DE2121271A1

DE2121271A1 - Verfahren zur Synchronisierung eines mechanischen Drehschwingsystems

Info

Publication number: DE2121271A1
Application number: DE19712121271
Authority: DE
Inventors: Helmut 7220 Schwenningen Stechmann
Original assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Current assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-11-09
Also published as: IT953748B; FR2134642A1

Description

KIENZLE Uhrenfabriken GmbH, 722 Schwenningen/N., Deutschland Verfahren zur Sychroni sie rung eines mechanischen Drehschwingsystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung eines mechanischen Drehschwingsystems mittels elektrischer Impulse eines höherfrequen ten, zeithaltenden Schwingsystems, wobei die Frequenz dieser Impulse höher ist als die Frequenz des mechanischen Schwing systems und diese Impulse, die gegebenenfalls über elektrische Teiler stufen vom zeithaltenden Schwingsystem abgeleitet werden, durch eine Spule hindurchgehen und das Drehschwing system beeinflussen.

Es sind Anordnungen bekannt, bei denen die Frequenz der elektrischen Impulse, die auf das mechanische Drehschwingsystem wirken, grosser ist als die Frequenz dieses Drehschwingsystems. Die Impulse haben hierbei lediglich die Aufgabe, eine Synchronisierung de r' Schwingung des mechani schen Drehschwingsystems zu bewirken. Diese Aufgabe wird jedoch nur unvollkommen erfüllt . Der Antrieb des mechanischen Drehschwing systems wird jedoch nicht durch diese S^i:hronisationsimpulse bewirkt.

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Üblicherweise ist die Anordnung so getroffen, daß die Frequenz der zeitproportionalen elektrischen Impulse gleich ist wie die Frequenz des mechanischen Drehschwingsystems und diese elektrischen Impulse sowohl den Antrieb als auch die Synchronisation dieses Drehschwingsystems bewirken. Eine einwandfreie Synchronisation stößt hierbei auf erhebliche Schwierigkeiten. Beispielsweise ist das mechanische Drehschwingsystem unterschiedlichen äußeren Einflüssen unterworfen, wodurch sich seine Amplitude verändert. Bei einer starken Veränderung der Amplitude treten die Synchronisations- und Antriebsimpulse in verschiedenen Lagendes Drehschwingsystems auf, d.h. beispielsweise vor oder hinter der Nullage des Schwingsystems,, so daß eine einwandfreie Synchronisation nicht mehr gewährleistet ist. Dies tritt besonders stark beim Auftreten von Stößen in Erscheinung. Gleiches gilt auch, wenn am mechanischen Schwingsystem stark unterschiedliche Drehmomente wirken. Bei zu grosser oder zu kleiner Schwingung Samplitude des Drehschwingsystems treten die Antriebs- und Synchronisationsimpulse weit außerhalb der Nullage, d.h. vor oder nach der Nullage auf, weshalb ihr Einfluß auf die Schwingung des mechanischen Drehschwingsystems gering ist. Unter diesen Umständen erreicht das mechanische Dreh schwingsystem seine Normalamplitude nicht mehr oder erst nach relativ langer Zeit_r denn nur bei der Normalamplitude des mechanischen Drehschwingsystems treten die elektrischen Impulse in der richtigen Phasenlage auf.

Bei den bekannten Antriebs- und Synchronisations verfahr en ist also der elektromechanische Wirkungsgrad üblicherweise sehr schlecht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteil , insbesondere soll eine wirksame Synchrone ie rung des mechanischen Drehschwingsystems bewährleistet sein.

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Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, daß bei Verwendung eines mit der Spule zusammenarbeitenden zweipoligen Magnet systeme mindestens zwei Impulse pro Vollechwingung des Drehschwingers diesen Drehschwinger beeinflussen, wobei bei dem einen Impuls bei der Bewegung des Drehschwingers in Richtung der Nulllage sich der eine Magnetpol im Bereich der einen Spulenseite und bei dem anderen Impuls be.i der gleichen Bewegungsrichtung des Drehschwingers aus der Nullage sich der andere, ungleichnamige Magnetpol im Bereich der anderen Spulenseite befindet und beide Impulse antreibend auf den Drehschwinger wirken.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungebeispielen näher erläutert:

Es zeigen:

die Figur 1 drei verschiedene Stellungen des Magnet system β in Bezug auf die feststehende Spule beim Auftreten der Impulse,

die Figur 2 das Liniendiagramm einer Vollschwingung des Drehschwing systems,

.die Figur 3 ein-Beispiel einer bei dem Verfahren verwendeten Schaltung und

die Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulen- und Magnetan ordnung, bei welcher das Verfahren verwendbar ist.

Das Spulen- und Magnetsystem nach Figur 1 besteht aus einer feststehen den Spule und einem Magnetsystem auf dem Drehschwinger, welches aus mindestens zwei Polen besteht, welche entgegengesetzt gerichtete Magnet-, flüsse erzeugen. Der winkelmäßige Abstand der beiden Magnetpole beträgt

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2 ti . Dies entspricht auch dem winkelmäßige η. Ab stand der beiden Spulenseiten in Schwingung s richtung. Die Amplitude des Schwing systems beträgt

Nachfolgend wird anhand der Figuren 1 und 2 die Funktionsweise des Verfahrens erläutert. Gemäß Figur la wird ein erster Impuls in der Nullage des Schwing system s erzeugt, der einen Antrieb der Unruh nach links bewirkt. Dies entspricht'dem Punkt 0 in Figur 2. Die Unruh schwingt nach links, bis sie ihre Maximalamplitude 'f- erreicht hat. Sodann schwingt sie nach rechte, wobei kurz nach der Umkehrlage in der Stellung ] ein zweiter Impuls auftritt. Hierbei steht der eine Magnetpol, nämlich der Südpol,über der linken Spulenseite. Die Unruh schwingt sodann nach rechts durch die Nullage und ein dritter Impuls tritt auf, wenn der Nordpol sich über der rechten Spulenseite befindet. Hierbei befindet sich die Unruh ebenfalls um Ψ außerhalb der Nullage.

Wird eine V oll schwingung gemäß Figur 2 mit 2 X bezeichnet, dann tritt der zweite Impuls bei Z'X / 3 auf. Der dritte Impuls tritt auf, bei einer Stellung von 4Λ / 3. Dies entspricht jeweils einer Amplitudenlage "f. bzw. - "f . Beträgt die Schwingung s dauer einer Voll schwingung 2 T, dann tritt der zweite Impuls bei 2 T/3 und der dritte Impuls bei 4T/3 auf.

Der erste Impuls, welcher in der einen Nullage auftritt, kann bei dem Verfahren entfallen. Wichtig sind dagegen der zweite und der dritte Impuls. Die stabilisierende Wirkung dieser Impulse wird aus folgender Ableitung ersichtlich:

Die Normalamplitude beträgt T_n= f , / sin cut . Da im vorliegenden Fall f - 2 CK ist und fur wt = 2T/3 gesetzt werden kann, ergibt sich für die stabilisierte Amplitude f -- = 2 <\ / sin (2 ), /3 ).

Der Wirkungsmechanismus für die Amplitudenregelung des Schwingsystems und damit für die Synchronisation wird nachfolgend anhand der Figuren Ib und Ic erläutert. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld wirkt anziehend auf den· einen Magnetpol und abstoßend auf den anderen Magnetpol. Im gezeigten Beispiel wirkt das Magnetfeld der Spule abstoßend auf den Nordpol und anziehend auf den Südpol. Ist die Amplitude zu gross, dann befindet sich beim Auftreten des zweiten Impulses der Südpol ganz oder teilweise außerhalb des Bereiches der Spule. Gleiches gilt beim Auftreten des dritten Impulses, wo dann der Nordpol bereits ganz oder teilweise den Bereich der Spule verlassen hat. Hierdurch sind die Antriebswirkungen dieser Impulse auf das Schwingsystem sehr gering, so daß es rasch zu seiner Normalamplitude zurückkehrt. Bei einer zu kleinen Amplitude dagegen befindet sich beim Auftreten des zweiten Impulees der Südpol mehr in der Spulenmitte. Gleiches gilt auch beim Auftreten des dritten Impulses bezüglich des Nordpoles. Diese beiden Impulse kommen daher stärker zur Wirkung, so daß die Normalamplitude *p_ rasch erreicht ist.

Der gleiche Wirkungsmechanismus lässt sich auch erreichen bei einer Spulen- und Magnetanordnung gemäß Figur 4, bei welcher zwei feststehende,nebeneinanderliegende Spulen verwendet werden. Dieses Spulensystem wird von einem Magnetfluss, durchsetzt, der durch einen Nordpol angedeutet ist. Beide Spulen werden gleichzeitig von den elektrischen Impulsen durchflossen, wobei jedoch die in den Spulen erzeugten Magnetfelder entgegengesetzt gerichtet sind. In der gezeigten Stellung, d.h. in der Nullage des Schwing systems wird bei Auftreten eines Stromflusses durch die Spulen die Unruh nach links bewegt. Dies bedeutet, daß das Magnetfeld der rechten Spule abstoßend auf den Nordpol und das Magnetfeld der linken Spule anziehend auf den Nordpol wirkt. Der Abstand beider Spulen beträgt 2 tfs.. Im übrigen sind die Verhältnisse identisch mit der Anordnung gemäß Figur, 1 , d.h.

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beim Auftreten des zweiten und dritten Impulses beträgt die Amplitudenstellung des Schwingsystems f j bzw. - f. Die stabilisierte Amplitude beträgt f₀.

Wie schon zuvor erwähnt sind für den Antrieb und die Synchronisation nur der zweite und dritte Impuls maßgebend. Der erste Impuls in der Nullage gemäß Figur la wird praktisch nur während des Anlauf zu Standes benötigt. Ist die Normalamplitude f_Q erreicht, kann auf diesen ersten Impuls verzichtet werden. Wie dies beispieleweise erreicht wird, zeigt die Figur 3, bei der es sich um eine be kannte mono stabile Kippstufe handelt. Diese Kippstufe wird beispielsweise vom Ausgang einer Teilerstufe angesteuert und liefert über die Antriebsspule A Antriebsimpulse bestimmter Länge. Um den ersten Impuls in der Nullage nicht wirkungsvoll werden zu lassen, ist ein Transistor T, vorgesehen, in dessen Basis-Emitterkreis eine Spule S geschaltet ist, die vom Magnetsystem der Unruh beaufschlagt wird. Diese Beaufschlagung erfolgt genau beim Nulldurchgang des Schwingsystems. Beim Beaufschlagen der Spule S wird die Emitter-Kollektor strecke des Transistors T_ leitend, wodurch

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die Basis des Transistors T mit einem Potential verbunden wird, das die Aussteuerung dieses Transistors T verhindert. Da dieses das Aussteuern verhindernde Potential gleichzeitig am Transistor T anliegt wie der Impuls nach Figur la, wird der Transistor T nicht ausgesteuert was gleichbedeutend ist, daß der erste Impuls nicht auftritt.

Hierdurch wird zusätzlich eine stabilisierende Wirkung erreicht, d.h. bei extrem geringer Amplitude des Unruhschwingsystems tritt der erste Impuls in der Nullage auf, wodurch die Amplitude des Unruhsystems rasch erhöht wird.

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Claims

Pate ntanap r üche

1. Verfahren zur Synchronisierung eines mechanischen Drehschwings ystem β mittels elektrischer Impulse eines höherfrequenten , zeithaltenden Schwingsystems, wobei die Frequenz dieser Impulse höher ist als die Frequenz des mechanischen Schwing systems und diese Impulse, die gegebenenfalls über elektrische Teilerstufen vom zeithaltenden Schwingsystem abgeleitet werden, durch eine Spule hindurchgehen und das Drehschwing system beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines mit der Spule zusammenarbeitenden zweipoligen Magnetsysteme mindestens zwei Impulse pro Voll schwingung des Drehschwingers diesen Drehschwinger beeinflussen, wobei bei dem einen Impuls bei der Bewegung des Drehschwingers in Richtung der Nullage sich der eine Magnetpol im Bereich der einen Spulenseite und bei dem anderen Impuls bei der gleichen Bewegungsrichtung des Drehschwingers aus der Nullage sich der andere, ungleichnamige Magnetpol im Bereich der anderen Spulenseite befindet und beide Impulse antreibend auf den Drehschwinger wirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro V oll schwingung drei Impulse antreibend auf den Drehschwinger wirken, wobei der dritte Impuls in der einen Nullage des Drehschwingers auftritt und die beiden anderen Impulse vor und nach der anderen Nullage auftreten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Impuls in der einen Nullage des Drehschwingers nur während des Anschwingens auftritt und bei Erreichen der Normalamplitude des Drehschwingers unterdrückt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mittleren Spulenbreite von 2 cC und dem etwa gleichen Abstand der beiden Magnetpole der eine Impuls bei der einen Amplitude des Drehschwingers vor der Nullage von etwa Ψ = 2 ^ und der andere Impuls nach der Nullage von etwa f = - 2 ιί, auftritt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4« dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schwingungsdauer des Drehschwingers von 2 T der eine Impuls nach 2 T/3 und der andere Impuls nach 4 T/3 auftritt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten des einen Impulses sich bei auf die Nullage zudrehendem Schwingsystem der rechte Magnetpol sich über der linken Spulenseite und beim Auftreten des anderen Impulses bei aus der Nullage drehendem System sich der linke, hierzu ungleichnamige Magnetpol,über der rechten Spulenseite befindet und das Magnetfeld der Spule anziehend auf den rechten Magnetpol und abstoßend auf den linken Magnetpol wirkt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5 gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer aus zwei nebeneinander liegenden Teilspulen bestehenden Spule, deren Magnetfelder entgegengesetzt gerichtet sind und bei einem einpoligen Magnetsystem.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Spulenabstand von 2 cC der eine Impul s bei einer Ampli· tude des Drehschwingers vor der Nullage von etwa *P. = 2 C^. und der andere Impuls nach der Nullage von etwa ^f⁷ = - 2 auftritt.

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9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten des einen Impulses sich bei auf der Nullage zudrehendem Schwingsystem der Magnetpol sich über der linken Teilspule und beim Auftreten des anderen Impulses bei aus der Nullage drehendem Schwingsystem sich der Magnetpol über der rechten Teilspule befindet und das Magnetfeld der linken Teilspule anziehend auf den Magnetpol und das der rechten Spule abstoßend auf den Magnetpol wirkt.

10. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Nulldurchgang des Schwing -systems beaufschlagte Spule im Eingangskreis eines Transistors vorgesehen ist, dessen Arbeite strecke die Basis eines Arbeitstransistore mit dem diesen Arbeitstransistor sperrenden Potential verbindet.

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