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Biegungsschwinger für Normalfrequenz-Oszillatoren in Zeitmessgeräten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bie- gungsschwinger für Normalfrequenz-Oszillatoren in Zeitmessgeräten.
Stimmgabeloszillatoren sind seit mehr als hundert Jahren bekannt und haben sich in jüngeren Zeiten insbesondere in derjenigen Form bewährt, bei der ein elektromagnetisches System die Stimmgabel antreibt und der darin wirksame Strom elektronisch gesteuert wird. Vor einigen Jahren ist sogar ein elektronischer Stimmgabeloszillator bekanntgeworden, der derart kleine Abmessungen aufweist, dass er als sehr kleiner Normalfrequenz-Oszillator in einer Armbanduhr eingebaut zum Antrieb eines Zeigerwerkes über eine Klinkenmechanik geeignet ist, wodurch eine tragbare elektronische Stimmgabeluhr geschaffen wurde.
Dabei machte sich eine Eigenschaft jeder Stimmgabel störend bemerkbar, die bei ortsfesten Stimmgabeloszillatoren sich nicht nachteilig auswirken konnte. Wie ein Pendel erhält auch die Stimmgabel durch die Erdanziehung eine zusätzliche Rückstellkraft, die am grössten ist, wenn die Gabelzinken nach dem Gravitationszentrum hin gerichtet sind, wobei dann die Eigenfrequenz am höchsten ist. Horizontal orientierte Stimmgabeln werden durch diese Erscheinung nicht beeinflusst, während nach oben gerichtete Gabelzinken in ihrer Schwingung verlangsamt werden. Dieser Effekt kann nicht zum Verschwinden gebracht werden, solange der Schwinger die Form der Stimmgabel hat.
Wieviel dieser Einfluss quantitativ ausmacht, hängt ab vom Verhältnis der Eigenfrequenz der Stimmgabel zu der Frequenz, mit der ein federkraftloses Pendel gleicher Abmessungen schwingen würde. Bei vorgegebener Frequenz ist folglich der Fehler um so grösser, je kürzer man eine Stimmgabel konstruieren muss. Bei der heute bekannten Lösung einer elektronischen Stimmgabel- Armbanduhr beträgt dieser lageabhängige Gangfehler ein Mehrfaches desjenigen der übrigen Fehlerquellen.
Dieser Nachteil ist bei einem bekannten Stimmgabeloszillator nicht vorhanden, welcher zwei gegengleich parallel zueinander angeordnete Stimmgabeln aufweist, die durch elektrische Mittel miteinander gekoppelt sind. Der Einfluss der Gravitation lässt sich aber nur dann genügend ausschalten, wenn die elektrische Koppelung sehr eng ist, was einen gewissen elektrotechnischen Aufwand erfordert.
Es sind ferner Biegungsschwinger bekannt, die als ringförmige Federkörper ausgebildet sind und zwei zueinander parallele Stäbe aufweisen, die an ihren Enden durch Joche miteinander verbunden sind. Wenn die beiden Stäbe gegensinnig schwingen, bewegen sich die Schwerpunkte ihrer Massen auf einer gemeinsamen Geraden, so dass die Schwerkraft keinen Einfluss auf die Schwingungsfrequenz hat. Bei einem solchen Schwinger ist aber die Aufhängung des Federkörpers mit Schwierigkeiten verbunden. Es lässt sich mathematisch beweisen, dass ein derart ausgebildeter Federkörper keine exakt stillstehenden Schwingungsknoten aufweist, die ohne weiteres als Befestigungsstellen herangezogen werden könnten.
Bei einer bekannten Lösung sind die Joche an den Enden der Stäbe halbkreisförmig gebogen und je mit zwei Befestigungsstellen versehen. Da die festgehaltenen Stellen der Joche aber keine echten Schwingungsknoten sind, üben die Befestigungsstellen eine gewisse Rückwirkung auf die Schwingungsfrequenz der Stäbe aus, was nachteilig ist, sofern die Länge der Stäbe nicht mindestens zehnmal grösser ist als der Abstand der Stäbe voneinander. Dieser bekannte Biegungsschwinger kann daher aus Dimensionierungsgründen nicht so klein. ausgebildet werden, wie dies für Normalfrequenz-Oszil-
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latoren in tragbaren Zeitmessgeräten, insbesondere Taschen- und Armbanduhren, erforderlich wäre.
Eine andere bekannte Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Joche an den Enden der Schwingstäbe je durch ein elastisches Federstück von z. B. ringförmiger Gestalt mit einer starren Unterlage verbunden sind. Die Federstücke ermöglichen den Jochen, sich in der Längsrichtung der Schwingstäbe zu bewegen, weshalb nur eine geringe Rückwirkung auf den Schwinger ausgeübt wird. Das ganze Gebilde weist aber keine echten Schwingungsknoten auf, die auch dann im Raume stillstehen, wenn ihre Verbindung zu der feststehenden Unterlage gelöst wird. Daher ist die Rückwirkung der Befestigungsstellen auf die Schwingungsfrequenz und ihre dämpfende Wirkung auf die Schwingung auch in diesem Fall nicht Null, besonders wenn die Länge der Schwingstäbe verhältnismässig klein gewählt wird.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Biegungsschwingers, der die geschilderten Nachteile nicht aufweist und auch bei relativ kleinen Abmessungen eine von den Befestigungsstellen und von der Erdanziehung unabhängige Eigenfrequenz hat.
Der Biegungsschwinger gemäss der Erfindung weist, wie dies schon bekannt ist, zwei gegensinnig schwingende Massen auf, die an einem ringförmigen Federkörper mit zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Symmetrieaxen vorhanden sind und sich auf der einen Symmetrieaxe geradlinig bewegen.
Das Neue besteht erfindungsgemäss darin, dass der ringförmige Federkörper miteinander abwechselnde konkav und konvex gekrümmte Partien solcher Ausbildung und Anordnung aufweist, dass die Schnittstellen des Federkörpers mit der andern Symmetrieaxe Schwingungsknoten sind, die allein mit Befestigungsstellen für den Federkörper in Verbindung stehen und beim gegensinnigen Schwingen der Massen selbst dann in Ruhe bleiben, wenn ihre Verbindung zu den Befestigungsstellen gelöst wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Massen je an einer konkav gekrümmten Partie und die Schwingungsknoten je an einer konvex gekrümmten Partie des Federkörpers angeordnet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Er- findungsgegengestandes dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 und 2 zwei ähnliche Ausbildungsformen des Biegungsschwingers bei zwei verschiedenen Befestigungsarten.
Gemäss Fig. 1 sind zwei schwingfähige Massen 1 und 2 an einem die Schwingung bestimmenden Federkörper 23 befestigt, der die Form eines Ringes hat. Die Massen 1 und 2 sind an zwei einander gegenüberliegenden Stellen 11 und 12 des Ringfederkörpers 23 angeordnet, während zwei andere, einander ebenfalls gegenüberliegende Stellen 21 und 22 des Ringfederkör- pers 23 mittels Stegen 24 und 25 mit Befestigungsstellen 26 und 27 in Verbindung stehen, welche an einem starren Träger 28 abgestützt sind. Die Verbindungsgerade zwischen den Stellen 21 und 22 verläuft im rechten Winkel zur Verbindungsgeraden der Schwerpunkte der Massen 1 und 2. Jede der genannten Verbindungsgeraden ist eine Symmetrieaxe des Federkörpers 23.
Wie Fig. 1 zeigt, ist der Ringfederkörper 23 an vier Stellen A bis D stärker gekrümmt, Zwischen den erwähnten Stellen A bis D weist der Federkörper 23 abwechselnd konkav und konvex gekrümmte Partien auf, wobei die Massen 1 und 2 an den konkav gekrümm- ten Partien und die Stege 24 und 25 an den konvex gekrümmten Partien angeordnet sind. Der Federkörper 23 ist dabei derart geformt und dimensioniert, dass beim gegensinnigen Schwingen der Massen 1 und 2 die Befestigungsstellen 26 und 27 keinerlei Kräfte auf den Träger 28 übertragen oder, was dasselbe bedeutet, dass die Stege 24 und 25 sich selbst dann nicht bewegen, wenn die Befestigungsstellen 26 und 27 vom Träger 28 gelöst werden.
Diejenigen Stellen 21 und 22 des Ringfederkörpers 23, die mit den Stegen 24 und 25 in Verbindung stehen, sind somit echte Schwingungsknoten. Dass eine solche Formgebung möglich ist, sieht man wie folgt ein: wären die Partien A-B und C-D weicher als die Partien B-C und D-A des Ringfederkörpers 23, so würden bei einem Zusammendrük- ken der Massen 1 und 2 die Stellen 21 und 22 bei gelösten Befestigungsstellen 26 und 27 sich einander nähern. Wären umgekehrt die Partien B-C und D-A besonders weich, so bewegten sich beim Zusammendrücken der Massen 1 und 2 die Stellen 21 und 22 bei gelösten Befestigungsstellen 26 und 27 auseinander.
Zwischen diesen Extremfällen liegt der hier konstruktiv verwirklichte Fall, dass die Stellen 21 und 22 selbst bei gelösten Befestigungsstellen 26 und 27 stillstehen. Die Schwerpunkte der schwingenden Massen 1 und 2 sind durch den Ringfederkörper 23 auf einer gemeinsamen Geraden geführt, welche mit der Verbindungsgeraden der Schwerpunkte identisch ist.
Weil bei der beschriebenen Ausbildung des Schwingers die Befestigungsstellen 26 und 27 keine Kräfte auf den Träger 28 übertragen, übt umgekehrt der Träger 28 über die Befestigungsstellen 26 und 27 keine die Schwingung dämpfende und die Schwingungsfrequenz beeinflussende Wirkung auf den Schwinger aus.
Das in Fig. 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 lediglich darin, dass anstelle der Stege 24 und 25 bedeutend längere Stützarme 29 und 30 vorhanden sind, die längs einer Symmetrieaxe des Ringfederkörpers 23 gegeneinander verlaufen und an zwei miteinander vereinigte Befestigungsstellen 36 und 37 angeschlossen sind. Mit Hilfe dieser Befestigungsstellen 36 und 37 wird der Schwinger auf einem Träger 38 befestigt. Die Stützarme 29 und 30 sowie die Befestigungsstellen 36 und 37 sind symmetrisch in bezug auf die Verbindungsgerade der Schwerpunkte der zwei Massen 1 und 2 angeordnet.
Die Wirkungsweise und die Eigenschaften des Schwingers sind gleich wie beim vorherigen Beispiel. Die Stützarme 29 und 30 ermöglichen dem Konstrukteur jedoch eine grössere Freiheit in der Wahl der Eigenfrequenz von unerwünschten, gleichsinnigen Schwingungen der Massen 1 und 2.
Den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass praktisch weder die Grösse noch die Richtung des Gravitationsfeldes einen Einfluss auf die Schwingungsfrequenz bei gegensinniger Bewegung der schwingenden Massen ausüben, weil die Schwerpunkte der gegensinnig schwingenden Massen sich auf einer gemeinsamen Geraden bewegen. Ferner haben die Befestigungsstellen keinen die Schwingung dämpfenden und die Schwingungsfrequenz verändernden Einfluss auf den Schwinger.
Die Schwingungsfrequenz ist somit unabhängig von der Befestigung und von der Orientierung des Schwingers im Raume, weshalb der Schwinger für tragbare Normalfrequenzoszillatoren in Zeitmessgeräten, wie Armbanduhren, vortrefflich geeignet ist.
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