DE1241371B - Clock oscillator - Google Patents

Description

Oszillator für Uhren Die Hauptpatentanmeldung C 28441 IXb/83b (deutsche Auslegeschrift 1236 423) bezieht sich auf einen Oszillator für Uhren, der aus einer Schaltung mit wenigstens einem Transistor und mit Schwingkristallen als frequenzbestimmenden Organen besteht, bei welchen zwei piezoelektrische Schwingkristalle mechanisch-akustisch miteinander gekoppelt sind, deren einer im Eingangskreis, der andere im Ausgangskreis des Transistors liegt, und welche, unter Ausschluß von zusätzlichen Vorspannungserzeugern, z. B. RC-Gliedern im Eingangskreis, ausschließlich die frequenzbestimmenden Elemente der Schwingschaltung bilden.Oscillator for clocks The main patent application C 28441 IXb / 83b (German Auslegeschrift 1236 423) refers to an oscillator for clocks, which consists of a Circuit with at least one transistor and with oscillating crystals as frequency-determining Organs consists in which two piezoelectric oscillating crystals mechanically-acoustically are coupled to each other, one in the input circuit, the other in the output circuit of the transistor, and which, with the exclusion of additional bias voltage generators, z. B. RC elements in the input circuit, only the frequency-determining elements form the oscillating circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders zweckmäßige und vor allem raumsparende Ausführungsform eines derartigen Oszillators für Armbanduhren zu schaffen.The invention is based on the object of a particularly expedient and above all a space-saving embodiment of such an oscillator for wristwatches to accomplish.

Ausgehend von einem Oszillator für Uhren nach der Hauptpatentanmeldung ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingkristalle die Form langgestreckter Lamellen haben, welche auf einem kleinen Bereich ihrer Länge an einem Ende in einem gemeinsamen Träger eingespannt sind und welche parallel zueinander in der Ebene der Uhr liegen.Based on an oscillator for clocks according to the main patent application the invention to solve this problem is characterized in that the two Oscillating crystals have the shape of elongated lamellae, which on a small Area of their length are clamped at one end in a common carrier and which are parallel to each other in the plane of the clock.

Bei einem bekannten Präzisionspendel. (USA: Patentschrift 2364681) hat man zwar bereits zur Erzielung. besonderer Eigenschaften der Pendelaufhängung zwei parallel im Abstand nebeneinander angeordnete piezoelektrische Kristalle verwendet, .jedoch sind diese keineswegs mechanisch-akustisch gekoppelt, sondern mit ihren Elektroden derart an einen Röhrenoszillator geschaltet, daß bei Vorhandensein eines bestimmten Ausgangspotentials der eine Schwingkristall gedehnt und der andere - zusammengezogen wird.With a well-known precision pendulum. (USA: Patent 2364681) one has already to achieve this. special properties of the pendulum suspension uses two parallel and spaced apart piezoelectric crystals, but these are by no means mechanically-acoustically coupled, but rather connected with their electrodes to a tube oscillator in such a way that when a certain output potential is present, one oscillating crystal is stretched and the other - is contracted .

Zweckmäßigerweise wird der Oszillator nach der Erfindung derart ausgebildet, daß die beiden Schwingkristalle außerhalb ihrer Einspannstelle durch einen Reiter verbunden sind, der zur Einstellung der effektiven Länge der Lamellen und damit ihrer Schwingungsfrequenz in Längsrichtung der Lamellen verschiebbar ist.The oscillator according to the invention is expediently designed in such a way that that the two oscillating crystals outside their clamping point by a rider are connected to the adjustment of the effective length of the slats and thus its oscillation frequency is displaceable in the longitudinal direction of the slats.

Bei dem bereits erwähnten bekannten Präzisionspendel sind die beiden parallel zueinanderliegenden Kristalle an ihren freien Enden unter Verwendung von Abstandshaltern und Klemmstücken eingespannt, wobei zwischen den Abstandshaltern gleichzeitig noch eine ebenfalls zur Pendelaufhängung gehörende flexible Lamelle eingeklemmt ist, ohne daß jedoch eine Verschiebung .der Abstandshalter und Klemmstücke- zur Änderung der effektiven Kristalllänge vorgesehen wäre.In the well-known precision pendulum already mentioned, there are two crystals lying parallel to one another at their free ends using Spacers and clamps clamped, with between the spacers at the same time a flexible lamella, which is also part of the pendulum suspension is clamped, but without a displacement .the spacers and clamping pieces- to change the effective crystal length would be provided.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an :einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt .- F i g. 1 eine Draufsicht auf das Uhrwerk einer Armbanduhr, das von einem Oszillator gemäß der Erfindung angetrieben wird, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-11 nach F i g. 1 und -F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 111-III nach F i g. 1.The invention is based on the drawing: an exemplary embodiment explained in more detail. It shows .- F i g. 1 is a plan view of the movement of a wristwatch, driven by an oscillator according to the invention, FIG. 2 a section along the line II-11 according to FIG. 1 and -F i g. 3 shows a section along the line 111-III according to FIG. 1.

Das auf der Zeichnung dargestellte Uhrwerk weist eine Werkplatte 1 auf, auf welcher eine -kleine Batterie 2, das Zeigerräderwerk 3, ein Widerstand 4, ein Transistor 5 sowie ein Träger 8 für die Schwingkristalle des Oszillators befestigt sind.The clockwork shown in the drawing has a work plate 1 on which a -small battery 2, the pointer gear train 3, a resistor 4, a transistor 5 and a carrier 8 for the oscillating crystals of the oscillator are attached.

Batterie 2, Transistor 5 und die in den Träger 8 eingespannten Schwingkristalle in Form von langgestreckten -Lamellen 6 und 7 sind Bestandteile einer nicht näher dargestellten Oszillatorschaltung mit einem Transistor, in dessen Eingangskreis der eine Schwingkristall als Steuerelement und in dessen Ausgangskreis der andere Schwingkristall als Antriebselement liegt. Beide Schwingkristalle sind mechanisch-akustisch derart miteinander gekoppelt, daß sich die Schevingungen des einen Kristalls ohne Störung und wesentliche Schwächung direkt auf den anderen Kristall übertragen können, so daß dieser Oszillator mit einer rein mechanisch-akustischen Rückkopplung arbeitet. Zu diesem Zweck sind die beiden Schwingkristalle mit ihren einen Enden hinreichend dicht nebeneinander in einen Träger 8 eingespannt. Bei Schwingkristalle besitzen eine gemeinsame Resonanzfrequenz, auf die sich die Schwingungen im stationären Zustand einstellen, wodurch ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird. Beim Anlegen der Speisespannung wird durch den auftretenden Stromimpuls auf Grund des elektrostricktiven Effekts eine kleine Auslenkung- der- Kristalle erzeugt, -wobei die Auslenkung des einen Schwingkristalls im Eingangskreis des Transistors infolge des piezoelektrischen Effekts einen den Transistor in den leitenden Zustand schaltenden Stromimpuls zur Folge hat. Der so erzeugte Ausgangsstromimpuls beaufschlagt den anderen Schwingkristall, der auf diese Weise infolge der beschriebenen Rückkopplung nunmehr periodisch erregt wird.Battery 2, transistor 5 and the oscillating crystals clamped in the carrier 8 in the form of elongated lamellae 6 and 7 are components of an oscillator circuit (not shown in detail) with a transistor, one oscillating crystal in its input circuit as a control element and the other oscillating crystal as a drive element in its output circuit lies. Both oscillating crystals are mechanically-acoustically coupled to one another in such a way that the oscillations of one crystal can be transmitted directly to the other crystal without interference or substantial weakening, so that this oscillator works with purely mechanical-acoustic feedback. For this purpose, the two oscillating crystals are clamped with their one ends sufficiently close to one another in a carrier 8. In the case of oscillating crystals, they have a common resonance frequency to which the oscillations adjust themselves in the steady state, whereby an optimal degree of efficiency is achieved. When the supply voltage is applied, a small deflection of the crystals is generated due to the electrostrictive effect due to the current pulse, whereby the deflection of one oscillating crystal in the input circuit of the transistor results in a current pulse that switches the transistor into the conductive state due to the piezoelectric effect . The output current pulse generated in this way acts on the other oscillating crystal, which is now periodically excited in this way as a result of the feedback described.

Die beiden Kristallamellen 6 und 7 haben einen reckteckförmigen Querschnitt und sind parallel zueinander in der Ebene des Uhrwerks orientiert angeordnet. An ihren einen Enden sind sie in zwei Nuten auf der Oberfläche des Trägers 8 eingesetzt. Der Träger 8 besteht aus einem isolierenden, nichthygroskopischen Material. Die Seitenflächen der Lamellen "sind mit metallischen Schichten 9 bedeckt, die in an sich bekannter Weise die Elektroden der Kristalle darstellen. Diese Metallelektroden stehen mit einem elektrisch leitenden Metallteil 10 auf dem Support in Verbindung, das zwischen die beiden Lamellen eingesetzt ist und für die Stromzuführung von der Batterie 2 sorgt.The two crystal lamellas 6 and 7 have a rectangular cross-section and are oriented parallel to one another in the plane of the clockwork. At one end they are inserted into two grooves on the surface of the carrier 8. The carrier 8 consists of an insulating, non-hygroscopic material. The side surfaces of the lamellas ″ are covered with metallic layers 9, which represent the electrodes of the crystals in a manner known per se. These metal electrodes are connected to an electrically conductive metal part 10 on the support, which is inserted between the two lamellas and for the power supply from the battery 2 ensures.

Zur Fixierung der in den Support eingesetzten Lamellen dient eine Platte 11 aus einem isolierenden Material, die mittels zweier Schrauben 12 und 13 jenseits der beiden Außenseiten der Lamellen am Träger 8 befestigt ist. Diese Platte 11 verhindert, daß die Lamellen aus den Nuten des Trägers 8 herausgleiten können. A plate 11 made of an insulating material is used to fix the lamellae inserted into the support and is fastened to the carrier 8 by means of two screws 12 and 13 on the other side of the two outer sides of the lamellae. This plate 11 prevents the slats from sliding out of the grooves in the carrier 8.

Im Abstand vom Träger 8 ist auf die beiden Lamellen ein Reiter 14 aufgesetzt, welcher die beiden Lamellen 6 und 7 mechanisch miteinander verbindet und der in Längsrichtung der Lamellen auf diesen verschiebbar ist. Mit Hilfe dieses Reiters 14 läßt sich die aktive Länge der Lamellen und damit ihre Schwingungsfrequenz innerhalb eines weiten Bereichs beliebig einstellen.At a distance from the carrier 8, a rider 14 is placed on the two lamellae, which connects the two lamellae 6 and 7 mechanically to one another and which can be displaced thereon in the longitudinal direction of the lamellae. With the help of this tab 14, the active length of the slats and thus their oscillation frequency can be set as desired within a wide range.

Dieser Reiter besteht nach F i g. 3 aus zwei T-förmigen Profilstücken, deren eines mit einer zentralen Öffnung versehen ist und deren anderes einen in diese Öffnung einschiebbaren Mittelarm aufweist. Auf diese Weise werden, wie in F i g. 3 dargestellt, die beiden Lamellen 6 und 7 auf ihren Schmalseiten eingeklemmt.According to FIG. 3 from two T-shaped profile pieces, one of which is provided with a central opening and the other one in this opening has retractable central arm. In this way, as in F i g. 3 shown, the two slats 6 and 7 clamped on their narrow sides.

Die Kristallamelle 6 liegt im Steuerkreis des Transistors 5, während die Lamelle 7 im Arbeitskreis des Transistors angeordnet ist. Die Lamelle 7 dient gleichzeitig zur direkten Abnahme der mechanischen Antriebsenergie für das Räderwerk. Zu diesem Zweck ist am freien Ende der Lamelle 7 mittels eines Befestigungsplättchens 16 eine Sonde 15 in Form eines dünnen Drahtes angebracht, beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Kleben, welche an ihrem freien Ende die eigentliche Antriebsklinke 17 in Form eines mit einer Kante ausgebildeten Rubins trägt. Diese Klinke 17 arbeitet mit dem Kranz des ersten Rades des Zeigerräderwerks zusammen. Dieser Kranz weist eine sehr feine Verzahnung auf, die beispielsweise 3000 Zähne umfassen kann und bei welcher der Zahnabstand größenordnungsmäßig 4 #t und die Zahntiefe größenordnungsmäßig 2 #L betragen können.The crystal lamella 6 is in the control circuit of the transistor 5, while the lamella 7 is arranged in the working circuit of the transistor. The lamella 7 is used at the same time to the direct decrease of the mechanical drive energy for the gear train. For this purpose, at the free end of the lamella 7 by means of a fastening plate 16 a probe 15 in the form of a thin wire attached, for example by soldering, Welding or gluing which is the actual drive pawl at its free end 17 in the form of a ruby formed with an edge. This pawl 17 works with the rim of the first wheel of the pointer gear train. This wreath points a very fine toothing, which can include 3000 teeth, for example, and at which the tooth spacing is of the order of 4 #t and the tooth depth is of the order of magnitude 2 #L.

Im betrachteten Ausführungsbeispiel ist außerdem noch eine zusätzliche Sperrklinke vorgesehen, die, wie das Antriebsorgan 15 bis 17, aus einem mittels eines Plättchens 20 an einem Träger 19 befestigten Draht 18 mit einer Klinke 21 besteht. Diese im Winkel zum Antriebsorgan orientierte Sperrklinke sorgt dafür, daß sich das angetriebene erste Rad des Zeigerräderwerks nur in einer Richtung drehen kann. Wohlgemerkt ist eine derartige zusätzliche Sperrklinke keineswegs erforderlich, wenn der Angriffswinkel der Antriebsklinke 17 in bezug auf den Umfang des angetriebenen Rades korrekt gewählt wird.In the exemplary embodiment under consideration there is also an additional one Pawl is provided, which, like the drive member 15 to 17, consists of a means A wire 18 attached to a plate 20 on a carrier 19 and having a pawl 21 consists. This pawl, which is oriented at an angle to the drive element, ensures that the driven first wheel of the pointer gear train rotate only in one direction can. Mind you, such an additional pawl is by no means necessary, when the angle of attack of the drive pawl 17 with respect to the circumference of the driven Wheel is selected correctly.

Während der Schwingung der Kristallamellen 6 und 7 führt die Sonde 15 infolge der Masse der Klinke 17 an ihrem freien Ende eine Biegeschwingung derart aus, daß sie sich in der Uhrwerksebene ähnlich wie ein in Schwingungen versetztes Seil verformt, wobei die Klinke 17 etwa einen Schwingungsknoten bildet; auf diese Weise führt die Klinke 17 näherungsweise eine in Längsrichtung der Sonde 15 gerichtete axiale Hin- und Herbewegung aus, die der periodischen Stauchung und Streckung der Sonde 15 entspricht. Die Frequenz der Biegeschwingung der Sonde 15 ist eine Unterharmonische der Schwingungsfrequenz der Kristallamellen. Die Schwingungsamplitude der Klinke 17 in Längsrichtung der Sonde 15 ist wesentlich größer als die Schwingungsamplitude der Kristallamellen, so daß mit Hilfe der Sonde 15 einerseits eine Frequenzuntersetzung und andererseits eine Schwingungsamplituden-übersetzung erzielt wird. Während beispielsweise die Schwingungsamplitude der Kristallamellen in der Größenordnung von 10-4 mm liegt, beträgt die Schwingungsamplitude der Klinke 17 einige Mikron und wird auf alle Fälle wesentlich größer als die Zahntiefe des ersten Rades des Zeigerräderwerks gewählt, um zu erreichen, daß die Klinke 17 vollständig außer Eingriff mit dieser Verzahnung gelangt.During the oscillation of the crystal lamellas 6 and 7, the probe 15, due to the mass of the pawl 17 at its free end, executes a bending oscillation in such a way that it is deformed in the clockwork plane like a vibrating rope, the pawl 17 forming approximately a vibration node ; In this way, the pawl 17 approximately executes an axial reciprocating movement in the longitudinal direction of the probe 15 , which corresponds to the periodic compression and expansion of the probe 15. The frequency of the flexural vibration of the probe 15 is a subharmonic of the vibration frequency of the crystal lamellae. The oscillation amplitude of the pawl 17 in the longitudinal direction of the probe 15 is substantially greater than the oscillation amplitude of the crystal lamellae, so that with the aid of the probe 15, on the one hand, a frequency reduction and, on the other hand, an oscillation amplitude translation is achieved. For example, while the oscillation amplitude of the crystal lamellae is in the order of magnitude of 10-4 mm, the oscillation amplitude of the pawl 17 is a few microns and is in any case chosen to be significantly greater than the tooth depth of the first wheel of the pointer wheel train in order to ensure that the pawl 17 is complete comes out of engagement with this toothing.

Der beschriebene Oszillator nach der Erfindung zeichnet sich durch einen äußerst einfachen Aufbau; durch sehr kleine Abmessungen, durch eine hohe Betriebssicherheit sowie durch eine nur sehr geringe Stromaufnahme aus. Die praktisch nur aus einem Transistor und den beiden Schwingkristallen bestehende elektrische Schaltung benötigt lediglich einen Strom in der Größenordnung von Mikroampere und hat außerdem den Vorzug, daß die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude weitgehend unabhängig von der Speisespannung dei Batterie sind.The described oscillator according to the invention is characterized by an extremely simple structure; due to very small dimensions, due to a high level of operational reliability as well as a very low power consumption. The practically only one Transistor and the two oscillating crystals required electrical circuit only has a current on the order of microamps and also has the Advantage that the oscillation frequency and the oscillation amplitude are largely independent from the supply voltage of the battery.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Oszillator für Uhren, bestehend aus eine: Schaltung mit wenigstens einem Transistor unc mit Schwingkristallen als frequenzbestimmender Organen, bei welchen zwei piezoelektrischc Schwingkristalle mechanisch-akustisch mitein ander gekoppelt sind, deren einer im Eingangs kreis, der andere im Ausgangskreis des Transistors liegt, und welche, unter Ausschluß von zusätzlichen Vorspannungserzeugern, z. B. RC-Gliedern im Eingangskreis, ausschließlich die frequenzbestimmenden Elemente der Schwingschaltung bilden, nach Patentanmeldung C 28441 IXb/83b (deutsche Auslegeschrift 1236423), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingkristalle die Form langgestreckter Lamellen (6, 7) haben, welche auf einem kleinen Bereich ihrer Länge an einem Ende in einem gemeinsamen Träger (8) eingespannt sind und welche parallel zueinander in der Ebene der Uhr liegen. Patent claims: 1. Oscillator for clocks, consisting of a: Circuit with at least one transistor unc with oscillating crystals as frequency-determining Organs in which two piezoelectricc Oscillating crystals mechanically and acoustically are coupled to one another, one of which is in the input circle, the other is in the output circuit of the transistor, and which, with the exclusion of additional bias generators, z. B. RC members in the input circuit, exclusively form the frequency-determining elements of the oscillating circuit, according to patent application C 28441 IXb / 83b (German Auslegeschrift 1236423), characterized in that the two oscillating crystals have the shape of elongated lamellae (6, 7) , which on a small area of their length are clamped at one end in a common carrier (8) and which are parallel to each other in the plane of the clock. 2. Oszillator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen beide Lamellen außerhalb ihrer Einspannungsteile verbindenden Reiter (14), der zur Einstellung der effektiven Länge der Kristallamellen und damit ihrer Schwingungsfrequenz in Längsrichtung der Lamellen verschiebbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 364 681.2. Oscillator according to claim 1, characterized by a rider (14) which connects the two lamellae outside their restraint parts and which can be displaced in the longitudinal direction of the lamellae to adjust the effective length of the crystal lamellae and thus their oscillation frequency. References considered: U.S. Patent No. 2,364,681.