DE1673634C - Mechanischer Resonator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Resonalor für Zeitmeßgeräte mit zwei gegenphasig schwingenden Schwingarmen und wenigstens einer Einrichtung zur Kompcnsierung der Änderungen der Eigenfrequenz des Resonators bei Veränderung seiner räumlichen Lage.

Bei einem bekannten Resonator dieser Bauarl besteht die Einrichtung zur Lagckompensicrung aus einer kleinen, an den Enden der beiden .Schwingarme elastisch befestigten Masse. Die Massen können sich in bezug auf die Schwingarme je nach der räumlichen Lage des Resonators verschieben und kompensieren dabei die Frequenzänderiingen, die auf diesen Lageänderungen beruhen. Die elastische Befestigung der zusätzlichen Masse an den Schwingarmen des Resonators hat jedoch zur Folge, daß diese Masse mit einer Frequenz schwingt, welche die Resonanzfrequenz der Schwingarmc des Resonators stört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagekompensation zu schaffen, die eine Störung der Resonanzfrequenz der Schwingarme vermeidet.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß diese Kompensierungseinrichtung eine Kammer aufweist, die in einem mit einem Schwingarm fest verbundenen Teil vorgesehen ist, und in welcher sich wenigstens eine freibewegliche Masse befindet.

Hierdurch wird es möglich, mit sehr einfachen und billigen Mitteln einen Resonator zu schaffen, dessen Resonanzfrequenz nicht mehr von der Lage abhängt. Ein solcher Resonator eignet sich infolge seines einfachen und raumsparenden . Aufbaus insbesondere zur Anwendung bei tragbaren Zeitmeßgeräten, insbesondere in Taschen- und Armbanduhren.

Es sind zwar bereits mechanische Resonatoren bekannt (deutsche Patentschrift 1 249 775), die keinen Lagefehler aufweisen. Diese bekannten Resonatoren weisen aber sehr komplizierte Schwingsysteme auf, denen gegenüber die einseitig eingespannten Schwingarme ihrer Einfachheit wegen in der Praxis häufig der Vorzug zu geben ist.

Die freibewegliche Masse innerhalb der Kammer kann aus einem Festkörper und einer viskosen Flüssigkeit bestehen. Der Festkörper hat dabei vorzugsweise die Gestalt einer Kugel, die sich in der vorzugsweise kreiszylindrisch oder kugelförmig ausgebildeten Kammer frei drehen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kammer eine Rotationsform auf und befindet sich in einem vorzugsweise rotationssymmetrischen Bauteil, das seinerseits fest in ein dafür vorgesehenes Loch am jeweiligen Schwingarm eingesetzt ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten mechanischen Resonators mit an freien Enden von einseitig eingespannten Schwingarmen schwingenden Massen,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie Il-Il gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht des Einzelteils nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform des Resonators nach Fig. 1 geschnitten längs der Linie 11 -11 in größerem Maßslab,

Fig. 5 eine Ansicht auf ein weiter abgewandeltes Bauelement nach F i g. 4, und die

Fig. 6 und 7 Teilansichten des erfindungsgemäßen Resonators nach Fig. 1, in den das Bauelement nach I·' i g. 5 in verschiedenen Positionen eingesetzt ist.

Der in F i g. 1 der Zeichnungen dargestellte Resonator weist ein einslUckigcs Metallteil mit zwei Schwingarmen 1 und 2 auf. Diese beiden Schwingarme sind symmetrisch angeordnet und mit jeweils einem Ende an einem Resonatorfuß 3 befestigt. Der Resonatorfuß 3 steht über Schrauben 4 mit einer Grundplatte in Verbindung, die beispielsweise eine der Grundplatten einer Armbanduhr sein kann.

Die beiden Schwingarme 1 und 2 tragen an ihren freien Enden Polschuhe 5 und 6, die die Spule 7 eines elektromechanischen Energiewandlcrs umgreifen. Durch diesen Energiewandlcr wird dem Resonator die für die Schwingungen durch Verluste notwendige Energie zugeführt.

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Die Polschuhe 5 und 6 und deren Halterungen bil- dem geometrischen Zentrum der Kugel 16. Die Me-

den den wesentlichen Teil der schwingenden Mas- tallbüchsel3 nach Fig.2 der Zeichnungen kann in

sen, obwohl selbstverständlich die Masse der beiden das Loch 12 des Resonators nach F i g. 1 eingepreßt

Schwingarme 1 und 2 nicht vernachlässigt werden sein. Die Kugel 16 besteht möglicherweise aus mine-

kann. Jedenfalls schwingen die Schwerpunkte der 5 rauschen Kristallen wie Rubin oder Saphir, die in

Massen an beiden Schwingarmen gegeneinander. der Uhrentechnik viel verwendet werden und einen

Die beiden Schwingarme 1 und 2 weisen im Be- nur sehr geringen Reibungswiderstand gegenüber den

reich ihrer befestigten Enden Verjüngungen 8 und 9 Innenwänden der Kammer 15 aufweisen,

auf. In den Bereichen dieser Verjüngungen sind die Die exzentrische Beschwerung der Kugel 16 durch

Schwingarme selbstverständlich elastischer als in den xo den Stopfen 18 ist derart berechnet, daß der Posi-

übrigen Bereichen, so daß in erster Näherung die tionsfehler des Resonators in hängender Anordnung

Schwerpunkte der Massen der beiden Schwingarme gegenüber der dargestellten stehenden Anordnung

auf Kreisbögen schwingen, deren Mittelpunkte im durch vollständige Drehung der Kugel 16 vollständig

Bereich der Verjüngungen liegen. Die Mittelpunkte kompensiert wird. Es ließe sich gegebenenfalls ohne

dieser Kreisbögen entsprechen etwa der Einspann- 15 weiteres mathematisch beweisen, daß eine solche

stelle einer einseitig eingespannten schwingenden La- Kompensation möglich ist Die mathematische Be-

melle. rechnung liegt im Bereich des durchschnittlichen

Löcher 10 vermindern die Massen der Schwing- Fachwissens.

arme I und 2, ohne deren Steifigkeit an den ent- Ohne Kompensation des Positionsfehlers weist ein sprechenden Stellen zu vermindern. Für die richtige 30 Resonator gemäß Fig. 1 in stehender Anordnung, Funktion des Resonators nach F i g. 1 ist die Mas- bei der der Fuß 3 unterhalb den Polschuhen 5 und 6 scnverteilung entlang den Schwingarmen 1 und 2 sehr liegt, die geringste Resonanzfrequenz und in hängenwesentlich. Die eigentliche Erfindungsidee wird da- der Anordnung, bei der die Polschuhe 5 und 6 undurch allerdings zunächst nicht unmittelbar berührt. terhalb des Resonatorfußes 3 hängen, die höchste Re-

Dic Bezugsziffer 11 bezeichnet ein Stellglied, das 35 sonanzfrequenz auf. In Mittellagen stellen sich selbst-

zum Einstellen der gewünschten Resonanzfrequenz verständlich mittlere Resonanzfrequenzen zwischen

des Resonators dient. Dieses Stellglied besteht bei- diesen Extremwerten ein.

spieliweise aus einem Klemmbolzen mit exzentrischer Durch die Kompensationsanordnung nach Fig. 2

Schwereachse. Der Bolzen ist drehbar. im Loch 12 des Resonators nach F i g. 1 liegt der

Die waagrechte, strichpunktierte Linie X-X be- 30 Schwerpunkt der gesamten schwingenden Massen bei

zeichnet die Hauptrichtung der Schwingungsbewe- stehender Anordnung des Resonators näher beim

gungen der beiden Polschuhe 5 und 6. Zum Unter- Resonatorfuß 3 bzw. bei der Verjüngung 8 als bei

drücken des Positionsfehlers ist am Schwingarm 1 hängender Anordnung des Resonators, da sich die

eine Kompensationsanordnung vorgesehen, die in ein Kugel 16 beim Übergang von der stehenden in die

Loch 12 eingesetzt wird. Das Loch 12 und das Stell- 35 hängende Anordnung so dreht, daß der schwere Me-

gliecl 11 liegen symmetrisch zueinander. Bei einem tallstopfen 18 ebenso wie die Polschuhe 5 und 6

nicht dargestellten, etwas aufwendigeren Resonator nach unten hängt. Wenn man allein die Verschie-

könnten jeweils ein Stellglied wie das Stellglied 11 im bung des Schwerpunkts der schwingenden Massen

Schwingarm 2 und eine Kompensationsanordnung betrachtet, müßte sich eigentlich die Resonanzfre-

wie die im Loch 12 des Schwingarms 1 in jedem der 40 quenz des Resonators beim Übergang von der ste-

beiden Schwingarme zweckmäßigerweise jeweils henden Anordnung in die hängende vermindern,

symmetrisch zueinander angeordnet sein. Diese rein theoretisch partielle Verminderung der

In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine Ausführungs- Frequenz hebt aber beim erfindungsgemäßen Reso-

forni der Kompensationsanordnung in vergrößertem nator genau die Frequenzerhöhung auf, die bei der-

Maßstab dargestellt. Die Bezugsziffer 13 bezeichnet 45 selben Lageänderung eines Resonators ohne Kom-

eine vorzugsweise kreiszylindrische Metallbüchse, die pensation des Positionsfehlers auftreten würde,

durch einen Deckel hermetisch verschlossen ist. Die- Bei einer Abwandlung der Ausführungsform des

ser Deckel 14 könnte eingeschraubt oder eingepreßt Erfindungsgedankens nach Fig. 3 kommt cine Ku-

sein. Selbsthärtende Kunstharzmassen sichern die gel 19 zur Anwendung, deren Schwerpunkt durch

vollständige Abdichtung. 50 eine Abplattung 20 aus dem Zentrum der Kugel ver-

Im Innern einer zylindrischen Kammer 15 der schoben wurde. Diese Kugel 19 sollte vorzugsweise

Büchse befindet sich eine Kugel 16. Diese Kugel in einer kugelförmigen Kammer gelagert sein. Diese

läßt sich mit nur wenig Spiel in der Kammer bewe- Kammer könnte als Bauelement in das Loch 12 des

gen. Der freie Raum zwischen der Kugel und den Resonators nach F i g. 1 eingesetzt werden.

Innenwänden der Kammer 15 ist mit einer viskosen 55 Auch die Kompensationsanordnung in der abge-

Flüssigkeit ausgefüllt, vorzugsweise mit einem Mi- wandelten Ausführungsform nach Fig. 4 könnte in

neralöl. das Loch 12 des Resonators nach F i g. 1 eingesetzt

In der Kugel 16 befindet sich ein vorzugsweise werden. Gemäß F i g. 4 ist eine Büchse aus zwei Tei-

kreiszylindrischer Kanal 17, in dessen eines Ende eio len 21 und 22 zusammengesetzt. In diesen beiden

Metallstopfen 18 eingepreßt ist, dessen spezifisches 6_U Teilen befinden sich jeweils ein konisches Loch 23

Gewicht sehr hoch liegt. Der Metallstopfcn könnte und 24, die zusammen mit einer gemeinsamen Ko-

beispielswcise aus Gold oder Blei bestehen, was sich nusachse 25 eine doppelt konische Kammer bilden,

gut verarbeiten läßt. Durch den Metallstopfcn 18 In dieser Kammer liegt jeweils an der untersten

wird der Schwerpunkt der Kugel 16 exzentrisch, so Stelle eine frei bewegliche Kugci 26. Auch bei dieser

daß diese bei Lageänderungen des Resonators sich 65 Ausführungsform könnte es zweckmäßig sein, die

immer im Schwerefeld der Erde dreht. Gegenüber Kammer 23, 24 neben, der Kugel 26 mit einer Flüs-

der Erde nimmt also der Stopfen 18 immer die sigkcit zu füllen, die die Bewegung der Kugel 26 ab-

tiefstmögliche Stellung ein und liegt lotrecht tsatcr dämpft.

Die Kompensationsanordnung nach F i g. 5 der Zeichnungen hat zwar grundsätzlich denselben Aufbau wie die nach Fig. 4. Sie unterscheidet sich aber durch ihre äußere Formgebung. Wenn die Kompensationsanordnung nach F i g. 5 in das Loch 12 in der in F i g. 6 dargestellten Weise eingesetzt ist, liegt die gemeinsame Konusachse 25 parallel zu der Hauptsr.hwingungsrichtung, die durch die strichpunktierte Linie X-X gekennzeichnet ist. Beim Resonator nach F i g. 7 steht aber die gemeinsame Konusachse 25 senkrecht auf der Hauptschwingungsrichtung gemäß Linie X-X. Sowohl die Lage der Kompensatiönsanordnung nach F i g. 5 im Resonator gemäß F i g. 6 als auch die im Resonator gemäß F i g. 7 kann jeweils gewisse Vorteile bezüglich der Kompensation des Positionsfehlers aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Mechanischer Resonator für Zeitmeßgeräte mit zwei gegenphasig schwingenden Schwing- S armen oder wenigstens einer Einrichtung zur Kompensierung der Änderungen der Eigenfre- · quenz des Resonators bei Veränderung seiner räumlichen Lage, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kompensierungseinrichtung eine Kammer (15; 23 und 24) aufweist, die in einem mit einem Schwingarm fest verbundenen Teil vorgesehen ist, und in welcher sich wenigstens eine freibewegliche Masse (16; 19 und 26) befindet.

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Festkörper und eine viskose Flüssigkeit als Kompensationsmassen umschließt.

3. Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensalions- ao masse durch eine Kugel (16; 19; 26) gebildet wird.

4. Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Kugel (16; 19) exzentrisch liegt, wobei die Kugel sich mit nur wenig Spiel in der Kammer (15) bewegen läßt.

5. Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (19) eine Abplattung (20) aufweist und die Kammer kugelförmig ausgebildet ist.

6. Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (16) einen Kanal (17) aufweist, in dessen eines Ende ein Metallstopfen (18) eingepreßt ist.

7. Resonator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine Rotationsform aufweist und sich in einem vorzugsweise rolationssymmetrischen Bauteil (13, 14; 21,22) befindet, das seinerseits fest in ein dafür vorgesehenes Loch (11, 12) am jeweiligen Schwingarm eingesetzt ist.

8. Resonator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer doppelt konisch ausgebildet ist und einen im Volumen wesentlich kleineren Festkörper (26) umschließt.