temperaturabweichung ergibt. Da der Tag 86400 Sekunden hat und die Schwingungsfrequenz
im wesentlichen proportional der Ouadratwurzel aus dem Spanngewicht ist, muß bei
einem Zeitfehler von einer Sekunde je Tag etwa 1/a3 ooo des Gewichts als Zusatzgewicht
vorgesehen werden. Wird die Feder i; so gewählt daß ihre Spannkraft sich etwa um
denselben Betrag bei der gleichen Temperaturänderttng ändert, so ergibt sich, daß
die Feder mit ansteigender Temperatur entspannt
werden mu.ß, und
daß infolgedessen die zum Antrieb erforderliche Leistung geringer wird. Auch die
Möglichkeit des Auftretens: von Fehlern wird geringer.
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Mittels der Stellschranba 21 kann die Federspannung in der gewünschten
Weise verändert werden. Die Schwingungsfrequenz kann durch Zusatzgewichte 22 genau
konstant gehalten würden, um auch auf diese Weise Änderungen in der Spannkraft der
Feder auszugleichen. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß durch
einte weitere Feder ein zusätzlicher Druck auf das Gewicht 18 ausgeübt wird. Diese
Zusatzfeder muß in diesiem Fall aus, einem Werkstoff bestehen, dessen Wärmeausdehnung
bzw. Elastizitätsänderung in umgekehrter Richtung verkaufen. An Stelle einer Zusiatzfeder
kann man auch eine magnetische Zugkraft zusätzlich auf das Gewicht 18 einwirken
lassen.
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Man lzann schließlich zur Verringerung des Temiperatureinflus,ses
einen Werkstoff, wie etwa Wolfram, für den Schwingungsdraht verwenden. Dieser Werkstoff
besitzt einen niedrigen Temperaturausdehnungskoeffiznenten und gestattet die Anwendung
außerordentlich kleiner Durchmesser bei verhältnismäßig großen Dabei wird der Einfluß
der Elastizität in transvers:aler Richtung praktisch vernaehlässigbax, so daß der
Temperatu;rkoeffizient der Elastizität nicht. störend wirkt. In, diesem, letzteren
Fall' ist es möglich, eine Einrichtung zur Erzeugung einer NoT-m:alfrequenz zu,
bauen, welche einen Zeitfehler von weniger als eiirrer Sekunde je Tag und je Grad
Temperaturändierung ergibt. In gleicher Weise kann, man für den. Schwingungsdraht
auch gezogene Quarzfäden verwenden, deren Temperaturausdehnlungskoeffizient noch
etwas geringer ist als der von Wolfram..