CH281496A - Einrichtung für das selbsttätige Regulieren der Frequenz eines Systems Unruhe-Spiralfeder. - Google Patents

Description

  Einrichtung für das selbsttätige Regulieren der Frequenz eines Systems       Unruhe-Spiralfeder.       Die     %-orliegeride        Erfindung    bezieht sich auf  eine Einrichtung zum selbsttätigen Regulieren  der Frequenz eines Systems     Unruhe-Spiral-          Feder.    Bei     Zeitmessvorriehtungen    wie     Taschen-          und    Wanduhren ist.

   es üblich, das System zu  regulieren, bevor es in die     Zeitmessvorrich-          tung    eingesetzt wird, so dass seine Eigenfre  quenz ungefähr die ist, welche für genauen       Crang    erforderlich ist, wobei die genaue     End-          regulierung    zum Beispiel durch den üblichen  Regler geschieht. Eine solche     Vorregulierung     wird     ain        zweckmässigsten    durch Regulieren  der Länge der Spiralfeder durchgeführt.

   Zu  diesem.     Zweck    sind verschiedene Verfahren  und Einrichtungen zum Anpassen der Eigen  frequenz eines Systems     Spiralfeder-Unruhe    an  eine Normalfrequenz und zum Anzeigen der       Differenz    entworfen worden, wobei die Spiral  feder von Hand eingestellt wird, bis die Ei  genfrequenz annähernd richtig ist. Solche An  passungsverfahren benötigen erfahrene Bedie  nungspersonen und erfordern auch eine     be-          träehtliehe    Zeit. Die vorliegende Erfindung ist  auf eine Vereinfachung der Regulierung eines  solchen     Schwingungssystems    gerichtet.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung weist  eine Vorrichtung zum selbsttätigen Regulieren  der Frequenz eines Systems     Unruhe-Spiral-          feder    eine Motoranordnung auf zur Verände  rung der wirksamen Länge der Spiralfeder  und dadurch der     T:in-eiifi-eqnenz    des     Systems,       und Mittel zur Steuerung der Motoranord  nung in Abhängigkeit. vom Unterschied zwi  schen der Eigenfrequenz und einer Normalfre  quenz, derart, dass die Motoranordnung die  wirksame Länge der Spiralfeder im Sinne ab  nehmender     Frequenzdifferenz    ändert, mit  einer Geschwindigkeit, welche vom Frequenz  unterschied abhängig ist.  



  In die Bezeichnung  Elektrisch gesteuerte  Motoranordnung  sollen im folgenden irgend  welche Mittel eingeschlossen sein, durch wel  che mechanische Leistung entsprechend einem  elektrischen Signal erzeugt wird. Der     Aus-          dilick    umfasst daher ausser einem gewöhn  lichen Elektromotor ein Relais oder einen  elektrisch gesteuerten     Druckluftmotor.     



  Auf der beiliegenden Zeichnung sind drei  verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfin  dungsgegenstandes dargestellt.  



  Nach     Fig.    1 ist das zu regulierende System  von Unruhe und Spiralfeder von üblicher  Bauart und weist ein Rad 10, das auf einer  Achse 11 angebracht ist, und eine auf der  Achse befestigte Spiralfeder 12 auf. Die Achse  11 ist mit üblichen konischen Zapfen 13, 14  versehen, welche in übliche (nicht gezeigte)  Lager eingreifen und dadurch die Unruhe und  Feder für das Regulieren festlegen. Das nicht  auf der Achse befestigte Ende der Feder wird  durch die     Federreguliervorriehtung    15 fest  gehalten, die     zwei    Rollen aufweist, zwischen      denen die Feder erfasst wird (nicht darge  stellt.), deren Lage durch den     Federregulier-          niotor    16     -esteuert    wird.

   Ein     Norrnalfrequenz-          erzeuger    17 erzeugt eine im wesentlichen Sinus  förmige Spannung mit einer Periode genau  gleich derjenigen einer richtig     regulierten    Un  ruhe (beim gezeigten Beispiel 2     IIz).    Der Aus  gang vom     Normalfrequenzerzeuger    wird über  einen Verstärker 18 einem Eingang eines       Ring-Brüeken-Modnlators    19 zugeführt. Ein  Wechselstromerzeuger 20 ergibt zwei Aus  gangsspannungen mit. einer Frequenz von  400 Hz, beide mit konstanter Amplitude und  in wattlosem Phasenverhältnis zueinander.

    Ein Ausgang des Erzeugers 20 wird, wie bei  21 angedeutet ist, zum zweiten Eingang des       1lodulators    19 zugeführt, welcher somit. ein  Ausgangssignal von 400 Hz erzeugt, das mit  2 Hz moduliert ist. Dieses Signal wird über       i    einen Verstärker 22 einer Antriebsspule 23  zugeführt, die sieh in der Nähe der Unruhe 1.0  befindet. Der zweite Ausgang des Erzeugers  20 wird einer weiteren Antriebsspule 24 zu  geführt. Die Spulen 23 und 24 sind in bezug  5 auf die Unruhe 10 so ausgebildet. und ange  ordnet, dass sie zusammen mit. dem Rad der  Unruhe einen     Zweiphasen-Induktionsmotor     bilden. Es geht. daraus hervor, dass ein schwin  gendes Drehmoment, mit einer Frequenz von       r    2 Hz auf die Unruhe 10 übertragen wird.

   Ein  zweiter     ZVeehselstromerzeuger    25 ergibt.     zwei     Ausgangsspannungen mit einer Frequenz, die  von derjenigen des Erzeugers 20 verschieden  ist. (gewöhnlich 500 Hz), welche beide Span  s     nungen    konstante Amplitude haben und in  wattloser Phasenbeziehung zueinander stehen.  Ein erster Ausgang des Erzeugers 25 wird  über einen Verstärker 26 einer Aufnahme  spule 27 in der Nähe der Unruhe 10 zugeführt.  



       i    Eine zweite Aufnahmespule 28 befindet sich  auch in der Nähe der Unruhe 10. Die Spulen  27 und 28 sind in bezug auf die Unruhe 10  in ähnlicher Lage angeordnet und ähnlich  ausgebildet wie die Spulen 23 und 24, so     da.ss     ein Signal von 500 Hz in der Spule 28 er  zeugt wird, das im wesentlichen in wattloser  Phasenbeziehung zum Eingang der Spule 27  steht und entsprechend der -'#Vinkelgesehwin-         digkeit    des Rades 10 moduliert ist. Die Auf  nahmespulen     '217    und 28 und die Unruhe 10  bilden einen     taehometriselren    Signalerzeuger  von bekannter Art.

   Das     Ausgangssignal    der       Wieklung    28 wird über einen Verstärker 29  einem Eingang eines     Demodulators    30 (zweck  mässig von     Ring-Brücken-BaLrart)    zugeführt,  während der zweite Ausgang vom Erzeuger 25  über einen Verstärker 31 auf den zweiten Ein  gang des Demodulators 30 übertragen wird.  Der Verstärker 31     erzeugt    eine solche Phasen  verschiebung, dass die zwei     500-Hz-Eingänge     zum Demodulator 30 sieh     irr    Phase (oder Ge  genphase) zueinander befinden, das heisst er  kompensiert die leichte Abweichung der Span  nung der Spule 28 von der wattlosen Phasen  beziehung mit dem ersten Ausgang vom Er  zeuger 25.

   Der Ausgang vom Demodulator 30  besteht. somit aus einer mit 2 Hz schwingen  den Spannung, die in Phase mit. der Winkel  gesehwindigkeit der Unruhe ist.. Diese Span  nung wird über einen Verstärker 32 und einen       Relaiskontakt    33 auf einen Eingang eines     Pha-          senvergleichers    34 übertragen. Die     Ausganfls-          spannung    vom     Normalfrequenzerzeuger    17  wird über einen     Phasensehieberkreis    35 und  Verstärker 36 auf den zweiten Eingang des       Vergleiehers    34 übertragen.

   Die durch den  Kreis 35     erzeugte,    annähernd feste     Phasenv        er-          schiebung    ist annähernd 90 , wie unten erläu  tert, ist jedoch über einen kleinen Bereich ein  stellbar,     wobei    die Einstellung durch den Mo  tor 37 vorgenommen wird.  



  Der     Phasenvergleieher    34 weist     zweek-          mässig    einen     Rin--Brüeken-Denrodnlator    auf,  und der Ausgang dieses Kreises besteht aus  einer Gleichspannung des einen oder andern       Vorzeiehens,    je nachdem, ob der     Ausgang    vom  Verstärker 32 eine Komponente hat, die in  Phase oder Gegenphase mit dem Ausgang vom  Verstärker 36 ist, und die Null ist, wenn die  zwei Ausgänge eine Phasenverschiebung von    haben.

   Der Ausgang vom     Vergleicher        3-1     wird über den Verstärker 38 und Kontakt 39  des Relais 40 auf den     Gleiehstrommotor    1.6  übertragen, welcher, wie früher     erwähnt     wurde, die Rollen dreht,     zwisehen    welchen das  Ende der Spiralfeder     erfasst    ist und so die           Eigenfrequenz    des Systems Unruhe und Spi  ralfeder verändert.. Die Phase des vom Ver  stärker 32 dem     Phasenvergleieher    34 zuge  führten Signals hängt von der Phase der     Win-          keIgesehwindigkeit    der Unruhe ab.

   Die letztere  ist abhängig vom Unterschied der     Eigenfre-          quenz    der Unruhe gegenüber der Frequenz  des antreibenden Drehmomentes. Der Phasen  schieber 35 ist.     nun    so eingestellt, dass die bei  den Signaleingänge am     Vergleielier    34 um 90        pliasenversehoben    sind, wenn der genannte       Frequenzunterschied    Null ist.

   Somit. reguliert  der Motor 16 die wirksame Länge der     Spiral-          l'eder    so, dass die Eigenfrequenz des Systems       Unruhe-Spiralfeder    gleich der des     Normalfre-          quenzerzeugers        1.7    ist und die zwei Eingänge       zuni        Vergleielier        3.1    einen Phasenunterschied  von 90  aufweisen, das heisst das System wird  automatisch richtig einreguliert. Die erforder  liche Länge der Spiralfeder wird markiert  und das     System    weggenommen.  



  Es ist natürlich unerwünscht, dass die Am  plitude der Schwingung der Unruhe zu gross  wird, weshalb die     Sehwingungsamplit.ude        da-          durch    gesteuert wird, dass ein Teil des Aus  ganges vom Verstärker 32 genommen wird  und nach     Demodulation    im Kreis     41    als     Ver-          stäi-kungsgi@ad-Regulierspannung        dem    Ver  stärker 22     zugeführt    wird.

   Wenn somit. die       Schwingungsamplitude    der Unruhe bestrebt  ist, sieh zu erhöhen, so wird der     Verstä.rkungs-          grad    des Verstärkers 22 herabgesetzt, wodurch  die Grösse des auf das Rad 10 übertragenen       Antriebsdrehmomentes    herabgesetzt wird.  



       Wenn    ein System     Unruhe-Spiralfeder    sieh  in der Lage zum Einregulieren befindet, so  werden die     Schaltkontakte    42 geschlossen, wo  durch das Relais 40 durch die Batterie 43 er  regt wird, so dass sieh die Relaiskontakte 33,  39 in der auf der Zeichnung dargestellten       IiaTe    befinden.

   Beim Wegnehmen der Unruhe  werden die Kontakte 42 geöffnet, das Relais  40 wird stromlos, der Ausgang vom Verstär  ker 18 wird zu einem Eingang des     Verglei-          ehers    34 an Stelle des Einganges vom Verstär  ker 32 zugeführt, und der Ausgang vom Ver  stärker 38 wird dem Motor 37 statt dem Mo  tor<B>16</B>     zu,,-eführt.    Der Motor 37 reguliert den    Phasenschieber 37 so, dass der     Ausgang    vom  Verstärker 38 Null wird, das heisst er     kom-          kensiert    irgendeine Abweichung der Phasen  verschiebung über die Verstärker 18 und 38  oder in dem     Phasenschieberkreis    35.

   Diese  selbsttätige Regulierung nach jedem Arbeits  vorgang verhindert die     Akkumulierung    irgend  welcher kleiner     Abw        eiehungsfehler.     



       Fig.2    zeigt. schematisch eine zweite Aus  führungsform der Erfindung. Es sind geeig  nete Mittel 51 vorgesehen, um die Unruhe  und Spiralfeder auf ihrer Eigenfrequenz in  Schwingung zu halten und auch um elek  trische Signale auf dieser Eigenfrequenz her  vorzurufen. Diese Signale werden über einen  passenden     Prequenzvervielfacher    und Ver  stärker 52 einem Synchronmotor 53 zugeführt.  Eine     Normalfrequenzquelle    54 erzeugt     Wech-          selstromsignale,    welche eine Frequenz gleich  derjenigen am Ausgang des Verstärkers 52  besitzen, wenn die Unruhe richtig einreguliert  ist. Der Ausgang der Quelle 54 wird auf einen  Synchronmotor 55 übertragen.

   Die Motoren  53, 55 treiben die Eingangswellen eines Dif  ferentialgetriebes 56 an, dessen Ausgangswelle  58 sich mit einer Drehzahl dreht, die propor  tional der Differenz zwischen den Drehzahlen  der Motoren 53 und 55 ist. Die Ausgangswelle  58 treibt. bei 57 dargestellte Mittel zum Regu  lieren der Länge der Spiralfeder in einer sol  chen Richtung an, dass die Länge der Spiral  feder (und damit die Schwingungsperiode des  Systems) so verändert wird, dass die Differenz  zwischen den Drehzahlen der Motoren 53 und  55 herabgesetzt wird. Es wird dadurch ein  Zustand erreicht, bei dem die Drehzahlen der  Motoren gleich sind und somit die Eigenfre  quenz der     Schwingung    des     Unruhe-Systems          #    eich der gewünschten Frequenz ist.

   Die Mit  tel zum Regulieren der Länge der Spiralfeder  können zweckmässig ein Paar Rollen aufwei  sen, zwischen welchen die Feder erfasst wird,  wie es in bezug auf die Ausführungsform nach       Fig.    1 beschrieben wurde. Die Motoren 53 und  55 und das Differentialgetriebe 56 können  durch ein Paar koaxialer     Drehfeldelemente    in  bekannter Art ersetzt werden, von welchem  das eine sich in     bezug    auf das andere frei dre-           hen    kann, wobei die relative Verdrehung be  nutzt wird, um die Mittel 57 zu betätigen.  



       Fig.3    zeigt schematisch eine dritte     Aus-          führungsform    der Erfindung. Es sind geeig  nete Mittel 61 vorhanden,     iun    die Unruhe auf  ihrer Eigenfrequenz in     Schwingung    zu halten  und auch um elektrische Signale mit dieser  Eigenfrequenz     vorzusehen.    Diese Signale wer  den über einen passenden     Frequenzverviel-          facher    62, in welchem ihre Frequenz mit einer  ganzen Zahl n vervielfacht wird,

   sowohl einem  Verstärker 63 und dann einer Phasenwicklung  64 eines     Zweiphasen-Induktionsmotors    65 als  auch über ein überbrücktes     T-Netzwerk    66 und  einen     Verstärker    67 der zweiten Phasenwick  lung 68 des Motors 65 zugeführt. Die Grössen  der Schaltelemente 69, 70, 71, 72 des     Brücken-          T-Netzwerkes    sind so gewählt, dass das Netz  werk auf das n-fache der     gewünschten    Fre  quenz der Unruhe abgestimmt ist.

   Wenn die  Frequenz des Eingangs zum Netzwerk ver  ändert wird, ändert sich die Amplitude und  Phase des Ausgangs, wobei die Amplitude bei  derjenigen Frequenz Null ist, auf welche das       Netzwerk    abgestimmt ist, und der Ausgang  eine Komponente hat, welche bei Frequenzen  über der, auf welche das Netzwerk abgestimmt  ist, dem Eingang um 90  voreilt und bei Fre  quenzen unter der, auf welche das Netzwerk  abgestimmt ist, dem Eingang um 90  nacheilt.  Somit wird der Rotor 73 des Motors 65 sich  in der einen oder andern Richtung drehen, je  nachdem, ob die Eigenfrequenz des     Systems          Unruhe-Spiralfeder    oberhalb oder unterhalb  der richtigen Frequenz ist.

   Die Drehung des  Rotors wird daher auf eine Weise benützt,  welche genau gleich der der Welle 58 bei der  Ausführungsform der     Fig.    2 ist, um die Länge  der Spiralfeder mittels einer geeigneten Vor  richtung 74 zu korrigieren, welche auch von  gleicher Art sein kann, wie es in     bezug    auf die  vorhergehende Ausführungsform erläutert  wurde.  



  An Stelle der Übertragung der Ausgänge  von den Verstärkern 63 und 67 unmittelbar  auf den Motor 65 kann ein phasenempfind  licher Demodulator vorgesehen sein, der eine  Gleichspannung von einer     Grösse    und dem    Vorzeichen entsprechend der Phasendifferenz  zwischen den     Verstärkerausgängen    erzeugt.  Diese Gleichspannung kann dann benutzt. wer  den, um die Arbeitsweise des Motors für die  Einstellung der Länge der Spiralfeder zu  steuern.  



  Bei der     Ausführungsform    nach     Fig.    3 kann  der     Frequenzvervielfacher    62 gegebenenfalls  wegfallen, so dass dann die Zahl n gleich Eins  ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung für das selbsttätige Regulie ren der Frequenz eines Systems Unruhe-Spi- ralfeder, gekennzeichnet durch eine Motor anordnung zur Veränderung der wirksamen Länge der Spiralfeder und dadurch der Ei genfrequenz des Systems und durch Mittel zur Steuerung der Motoranordnung in Abhän gigkeit vom Unterschied zwischen der Eigen frequenz und einer Normalfrequenz, derart, dass die Motoranordnung die wirksame Länge der Spiralfeder im Sinne abnehmender Fre- quenzdifferenz ändert, mit einer Geschwindig keit, welche vom Frequenzunterschied abhän gig ist.

   UNTERANSPRüCHE: 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass eine elektrisch ge steuerte Motoranordnung verwendet wird und dass die den Motor steuernden Mittel elek trische Steuersignale auf die Motoranordnung übertragen. 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche die Unruhe in erzwungene Schwingungen von Normalfrequenz versetzen, und da.ss die den Motor steuernden Mittel einen Phasenvergleieher aufweisen, der auf die relative Phase zweier Spannungen an spricht, von denen die eine in Abhängigkeit. von der Phasenlage einer Bewegungsgrösse der Unruhe und die andere unabhängig davon er zeugt wird. 3.

   Einrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass sie das Schwin gungssystem antreibende Antriebsspulen auf weist, die durch eine mit der Normalfrequenz modulierte Trägerschwingung erregt werden, und dass Aufnahmespulen vorhanden sind, die durch eine zweite Trägerschwingung einer von der ersten Trägerschwingung verschiedenen Frequenz erregt werden und in bezug auf die ('muhe so liegen, dass die zweite Träger schwingung mit der aufgezwungenen Fre quenz des Schwingungssystems moduliert wird.

   -l. Einrichtung nach Patentanspruch,. da durch gekennzeichnet, dass die Motoranord nung eine elektrische Synchronniotoranord- nung ist, die mit zwei Eingangsströmen ge speist wird, deren Frequenzen proportional zur Eigenfrequenz des Systems bzw. der Nor nialfrequenz sind, und dass die Anordnung eine Ausgangswelle mit einer Geschwindigkeit an treibt, die vom Unterschied zwischen der Ei genfrequenz und der Normalfrequenz abhängt.

   5. Einrichtung nach C)'nteranspruch q, da- durch gekenilzeichnet, dass die elektrische Syn- chronniotoranordnung zwei getrennte elek- trisclie Synchronmotoren aufweist, deren Wel len durch ein Differentialgetriebe verbunden sind, um eine einzige Ausgangswelle mit einer von der Differenz der Geschwindigkeiten der zwei Motoren abhängigen Geschwindigkeit an zutreiben. . 6.

   Einrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die elektrische Sviiehronmotoranordnung zwei koaxiale Dreh- feldeleinente aufweist, von welchen das eine fest. und das andere um die gemeinsame Achse frei drehbar ist, welche beiden Elemente mit den zwei Eingangsströmen gespeist werden, wobei eine Ausgangswelle vom drehbaren Ele- inent angetrieben wird. 7.

   Einrichtung nach Patentanspruch, ge- kennzeiehnet durch Mittel, um das System auf seiner Eigenfrequenz in Schwingung zu hal ten, durch dem System zugeordnete Mittel zur Erzeugung einer Spannung, deren Frequenz ein Vielfaches dieser Frequenz ist, welche Spannung einem frequenzempfindlichen, auf das gleiche Vielfache der Normalfrequenz ab gestimmten Netzwerk zugeführt wird, und durch Mittel zur Betätigung der Motoranord nung entsprechend der Phasendifferenz zwi schen dem Eingang und Ausgang des Netz werkes, wodurch die Motoranordnung so be tätigt wird, dass die Regulierung der Länge der Spiralfeder fortgesetzt wird,

   bis die Pha sendifferenz zwischen dem Eingang und Aus gang des Netzwerkes der Phasendifferenz ent spricht, welche durch das Netzwerk erzeugt wird, wenn die Unruhe mit Normalfrequenz schwingt. B. Einriehtnno nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, da.ss das frequenzemp- findliche Netzwerk ein Brücken-T-Netzwerk ist. 9.

   Einrichtung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Be tätigung der Motoranordnung einen phasen empfindlichen Demodulator aufweisen, der eine Gleichspannung von einer Grösse und dem Vorzeichen entsprechend der Phasendifferenz erzeugt, welche Gleichspannung an eine elek trisch gesteuerte Motoranordnung übertragen wird. 10. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Motoranord nung Rollen dreht, zwischen welchen das Ende der Spiralfeder erfasst wird, um die wirksame Länge der Spiralfeder zu regulieren.