DE1523958A1

DE1523958A1 - Uhr mit Torsions- oder Biegeschwinger

Info

Publication number: DE1523958A1
Application number: DE19651523958
Authority: DE
Inventors: Haag Dr-Ing Albrecht
Original assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Current assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Priority date: 1965-08-28
Filing date: 1965-08-28
Publication date: 1969-07-31
Also published as: GB1131357A

Description

KIENZLE UHRENMBRIKM GMBH
Schwenningen am Neckar

P 15 23 958.4
(K 56 990)
4. Juli 1968

Uhr mit Torsions- oder Biegeschwinger

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Uhr mit einem Torsions- oder Biegeschwinger.als zeitbestimmendes Organ.

Bei Uhren, die erhöhten Genauigkeitsanforderungen entsprechen sollen, werden Torsions- oder Biegeschwinger verwendet, wie beispielsweise Stimmgabeln, Blattfedern, Torsionsstäbe und ähnliche Schwingelemente. Die Energiesteuerung und -übertragung erfolgt kontaktlos über eine elektronische Schaltung. In der üblichen Ausführungsform

ο besitzt der mechanische Schwinger ein Permanent-Q₀ magnetsystem, das die Eingangsspule der elektro- ^ nischen Schaltung induktiv beaufschlagt. Dieses ^ Eingangsignal wird verstärkt einer Antriebsspule cn zugeleitet, deren magnetisches Feld ein Permanent- ^ magnetsystem des mechanischen Schwingers antreibend beeinflußt. Der Antrieb des Zeigerwerkes

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kann entweder direkt vom mechanischen Schwingsystem aus erfolgen - z.B. trägt bei einer Stimmgabel einer der Zinken eine Portschaltklinke oder über ein besonderes in Takt der Schwingungen des mechanischen Schwingers betätigtes elektrisches Schrittschaltwerk.

Diese bekannten Vorrichtungen weisen Nachteile auf. Die elektronische Schaltung zur Unterhaltung der Schwingungen des mechanischen Schwingers ist aufwendig. Die Permanentmagnete auf dem Schwinger lassen sich meist nicht so anordnen, wie dies für eine gute Zeithaltung des Schwingers erforderlich ist. Erfolgt der Antrieb des Zeigerwerks durch direkte mechanische Kopplung zwischen Schwinger und Zeigerwerk, so ist es außerordentlich schwierig, die mechanischen Antriebselemente so auszubilden und anzuordnen, daß keine ungünstige Beeinflußung des Isochronismusverhältens des mechanischen Schwingsystems eintritt. Erfolgt dagegen der Antrieb des Zeigerwerks über einen gesonderten elektromechanischen Wandler, so ist wohl eine Beeinflußung des Isochronismusverhaltens des Schwingers durch die Portschaltvorrichtung ausgeschlossen, jedoch wird dieser Vorteil erkauft durch einen erhöhten Energieverbrauch, sowie durch wesentlich höhere Kosten der Uhr, da derartige elektromechanische Wandler kompliziert und aufwendig aufgebaut sindj zudem wird in diesem Fall die Baugröße der Uhr erhöht.

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Um die Eingangsspule der elektronischen Schaltung und das die Eingangsspule beeinflußende Permanentmagnetsystem auf dem Schwinger zu ersetzen, wurden schon piezoelektrische Elemente verwendet, die im Eingang der elektronischen Schaltung liegen und an den mechanischen Schwinger gekoppelt sind. Diese piezoelektrischen Elemente geben also eine Spannung synchron zur Schwingerfrequenz ab, wodurch die Steuerung des Arbeitsstromes der elektronischen Schaltung bewirkt wird. Hierbei dient jedoch das piezoelektrische Element lediglich zur Steuerung der elektronischen Schaltung und übernimmt keine sonstigen Funktionen. Der Antrieb des mechanischen Schwingers kann in ähnlicher Weise durch ein zweites piezoelektrisches Element im.Ausgangskreis der elektronischen Schaltung erfolgen.

Es ist auch bekannt, den mechanischen Schwinger selbst als piezoelektrisches Element aufzubauen. Diese Elemente sind dann als Blattfeder- oder Stimmgabelschwinger aufgebaut. Die Arbeitsfrequenz dieser Systeme ist Jedoch sehr hoch, meist weit über 1 kHz, so daß elektrische Frequenzteilerstufen vorgesehen werden müssen, die die Schwingerfrequenz so weit herunterteilen, daß ein mechanischer Antrieb des Zeigerwerkes möglich ist. Außerdem sind derartige piezoelektrische Schwinger sehr teuer, da ihre Form maßgebend für das Schwingungsverhalten ist.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu "beseitigen, insbesondere soll bei einem Biege- oder Torsionsschwinger ein System gefunden werden, das auf einfache Weise die Schwingung des Schwingers unterhält und gegebenenfalls auch den Antrieb des Zeigerwerkes übernimmt.

Bei einer elektrisch, kontaktlos betriebenen Uhr mit Biege- oder Torsionsschwinger mit einem mit dem mechanischen Schwinger gekoppelten piezoelektrischen Element im Eingang der elektronischen Schaltung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das piezoelektrische Element gleichzeitig so in den Ausgang der elektronischen Schaltung zu legen, daß es antreibend auf den Schwinger wirkt. "Das piezoelektrische Element kann gleichzeitig die Schaltmittel zur Fortschaltung des Zeigerwerkes tragen. Yorzugsweise besteht es aus einem an seinem einen Ende fest eingespannten Biegeschwinger, der in geeigneter Entfernung von der Einspannstelle an den mechanischen Schwinger angekoppelt ist und an seinem freien Ende die Schaltmittel zur Weiterschaltung des Zeigerwerks trägt« Die Amplitude des piezoelektrischen Elements soll unabhängig von der Betriebsspannung sein, was einmal durch elektrische Stabilisierungsmittel zu erreichen ist, oder auch durch mechanische Amplitudenbegrenzung in Form von progressiv

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wirkenden Gegenfedern oder in Form von dämpfenden Anschlägen. Das piezokeramische Element als Biegeschwinger kann auch in seiner Mitte eingespannt und an seinem einen Ende mit dem mechanischen Schwinger gekoppelt sein und an seinem anderen Ende die Schaltmittel zur Weiterschaltung des Zeigerwerkes tragen. Die mechanische Kopplung zwischen piezokeramischem Element und dem mechanischen Schwinger soll vorzugsweise in der Nähe des Schwingungsknotens des mechanischen Schwingers erfolgen. Die gesamte Anordnung kann auch symmmetrisch ausgebildet sein, indem auf den Schwinger zwei symmetrisch arbeitende keramische Elemente wirken. In diesem Fall können die Einspannstellen der piezokeramischen Elemente die gesamte mechanische Anordnung tragen, da ja diese Elemente mechanisch mit dem Schwinger verbunden sind.

Die piezokeramischen Elemente z.B. aus Bariumtitanat oder Bleizirkonatitanat zeichnen sich durch einen sehr günstigen Wirkungsgrad der elektromechanischen Energieumwandlung aus. In Form von Biegeschwingern lassen sich Biegeamplituden bis zu einem Millimeter erzielen. Gemäß der vorliegenden Erfindung übernehmen die piezokeramischen Elemente eine Mehrfachfunktion, denn sie sind einmal das Eingangselement für die elektronische Schaltung, zum zweiten jedoch gleichzeitig Ausgangselement dieser elektronischen Schaltung und damit Antriebselement für den mechanischen

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Schwinger. Damit ist die Beeinflußung des Ganges des mechanischen Schwingsystems durch die Portschaltung ausgeschlossen. Da die Kopplung zwischen dem keramischen Element und dem mechanischen Schwinger in die Nähe des Schwingungsknotens gelegt werden kann, kann die Zeithaltung des Schwingsystems beträchtlich erhöht werden gegenüber den seither bekannten Lösungen. Komplizierte und aufwendige elektromechanisch^ Wandler, die auf elektromagnetischer Basis arbeiten, sind nicht erforderlich, da deren Funktion durch das piezokeramische Element übernommen wird. Die auf dem piezokeramischen Element angeordneten Schaltmittel können bekannter Natur sein. Auf das Portschaltrad kann also entweder eine Schaltklinke oder Schaltfeder oder ein Schaltanker oder eine magnetische Mitnahmevorrichtung wirken. Die Figuren zeigen einige Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung,

Figur 1 zeigt einen Stimmgabelschwinger mit einem piezokeramischen Element.

Figur 2 zeigt einen Stimmgabelschwinger mit zwei piezokeramischen Elementen.

In Figur 3 und in Figur 4 ist ein ringförmiger Schwinger mit zwei piezokeramischen Elementen gezeigt.

In Figur 5 ist ein doppelringförmiger Schwinger gezeigt.

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In Figur 1 ist Teil 1 die Stimmgabel, die über die mechanische Verbindung 3 mit dem piezokeramischen Element 2 verbunden ist. Dieses piezo— keramische Element ist einseitig eingespannt und trägt an seinem freien Ende eine Schaltklinke 5, die auf ein Schaltrad wirkt. Dieses Schaltrad treibt seinerseits das Zeigerwerk 4 an.

Mit der Stimmgabel 1 können auch zwei piezokeramische Elemente verbunden sein. Wie in Figur 2 gezeigt , sind die piezokeramischen Elemente 2 in ihrer Mitte eingespannt und auf der einen Seite über die Teile 3 mit dem Schwinger 1 verbunden. Die freien Enden der keramischen Elemente 2 tragen Schaltklinken, die auf ein Schaltrad des Zeigerwerkes wirken. Die gesamte Anordnung wird getragen durch den Einspannblock 6. Die Stimmgabel 1 besitzt also keine separaten Befestigungsmittel .

• Anstelle der Stimmgabel kann auch ein ringförmiger Schwinger 1' verwendet werden. In Figur 3 ist ein derartiges Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei wiederum die keramischen Elemente 2 in der

ο Mitte eingespannt sind und über ihr eines Ende

^ mit dem Schwinger verbunden sind, während ihr

^ω anderes Ende die Schaltklinken tragen. Der Ein-

^ spannblock 6 trägt wiederum die gesamte Vorrich-

c- tung.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem ringförmigen Schwinger gezeigt, wobei

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hier die Elemente 2 an ihrem einen Ende eingespannt sind. Die Vorrichtung gemäß Figur 4 arbeitet gleich wie die Vorrichtung gemäß Figur 3»

Eine Vorrichtung mit einem doppelringförmigen Schwinger 1^tf ist in Figur 5 gezeigt. Bei dieser Anordnung entfallen "beispielsweise die Stege 3» die die mechanische Kopplung zwischen dem Schwinger und dem keramischen Element übernehmen. Der Mittelsteg des Schwingers 1'' ist direkt mit dem keramischen Element 2 verbunden.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrisch, kontaktlos betriebene Uhr mit Biege- oder Torsionssehwinger mit einem mit dem mechanischen Schwinger gekoppelten piezoelektrischen Element im Eingangskreis der elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element gleichzeitig so im Ausgangskreis der elektronischen Schaltung liegt, daß es antreibend auf den Schwinger wirkt»

2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element Schaltmittel zur Fortschaltung des Zeigerwerkes trägt.

3. Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element als an einem Ende fest eingespannter Biegeschwinger ausgebildet ist, der in geeigneter Entfernung von der Einspannstelle an den mechanischen Schwinger mechanisch angekoppelt ist, und an seinem freien Ende die Schaltmittel zur Weiterschaltung des Zeigerwerkes trägt.

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4. uhr nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des piezoelektrischen Elements mechanisch begrenzt ist,

5. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Amplitudenstabilisierung in der elektronischen Schaltung vorgesehen ist.

6. Uhr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Amplitudenbegrenzung durch progressiv wirkende Gegenfedern oder durch dämpfende Anschläge gebildet wird.

7. Uhr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Biegeschwinger ausgebildete piezokeramische Element in seiner Mitte eingespannt und an seinem einen Ende mit dem mechanischen Schwinger gekoppelt ist und an seinem anderen Ende die Schaltmittel zur Portschaltung des Zeigerwerkes trägt.

8. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kopplung zwischen dem piezoelektrischen Element und dem mechanischen Schwinger in der Nähe eines Schwingungsknotens des Schwingers erfolgt.

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9. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Schwinger zwei symmetrisch arbeitende piezokeramische Elemente wirken.

10. Uhr nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß über die Einspannstellen der piezoelektrischen Elemente, die mechanisch mit dem Schwinger verbunden sind, die gesamte Anordnung von Schwinger, piezokeramischen Elementen und Fortschaltung getragen wird.

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