DE2101174C - Elektromechanischer Oszillator mit umlaufendem Ausgangselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Antriebsvorrichtung mit einem von einer elektrischen Vorrichtung in mechanischen Schwingungen gehaltenen oszillierenden Element, mit einem umlaufenden Element, mit einer wellenförmigen magnetischen Spur auf einem der beiden Elemente und mit einem magnetischen Teil zum Zusammenwirken mit der wellenförmigen magnetischen Spur an den andern der beiden Elemente.

Seit vielen Jahren ist ein magnetisches Gesperre bekannt, das ein Hemmrad mit einer wellenförmigen magnetischen Spur auf beiden Flächen aufweist. Ein derartiges Rad wird zweckmäßigerweise aus einem Blech ausgestanzt, welches hohe Permeabilität und niedrige magnetische Verluste aufweist. Diese wohlbekannte Art von Rädern trägt radial nach außen abstehende Zähne und eine Reihe von Öffnungen, welche kreisförmig innerhalb des Rings von Zähnen angeordnet sind. Jede Öffnung liegt auf der Mittellinie eines der Zähne, und zwar derart, daß eine Reihe von Speichen zwischen den Öffnungen gebadet wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine wellenförmige magnetische Spur von den Zwischenräumen zwischen den Zähnen und den Öffnungen im Körper des Rades begrenzt wird. Eine Feder trägt zwei Arme, die das Hemmrad zwischen sich aufnehmen und die nach innen ragende Magnetpole tragen, welche mit der wellenförmigen magnetischen Spur zusammenwirken. Die Feder ist so angeordnet, daß sie tangential zum mittleren Durchmesser der wellenförmigen magnetischen Spur liegt; ihr freies Ende schwingt im wesentlichen auf einer Linie, welche radial zum Mittelpunkt des Hemmrades verläuft. Wird das Hemmrad von einem Elektromotor oder einer Feder angetrieben, so wird die mit dem Hemmrad magnetisch zusammenwirkende Feder in Schwingungen versetzt, und zwar auf Grund der. magnetischen Kopplung zwischen der wellenförmigen magnetischen Spur und den Magnetpolen. Die Drehzahl des Hemmrades wird von der Grundfrequenz der schwingenden Feder und der An/ahl der Wellen in der magnetischen Spur gesteuer..

Bei einer anderen Art von magnetischen Gesperren wird ein Hemmrad verwendet, welches nicht annähernd so wohlbekannt ist. Bei dieser Art verläuft die wellenförmige magnetische Spur rund um die Unifangskante des Rades, wobei die Dicke des Rades ausreicht, um die Weite der Spur aufzunehmen. Das freie Ende der Feder schwingt dabei entlang einer Linie, die im wesentlichen parallel zur Achse des Rades verläuft.

In jüngster Zeit wurden elektromechanische Antriebsvorrichtungen entwickelt, bei welchen die erstgenannte Art von Hemmrädern zur Verwendung kommt. Dabei entfällt natürlich der Antrieb des Rades durch eine Feder oder einen Elektromotor und es wird an Stelle dessen eine Einrichtung verwendet, die die oszillierende Feder in mechanischen Schwingungen hält. Diese Einrichtung besteht normalerweise aus einem elektromechanischen Wandler, der mit der Feder als oszillierendem Element verbunden ist, und einem Verstärker, um die Schwingungen der Feder aufrecht zu erhalten. Auch ist es bekannt, Stimmgabeln im Zusammenhang mit solchen Antriebsvorrichtungen zu verwenden, wobei mindestens eine der beiden Zinken mit magnetischen Elementen versehen ist, welche mit der wellenförmigen magnetischen Spur zusammenwirken. Bei diesen Anordnungen wird das Henimrad zu einem Antriebsrad, da es die Uhr oder einen anderen Mechanismus antreibt, zu deren bzw. dessen Betätigung die elektromechanische Antriebsvorrichtung vorgesehen ist. Das Antriebsrad wird seinerseits angetrieben von dem oszillierenden Element. Um Begriffsverwechslungen zu vermeiden, wird das Rad im weiteren als »Rotor« bezeichnet.

Bei der elektromechanischen Antriebsvorrichtung muß die gesamte Energie, die zum Antrieb des Me-

chanismus erforderlich ist, von dem schwingenden Element erzeugt werden, welches seinerseits seine Energie vom Verstärker empfängt. Außerdem muß die magnetische Kopplung zwischen dem oszillierenden Element und dem Rotor ausreichend stark sein, um ein Drehmoment im Rotor zu erzeugen, welches ausreicht, die an dem Rotor angreifende mechanische Belastung zu überwinden.

Bei einer Verwendung C ■■; erstgenannten Art von magnetischen Gesperren hat e. sich als günstig her-

ausgestellt, keine zu enge magnetische Kopplung (d. h. keinen zu schmalen Luftspalt) zwischen den an dem oszillierenden Element befestigten Magnetpolen und den magnetischen Spuren zu verwenden, da die Magnetpole während ihres gesamten Ausschlags von den wellenförmigen magnetischen Spuren angezogen werden, wenn die Schwingungsamplitude klein ist. Dementsprechend ist bei kleinen Schwingungsamplituden die Frequenz etwas höher als bei größeren Amplituden, so daß sich eine Isochronismusabwei-

chung ergab. Es wurden verschiedenste Einrichtungen entworfen, um Isochronismusabweichungen zu kompensieren.

Elektromechanische Antriebsvorrichtungen mit einem Rotor, der einem der bekannten magnetischen Hemmräder gleicht, waren sehr erfolgreich, jedoch ließen die Selbststarteigenschaften zu wünschen übrig. Beim Starten einer solchen Antriebsvorrichtung ergibt sich ein doppeltes Problem, da es, um die Antriebsvorrichtung vollständig in Betrieb zu setzen, erforderlich ist, daß das oszillierende Element selbst zu schwingen beginnt und außerdem den Rotor startet. Es hat sich bei früheren Versuchen herausgestellt, daß bei einer vorgegebenen Antriebsvorrichtung die insgesamt besten Selbststarteigenschaften des Rotors erzielt werden konnten, indem man eine enge magnetische Kopplung (d. h., einen schmalen Luftspalt) zwischen dem oszillierenden Element bzw. den oszillierenden Elementen und dem Rotor vorsah, jedoch führte dies, wie oben bereits erwähnt, zu einer Vergrößerung der Isochronismusabweichung.

Wird ein.; elektromechanische Antriebsvorrichtung ohne Rotor auf eine feste Basis unter absolut ruhigen Bedingungen gesetzt und wird der Verstärker eingeschaltet, so reicht häufig der kleine, in den Wandler gelangende Stromstoß im Zeitpunkt des Einschaltens nicht aus, um das oszillierende Element mit seinen Schwingungen beginnen zu lassen. Andererseits reichen kleine mechanische Impulse, wie etwa ein leichtes Schütteln der Basis oder sogar Schallwellen, aus, um die kloine Anfangsbewegung hervorzurufen, welche das oszillierende Element startet. Wenn das oszillierende Element arbeitet, muß es seinerseits den Rotor starten. Eingehendere Untersuchungen haben ergeben, daß, zur Erzielung der besten Selbststarteigenschaften des oszillierenden Elements allein, der Luftspalt vergleichsweise groß sein sollte. Unter der Voraussetzung, daß das oszillierende Element mit seiner Betätigung begonnen hat, ergibt jedoch ein be-

trächtlich kleinerer Luftspalt die besten Selbsistarteigenschaften für den Rotor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei bekannten Antriebsvorrichtungen der eingangs erwähnten Art die Selbststartffihigkeit des oszillierenden Elements beträchtlich zu verbessern und die Isochronismusab'A-eichung zu reduzieren, ohne dabei die Selbststarteigenschaften dev Rotors zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den L'nteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es z..gt

Fig. 1 einen Teil eines Rotors mit einer Rinne im mittleren Bereich der wellenförmigen magnetischen Spur, um den magnetischen Widerstand dieses mittleren Bereichs zu erhöhen;

Fig. 2 einen Querschnitt des Rotors nach Fig. 1; F i g. 3 eine Möglichkeit zur Anordnung einer wellenförmigen magnetischen Spur auf dem Umfang eines Rotors;

F i g. 4 eine Seitenansicht eines zusammengebauten Rotors, bei dem der mittlere Bereich der wellenförmigen magnetischen Spur entfernt ist;

Fig. 5 eine Vorderansicht des Rotors nach F i g. 4 sowie einen Abschnitt des mit dem Rotor zusammenwirkenden oszillierenden Elements;

F i g. 6 einen Rotor mit einem Permanentmagneten, in welchem der magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts vergrößert ist;

F i g. 7 einen Rotor sowie ein oszillierendes Element, wobei der mittlere Bereich der magnetischen Spur entfernt ist und wobei der Rotor Permanentmagnete aufweist;

F i g. 8 eine Antriebsvorrichtung, bei der die wellenförmige magnetische Spur am Innenumfang eines hohlen oszillierenden Elements angeordnet ist und wobei der mittlere Abschnitt der Spur in seiner Stärke vermindert ist;

F i g. 9 einen bekannten Rotor mit einer wellenförmigen magnetischen Spur, der gemäß der Erfindung abgewandelt ist, um den magnetischen Widerstand des mittleren Abschnitts der Spur zu erhöhen;

Fig. 10 Kurven zum Nachweis des Ergebnisses, die bei erhöhtem Widerstand des mittleren Bereichs der Spur erzielt wurden;

Fig. 11 eine gebräuchliche Schaltung zur Aufrechtcrhaltung der Schwingung des oszillierenden Elementes, mit einem Verstärker sowie Steuer- und Antriebsspulen;

Fig. 12 einen maßstabgerechten Schnitt durch einen Teil eines Rotors mit einer Nut in dessen Fläche, um den magnetischen Widerstand im mittleren Bereich der wellenförmigen magnetischen Spur zu erhöhen, sowie, in unterbrochenen Linien, den Ausschlag des an dem oszillierenden Element befestigten Magneten;

F i g. 13 eine Kurvenschar zur Verdeutlichung der Ergebnisse von Versuchen, weiche mit einer elektromechanischen Antrieb«; vorrichtung unter Verwendung der Anordnung nach F i g. 12 durchgeführt wurden, wobei a's Parameter die Nutenbreite gewählt wurde;

Vi H. 14 einen Schnitt ähnlich dem nach Fig. 12, jedoch mit einer flacheren Nut;

f * ϊ >». IS eine Kiirvenschar zur Verdeutlichung der Hri'uhnissc von Versuchen, welche mit einer elektromechanischen Antriebsvorrichtung unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 14 durchgeführt wurden. wobei der Parameter ebenfalls die Nutbreite war.

Nach F i g. 1 und 2 trägt ein umlaufendes Element bzw. ein Rotor für eine elektromechanische Antriebsvorrichtung nach der Erfindung eine Anzahl radial %'orstchcnder Z-'ihne 11 mit ausgerundeten Flanken 12 Außerdem ist im Rotor eine Anzahl von öffnungen 13 ausgeformt, die einen gerundeten äußeren ίο Ümfanqsabschnitt 14 aufweisen, wobei jede öffnung auf einer Mittellinie eines der Zähne 11 liegt. Dve äußeren Abschnitte der öffnungen 13 und die ausgerundeten Flanken der Zähne 12 schließen zwischen sich eine wellenförmige magnetische Spur 15 ein. deren mittlerer Durchmesser von der unterbrochenen Linie 16 angedeutet wird.

Um den bei einer Ausführungsform nach der Erfindung geforderten Effekt zu erzielen, ist in einer Fläche des Rotors eine Nut 17 ausgebildet. Bei dieserr. Ausführungsbeispiel weist die Nut 17 eine Tiefe auf. die an dieser Stelle die Dicke des Rotors um mehl als 50 % reduziert. Diese Nut 17 verläuft zentrisch r.um mittleren Durchmesser 16 der wellenförmigen magnetischen Spur. Bei einer Betrachtung dieas ses Rotor* ergibt sich, daß das magnetische Element welches von dem oszillierenden Element (entweder eine einzelne Feder oder eine Zinke einer Stimm gabel) getragen wird, bei stillstehendem oszillieren dem Element geringfügig von der Mittellinie der Nu 17 weggezogen wird, und zwar entweder in Richtung auf einen Zahn 11 oder in Richtung auf eine Speichj 18 zwischen zwei der Öffnungen 13. Dies führt dazu, daß das oszillierende System nicht vollständig im Gleichgewicht ist. und eine entsprechend kleinere Störung, wie etwa der kleine Initial-Stromstoß beim Einschalten des Verstärkers, reicht aus, die kleine Anfangsbewegung des oszillierenden Elements zu er zeugen, die ihrerseits genügt, das Element unter Mit hilfe der elektrischen Schaltung mit den Schwingun gen beginnen zu lassen. Die Nut stellt ein Äquivalen zu einer größeren durchschnittlichen Breite des Luft spalts zwischen dem oszillierenden Element und dem Rotor dar. Dementsprechend wird die Isochronis musabweichung verringert. Sie kann tatsächlich ver mindert werden im Vergleich zu einem ihnlichen Oszillator ohne Nut im Rotor und mit sehr viel gerin gerer Selbststartfähigkeit. Sollte bei wendung de Nut 17 die Verbesserung noch nies*· isreichen, se kann eine breitere Nut vorgesehen werde ., wie es mil den strichpunktierten Linien 19 angedeutet ist. Nacl Wunsch können die Seiten der Nut 17 oder 19 aucr geneigt sein, so daß die öffnung der Nut breiter is als ihr Boden.

F i g. 3 zeigt einen Teil des Umfangs einer Scheibt 20 aus magnetischem Material, in welchem eine wel lenförmige magnetische Spur, mit 21 bezeichnet, aus gebildet ist, und zwar durch Materialabnahme vot Kantenbereichen der Scheibe 20 abwechselnd an ge gcnüberliegenden Seiten, wie es bei 22 gezeigt ist. Di

wellenförmige magnetische Spur, die sich auf dies Weise ergibt, ist mit der unterbrochenen Linie 23 be zeichnet, wobei der mittlere Abschnitt der Spur vo

den unterbrochenen Linien 23 a angedeutet wird.

Die Scheibe 20 kann sich um eine Achs>? 24 drehe und wirkt mit einem oszillierenden Elcmcni /usam men, welches unterschiedlich geformt sein und bei spielswcisc eine schwingende Feder 25 aufweise kann, welche an ihrem freien linde einen Magnete

26 trägt. Letzterer wirkt mit der wellenförmigen Bei diesem speziellen Oszillator liegt der Magnet

magnetischen Spur 22 derart zusammen, daß sich die innerhalb des Rotors. Da der Durchmesser des schei-

Scheibe 20 um ihre Achse 24 dreht, wenn die Feder benförmigen Magneten 49 geringer ist als der Durch-

i.S oszilliert. Wie oben erwähnt, sind bereits magneti- messer der äußeren Scheiben, gemessen über die

lche Hemmräder bekannt, die im wesentlichen der 5 Zähne 45 und 46, ist der magnetische Widerstand

Ausbildung nach F i g. 3 gleichen und am Umfang des Mittelabschnitts des Rotors ohne Frage sehr viel

eine wellenförmige magnetische Spur tragen. höher als derjenige der äußeren Teile, da er mit dem

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Rotor, der der oszillierenden Element50 einen breiteren Luftspalt

Scheibe 20 nach F i g. 3 entspricht, wobei jedoch der einschließt. Das oszillierende Element kann aus

mittlere Abschnitt der wellenförmigen magnetischen io einem Material mit hoher Remanenz und hoher

Spur entfernt ist. Tatsächlich besteht dieser Rotor Permeabilität bestehen.

aus zwei getrennten Scheiben, jeweils 27 und 28, von F i g. 7 zeigt den mechaniscnen Teil einer elektro-

denen jede eine Anzahl von in gleichem Abstand zu- mechanischen Antriebsvorrichtung, bei welcher der

einander liegenden Schlitzen 29 und Zähnen 29 α mittlere Abschnitt der wellenförmigen magnetischen

nach Fig. 5 trägt. Die beiden Scheiben sind so zu- 15 Spur insgesamt entfernt ist. Diese mechanische Teil

sammengesetzt, daß die Schlitze in jeder Scheibe besteht aus zwei Magneten 54 und 55, die insgesamt

neben den Zähnen der anderen Scheibe zu liegen sternförmig ausgebildet sind. Die Magnete 54 und 55

kommen. Der Rotor, bestehend aus den Scheiben 27 weisen jeweils eine Anzahl von Zähnen 56 bzw. 57

und 28, dreht sich um eine Achse 30. Damit die £ähne auf, die in gleichem Abstand zueinander rund um

sich in der zeichnerischen Darstellung eindeutig von ao den Umfang des betreffenden Magneten angeordnet

den Schlitzen unterscheiden, sind die Zähne in F i g. 4 sind. Die beiden Magneten liegen eingefaßt zwischen

vertikal gestrichelt dargestellt. äußeren Halteelementen 58 und 59. Die Magneten

Das mit dem Rotor zusammenwirkende oszillie- 54 und 55 sind so angeordnet, daß ein Zahn 56 des rende Element besteht aus einem Ring 31, der kon- Magneten 54 gegenüber einem Zwischenraum zwizentrisch zum Rotor angeordnet ist und nach innen as sehen zwei Zähnen des Magneten 55 liegt. Der gevorspringende Zähne, wie etwa die Zähne 32, trägt, samte Rotor sitzt auf einer Welle 6i mit einem Bedie in gleichmäßigem Abstand zueinander liegen. Die festigungsflansch 62. Das oszillierende Element 63 ist Bewegungsrichtung des oszillierenden Elements vci- sü angeordnet, daß es in einer Richtung parallel yur läuft im wesentlichen parallel zu Achse 30, wie es Achse des Rotors und der Welle 61 schwingt, wie es durch den Doppelpfeil 33 in F i g. 4 gezeigt ist, sowie 30 durch den Doppelpfeil 64 angedeutet ist. Vorzugssenkrecht zur Zeichenebene nach Fig. 5. weise besteht der mit dem Rotor zusammenwirkende

Es wurde gefunden, daß das Entfernen des mitt- Teil des oszillierenden Elements aus einem magneti-

leren Abschnitts der wellenförmigen magnetischen sehen Material mit geringer Remanenz und hoher

Spur bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 Permeabilität.

und 5 ebenso wie bei der Ausführungsform nach den 35 F i g. 8 zeigt die mechanische Anordnung einer F i g. 1 und 2 zu einer geringfügigen Versetzung des weiteren Ausführungsform einer AnHeösvorrichin Ruhe befindlichen oszillierenden Elements gegen- tung, bei dem die wellenförmige magnetische Spur über der Mittellinie der wellenförmigen magnetischen am inneren Umfang eines ringförmigen magnetischen Spur führt, so daß das Element leichter startet, wäh- Elements angeordnet ist, welches den Rotor umgibt, rend gleichzeitig die Isochronismusabweichung ver- 40 Das ringförmige Element trägt insgesamt die Bemindert wird. zugsziffer 65 und sitzt auf einem oszillierenden EIe-

Fig. 6 zeigt den mechanischen Teil einer elektro- ment 66, welches in einer Richtung im wesentlichen

mechanischen Arttriebsvorrichtung, bei welcher der parallel zur gemeinsamen Achse der Anordnung

magnetische Widerstand des mittleren Wegs der wel- schwingen kann. Die Schwingungsrichtung ist durch

lenförmigen magnetischen Spur ebenfalls vergrößert 45 einen Doppelpfeil 68 angedeutet. Der Rotor ist auf

ist. Dieser mechanische Teil umfaßt zwei mit Zähnen der Welle 67 befestigt.

versehene Scheiben 43 und 44, wobei, ebenso wie in Der von dem oszillierenden Element getragene Fi g. 4, die Zähne bei 45 und 46 vertikal gestrichelt Ringmagnet 69 ist so magnetisiert, daß seine Pole an sind. Die Zwischenräume zwischen den Zähnen der semen beiden Seitenflächen liegen. Die beiden ringscheibe 43 tragen das Bezugszeichen 47, während die 50 förmigen Endstücke 70 und 71 liegen konzentrisch Zwischenräume zwischen den Zähnen der Scheiben mit dem Ringmagneten 69 an dessen beiden Seiten-44 mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet sind. Die flächen an. Jedes der Endstücke 70 und 71 trägt eine Scheiben 43 und 44 sind drehbar derart angeordnet, Reihe von Zähnen, welche in die Bohrung des Ringdaß ein Zahn 45 der Scheibe 43 einem Zwischenraum magneten 69 hineinragen. Die Zähne des Elements 70 48 der Scheibe 44 gegenüberliegt. Zwischen den 55 tragen das Bezugszeichen 72, wobei einer der Zähne Scheiben 43 und 44 sitzt ein Permanentmagnet 49, bei 73 im Schnitt gezeigt ist. Die Zähne des Elements der ebenfalls als Scheibe ausgebildet ist und einen 71 sind mit dem Bezugszeichen 74 versehen, und Durchmesser aufweist, welcher unter dem Volldurch- einer dieser Zähne ist bei 75 im Schnitt gezeigt. Der messer der Scheiben 43 und 44 liegt. Das oszillierende Rotor, der insgesamt das Bezugszeichen 76 trägt, ist Element 50, welches mit dem Rotor zusammenwirkt, 60 teilweise gebrochen gezeichnet, um eine nach Art schwingt in einer Richtung, die durch den Doppel- einer Sinuskurve ausgebildete, wellenförmige magnepfeil 51 angedeutet wird und im wesentlichen parallel tische Spur 77 zu zeigen, die von der Kombination zur Achse des Rotors, also parallel zu seiner Welle der Zähne 73 und 74 gebildet wird. Um den mngnc-52 liegt. Letztere trägt einen Befcsligungsflanseh 53, tischen Widerstand des mittleren Abschnitts der wclan welchem der Rotor angeordnet ist Der Magnet 49 65 lcnförmigcn magnetischen Spur zu erhöhen, ist eine ist derart magnetisiert, daß seine Pole an seinen Sei- Nut 78 in die Zähne 72 und 74 eingeschnitten. Der tcnflächcn liegen, mit welchen er die Scheiben 41 und Rotor 76 liegt innerhalb des oszillierenden Elements 44 berührt. 65 und trägt mindestens einen nach außen ragenden

9 ίο

magnetischen Vorsprung 79, welcher mit der wellen- auf den Isochronismus gehen aus der Kurve hervor

förmigen magnetischen Spur 77 zusammenwirkt. wobei in diesem Fall die linke vertikale Skala n:le

Es sei darauf hingewiesen, daß nach Fig. 6 der vant ist.

Rotor seinen eigenen Magneten sowie eine wellen- Die Kurve 143 gibt dieselbe Antriebsvorrichtuni

förmige magnetische Spur aufweist, wobei im mitt- 5 wieder, jedoch in diesem Fall unter Verwendung

leren Bereich ein Teil der Spur entfernt ist, um den eines gewöhnlichen Rotors bekannter Art gemä'i

magnetischen Widerstand zu erhöhen. Der Rotor F i g. 1 mit einer wellenförmigen magnetischen Spur

nach F i g. 7 enthält zwei Permanentmagneten, und Die gezeigten Isochronismusveränderungen lieger

der magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts auch hier im Batteriespannungsbereich zwischen 1,(

der wellenförmigen magnetischen Spur ist durch Ent- io und 1,0 Volt und die zugehörige vertikale Skala be

fernen des zentralen Bereichs erhöht worden. Dem- findet sich auf der linken Seite,

gegenüber sind bei der Ausführungsform nach F i g. 8 Die Kurve 144 zeigt das Ergebnis nach Einschnei

der Magnet und die wellenförmige magnetische Spur den einer Nut von 0,25 mm (0,01 inch") Breite unc

am oszillierenden Element 65 vorgesehen. Es sei dar- 0,1 mm (0,004 inch) Tiefe. Die für die Kurve 144 zu

auf hingewiesen, daß die Welle 67 bei der Ausfüh- 15 ständige vertikale Skala befindet sich auf der rechter

rungsform nach Fig. 8 natürlich gegen längsge- Seite. Eine Prüfung der Kurve ergibt, daß sie ein«

richtete Bewegungen festgelegt werden muß, damit gewaltige Verbesserung des Isochronismus im Ver

sie den Schwingungen des magnetischen Elements gleich mit der Kurve 143, bei der ein ebener Rotoi

nicht folgen kann. Nach Wunsch kann die Welle 67 verwendet wurde, mit sich bringt,

ohne weiteres auf beiden Seiten des Rotors 76 fort- ao F i g. 12 zeigt einen maßstabsgetreuen schema

ragen. tischen Schnitt durch einen Rotor 85 mit einer Nu

Fig. 9 zeigt die mechanischen Elemente einer 86, deren Tiefe 0,1 mm (0,004 inch) beträgt. Das zu

elektromechanischen Antriebsvorrichtung, bei der der sammenwirkende oszillierende Element trägt einer

Rotor in einer seit einer Anzahl von Jahren bekann- Magneten, welcher Nord- und Südpole an gegenüber

ten Art und Weise ausgebildet ist. Er ist jedoch ab- 35 liegenden Flächen des Rotors aufweist. Das oszil

gewandelt, um den wesentlichen Anforderungen ge- lierende Element schwingt mil einer Amplitude vor

maß der Erfindung zu genügen. Er besteht aus einer 1 mm (0,04 inch) zwischen Extremstellungen, die ir

gekräuselten Scheibe 80, die auf einer Welle 81 sitzt unterbrochenen Linien 87 und SS angedeutet sind. Ir

und mit einem von einem oszillierenden Element ge- seiner Ruhelage nimmt es eine zentrale Stellung ein

tragenen Permanentmagneten 87 zusammenwirkt. 3= Die Dicke des Rotors beträgt 0,25 mm (0,01 inch)

Dessen Schwingungsrichtung verläuft im wesentlichen und die Nut ist 0,1 mm (0,004 inch) tief. Eine An

parallel zur Achse der Welle 81 und wird durch Ordnung dieser Art wurde zur Durchführung eine

einen Doppelpfeil 83 angedeutet Die gekräuselte Reihe von Versuchen verwendet, und die Ergebniss<

Scheibe80 wurde in Übereinstimmung mit den Er- werden von der Kurvenschar nach Fig. 13 darge

fordernissen gemäß der Erfindung dadurch abgewan- 35 stellt.

delt, daß eine Umfangsnut84 in ihren Mittelbereich Nach Fig. 13 sind die Ki rven über derjeniger

eingeschnitten vurde, wodurch sich der magnetische Spannung aufgetragen, welche an die elektrisch!

Widerstand des mittleren Abschnitts der wellenför- Schwingschaltung angelegt wird, und zwar in glei

migen magnetischen Spur erhöht, welche von den eher Weise, wie es bei den Kurven nach Fig. 10 de

gekräuselten Kanten der Scheibe gebildet wird. 40 Fall war. Der Grund zur Verwendung der Spannunj

Fig. 11 zeigt eine Schaltung gebräuchlicher Art als Abszisse liegt darin, daß derartige elektromecha

zum elektrischen Aufrechterhalten der mechanischen nische Antriebsvorrichtungen, wie sie der Erfindun)

Schwingungen des oszillierenden Elements. Die zugrunde liegen, gebräuchlicherweise von einer ein

Zeichnung zeigt eine oszillierende Feder 34, die von zelnen Trockenzelle angetrieben werden. Dabei sin<

einer Haiterung 35 getragen wird und an ihrem 45 es die Spannungsveränderungen beim Verbraucher

freien Ende einen Magneten 36 zum Zusammenwir- der Zelle, die die wesentliche Veränderung der Ar

ken mit einer nicht gezeigten wellenförmigen magne- beitscharakteristiken hervorrufen und dementspre

tischen Spur trägt Eine Steuerspule 37 weist einen chend die wesentliche Ursache für Isochronismus

magnetischen Kern auf und ist mit einem Ende ihrer abweichungen darstellen. Nicht die absolute Fre

Windungen an den Eingang eines Verstärkers 39 an- 50 quenz des Oszillators der Antriebsvorrichtung inter

geschlossen, während das andere Ende der Win- essiert bei diesen Versuchen am meisten, sondert

düngen bei 40 geerdet ist. Eine Antriebsspule 41 ist vielmehr die Frequenzänderung bei einer Verände

ebenfalls mit einem magnetischen Kern 42 versehen rung der Spannung. Daher sind auf der Ordinati

und steht über ein Ende ihrer Windungen mit dem keine Absolutwerte aufgetragen, sondern es sind zwe

Ausgang des Verstärkers 39 in Verbindung, während 55 kleine Maßstabsintervalle gezeigt, deren jedes ein«

das andere Ende bei 40 geerdet ist Es sei darauf hin- Frequenzänderung darstellt, die bei einer von de:

gewiesen, daß in dem Falle, in dem eine Stimmgabel Antriebsvorrichtung angetriebenen Uhr einer Ge

Verwendung findet, die Spulen 37 und 41 in bekann- nauigkeitsabweichung von 10 Sekunden pro Tag ent

ter Weise zwischen den Zinken der Gabel ange-.dnet spricht. Die Kurven 89, 90, 91 und 92 wurden mi

sein können. 60 Nuten ermittelt, welche alle die festgelegte Tiefe voi

Fig. 10 zeigt eine Anzahl von Kurven, die das 0,1 mm (0,004 inch) aufwiesen und 0.1 mn

Ergebnis einer Vergrößerung des magnetischen Wi- (0,004 inch), 0,15 mm (0,006 inch), 0,20 mn

derstands des mittleren Teils einer wellenförmigen (0,008 inch) bzw. 0,25 mm (0,01 inch) breit waren,

magnetischen Spur wiedergeben. Die verwendete An- Aus der Zeichnung ergibt sich, daß das bei nied

triebsvorrichtung arbeitete bei einer Frequenz von 65 riger Spannung liegende Fide der Kurve 89 und da

100 Hz. Im Fall der Kurve 142 wurde der Oszillator bei hoher Spannung liegende Ende der Kurve 92 ü

ohne Rotor betrieben. Die Auswirkungen von Ände- unterbrochenen Linien wiedergegeben sind. Die

rungen der Batteriespannung zwischen 1,6 und 1,0 V liegt daran, daß diese Teile der Kurven indefinit sind

Der Grund dafür, daß sich keine richtigen Ablesungswerte ergaben, ist darin zu sehen, daß der bei der Messung verwendete Stabilisator unter den besonderen Bedingungen, die in den gestrichelten Abschnitten der hier behandelten Kurven gegeben waren, nicht korrekt funktionierte. Der Stabilisator besteht aus einer kleinen Scheibe oder einem kleinen Rad, welches von der Rotorwelle getragen wird. Der Stabilisator sitzt lose auf der Welle und wird an diese von der Reibkraft zwischen der Bohrung im Stabiiisator und der Rotorwelle gekuppelt. Bei den von den Kurven 89 bis 92 wiedergegebenen Versuchen bestand der Stabilisator aus einer Metallscheibe von 7,88 mm (0,317 inch) Durchmesser und 0,76 mm (0,03 inch) Breite. Er wies eine zentrale Buchse auf, die mit einer Bohrung von 0,76 mm (0,030 inch) versehen war. Dabei wies die Rotorwelle einen geringfügig kleineren Durchmesser auf, um an dieser Stelle ein Drehsitzspiel zu bilden. Das Gewicht des Stabilisators betrug 0,3 Gramm.

Auf-Grund der sich ergebenden Schwierigkeiten wurde ein neuer Stabilisator angepaßt, welcher im wesentlichen dem oben beschriebenen ähnlich war, jedoch doppelte Breite aufwies und damit ein Gewicht von 0,6 Gramm besaß. Der Versuch mit der as Nut von 0,25 mm (0,01 inch) Breite wurde wiederholt und ergab die Kurze 93. Anordnungen mit jeweils 0,3 mm (0,012 inch) und 0,35 mm (0,014 inch) breiten Nuten ergaben unter Verwendung des neuen Stabilisators die Kurven 94 und 95.

Bei einem perfekten elektromechanischen Oszillator, der keinen Isochronismusabweichungen unterliegt, wären alle Kurven nach Fig. 13 horizontale, gerade Linien. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kurven 92 und 93 die geringsten Höhenabweichungen über ihrer Länge aufweisen, woraus sich ergibt, daß bei der speziellen Anordnung gemäß Fig. 12 eine Nut von 0,25 mm (0,01 inch) Breite und 0,1 mm (0,004 inch) Tiefe die besten Ergebnisse, d. h. die geringste Isochronismusabweichung erzielt.

Fig. 14 zeigt eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 12, abgesehen davon, daß die Nut mit einer Tiefe von 0,05 mm (0,002 inch) flacher ist. F i g. 15 gibt das Ergebnis wieder. Anfänglich wurde ein Versuch ohne Rotor gemacht, und dieser ergab die unterbrochen dargestellte Kurve 96. Ein weiterer Versuch wurde unter Verwendung eines Rotors ohne Nut durchgeführt und ergab das Ergebnis gemäß Kurve 98. Eine daran anschließende Versuchsreihe verwendete Nuten mit Breiten zwischen 0,1 mm (0,004 inch) und 0,35 mm (0,014 inch), und zwar bei Abstufungen von 0,05 mm (0,002 inch). Diese Versuchsreihe ergab die Kurven 99 bis 104. Eine Betrachtung dieser Kurven zeigt, daß die Kurve 103 die geringste Isochronismusabweichung über ihrer Länge zeigt. Hat man an Hand der Kurven nach Fig. 13 festgestellt, daß eine Nut von 0,1mm (0,004 inch) Tiefe und 0,25 mm (0,01 inch) Breite die besten Ergebnisse zeigt, so ist es nicht überraschend, festzustellen, daß bei einer Verminderung der Nuttiefe auf 0,1 mm (0,004 inch) und dementsprechend bei einer Verminderung der durch die Nut hervorgerufenen Erhöhung des magnetischen Widerstandes eine breitere Nut notwendig ist, um beste Ergebnisse zu erzielen.

Wird der elektromechanische Oszillator nach der Erfindung dazu verwendet, eine Uhr anzutreiben, bei der ein einzelner Transistorverstärker von einer einzelnen Trockenzelle mit einer Nennspannung von 1,5 Volt, jedoch einer Anfangsspannung von 1,6 Volt, mit Energie versorgt wird, so kann erwartet werden, daß die Zelle mindestens für den größten Teil eines Jahres ausreicht Da die Zellenspannung fortschreitend mit dem Alter abfällt, entwickelt die Uhr langsam einen kleinen Zeitfehler von einigen Sekunden pro Tag. Eine gute Uhr dieser Art ist mit einem Regulator versehen, der sehr kleine Veränderungen in der Frequenz des oszillierenden Elements zuläßt. Eine kleine Bewegung dieses Regulators ein- odei zweimal während der Lebensdauer der Zelle sorgi für hervorragende Ganggenauigkeit über den gesamten, der Zelle zur Verfügung steLcnden Zeitraum Die Zelle sollte ersetzt werden, wenn ihre Spannung auf etwa 1,2 Volt abgesunken ist.

Die oben diskutierten Ergebnisse wurden dadurcl erzielt, daß man den magnetischen Widerstand de; mittleren Abschnitts der wellenförmigen raagneti sehen Spur mittels einer Nut erhöhte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektromechanische Antriebsvorrichtung mit einem von einer elektrischen Vorrichtung in mechanischen Schwingungen gehaltenen oszillierenden Element, mit einem umlaufenden Element, mit einer wellenförmigen magnetischen Spur auf einem der beiden Elemente und mit einem magnetischen Teil zum Zusammenwirken mit der wellenförmigen magnetischen Spur an dem anderen der beiden Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich der wellenförmigen magnetischen Spur einen höheren magnetischen Widerstand aufweist als die übrigen Bereiche der Spur.

2. An'.r ebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand des mittleren Bereichs der wellenförmigen magnetischen Spur durch Entfernen eines ao Teils des mittleren Bereichs der Spur erhöht ist.

3. Antriebsvorrichtung nac. Anspruch 2 unter Verwendung eines in bekannter Weise als ebenes Rad ausgebildeten Rotors mit radial nach außen ragenden Zähnen und mit einer der Anzahl der Zähne entsprejhenden Anzahl von kreisförmig innerhalb de? Rings von Zähnen angeordneten öffnungen, von denen jede auf der Mittellinie eines der Zähne liegt, wooei die wellenförmige magnetische Spur von dun Zwischenräumen zwisehen den Zähnen und den Öffnungen im Körper des Rades begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand des mittleren Bereichs der wellenförmigen magnetischen Spur durch Ausformung einer Nut (17) erhöht ist, die zentrisch zum mittleren Durchmesser (16) der Spur in mindestens einer Fläche de^c Rades verläuft (Fi g. 1 und 2).

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 unter Verwendung eines in bekannter Weise als Scheibe ausgebildeten Rotors mit aus beiden Flächen am Umfang herausgeschnittenen Teilen, um eine wellenförmige magnetische Spur rund um die Umfangskante der Scheibe zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts der Spur durch Ausformung einer Nut im mittleren Abschnitt der Spur erhöht ist (F i g. 3).

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 mit einem oszillierenden Element, das einen Magneten nahe dem Umfang des Rotors trägt, dessen Schwingungsbahn parallel zur Rotorachse verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei Scheiben (43, 44) mit iadial vorspringenden Zähnen (45, 46) am Umfang und aus einem scheibenförmigen Magneten (49) besteht, dessen beide Pole an seinen beiden Seitenflächen liegen und der zwischen den Scheiben angeordnet ist, daß die Scheiben und der scheibenförmige Magnet derart zueinander konzentrisch auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, daß die Zähne der einen Scheibe den Zwischenräumen zwischen den Zähnen der anderen Scheibe gegenüberliegen und daß der magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts der wellenförmigen magnetischen Spur, die von den Zähnen der Scheiben und dem Umfang des Magneten gebildet '.vird, dadurch erhöht ist, daß der Durchmesser des scheibenförmigen Magneten unter dem Durchmesser der Scheiben, gemessen über die Zähne, liegt (F i g. 6).

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Element (66) ein ringförmig den Rotor (76) umschließendes magnetisches Teil (65) trägt und seine Schwingbewegung im wesentlichen parallel 5 Uf Rotorachse verläuft, daß das magnetische Teil einen Ringmagneten (69) mit an den beiden Seitenflächen liegenden Magnetpolen sowie an den Seitenflächen anliegende zu dem Ringmagneten konzentrische ringförmige Endstücke (70, 71) aufweist, deren Zähne derart in die Bohrung des Ringmagneten hineinragen, daß die zwei Sätze von Zähnen die wellenförmige magnetische Spur bilden, daß der Rotor nach außen ragende, mii diese zusammenwirkende magnetische Vorsprünge (79) aufweist und daß der magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts der wellenförmigen magnetischen Spur erhöht ist durch Ausbildung einer inneren Nut (78) in dem oszil'ierenden Elemen!, die in die Zähne beider Endstücke eingeschnitten ist (Fig. 8).

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 unter Verwendung eines bekannten umlaufenden Elements in Form einer gekräuselten Scheibe, deren gekräuselter Umfang die wellenförmige magnetische Spur bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dei magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts der Spur durch Ausbildung einer umlaufenden Nut im Mittelbereich der gekräuselten Rotorkante erhöht ist.

8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab der magnetische Widerstand des mittleren Abschnitts der wellenförmigen magnetischen Sp; τ durch Entfernen des gesamten mittleren Abschnitts der Spur erhöht ist.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Element aus zwei Scheiben (27, 28) besteht, von denen jede gleichmäßig verteilte Schlitze (29) und Zähne (29 a) auf dem Umfang tiägt und daß die beiden Scheiben derart zusammen auf eine Welle (30) gesetzt sind, daß die Schlitze der einen Scheibe den Zähnen dei anderen Scheibe gegenüberliegen, und daß das oszillierende Element die Form eines Rings (31) aufweist, der den Rotor umgibt und nach innen ragende Zähne (32) trägt, die magnetisch mit den Rotorzähnen zusammenwirken (F i g. 4 und 5).

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zwei sternförmige Magneten (54, 55) aufweist, die eingefaßt zwischen äußeren Halteelementen (£8, 59) liegen, und daß die Magneten derart angeordnet sind, daß die Zähne eines Magneten gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Zähnen des benachbarten Magneten liegen, daß die Zähne jedes Magneten eine gleiche und den Zähnen des anderen Magneten entgegengesetzte Polarität aufweisen und daß das oszillierende Element einen magnetischen Vorsprung (63) trägt, der in der Nähe des Umfangs des Rotors liegt und eine Schwingbewegung ausführt, die im wesentlichen parallel zur Rotorachse verläuft (F i g. 7).