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Verfahren und Anordnung zum Anzeigen der Abweichung der Frequenz eines
schwingungsfähigen mechanischen Systems von einer Sollfrequenz
Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Verfahren und Anordnungen zum Anzeigen der Abweichung der Frequenz
eines schwingungsfähigen mechanischen Systems von einer Sollfrequenz, insbesondere
zum Prüfen von Uhren und Uhrteilen.
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Bei Uhren, die mit einem Unruhregler versehen sind, besteht die sogenannte
Unruh aus einem drehbar gelagerten kleinen Schwungrad, das unter dem Einfluß einer
einseitig eingespannten Spiralfeder, der sogenannten Unruhfeder, periodisch Drehschwingungen
ausführt. Die Unruh stellt somit ein schwingungsfähiges mechanisches System dar,
dessen Eigenschwingung mit einer gewünschten Sollfrequenz, z. B. 5 sec, übereinstimmen
soll. Bei der Herstellung von Uhren muß daher die Eigenfrequenz der fertiggestellten
Unruh durch geeignete Mittel, insbesondere durch Verändern der wirksamen Länge der
Unruhfeder auf den Sollwert eingestellt werden. Eine weitere Prüfung der Schwingungsfrequenz
ist nach dem Fertigstellen der Uhr erforderlich.
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In beiden Fällen hat man bisher zu diesem Zweck die Frequenz des
zu untersuchenden schwingungsfähigen Systems mit einem mit der Sollfrequenz sich
bewegenden Normalsystem in der Weise verglichen, daß man die - Phasendifferenz bzw.
den Gangunterschied zwischen den beiden Systemen erkennbar macht. Wenn Abweichungen
von dem Synchronismus vorhanden sind, so ändert sich die Phasenabwicklung, und man
kann, um den Gang einer Uhr zu prüfen, z. B. ein Schreibgerät benutzen, das selbsttätig
die
Phasenabweichung aufzeichnet. Das Anzeige- bzw.
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Schreiborgan des Prüfgerätes zeichnet dann eine Linie auf einem ablaufenden
Schreibstreifen auf, deren Neigung gegenüber der Ablaufrichtung ein Maß für die
Abweichung des Ganges der zu untersuchenden Uhr von dem Sollwert ist. Die Aufzeichnung
liefert also nicht unmittelbar - die gewünschte Frequenzabweichung, sondern deren
ersten Differentialquotienten. Man ist somit gezwungen, den Schreibstreifen während
einer genügend langen Zeit ablaufen zu lassen, ehe man die Richtung und Größe der
Abweichung mit Sicherheit erkennen kann.
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Im Gegensatz dazu wird es durch die vorliegende Erfindung ermöglicht,
die gesuchte Frequenzabweichung nach Größe und Richtung an einem Meßgerät unmittelbar
abzulesen, wobei das Anzeige- oder Schreiborgan des Meßgerätes in der Nullstellung
steht, wenn Synchronismus herrscht und ein Ausschlag nach der einen oder anderen
Seite unmittelbar die Abweichung der Frequenz des zu untersuchenden schwingungsfähigen
Systems nach Größe und Richtung anzeigt.
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Gemäß der Erfindung besteht das neue.Verfahren zum Anzeigen der Abweichung
der Frequenz eines schwingungsfähigen mechanischen Systems von einer Sollfrequenz
darin, daß das zu untersuchende schwingungsfähige System mit der Sollfrequenz oder
ein auf die Sollfrequenz abgestimmtes schwingungsfähiges mechanisches Hilfssystem
mit der Schwingungsfrequenz des zu untersuchenden schwingungsfähigen Systems zu
erzwungenen Schwingungen anregt und die Phasenabweichung der erzwungenen Schwingungen
von den erregenden Schwingungen gemessen wird.
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Zum Anzeigen der Phasenabweichung können verschiedene an sich bekannte
Verfahren, z. B. ein stroboskopisches Verfahren, benutzt werden. Dieses kann z.
B., wenn es sich um die Anzeige der Abweichungen der Eigenfrequenz einer Unruh von
der Sollfrequenz handelt, so durchgeführt werden, daß zum Erregen der Schwingungen
ein Motor benutzt wird, der eine mit einer Marke versehene Scheibe entsprechend
der Sollfrequenz antreibt und die erzwungenen Schwingungen eine optische Anordnung
derart steuern, daß die umlaufende Scheibe jedesmal beim Durchgang der erzwungenen
Schwingungen durch die Nullage beleuchtet wird.
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Besonders vorteilhaft ist aber die Benutzung elektrischer phasenabhängiger
Meßgeräte, wobei die betreffenden mechanischen Schwingungen, soweit als erforderlich,
mit an sich bekannten Mitteln in elektrische Schwingungen umgewandelt werden.
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Wenn die Abweichung der Eigenfrequenz eines schwingungsfähigen Systems,
z. B. einer Unruh, von der Sollfrequenz angezeigt werden soll, so wird gemäß der
Erfindung das zu untersuchende System mittels einer mit der Sollfrequenz pulsierenden
Wechselspannung angeregt. Die erzwungenen Schwingungen des zu untersuchenden Systems
werden dann mit an sich bekannten Mitteln in elektrische Schwingungen umgewandelt,
wobei die Phasenverschiebung der erzwungenen Schwingungen gegenüber den Schwingungen
der erregenden Wechselspannung gemessen wird.
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Handelt es sich um die Prüfung des Ganges von Uhren, so können die
Abweichungen der Frequenz des schwingenden Systems der zu prüfenden Uhr von der
Sollfrequenz gemäß der Erfindung dadurch angezeigt werden, daß ein auf die Sollfrequenz
abgestimmtes mechanisches Hilfssystem mit einer dem Gang der Uhr entsprechenden
Frequenz angeregt wird. Sodann werden die erzwungenen Schwingungen des Hilfssystems
sowie die des zu untersuchenden Systems mit an sich bekannten Mitteln in elektrische
Schwingungen umgewandelt, wobei die gegenseitige Phasenverschiebung der beiden elektrischen
Schwingungen gemessen wird.
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Die Phasenverschiebung der elektrischen Schwingungen kann mit an
sich bekannten Mitteln, z. B. mit einem anzeigenden oder schreibenden Phasenmesser,
bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist aber die Verwendung einer gesteuerten
Synchronschalteranordnung. Man kann für diesen Zweck- einen entsprechend gesteuerten
Schwingkontaktgleichrichter oder auch eine an sich bekannte phasenabhängige Schaltung
von gesteuerten Sperrschichtgleichrichtern benutzen.
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Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, daß die Anzeige nicht
allein von der Phasenabweichung abhängig ist, sondern außerdem noch von der Schwingungsamplitude.
Da nun die Schwingungsamplitude bei Erregung durch eine Wechselstromquelle von der
Größe der Erregerspannung abhängig ist, so gehen auch Schwankungen der Erregerspannung
in die Messung ein.
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Um dies zu vermeiden, kann an die Synchronschalteranordnung die Meßwicklung
eines Quotientenmeßgerätes angeschlossen werden, dessen Richtwicklung über eine
Gleichrichteranordnung von der Wechselstromquelle gespeist wird. Eine unmittelbare
Anzeige der Phasenabweichung erhält man aber auch, wenn diese mittels einer an sich
bekannten komplexen Abgleichschaltung gemessen wird. Man gewinnt dadurch zugleich
den Vorteil, daß auch die zugehörige Schwingungsamplitude getrennt davon gemessen
werden kann. Man kann dann gegebenenfalls mit an sich bekannten Mitteln auch eine
selbsttätige Abgleichung und Anzeige von Ampllitude und Phasenabweichung erreichen.
Die Amplitude kann z. B. auch von Hand abgeglichen und dann die Phasenabweichung
in Winkelgraden oder, wenn es sich um die Prüfung einer Uhr handelt, die Gangabweichung
in Sekunden pro Tag mittels einer entsprechend geeichten Skala abgelesen werden.
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Wenn der Gang einer Uhr mittels eines auf die Sollfrequenz abgestimmten
mechanischen Hilfssystems untersucht werden soll, das mit elektrischen Schwingungen
erregt wird, die dem Gang der zu untersuchenden Uhr entsprechen, so kann man zum
Umwandeln der erzwungenen Schwingungen des Hilfssystems in elektrische, dieses mit
dem
beweglichen Glied eines -Wechselstromgenerators ausrüsten. Zu diesem Zweck trägt
die Welle des Hilfssystems vorzugsweise zwei sich in einem gemeinsamen oder in getrennten
konstanten Magnetfeldern bewegende Drehspulen, von denen die eine an eine von den
Schwingungen des zu untersuchenden Systems herrührende Wechselspannung und die andere
über den Kontakt eines von dieser Wechselspannung gesteuerten Synchronschalters
an ein Gleichstrommeßgerät angeschlossen werden. Man kann aber auch eine von den
Schwingungen des zu untersuchenden Systems herrührende Wechselspannung dem Hilfssystem
zuführen und die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in dem Stromkreis
dieser Wechselspannung messen. Zum Erzeugen einer von den erzwungenen Schwingungen
des zu untersuchenden Systems herrührenden Wechselspannung kann in an sich bekannter
Weise ein von den beim Schwingen des Systems auftretenden Geräuschen beeinflußtes
Mikrophon benutzt werden.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Fig. I zeigt eine Anordnung zum Prüfen und Nachstellen einer Unruh
mit stroboskopischer Anzeige; in den Fig. 2 bis 7 sind Anordnungen dargestellt,
bei denen die Abweichungen einer Unruh von der Sollfrequenz auf elektrischem Wege
angezeigt werden; die Fig. 8 und 9 zeigen Anordnungen zum Prüfen des Ganges einer
Uhr, wobei die Anzeige der Abweichungen ebenfalls auf elektrischem Wege erfolgt;
Fig. IO dient zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 9.
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In Fig. 1 ist mit I ein Synchronmotor bezeichnet, dessen Welle einerseits
eine Scheibe 2 und andererseits einen Exzenter 3 trägt. Dieser wird gabelartig von
einem um eine Achse 4 drehbaren Hebel 5 umfaßt, in dem zwei Rollen 6, 7 gelagert
sind, die in an sich bekannter Weise so gestaltet und angeordnet sind, daß das freie
Ende 8 der Feder g einer zu untersuchenden Unruh zwischen den Rollen festgehalten
wird. Die Rolle 6 ist über eine biegsame Welle IO mit einem Drehknopf II nachgiebig
gekuppelt. Das Schwungrad der zu untersuchenden Unruh ist mit I2 bezeichnet.
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In einem Bügel 13 ist nun ein schwingungsfähiges mechanisches Hilfssystem
gelagert, dessen Welle ähnlich wie die des zu untersuchenden Systems mit einer einseitig
eingespannten Spiralfeder 14 und einem Schwungrad 15 versehen ist.
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Um das zu untersuchende System mit dem Hilfssystem mechanisch kuppeln
zu können, trägt die Welle des Hilfssystems einen das obere Lager umfassenden Bügel
16, an dem eine in Richtung der Drehachse sich erstreckende Buchse I7 befestigt
ist, die zur Aufnahme und zum Festhalten der Welle der zu untersuchenden Unruh mit
einer nicht gezeichneten Reibhaltung versehen ist.
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Mit dem Schwungrad 15 des Hilfssystems ist eine leichte Scheibe 18
verbunden, die mit einer schlitzförmigen Öffnung 19 versehen ist. Dieser steht eine
mit einer entsprechenden schlitzförmigen Öffnung versehene feste Blende 20 gegenüber.
Die beiden Öffnungen liegen in dem Strahlengang einer optischen Anordnung mit einer
Lichtquelle 21, die mittels einer Linse 22 die Öffnung der Blende 20 ausleuchtet.
Im weiteren Verlauf des von der Lichtquelle 2I ausgehenden Strahlenbündels sind
spiegelnde Flächen 23 und 24 so angeordnet, daß die Lichtstrahlen die Scheibe 2
beleuchten, wenn die t)ffnung 19 sich mit der Öffnung in der Blende 20 deckt.
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Wenn der Synchronmotor I an eine mit der Sollfrequenz pulsierende
Wechselspannung angeschlossen ist, so schwingt der Hebel 5 mit einer entsprechenden
Frequenz und überträgt diese Schwingungen auf das zwischen den Rollen 6 und 7 festgehaltene
Ende 8 der Unruhfeder 9, so daß dadurch das Hilfssystem I4, 15 mit der Sollfrequenz
erregt und zu erzwungenen Schwingungen angeregt wird.
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Durch an sich bekannte Mittel ist nun das Hilfssystem I4, 15 auf
die Sollfrequenz abgestimmt.
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Um zu verhindern, daß die Eigenfrequenz des Hilfssystems sich mit
der Temperatur ändert, können an sich bekannte Einrichtungen zur Temperaturkompensation
vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann die ganze Anordnung in einen Thermostaten eingebaut
werden. Wenn nun die Eigenfrequenz der zu untersuchenden Unruh 9, I2 mit der Sollfrequenz
übereinstimmt, so werden die erzwungenen Schwingungen des aus dem zu untersuchenden
und dem damit gekuppelten Hilfssystem bestehenden Gesamtsystem in der Phase um genau
go0 gegenüber den erregenden Schwingungen des Hebels 5 verschoben sein.
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Um die Phasenabweichung auf stroboskopischem Wege anzuzeigen, ist
nun die Scheibe 2 mit einer Strichmarke 25 versehen, die z. B. bei der dargestellten
Lage des Exzenters 3, also in der Mittelstellung des Schwinghebels 5, sich senkrecht
zur Zeichenebene erstreckt. Ist nun die Scheibe 18 so eingestellt, daß die Öffnung
19 sich in der Mittelstellung des schwingenden Hilfssystems genau mit der Öffnung
in der Blende 20 deckt, so wird bei vollkommener Resonanz in diesem Augenblick die
Scheibe 2 um genau go0 gegenüber der gezeichneten Stellung sich befinden, wobei
die Strichmarke 25 also in der Zeichenebene liegt.
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Da die Scheibe 2 nur in diesem Augenblick beleuchtet ist, wird die
Strichmarke 2-5 in der angegebenen Lage stillzustehen scheinen. Weicht dagegen die
Eigenfrequenz der Unruh 9, I2 in dem einen oder anderen Sinne von der Sollfrequenz
ab, so scheint die Strichmarke 25 in einer Lage stillzustehen, die von der dem Sollwert
entsprechenden Lage abweicht, so daß man die Größe und Richtung der Phasenabweichung
und damit auch die Abweichung der Eigenfrequenz der Unruh von der Sollfrequenz an
der scheinbaren Lage der Strichmarke 25 gegenüber einer entsprechend geteilten
Skala
26 ablesen kann. Durch Drehen an dem Knopf 11 kann man dann in der üblichen Weise
durch Verkleinern oder Vergrößern der wirksamen Länge der Unruhfeder 9 die Eigenfrequenz
der Unruh mit der Sollfrequenz in Übereinstimmung bringen.
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In Fig. 2 ist ebenfalls angenommen, daß die Abweichungen der Eigenfrequenz
einer mit einer Feder g und einem Schwungrad 12 versehenen Unruh mit der Sollfrequenz
angezeigt werden sollen.
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Um die Unruh mit der Sollfrequenz zu erregen, ist eine Wechselstromquelle
27 entsprechender Frequenz vorgesehen. Die Erregung erfolgt aber nicht mittels eines
von einem Synchronmotor angetriebenen Exzenters, sondern auf elektromagnetischem
Wege. Zu diesem Zweck ist ein in der üblichen Weise zum Verändern der wirksamen
Länge der Unruhfeder g mit Rollen versehener Schwinghebel 28 an einer Blattfeder
29 befestigt und als Anker für zwei Dauermagnete 30, 3I ausgebildet, die auf entgegengesetzten
Seiten dem Anker 28 gegenüberstehen und mit in entgegengesetztem Sinne an die Wechselstromquelle
27 angeschlossenen Wicklungen 3,2, 33 versehen sind.
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Im übrigen kann die Rolle 6 in der gleichen Weise, wie in Fig. I dargestellt,
mittels einer nachgiebigen Kupplung mit einem Drehknopf zum kontinuierlichen Verändern
der wirksamen Federlänge verbunden sein.
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Die Welle 34 der Unruh ruht unten in einem Lager 35, das auf einer
am Umfang eingespannten Membranfeder 36 angeordnet ist. Für das obere Ende der Unruhwelle
34 ist ein an einer Blattfeder 37 befestigtes Lager 38 vorgesehen, damit man beim
Auswechseln der Unruh das obere Lager abheben kann. An der Membranfeder 36 ist nun
ein Eisenanker 37 befestigt, der einem mit einer Wicklung 38 versehenen Dauermagneten
39 gegenübersteht. An die Wicklung 38 ist über -einen Verstärker 40 und einen durch
eine an die Wechselstromquelle 27 angeschlossene Wicklung 41 fremderregten Schwingkontaktgleichrichter
42 ein elektrisches Drehspulmeßgerät 43 angeschlossen.
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Durch den in den Wicklungen 32 und 33 fließenden Strom wird der Ankerhebel
28 mit der Sollfrequenz in Schwingungen versetzt, die sich in der gleichen Weise
wie bei der Anordnung nach Fig. I auf die Unruh übertragen und diese zu erzwungenen
Schwingungen anregen. Dabei treten infolge der kegelförmigen Anordnung der Windungen
der Unruhfeder g auch axiale Komponenten der erzwungenen Schwingungen auf, die sich
infolge der federnden Lagerung in axialen Schwingungen der Welle 34 bemerkbar machen.
Durch die entsprechenden Bewegungen des Ankers 37 gegenüber dem Magneten 39 werden
in den Wicklungen 3-8 Wechselströme induziert, die in der Phasenlage den erzwungenen
Schwingungen des Unruhsystems entsprechen.
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Wenn durch den Verstärker 40 diese Phasenlage nicht geändert wird,
so beträgt also die Phasenabweichung zwischen den in dem Gleichrichterkontakt 32
und dem in der Erregerwicklung 41 fließenden Wechselstrom genau goO für den Fall
des Synchronismus. Dann werden aber in an sich bekannter Weise von dem als Synchronschalter
wirkenden Gleichrichterkontakt 42 stets gleich große, aber einander entgegengesetzt
gerichtete Teile der Wechselstromkurve wirksam gemacht, so daß der Zeiger 44 des
Anzeigegerätes 43 sich in der Nullstellung befindet. Ändert sich die Phasenlage
infolge einer Abweichung der Eigenfrequenz der Unruh von der Sollfrequenz, so kann
dies an einer entsprechend geteilten Skala des Drehspulmeßgerätes 43 nach Größe
und Richtung abgelesen werden.
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Die in Fig. 2 dargestellte verhältnismäßig einfache Art der Erregung
des Unruhsystems durch Erschütterungen des äußeren Endes der Unruhfeder hat jedoch
den Nachteil, daß die verhältnismäßig schwere Einspann- und Verstellvorrichtung
in Schwingungen versetzt werden muß. Außerdem entspricht die Erregung der Schwingungen
über das freie Ende der Spiralfeder auch nicht der Erregung bei dem Unruhregler
in einer Uhr, da dort die Kraft an der Welle der Unruh und nicht an der Feder angreift.
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Dieser Nachteil wird bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung vermieden.
Hier kann der zum Einstellen der wirksamen Federlänge dienende Drehknopf 11 auch
durch eine starre Welle 45 mit der das freie Ende 8 der Unruhfeder g fassenden Rolle
6 verbunden sein. Die das Schwungrad 12 tragende Unruhwelle ist ähnlich wie bei
der Anordnung nach Fig. I mittels einer an einem Bügel I6 befestigten axialen Buchse
I7 mit einem auf die Sollfrequenz abgestimmten Hilfssystem mechanisch gekuppelt.
Auf der den Bügel I6 tragenden Welle 45 sind nun zwei Drehspulen 46 und 47 befestigt,
die sich in je einem nach Art eines Drehspulmeßinstrumentes gebauten Magnetsystems
be--wegen. Die Magnetsysteme sind nur durch die mit N und S bezeichneten Pole und
die zwischen ihnen angeordneten Eisenkerne 48 bzw. 49 angedeutet.
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Das so gebildete Doppelspulsystem ist an Armen 50 und 5I gelagert.
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Die Drehspule 46 ist über zwei Spiralfedern 52, 53 an eine mit der
Sollfrequenz pulsierende Wechselstromquelle 27 angeschlossen. Die Drehspule 47 steht
über Spiralfedern 54, 55 und den Schwingkontakt eines Gleichrichters 56 mit der
Meßspule 57 eines als Kreuzspulmeßwerk dargestellten Quotientenmeßgerätes 58 in
Verbindung, dessen Richtspule 59 über eine Vollweg-Gleichrichteranordnung 60 von
der Wechselstromquelle 27 gespeist wird.
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Die Steuerwicklung 6I des Gleichrichters 56 ist ebenfalls an die Wechselstromquelle
27 angeschlossen.
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Durch den in der Drehspule 46 fließenden Wechselstrom wird die Welle
45 des Hilfssystems mit der Sollfrequenz erregt. Andererseits wird durch die Schwingungen
der Drehspule 47 in dem Magnetfeld 49 ein Wechselstrom erzeugt, dessen Phasenlage
der Phasenlage der erzwungenen Schwingungen des aus dem Hilfssystem und dem damit
gekuppelten Unruhsystem bestehenden
Gesamtsystem entspricht. Da
der von der Sollfrequenz gesteuerte Gleichrichter 56, ebenso wie bei der Anordnung
nach Fig. 2, als Synchronschalter wirkt und Teile der Kurve des in der Drehspule
47 erzeugten Wechselstromes herausschneidet, die sich bei einer Phasenverschiebung
von go0 gegenseitig aufheben, so steht der nicht gezeichnete Zeiger des Quotientenmeßgerätes
58 in der Nullage, wenn Synchronismus herrscht, und man kann an einer entsprechend
geeichten Skala ebenso wie bei dem Meßgerät 43 in Fig. 2 die Abweichung der Eigenfrequenz
des zu untersuchenden Systems von der Sollfrequenz nach Größe und Richtung ablesen.
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Da die Stärke der in den beiden Drehspulen 57 und 59 fließenden Ströme
von der Spannung der Wechselstromquelle 27 in der gleichen Weise ababhängig sind,
wird die Anzeige durch die Verwendung eines Quotientenmeßwerkes in an sich bekannter
Weise von Spannungsschwankungen der Stromquelle 27 unabhängig.
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Die beiden Drehspulen 46 und 47 können auch in einem gemeinsamen
Magnetfeld schwingen, wobei sie z. B. in der bei Doppelspulmeßwerken üblichen Weise
ineinander oder nebeneinander angeordnet sein können. Um aber in diesem Falle eine
zu starke gegenseitige induktive Beeinflussung zu vermeiden, kann man die beiden
Drehspulen nach Art eines Kreuzspulmeßwerkes unter einem genügend großen Winkel
gegeneinander versetzt anordnen.
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In Fig. 4 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt, wobei der Einfachheit
halber nur das Hilfssystem gezeichnet ist, das wie bei der Anordnung nach Fig. 3
mit einer an einem Bügel I6 befestigten, zur Aufnahme der Welle einer zu untersuchenden
Unruh dienenden Buchse versehen ist.
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Durch an sich bekannte Mittel ist das Hilfssystem auf die Sollfrequenz
abgestimmt.
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Das Hilfssystem enthält nun bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung
nur eine Drehspule 62, die nach Art eines Drehspulmeßwerkes in einem durch einen
Eisenkern 63 und die mit N und S bezeichneten Pole dargestellten Magnetsysteme schwingt.
Die Drehspule 62 ist an die Meßdiagonale einer von einer Wechselstromquelle 27 gespeisten
Brückenschaltung angeschlossen, die in einem Stromzweig zwei Widerstände 64, 65
und in dem anderen Stromzweig zwei gegeneinandergeschaltete Schwingkontaktgleichrichter
66, 67 enthält. Mit dem Gleichrichter 66 ist in dem betreffenden Brückenzweig ein
Drehspulmeßgerät 68 in Reihe geschaltet. Die beiden Gleichrichter 66 und 67 werden
durch an die Wechselstromquelle 27 angeschlossene Erregerwicklungen 69 bzw. 70 mit
der Sollfrequenz gesteuert.
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Mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Brückenschaltung ist es in
an sich bekannter Weise möglich, die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung
in dem Stromkreis der Drehspule 62 zu messen. Da nun diese Phasenverschiebung der
Phasenverschiebung der erzwungenen Schwingungen des Hilfssystems von den erregenden
elektrischen Schwingungen entspricht, so kann man an dem Anzeigegerät 68 bei entsprechender
Eichung die Abweichung der Eigenfrequenz der zu untersuchenden Unruh von der Sollfrequenz
ablesen.
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Fig. 5 zeigt das Schaltbild einer Anordnung zum Untersuchen der Abweichungen
der Eigenfrequenz einer Unruh von der Sollfrequenz, wobei ein auf die Sollfrequenz
abgestimmtes, mit der zu untersuchenden Unruh gekuppeltes Hilfssystem benutzt wird,
das nach Art eines elektrodynamischen Meßwerkes gebaut ist. Dabei besteht der bewegliche
Teil des Hilfssystems im wesentlichen aus einer in der üblichen Weise im Felde zweier
von einer Wechselstromquelle 27 gespeisten Erregerwicklungen 7I, 72 schwingenden
Drehspule 73.
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Die Drehspule 73 ist einerseits über die Primärwicklung 74 eines
Transformators 75 und andererseits unmittelbar an eine Gleichstromquelle 76 angeschlossen.
Die Sekundärwicklung 77 des Transformators 75 ist über einen durch eine von der
Wechselstromquelle 27 gespeisten Erregerwicklung 78 gesteuerten Gleichrichter an
ein Drehspulmeßgerät 80 angeschlossen.
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Die Verwendung eines elektrodynamischen Hilfssystems hat gegenüber
Iden Anordnungen, die mit nach Art von Drehspulmeßwerken gebauten Hilfssystemen
arbeiten, den Vorteil, daß keine störenden Beeinflussungen der Unruhfeder durch
Dauermagnete zu befürchten sind.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird die in der Drehspule
75 des Hilfssystems erzeugte, den erzwungenen Schwingungen entsprechende Wechselspannung
von der Gleichspannung durch den Transformator 75 getrennt und die Phasenlage mittels
des von der Sollfrequenz gesteuerten Gleichrichters 79 und des Gleichstrommeßwerkes
80 in der gleichen Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 2 gemessen.
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In Fig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, bei der das mit der zu
untersuchenden Unruh zu kuppelnde schwingende Glied des elektrodynamischen Hilfssystems
zwei mechanisch miteinander verbundene Drehspulen 8I, 82 enthält. Die Spule 8I wird
von einer Gleichstromquelle 76 gespeist, und die Spule 82 ist über den gesteuerten
Gleichrichter 79 an das Drehspulmeßgerät 80 angeschlossen. Dadurch wird der Wechselstromkreis
von dem Gleichstromkreis ohne Zwischenschaltung eines Transformators getrennt. Im
übrigen ist die W'irings'weise die gleiche wie bei der in Fig. 5 ,dlargesbelllten
Anordnung.
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Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der die Phasenverschiebung zwischen
einem der Sollfrequenz entsprechenden und einem von den erzwungenen Schwingungen
erzeugten Wechselstrom nicht mit gesteuerten Gleichrichtern, sondern mittels einer
komplexen Abgleichschaltung gemessen wird. Dabei wird angenommen, daß die zu untersuchende
Unruh in der aus Fig. 3 erkennbaren Weise mit einem Hilfssystem gekuppelt wird,
das im wesentlichen aus zwei in getrennten Magnetfeldern schwingenden Drehspulen
46, 47 besteht. Dementsprechend sind die betreffenden Teile in Fig. 7 mit den gleichen
Ziffern wie in Fig. 3 bezeichnet. Dabei ist die Drehspule 46 auch in der gleichen
Weise
über die Spiralfedern 52, 53 mit einer Wechselstromquelle
27 verbunden. Um die Erregung des schwingenden Systems und damit die Schwingungsamplitude
verhindern zu können, ist noch ein regelbarer Vorwiderstand 8I vorgesehen.
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Die Abgleichschaltung besteht aus zwei gegeneinandergeschalteten
Stromkreisen, von denen der eine an die mit der Sollfrequenz pulsierende Wechselstromquelle
27 angeschlossen ist und einen Wirkwiderstand 82 enthält, während der andere über
die Spiralfedern 54, 55 von der Drehspule 47 gespeist wird und'einen Blindwiderstand
enthält.
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Dieser besteht aus einem Ohmschen Widerstand 83, dem die Reihenschaltung
eines Widerstandes 84 und eines Kondensators 85 parallel geschaltet ist.
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Die beiden Widerstände 82! und 84 sind mit verschiebbaren Abgriffkontakten
versehen, die über ein elektrisches Meßgerät 86 miteinander verbunden sind.
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Wenn die Schaltung mittels eines an die Abgriffkontakte angeschlossenen
Nullindikators in an sich bekannter Weise nach Größe und Phase durch Einstellen
an dem Widerstand 82 bzw. an dem Widerstand 84 abgeglichen wird, so bildet die Einstellung
am Widerstand 82 ein Maß für die Schwingungsamplitude und die Einstellung an dem
Widerstand 84 ein Maß für die Abweichung der Eigenfrequenz .des zu untersuchenden
Systems von der Sollfrequenz. Gegebenenfalls kann man daher mit an sich bekannten
Mitteln, z. B. mit Hilfe entsprechender phasenabhängig gesteuerter als Nullindikatoren
wirkender und zugleich die Abgriffkontakte steuernder Induktionszählermeßwerke,
eine fortlaufende Anzeige oder Aufzeichnung der Schwingungsamplitude und der Frequenzabweichung
bewirken.
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Die in Fig. 7 dargestellte Anordnung kann man in der Weise benutzen,
daß man zunächst mit einer genau abgestimmten Unruh oder auch mit dem auf die Sollfrequenz
abgestimmten Hilfssystem allein durch Verschieben der Abgriffkontakte auf den Widerständen
82 und 84 die Nullage des Zeigers 87 an dem Meßgerät 86 herbeiführt. Sodann wird-
die zu untersuchende Unruh aufgesetzt und durch Regeln des Vorwilderstandes 8I auf
die gleiche Größe der Schwingungsamplitude eingestellt. In diesem Falle entspricht
der Ausschlag an dem Meßgerät 86 nur noch der Phasenabweichung, und man kann mittels
des Zeigers 87 an einer entsprechend geeichten Skala unmittelbar die Abweichung
der Eigenfrequenz der zu untersuchenden Unruh von der Sollfrequenz nach Größe und
Richtung ablesen.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung ist angenommen, daß die
Ganggeräusche einer zu untersuchenden Uhr 88 mittels eines Mikrophons 89 in entsprechende
elektrische Stromstöße umgewandelt werden sollen. Dabei kann man in an sich bekannter
Weise die von d.em Mikrophon 89 erzeugten Ströme über einen Verstärker 90 einer
Siebkette 91 zuführen, die aus dem in wieder Periode eine Mehrzahl von Stromstößen
enltihaltenden Mikrophonstrom je einen den einzelnen Schlägen entsprechenden Stromstoß
heraussiebt.
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Die entsprechende Stromkurve is.t in Fig. 10 mit a bezeichnet.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung wird nun der Ausgang der
Siebkette 91 dem Eingang eines auf die Sollrequenz abgestimmten stark gedämpften
elektrischen Schwingungskreises 92 zugeführt, die somit zu entsprechenden sinusförmi-gen
Schwingungen angeregt wird. Diese werden über einen zweiten Verstärker 93 und die
Spiralfedern 52, 53 der Drehspule 46 eines Hilfssystems zugeführt, das ähnlich wie
die in Fig. 3 und 7 dargestellten Systeme gebaut und auf die Sollfrequenz abgestimmt
ist. Das Hilfssystem enthält ebenfalls eine mit der Drehspule. 46 gekuppelte Drehspule
47, die an Spiralfedern 54, 55 angeschlossen ist. Statt des Schwingungskreises 92
kann unter Umständen auch ein entsprechend bemessenes Bandfilter benutzt werden.
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Im übrigen ist die Schaltung ähnlich der in Fig. 3 dargestellten,
wobei aber der Einfachheit halber statt eines Kreuzspulmeßwerkes ein einfaches,
über einen Gleichrichter 56 an die Federn 54, 55 angeschlossenes Drehspulmeßgerät
94 vorgesehen ist. Der Gleichrichter 56 wird durch eine an den Verstärker 93 angeschlossene
Wicklung 61 gesteuert.
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Da der Verstärker 93 einen der Frequenz der Uhrschläge entsprechenden
Wechselstrom l-iefert, wird der als Synchronschalter wirkende Gleichrichterkontakt
56 entsprechend der Frequenz der Uhrschläge gesteuert. Dadurch schneidet er aus
der Stromkurve des von der Drehspule 47 gelieferten, den erzwungenen Schwingungen
des durch die Drehspule 46 mit der Frequenz der Uhrschläge erregen, auf die Sollfrequenz
abgestimmten Hilfssystems entsprechenden Wechselstromes Teile heraus, die sich in
ihrer Wirkung auf das Meßgerät 94 aufheben, wenn der. Gang der Uhr mit der Sollfrequenz
übereinstimmt. Im anderen Falle zeigt das Meßgerät 94 einen Ausschlag, der der Abweichung'
des Ganges der zu untersuchenden Uhr &8 von der Sollfrequenz entspricht.
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In der Regel ist aber der zeitliche Abstand der einzelnen, je zwei
aufeinanderfolgenden, von dem Eingriff des linken bzw. rechten Hakenendes in das
Steigrad herrührenden Uhrschlägen entsprechenden Zacken der Stromkurve nicht genau
gleich groß. So ist -z. B. in Fig. 10 angenommen, daß der zeitliche Abstand zwischen
der von dem linken Hakeneingriff herrührenden, mit 1 bezeichneten und der darauffolgenden,
von dem rechten Halkeneingriff herrührenden, mit r bezeichneten Zacke kleiner als
der Abstand t2 der Zacken r von der darauffolgenden Zacke 1 ist. Es empfiehlt sich
daher, Mittel vorzusehen, um entweder die Zacke I oder die Zacke r zu unterdrücken.
Dies kann z. B. in der Weise geschehen, daß der Mikrophonstrom über einen Verstärker
und eine Siebkette unter Zwischenschaltung eines Phasenschiebers einen in einer
Verbindungsleitung zwischen der Siebkette und einem ,auf die halbe Schlagfrequenz
abgestimmten gedämpften Schwingungskreis liegenden Synchronschalter steuert.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. g dargestellt. Dabei
ist die Entnahme eines den Uhrschlägen entsprechenden Impulsstromes, dessen Stromkurve
in Fig. 10 mit a bezeichnet is,t, mittels eines den Ganggeräuschen der zu untersuchenden
Uhr 88 ausgesetzten Mikrophons 89, an das ein Verstärker go und eine Siebketbe 91
angeschlossen sind, die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig 8 An den Ausgang
der Siebkette 91 ist nun übef einen Stromwender 95 die Reihenschaltung zweier Widerstände
96, 97 angeschlossen. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände führt zu der Wicklung
98 eines polarisierten Relais, die andererseits mit einem an dem Anker 99 des Relais'
befestigten Doppelkontakt 100 verbunden ist.
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Dieser spielt zwischen zwei andererseits an die Widerstände 96 und
97 angeschlossenen festen Kontakten 101, 102. Außerdem trägt der Anker 99 auf der
einen Seite isoliert ein Kontaktstück 103, das beim Ausschlag nach der betreffenden
Seite zwei weitere feste Kontakte 104, 105 über brückt. An den Ausgang der Siebkette
91 ist außerdem über einen Schwingkontaktgleichrichter 106 ein stark gedämpfter
elektrischer Schwingungskreis 107 angeschlossen, der auf den halben Sollwert der
Schlagfrequenz abgestimmt ist. Die Steuerwicklung 108 des Gleichrichters 106 ist
üher einen Phasenschieber; 109 und die Kontakte 104, 105 an eine Gleichstromquelle
IIO angeschlossen.
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An den Ausgang des Schwingungskreises 107 ist über einen weiteren
Verstärker 93 und die Spiralfedern 52, 53 die eine Drehspule 46 eines auf die halbe
Sollfrequenz abgestimmten Doppelspulsystems angeschlossen, dessen zweite Drehspule
47 in der gleichen Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 8 über die Spiralfedern
54, 55 und einen durch die von dem Verstärker 93 gespeiste Wicklung 61 gesteuerten
Gleichrichter 56 an das Drehspulmeßgerät 94 angeschlossen ist.
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Wenn nun z. B. bei der gezeichneten Stellung des Stromwenders 95
ein Impuls strom nach der Kurve a in Fig. 10 von dem S1ieb'kreis 9I geliefert wird
und der Ankerkontakt 100 des. polarisierten Relais z. B. den Kontakt 102 berührt,
so durchfließt der nächste Stromimpuls, z. B. entsprechend der Zacke 1 in Fig. 10,
bei der in Fig. 9 durch die Pfeile gekennzeichneten Stromrichtung die Wicklung 98
des polarisierten Relais von dem Kontakt 100 aus. Dadurch möge der Anker 99 umgelegt
werden, so daß mit dem Einsetzen des Impulses durch das Kontakt stück 103 die Kontakte
104, 105 überbrückt werden und der Strom der Batterie IIO geschlossen wind. Der
Anker 99 bleibt dann in dieser Stellung hegen, bis der darauffolgende Impuls r einsetzt.
In diesem Falle wird die Wicklung 98 von dem Impulsstrom in entgegengesetzter Richtung
durchflossen und der Anker 99 nach rechts umgelegt. Dadurch wird der Batteriestrom
unterbrochen usw., so daß die in Fig. 10 mit b bezeichnete Kurve entsteht.
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Der Phasenschieber 109 ist nun so eingestellt, daß die Stromkurve
b sich in die mit b bezeichnete, in Fig. 10 gestrichelt gezeichnete Lage verschiebt.
Dadurch wird erreicht, dlaß der Strom in der Steuerwicklung 108 des Gleichrichters
10 nur während der Stromimpulse I fließt, so daß die Impulse r ausgeschaltet sind.
Infolgedessen wird dem Schwingungskreis 107 ein Impulsstrom zugeführt, der, wie
die Kurve c in Fig. 10 zeigt, nur noch die von dem linken Hakenende herrührenden.
Stromstöße I enthält. Durch Umlegen des Stromwenders 95 kann man die Stromrichtung
umkehren, so daß die Impulse I unterdrückt werden und der Schwingungskreis 107 nur
durch die Impulse r angestoßen wird.
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Imi übrigen wirkt die Anordnung in der gleichen Weise wie die in
Fig. 8 dargestellte, so daß man an dem Meßgerät 94 bei entsprechender Eichung die
Abweichungen des Ganges der zu untersuchenden Uhr 88 von der Sollfrequenz ablesen
kann.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die durch die Impulskurve
c angeregten elektrischien Schwingungen genau der Periode t= t1 + t2 entsprechen,
unabhängig von dem Verhältnis t1 : t2.
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In Fig. g ist noch ein zweites Drehspulmeßgerät 111 vorgesehen, das
über einen Schwingkontaktgleichrichter 112 an die Drehspule47 angeschlossen ist,
wobei der Gleichrichter 112 durch eine von dem nicht phasenverschobenen Strom der
Batterie IIO durchflossene Wicklung 113 gesteuert wird.
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Da die Lage der Kurve b in Fig. 10 je nach der Stellung des Stromwenders
95 verschieden ist, kann man an dem. Meßgerät III h'e.im Umschalten des Stromwenders
95 die Verschiedenheiten des Ganges der zu untersuchenden Uhr in bezug auf das zeitliche
Eingreifen der Hakenenden feststellen, was unter Umständen zum Erkennen von Gangfehlern
erwünscht ist.
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Wenn dies nicht erforderlich ist, kann die Anordnung dadurch wesentlich
vereinfacht werden, daß die mit 56, 61, 93, 94, 106, 107, 108 und 109 bezeichneten
Teile fortgelassen werden uud die Drehspule 46 über d.ie Spiralfedern 52, 53 unmittelbar
von dem Strom der Batterie 110 gespeist wird, so daß das Hilfssystem durch einen
Strom erregt wird, der der Kurve b in Fig. 10 entspricht.
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Schließlich kann die Dreh spule 46 auch unter Umgehung des Schwindungskreises
107 gespeist, also unmittelbar durch einen Impulsstrom nach der Kurve c erregt werden,
während der Gleichrichter 112 von dem unterbrochenen Gleichstrom nach der Kurve
b gesteuert wird.