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Kontaktlos gesteuertes Schwingsystem Die Erfindung bezieht sich auf ein kontaktlos gesteuertes Schwingsystem, insbesondere für Uhren, mit einem niederfrequentschwingenden, mechanischen Schwingorgan, das mit Hilfe eines Mitnahmeelementes einen piezoelektrischen Kristall periodisch, jedoch nur während eines Teils der Schwingperiode verbiegt, und das in einem ersten Steuerelement einen elektrischen Steuerimpuls erzeugt, der nach Verstärkung einem das mechanische Schwingorgan antreibenden zweiten elektrischen Element zugeführt wird, nach Patentanspruch des Hauptpatentes Nr.336769. Bei der bekannten Konstruktion nach diesem Patent ist mit der Welle des Schwingorgans ein Nocken fest verbunden,
der einen mit dem piezoelektrischen Kristall starr verbundenen Bieger je Halbschwingung ein kurzes Stück mitnimmt. Dabei wird bei jeder Mitnahme der piezoelektrische Kristall abgebogen und erzeugt einen Steuerimpuls. Diese Art der Formveränderung des piezoelektrischen Kristalles ist insofern nachteilig, als durch die körperliche Verbindung zwischen Nocken und Bieger diese Teile abgenützt werden und so nach einer bestimmten Zeitdauer ersetzt werden müssen. Ausserdem ergibt sich beim Auftreffen des Nockens auf den Bieger ein gewisser Schlag, der das freie, ungehinderte Schwingen des Schwingorgans behindert.
Ferner ist es bei magnetisch angetriebenen Pendeluhren und Unruhuhren bekannt, über das Schwingorgan ein magnetisierbares Sternrad je Schwingung um eine Teilung zu drehen, das in seiner jeweiligen Lage durch einen permanenten Magneten ohne Berührung mit demselben fixiert ist. Das magnetisierbare Sternrad nimmt bei seiner Drehung einen ebenfalls magneti- sierbaren Hebel ohne Berührung kurzzeitig mit, der dann einen Kontakt betätigt und so den Stromkreis einer Antriebsspule kurzzeitig schliesst.
Diese bekannte Einrichtung hat ebenfalls den Nachteil, dass das Schwingorgan mechanisch ein bewegliches Teil mitnehmen muss und hierdurch die Schwingung eine ruckartige Hemmung erleidet, die für das gleichmässige Schwingen nachteilig ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Steuerung durch das Schwingorgan in der Weise zu bewirken, dass eine. körperliche Berührung zwischen dem Schwingorgan und dem zu beeinflussenden, im wesentlichen stationären Teil nicht mehr stattfindet, und diese Aufgabe wird bei kontaktlos gesteuerten Schwingsystemen der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass eine ohne mechanische Verbindung, mit Kraftfeldern arbeitende übertragungskupp- lung zwischen dem Schwingorgan und dem periodisch betätigten Steuerorgan angeordnet ist, und diese Kraftfeldkupplung zwischen dem Mitnahmeelement und dem von ihm periodisch verbogenen piezoelektrischen Kristall derartig ausgebildet ist,
dass bei der Annäherung des Schwingorgans mit seinem Mitnahmeelement an den ruhenden piezoelektrischen Kristall dem Schwingorgan zunächst eine Beschleunigung erteilt wird, welche einen Ausgleich für die bei der endgültigen Verbiegung des piezoelektrischen Kristalles auftretende Bremsung darstellt. Dieses Kraftfeld kann an sich beliebiger Art sein, doch ist üblicherweise ein verhältnismässig kräftiges Feld notwendig, um die Mitnahme zu erzielen. Beispielsweise könnte ein elektrisches Feld benützt werden, und es könnte zu diesem Zweck der eine Teil eines Kondensators mit dem Schwingorgan und der andere Teil eines Kondensators mit dem piezoelektrischen Kristall verbunden sein.
Die Aufladung der beiden Kondensatorteile könnte von einer Batterie bzw. einem Akkumulator erfolgen. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass beim Vorbeischwingen des Mitnahmeelementes am piezoelek- trischen Kristall dieser durch das elektrische Feld ein kurzes Stück mitgenommen und so in seiner Form verändert wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
In der Figur bedeutet 10 eine Unruhwelle, die mit ihren Zapfen 11 und 12 in schematisch angedeuteten Lagern 13 und 14 gelagert ist. Auf der Unruhwelle ist ein Schwingorgan 15 starr befestigt, das eine mittlere Scheibe 16 und zwei daran angeordnete Querstücke 17 aufweist. Bei 18 ist ein kreisförmiges Bogenstück erkennbar, das zur Verbesserung der Schwingung dient. Die Teile 16 und 17 sind aus Weicheisen und bilden den beweglichen Anker eines Magnetsystems, das ein Jochstück 19 von U-förmiger Gestalt aufweist. In dem in der Zeichnung dargestellten Ruhezustand befinden sich die Querstücke 17 zwischen den Polen 20 des Joches 19. Bei 21 ist eine Magnetspule erkennbar, die auf dem Mittelstück des Joches 19 angeordnet ist. Auf die Anschlüsse dieser Magnetwicklung wird weiter unten näher eingegangen.
Mit 22 ist eine Spiralfeder bezeichnet, die mit ihrem .einen Ende an der Unruhwelle und mit ihrem andern Ende an einem verstellbaren Rücker 23 befestigt ist. Auf der Unruhwelle ist ferner ein aus Weicheisen bestehendes Mitnahmeelement 50 vorgesehen, das beim Hin- und Herschwingen der Unruhwelle mit einem permanenten Magneten 51 zusammenwirkt, der an einem piezoelektrischen Kristall 26 befestigt ist. Dieser piezoelektrische Kristall hat eine plattenförmige Form und ist mit seinem in der Zeichnung linken Ende auf einem elektrisch leitenden Träger 27 befestigt.
An seinem in der Zeichnung linken Ende ist an dem piezoelektrischen Kristall ferner eine Kontaktfahne 28 angeordnet. Mit 29 ist ein Verstärker bezeichnet, der zwei Transistoren 30 und 31 und zwei Widerstände 32 und 33 aufweist. Mit 34 ist eine Batterie oder ein Akkumulator bezeichnet, und es führen zwei Leitungen 35 und 36 von der vorerwähnten Magnetspule 21 zum Verstärker 29 und zur Batterieklemme 37, die ausserdem durch eine Leitung 38 mit dem Widerstand 32 verbunden ist. Von der Kontaktfahne 28 führt eine Leitung 39 zum Transistor 31, und der Träger 27 ist mit einem Pol der Batterie und zwei zum Widerstand 33 und zum Transistor 31 führenden Leitungen mit Masse verbunden.
Auf der Unruhwelle 10 ist ein Nocken 40 angebracht, der mit einem auf einer Ankerwelle 41 befestigten Anker 42 zusammenwirkt. Die Lagerung der Ankerwelle ist bei 43 und 44 schematisch angedeutet. Mit 52 und 53 sind zwei Ankerschlagstifte bezeichnet, die in einem festen Teil 54 einseitig befestigt sind und die den Ausschlag des Ankers begrenzen.
Die Wirkungsweise des Schwingsystems gemäss der Zeichnung ist nun wie folgt: Wird die Unruhwelle 10 durch äussere Mittel entgegen der Wirkung der Spiralfeder 22 in Schwingung versetzt, so nimmt das Mitnahmeelement 50 bei der Schwingung in einer Richtung den permanenten Magnet 51 und damit den piezoelektrischen Kristall 26 ein Stückchen mit, so dass sich der letztere um einen vorbestimmten Winkel verbiegt. Hierdurch entsteht ein elektrischer Impuls, der dem Verstärker 29 zugeleitet und dort verstärkt wird. Der verstärkte Impuls wird der Magnetspule 21 zugeführt, die das Joch 19 magnetisiert, so dass der Anker 16, 17 des Schwingorgans in seine Mittellage zurückgezogen wird.
Da dieser Impuls verhältnismässig kurzzeitig ist, wird durch ihn ein Schwingen des Schwingorgans in entgegengesetzter Richtung nicht mehr behindert. Beim Zurückschwingen bewirkt das Mitnahmeelement 50 eine neue Biegung des piezoelektrischen Kristalles 26, welcher einen elektrischen Impuls erzeugt, der in ähnlicher Weise wie vorbeschrieben auf das Schwingorgan einwirkt.
Mit Hilfe des Mitnahmeelementes 40 kann irgendein beliebiger Teil angetrieben werden, und im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein schwingender Anker 42 eingezeichnet, der beispielsweise einen Teil einer Uhr bilden kann.
Das vorbeschriebene Schwingsystem kann beispielsweise eine von dem angetriebenen Gerät völlig getrennte Baueinheit bilden, und es können mit einem solchen Schwingsystem ein oder mehrere Geräte beliebiger Art angetrieben werden. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, das Schwingsystem in das Gerät selbst einzubauen, was bei ortsbeweglichen Uhren meist zweckmässig ist.
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Contactless controlled oscillation system The invention relates to a contactless controlled oscillation system, in particular for watches, with a low-frequency oscillating, mechanical oscillating element, which bends a piezoelectric crystal periodically with the help of a driving element, but only during part of the oscillation period, and which in a first control element Generates an electrical control pulse which, after amplification, is fed to a second electrical element driving the mechanical oscillating element, according to claim of the main patent No. 336769. In the known construction according to this patent, a cam is firmly connected to the shaft of the oscillating element,
which takes a bender rigidly connected to the piezoelectric crystal a short distance per half oscillation. The piezoelectric crystal is bent each time it is carried along and generates a control pulse. This type of change in shape of the piezoelectric crystal is disadvantageous insofar as these parts are worn out by the physical connection between the cam and the bender and so have to be replaced after a certain period of time. In addition, when the cam strikes the bender, there is a certain blow which hinders the free, unhindered swinging of the oscillating member.
It is also known in magnetically driven pendulum clocks and balance clocks to rotate a magnetizable star wheel per oscillation by one division via the oscillating element, which star wheel is fixed in its respective position by a permanent magnet without touching the same. As it rotates, the magnetizable star wheel briefly carries along a magnetizable lever without touching it, which then actuates a contact and thus briefly closes the circuit of a drive coil.
This known device also has the disadvantage that the oscillating element must mechanically take along a movable part and the oscillation is thereby jerky inhibited, which is disadvantageous for uniform oscillation.
The invention is now based on the object of causing the control by the oscillating member in such a way that a. physical contact between the oscillating organ and the essentially stationary part to be influenced no longer takes place, and this task is achieved in contactlessly controlled oscillating systems of the type described at the outset in that a transmission coupling between the oscillating organ and the periodically actuated control element is arranged, and this force field coupling between the entrainment element and the piezoelectric crystal which is periodically bent by it is designed in such a way,
that when the vibrating member with its entrainment element approaches the stationary piezoelectric crystal, the vibrating member is initially given an acceleration which compensates for the braking that occurs during the final bending of the piezoelectric crystal. This force field can be of any type per se, but a relatively strong field is usually necessary in order to achieve the entrainment. For example, an electric field could be used, and for this purpose one part of a capacitor could be connected to the oscillating element and the other part of a capacitor could be connected to the piezoelectric crystal.
The two capacitor parts could be charged by a battery or an accumulator. This arrangement ensures that when the entrainment element swings past the piezoelectric crystal, the electric field takes it along a short distance and thus changes its shape.
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An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing.
In the figure, 10 denotes a balance shaft which is mounted with its journals 11 and 12 in bearings 13 and 14 indicated schematically. An oscillating element 15 is rigidly attached to the balance shaft and has a central disk 16 and two cross pieces 17 arranged thereon. At 18 a circular arc piece can be seen, which serves to improve the vibration. The parts 16 and 17 are made of soft iron and form the movable armature of a magnet system which has a yoke piece 19 of U-shape. In the idle state shown in the drawing, the cross pieces 17 are located between the poles 20 of the yoke 19. At 21, a magnetic coil can be seen, which is arranged on the middle piece of the yoke 19. The connections of this magnet winding are discussed in more detail below.
With 22 a spiral spring is designated, which is attached with its .eine end to the balance shaft and with its other end to an adjustable regulator 23. On the balance shaft there is also provided an entrainment element 50 made of soft iron which, when the balance shaft oscillates back and forth, interacts with a permanent magnet 51 which is attached to a piezoelectric crystal 26. This piezoelectric crystal has a plate-like shape and is fastened with its end on the left in the drawing to an electrically conductive carrier 27.
A contact tab 28 is also arranged on the piezoelectric crystal at its end on the left in the drawing. Reference numeral 29 designates an amplifier which has two transistors 30 and 31 and two resistors 32 and 33. A battery or an accumulator is designated by 34, and two lines 35 and 36 lead from the aforementioned magnetic coil 21 to the amplifier 29 and to the battery terminal 37, which is also connected to the resistor 32 by a line 38. A line 39 leads from the contact lug 28 to the transistor 31, and the carrier 27 is connected to one pole of the battery and two lines leading to the resistor 33 and the transistor 31 to ground.
A cam 40, which cooperates with an armature 42 fastened on an armature shaft 41, is attached to the balance shaft 10. The mounting of the armature shaft is indicated schematically at 43 and 44. With 52 and 53 two anchor knock pins are designated, which are fastened on one side in a fixed part 54 and which limit the deflection of the anchor.
The mode of operation of the oscillation system according to the drawing is as follows: If the balance shaft 10 is caused to oscillate by external means against the action of the spiral spring 22, the entrainment element 50 takes the permanent magnet 51 and thus the piezoelectric crystal 26 during the oscillation in one direction a little bit so that the latter bends at a predetermined angle. This creates an electrical pulse which is fed to the amplifier 29 and amplified there. The amplified pulse is fed to the magnetic coil 21, which magnetizes the yoke 19, so that the armature 16, 17 of the oscillating element is pulled back into its central position.
Since this impulse is relatively short-term, it no longer prevents the oscillating element from swinging in the opposite direction. When swinging back, the entrainment element 50 causes a new bending of the piezoelectric crystal 26, which generates an electrical impulse which acts on the oscillating element in a manner similar to that described above.
Any desired part can be driven with the aid of the driver element 40, and in the present exemplary embodiment a vibrating armature 42 is shown which can, for example, form part of a clock.
The vibrating system described above can, for example, form a structural unit that is completely separate from the driven device, and one or more devices of any type can be driven with such a vibrating system. However, it is easily possible to build the oscillating system into the device itself, which is usually useful in the case of portable clocks.