Dispositif régulateur mécanique pour pendule d'horloge. On sait que les oscillations d'un pendule ne peuvent être considérées comme pratique ment isochrones que pour des amplitudes extrê mement réduites; lorsque l'amplitude aug mente, la période croit de plus en plus ainsi, pour une horloge dont le pendule oscillerait librement, le retard par jour est d'environ 30 secondes lorsque l'amplitude passe de 9 à 10 . Dans ces conditions toute variation dans la valeur de la force motrice d'entretien, étant donné qu'elle entraîne une variation d'amplitude, amène titi déréglage inadmissible, et l'on s'est déjà efforcé de remédier par divers moyens à cette imper fection.
Notamment, dans les horloges électriques à balancier moteur, dont les oscillations sont entretenues par une action électromagnétique dépendant du voltage de la source d'électri cité qui les alimente, les écarts de voltage ont pour effet de faire varier l'amplitude et elles entraînent des écarts de réglage parti culièrement sensibles lorsque l'amplitude des oscillations dépasse quelques degrés;
pour y remédier, on a été conduit à limiter l'ampli- tude à une valeur très faible, et à réduire les écarts de voltage en faisant usage de piles spéciales qu'on remplace dès que le voltage commence à baisser, ce qui se pro duit très rapidement lorsque la pile n'a encore débité qu'une faible partie de l'énergie élec trique qu'elle serait capable de fournir.
La présente invention concerne un dispo sitif régulateur mécanique pour pendule d'hor loge permettant d'obtenir la constance du réglage malgré les variations de l'amplitude.
Ce dispositif consiste en un ressort fixé d'une part, ait bâti et de l'autre au pendule et agissant sur ce dernier. Il produit sur le pendule un couple supplémentaire qui ramène la période à la valeur choisie, c'est-à-dire .qui compense automatiquement le défaut d'isochronisme aux grandes amplitudes et les variations de période dues à la température et qui permet toits lea réglages nécessaires.
On peut donc avec ce dispositif régula teur utiliser un pendule oscillant avec une grande amplitude. Dans le cas d'une horloge électrique on petit l'alimenter au moyen d'une pile quelconque, pile dont la durée utile sera considérablement accrue en raison de la possibilité de l'utiliser jusqu'à usure complète. Dans tous les cas, ce dispositif régulateur permet d'obtenir la compensation automatique des écarts de marche dits aux variations de la température.
Grâce à un dispositif spécial qui sera décrit plus loin, il permet de faire les petites retouches de réglage ne nécessitant pas l'arrêt du pendule.
Air dessin annexé: la fig.1 représente schématiquement un mode d'exécution dur dispositif qui fait l'objet de l'invention, donné à titre d'exemple.
La fig. 2 en montre titi mode de réalisa tion pratique.
Sur la fig. 1, le pendule est représenté en<B>O A,</B> l'amplitude est (a.). Le dispositif ré gulateur est constitué par un ressort dL boudin dont l'une des extrémités est articulée en un point (B) de la tige dut pendule et dont l'autre extrémité est articulée cri titi point (C) du bâti situé sur la verticale passant par le point de suspension du pen dule. Le point (C) est au-dessous du point (0) de telle sorte que le ressort<I>BC</I> s'incline d'un angle<I>(BC</I> Bo) plus grand que<I>(a).</I> (Bo) étant la position occupée par le point d'attache (B) lorsque le pendule passe par la verticale.
Le point d'attache (C) , est disposé préféra blement au dessus de (B.). La tension initiale du ressort lorsque le pendule est vertical est choisie nulle ou assez faible.
Le mode d'action du dispositif résulte des propriétés du pendule rappelées ci-après: Pour un pendule simple théorique de p ids (P) et de longueur<B>(1),</B> écarté de la oi verticale de l'angle (a), le couple qui tend à le ramener à la verticale est:
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I étant le moment d'inertie.
On peut remplacer (sir) n) par soir dé veloppement en série:
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Pour les très petites amplitudes, il suffit de prendre le terme ci) (a.) et l'on a: <I>C=</I> P.d#a. La période d'oscillation est:
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elle est indépendante de l'amplitude, les petites oscillations sont isochrones quelle que soit l'amplitude.
Pour les amplitudes voisines de<B>100,</B> couramment employées dans la pratique, il suffit de s'arrêter dans le développement de (sin c.) au terme en (a.3).
On a:
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Pour obtenir l'isochronisme il faut faire disparaître le deuxième terme
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c'est- à-dire faire agir sur le pendule un couple égal et de sens contraire à celui-là., donc croissant comme le cube de l'amplitude.
Le calcul et l'expérience montrent que l'adjonction dit ressort (CB) permet d'obtenir ce résultat par nu choix convenable de soir coefficient d'élasticité et de ses points d'attache.
On trouve que si le ressort dans sa po sition moyenne ((#Bo) est saris tension initiale, la valeur du couple qu'il exerce sur le pendule est (en supprimant les termes négligeables,) de la forme (Ii <B>-</B>a'-).
Si cri choisit les caractéristiques du ressort de façon que:
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on réduit donc le couple agissant sur le pendule <I>à</I><B>(P<I>l</I></B><I> a) et</I> on rétablit l'isoelrronisme.
Dans la pratique, le régime d'oscillation d'un pendule entrenu diffère plus ou moins de celui d'une oscillation libre, niais la for mule qui donne la valeur du couple agissant sur le pendule contient toujours un ternie en (a.) et uni terme en (0), seuls les coeffi cients de ces termes sont modifiés; le ressort sera choisi dans chaque cas de faÇon à annuler le terme en (a3).
Si or] donne au ressort titre tension initiale, le couple qu'il produit sur le pendule est de la forme hr <I>a</I> -\- h2 <I>a3. (K i</I> croit comme la tension initiale du ressort Iii en sens inverse).
Si on choisit les caractéristiques du ressort de façon) que:
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lecouple total agissant sur le pendule devient<I>(Pl</I> -1-Ki) c'est-à-dire que la tension initiale du res sort maintient l'isochronisme mais réduit la période, donc fait avancer l'horloge. Cetto propriété permet d'obtenir par un dispositif très simple de petites retouches de réglage sans avoir à arrêter le pendule. Il suffit pour cela de déplacer d'une petite quantité le point d'attache C du ressort sur la verticale pour modifier légèrement la tension initiale du ressort. En déplaçant C vers le haut, on augmente la tension du ressort et on fait avancer l'horloge.
Bien entendu, la tension initiale du ressort, sa force et la position des points d'attaches doivent être déterminés lors de la construc tion pour que la condition d'isochronisme soit remplie lorsque la période du mouvement du pendule est celle que l'on désire maintenir constante; le déplacement de l'attache C ne doit servir que pour les très petites retouches lorsque le réglage est très près d'être obtenu.
<B>En</B> constituant le ressort en acier au nickel dont le module d'élasticité croit avec la température (par exemple, acier au nickel à 36 %, connu sous le nom d'"invar") on peut obtenir la compensation automatique des écarts de réglage dûs aux variations de tem pérature, car la dilatation de la tige du pendule crée un retard; tandis que l'augmen tation. de la raideur du ressort augmente le couple de rappel et a par suite un effet accélérateur.
Le calcul montre qu'en toute rigueur la condition d'isochronisme ne peut être respectée par toutes les températures, ruais les écarts provenant de ce fait sont très faibles et les résultats obtenus sont très suffisants pour les besoins de l'horlogerie civile courante.
Le coefficient de variation avec la tem pérature du module d'élasticité de certains alliages d'acier et de nickel étant considérable par rapport au coefficient de dilatation linéaire de l'acier, on peut faire usage d'un pendule en acier ordinaire et obtenir l'iso chronisme et la compensation au moyen d'un très petit ressort en acier au nickel revenant très bon marché.
C'est ainsi que pour un pendule entretenu électriquement battant la '/s seconde on a obtenu de bons résultats avec les valeurs numériques suivantes (fig. 1): 0 Bo --- 90 millimètres environ <I>C</I> Bo <I>20</I> millimètres environ ressort cri fil d'acier au nickel à 36%, dia- mètre du fil '5/ioo millimètres*,
nombre de spires 20, diamètre des spires 4 millimètres.
La fig. 2 montre une forme d'exécution du dispositif régulateur.
La tige du pendule est représentée en 1. Le ressort 2 est attaché, d'une part, sur le bouton 3 et, d'autre part, sur le bouton 4 solidaire de la tige du pendule. Les attaches sont disposées de telle façon que le ressort puisse tourner très librement autour de 3 et de 4. Le bouton 3 est solidaire d'un doigt de réglage 5 pouvant tourner à frottement dur autour de l'axe 6 fixé sur le bâti. Les petites retouches de réglage s'obtiennent en faisant tourner le doigt 5 d'un petit angle. Pour la commodité du réglage l'extrémité du doigt 5 se déplace devant une graduation 7.
On remarquera que le ressort réunit un point fixe du bâti à un point solidaire du pendule mobile. Dans certains cas, on pourra utiliser le ressort 2 comme connexion élec trique, lorsque, par exemple, le pendule porte une bobine de fil électrique dont une des extrémités doit être reliée électriquement à un point fixe du bâti de l'horloge.
Mechanical regulator device for clock pendulum. We know that the oscillations of a pendulum can only be considered as practically isochronous for extremely small amplitudes; as the amplitude increases, the period increases more and more so, for a clock whose pendulum would oscillate freely, the delay per day is about 30 seconds when the amplitude goes from 9 to 10. Under these conditions any variation in the value of the driving force of maintenance, given that it causes a variation of amplitude, leads to inadmissible deregulation, and efforts have already been made to remedy this imperfection by various means. fection.
In particular, in electric clocks with a motor balance, the oscillations of which are maintained by an electromagnetic action depending on the voltage of the source of electricity which supplies them, the voltage differences have the effect of varying the amplitude and they cause adjustment deviations particularly sensitive when the amplitude of the oscillations exceeds a few degrees;
to remedy this, we have been led to limit the amplitude to a very low value, and to reduce the voltage differences by using special batteries which are replaced as soon as the voltage begins to drop, which is evident. decreases very quickly when the battery has yet delivered only a small part of the electrical energy that it would be able to supply.
The present invention relates to a mechanical regulator device for a clock pendulum making it possible to obtain the constancy of the adjustment despite the variations in amplitude.
This device consists of a spring fixed on the one hand, built and on the other to the pendulum and acting on the latter. It produces an additional torque on the pendulum which brings the period back to the chosen value, that is to say. Which automatically compensates for the isochronism defect at large amplitudes and the variations of period due to temperature and which allows roofs to be necessary settings.
It is therefore possible with this regulating device to use a pendulum oscillating with a large amplitude. In the case of an electric clock, it can be powered by means of any battery, the battery of which the useful life will be considerably increased because of the possibility of using it until complete wear. In all cases, this regulating device makes it possible to obtain automatic compensation for operating deviations known as variations in temperature.
Thanks to a special device which will be described later, it makes it possible to make small adjustments to the adjustment that do not require stopping the pendulum.
Air in the appended drawing: FIG. 1 schematically represents an embodiment of the device which is the subject of the invention, given by way of example.
Fig. 2 shows a practical embodiment.
In fig. 1, the pendulum is represented in <B> O A, </B> the amplitude is (a.). The regulating device is formed by a coil spring, one end of which is articulated at a point (B) of the pendulum rod and the other end of which is articulated at the right point (C) of the frame located on the vertical passing through the point of suspension of the pendulum. Point (C) is below point (0) so that the spring <I> BC </I> tilts at an angle <I> (BC </I> Bo) greater than < I> (a). </I> (Bo) being the position occupied by the point of attachment (B) when the pendulum passes through the vertical.
The attachment point (C) is preferably placed above (B.). The initial tension of the spring when the pendulum is vertical is chosen to be zero or quite low.
The mode of action of the device results from the properties of the pendulum recalled below: For a theoretical simple pendulum of weight (P) and length <B> (1), </B> deviated from the vertical oi of the angle (a), the torque which tends to bring it back to the vertical is:
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I being the moment of inertia.
We can replace (sir) n) by serial development evening:
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For very small amplitudes, it suffices to take the term ci) (a.) And we have: <I> C = </I> P.d # a. The oscillation period is:
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it is independent of the amplitude, the small oscillations are isochronous whatever the amplitude.
For amplitudes close to <B> 100, </B> commonly used in practice, it suffices to stop in the expansion of (sin c.) At the term in (a.3).
We have:
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To obtain isochronism, the second term must be removed
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that is to say to make act on the pendulum an equal couple and of direction opposite to that one, therefore increasing like the cube of the amplitude.
Calculation and experience show that the addition of said spring (CB) makes it possible to obtain this result by a suitable choice of the elasticity coefficient and of its attachment points.
We find that if the spring in its mean position ((#Bo) is without initial tension, the value of the torque which it exerts on the pendulum is (removing negligible terms,) of the form (Ii <B> - </B> a'-).
Si cri chooses the characteristics of the spring so that:
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the torque acting on the pendulum is therefore reduced <I>à</I><B>(P<I>l</I></B> <I> a) and </I> is re-established isoelrronism.
In practice, the oscillation regime of an entered pendulum differs more or less from that of a free oscillation, but the formula which gives the value of the torque acting on the pendulum always contains a term in (a.) And one term in (0), only the coeffi cients of these terms are modified; the spring will be chosen in each case so as to cancel the term in (a3).
If or] gives the spring the initial tension, the torque it produces on the pendulum is of the form hr <I> a </I> - \ - h2 <I> a3. (K i </I> grows like the initial tension of spring Iii in reverse).
If we choose the characteristics of the spring so that:
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the total torque acting on the pendulum becomes <I> (Pl </I> -1-Ki) i.e. the initial tension of the res sort maintains isochronism but reduces the period, therefore advances the clock . This property allows small adjustments to be made by a very simple device without having to stop the pendulum. It suffices to move the attachment point C of the spring vertically a small amount to slightly modify the initial tension of the spring. By moving C upwards, you increase the spring tension and advance the clock.
Of course, the initial tension of the spring, its force and the position of the attachment points must be determined during construction so that the condition of isochronism is fulfilled when the period of the pendulum movement is the desired one. keep constant; the displacement of the C-clip should only be used for very small touch-ups when the adjustment is very close to being obtained.
<B> By </B> constituting the spring of nickel steel whose modulus of elasticity increases with temperature (for example, 36% nickel steel, known as "invar") one can obtain the automatic compensation of adjustment deviations due to temperature variations, because the expansion of the pendulum rod creates a delay; while the increase. the stiffness of the spring increases the return torque and consequently has an accelerating effect.
The calculation shows that, strictly speaking, the condition of isochronism cannot be met by all temperatures, but the variations resulting from this fact are very small and the results obtained are very sufficient for the needs of current civil watchmaking.
The coefficient of variation with temperature of the modulus of elasticity of certain alloys of steel and nickel being considerable compared to the coefficient of linear expansion of steel, it is possible to use a pendulum of ordinary steel and obtain l 'iso chronism and compensation by means of a very small nickel steel spring coming back very cheap.
Thus, for an electrically maintained pendulum beating 1 / s second, good results have been obtained with the following numerical values (fig. 1): 0 Bo --- 90 millimeters approximately <I> C </I> Bo <I> 20 </I> millimeters approximately 36% nickel steel wire spring, wire diameter '5 / ioo millimeters *,
number of turns 20, diameter of the turns 4 millimeters.
Fig. 2 shows an embodiment of the regulating device.
The pendulum rod is shown at 1. The spring 2 is attached, on the one hand, to the button 3 and, on the other hand, to the button 4 integral with the pendulum rod. The fasteners are arranged so that the spring can rotate very freely around 3 and 4. The button 3 is integral with an adjusting finger 5 which can rotate with hard friction around the axis 6 fixed to the frame. Small adjustments are made by turning finger 5 at a small angle. For ease of adjustment, the tip of the finger 5 moves in front of a graduation 7.
It will be noted that the spring brings together a fixed point of the frame to a point integral with the mobile pendulum. In certain cases, the spring 2 can be used as an electrical connection, when, for example, the pendulum carries a coil of electric wire, one of the ends of which must be electrically connected to a fixed point on the frame of the clock.