Positionsfeblerkompensierte Resonatoranordnung für Zeitmessgeräte
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine positionsfehlerkompensierte Resonatoranordnung für Zeitmessgeräte, mit einer Stimmgabel, deren Zinken an den freien Enden aus einem ferromagnetischen Material bestehen und/oder zwecks Aufrechterhaltung der Schwingung mit ortsfesten Spulen zusammenwirkende, Teile eines Transduktorsystems bildende Permanentmagnetanordnungen tragen.
Es ist bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, gemäss welchem eine für eine Uhr vorgesehene Stimmgabel mit von den frei schwingenden Zinkenenden ausgehenden, starren Armen ausgestattet ist. Diese Arme erstrecken sich rückwärts bis über den Fuss der Gabel und tragen Gegengewichte. Der Hauptnachteil dieser Anrodnung liegt in dem durch die starren Arme und die Gegengewichte bedingten grossen Platzbedarf, was sich vor allem bei Armbanduhren sehr störend auswirkt.
Des weiteren hat man auch schon vorgeschlagen, die Dämpfung der Unruh einer Uhr in Abhängigkeit von der räumlichen Lage der Unruhwelle zu beeinflussen, um in dieser Weise den Positionsfehler auszugleichen. Beispielsweise kann man federnd aufgehängte Magnetringe, deren Lage von der Orientierung der Uhr im Raum abhängt, auf an der Unruhwelle befestigte Magnetringe derart einwirken lassen, dass der Druck der Achszapfen der Unruh auf den Deckstein bei einer Anderung der räumlichen Lage in einem vorbestimmten Sinne variiert. Man nützt hier die Erkenntnis aus, dass die Eigenfrequenz des aus Spiralfeder und Unruh bestehenden Schwingungssystems eine Funktion der Schwingungsamplitude und damit der Dämpfung ist.
Eine solche Kompensationsanordnung lässt sich nicht auf eine Stimmgabel übertragen.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem liegt in der mindestens teilweisen Kompensation des störenden Positionsfehlers mit einfachen Mitteln, die sich billig herstellen lassen und derart ausgebildet sein können, dass sie nicht zu sperrig sind.
Gemäss der Erfindung lässt sich dieses Ziel dadurch erreichen, dass im Bereich der genannten Zinkenenden bzw. der genannten Permanentmagnetanordnungen mindestens ein magnetisch aktives oder passives Element aus einem ferromagnetischen Material derart federnd aufgehängt ist, dass es sich bei Lageänderungen der Stimmgabel unter dem Einfluss der Schwerkraft entgegen der Federwirkung im Sinne einer wenigstens teilweisen Kompensation des Positionsfehlers der Stimmgabel lediglich in einer Richtung verschieben kann, die mindestens angenähert parallel ist zur Längsmittelachse der Gabel.
Unter dem Begriff magnetisch aktives Element ist ein Element zu verstehen, welches selbst ein magnetisches Feld erzeugt, während ein magnetisch passives Element ein Element aus einem ferromagnetischen Material darstellt, das jedoch nicht in einem nennenswerten Masse vormagnetisieft ist. Auf jeden Fall ist das magnetische Element derart zu wählen, dass sich zwischen ihm und den Gabelzinken oder den von den Gabelzinken getragenen P ermanentmagnetanordnungen ein magnetischer Kraftfluss ausbildet. Die Wirkung beruht also auf der Tatsache, dass sich das magnetische Element bei einer Lageänderung der Stimmgabel entgegen der Federwirkung der Aufhängemittel in einer zur Längsmittelachse der Gabel parallelen Richtung verschieben kann, wodurch der Kraftfluss zwischen dem magnetischen Element und einem schwingenden Teil verändert wird.
Man weiss, dass eine Anderung eines auf eine Gabel einwirkenden Kraftflusses, welcher seinerseits über eine Schwingungsperiode der Gabel betrachtet nicht konstant ist, auch eine Abweichung der Schwingfrequenz der Gabel zur Folge hat.
Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes. Es stellen dar:
Fig. 1, 2 und 3 je eine vereinfachte Frontalan sicht auf einen kompensierten Schwinger,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht gemäss den Schnittlinien 44 nach Fig. 3,
Fig. 5 und 6 weitere Frontansichten von zwei weiteren Ausführungsbeispielen.
Im Falle des Beispiels nach Fig. 1 ist eine zwei Zinken 1 und 2 und eine Basis 3 aufweisende Stimmgabel einer elektrischen Uhr in an sich bekannter Weise mit Bechern 4 und 5 aus einem magnetisch weichen Material und zwei zentralen Permanentmagnetstäbchen 6 und 7 ausgestattet. Ein kleiner Permanentmagnet 8 ist nahe bei den Bechern 4 und 5 beweglich aufgehängt, und zwar mit Hilfe einer bei 10 und 11 eingespannten, vorgebogenen Blattfeder 9. Die Einspannstellen 10 und
11 sind gegenüber der Basis 3 der Gabel unveränderlich festgelegt. Wesentlich ist auch, dass die Steifigkeit der Aufhängung des eine bestimmte Masse darstellenden Magneten 8 eine Verschiebung desselben nur längs einer bestimmten Bahn zulässt. Im Beispiel ist dies eine zu den Zinken parallele Gerade.
Die Krafteinwirkung des Permanentmagneten 8 auf die magnetisch leitenden Becher 4 und 5 und damit auf das schwingende System hängt von der Lage des Magneten 8 ab. Diese ist jedoch eine Funktion der Schwerkraftseinwirkung. In der dargestellten aufrechten Lage wird durch die zu den Gabelzinken 1 und 2 senkrechte Komponente des vom Magnet 8 ausgehenden magnetischen Feldes eine derartige Änderung des elastischen Verhaltens der Gabel herbeigeführt, dass die Eigenfrequenz der Gabel leicht erhöht wird. Durch eine geeignete Wahl des Gewichtes und der Stärke des Magneten 8, seines Abstandes von den Bechern 4 und 5 sowie der Kennlinie der Felder 9 lässt sich eine praktisch vollkommene Kompensation des Positionsfehlers der Gabel nicht nur in den Extremstellungen, sondern auch in den Zwischenlagen erzielen.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Hinweiszeichen versehen. Unterschiedlich zu der Form nach Fig. 1 ist die Tatsache, dass anstelle eines einzigen Magneten 8 zwei Permanentmagnete 13 und 14 vorgesehen sind.
Diese sind direkt unterhalb der Becher 4 und 5 mit Hilfe von Blattfedern 15 und 17, die bei 16 und 18 eingespannt sind, derart angebracht, dass sie sich unter Wirkung der Erdbeschleunigung in Pfeilrichtung verschieben können. Auch diese Anordnung ergibt bei richtiger, beispielsweise empirisch ermittelbarer Dimensionierung der variablen Grössen eine weitgehende Elimination des Positonsfehlers.
Die in den Fig. 3 und 4 illustrierte Stimmgabel trägt an den Enden der Zinken 1 und 2 Weicheisenjoche 19 und 20, an deren Innenseiten Permanent magnetischen 21-24 sitzen. Diese sind in einer zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung magnetisiert (im Falle der Fig. 3). Einem Nordpol liegt jeweils ein Südpol gegenüber, so dass in einer flachen, kernlosen Spule, die derart parallel zu der durch die Zinken 1 und 2 gebildeten Ebene liegt, dass die Windungen einerseits zwischen den Magnetchen 21 und 22 und anderseits zwischen den Magnetchen 23 und 24 liegen, durch die Schwingungen der Gabel eine Spannung induziert wird. Gleichzeitig kann eine wolche Spule als Antriebsspule für die Gabel dienen. Über den Jochen 19 und 20 ist eine Blattfeder 26 und 27 eingespannt. Sie trägt einen Permanentmagneten 25 mit der in Fig. 4 angedeuteten Magnetisierung.
Der Magnet 25 nähert sich den Jochen 19 und 20 oder entfernt sich von diesen unter der Wirkung des Schwerefeldes der Erde und beeinflusst die Elastizität der Gabel nach demselben Grundprinzip wie bei den vorangegangenen Beispielen.
In Fig. 5 ist eine Stimmgabel 1-3 mit einer piezo elektrischen Abfühlelektrode 28 und einer Antriebselektrode 29 veranschaulicht. Ein N-S-N polarisierter Permanentmagnet 30 mit Polschuhen 31 und 32 ist unter Zwischenschaltung eines unmagnetischen Abstandhalters 33 von einer flachen Feder 34 getragen, die bei 35 eingespannt ist. In der gezeigten Position der Gabel ist der Luftspalt zwischen den Polschuhen 31 und 32 und den Enden der Gabelzinken 1 und 2 am kleinsten, während er bei hängender Gabel am grössten ist. Selbstverständlich nimmt das federnd aufgehängte magnetische Organ in anderen Lagen der Stimmgabel Zwischenpositionen ein, so dass auch hier eine weitgehende Kompensation des Positionsfehlers erreichbar ist.
Etwas verschieden wirkt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6. Die Stimmgabel 1-3 und die Becher 4 und 5 mit den Stabmagneten 6 und 7 sind zwar gleich wie in den Fig. 1 und 2. Anstelle einer ein eigenes magnetisches Feld erzeugenden Masse ist hier eine magnetisch passive Masse 36 vorgesehen. Diese besteht aus einem magnetisch hochpermeablen Material wie Weicheisen. Sie sitzt am einen Ende einer bei 38 befestigten Schraubenfeder 37 und ist durch geeignete Mittel derart geführt, dass sie sich unter dem Einfluss der Schwerkraft ausschliesslich längs einer zu den Zinken 1 und 2 parallelen Geraden verschieben kann.
Ihre Lage hat einen Einfluss auf die Stärke des zwischen den Bechern 4 und 5 vorhandenen Streufeldes.
Natürlich könnte man an den Gabelzinkenenden oder an den Bechern 4 und 5 auch spezielle Magnetchen anbringen, die mit einer magnetisch passiven oder aktiven, verschiebbaren Masse zusammenwirken.