DE2131002B2 - Stimmgabel mit mehreren durch Längsschlitze voneinander getrennten Zinken - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Stimmgabel als mechanisch schwingendes Element für einen elektromechanischen Oszillator, die mehrere Zinken aufweist, die voneinander durch an ihrem einen Ende offene und an ihrem anderen Ende geschlossene Längsschlitze getrennt sind und die in einem den Schwingungsknoten der Stimmgabel bildenden Basisteil enden.

Solche bekannten Stimmgabeln, die als mechanisch schwingendes Element beispielsweise für Uhren dienen, sind aus harten, spröden Materialien, wie beispielsweise Bergkristall, geschnitten und fein bearbeitet und weisen zwei unterschiedliche geometrische Formeil auf, die in den Fig. la und 1 b der Zeichnung dargestellt sind. Die in F i g. 1 a dargestellte bekannte Stimmgabel weist eine Form auf, bei der das geschlossene Ende 3 des Längsschlitzes 2, der die zwei Zinken einer Stimmgabel 1 trennt, im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist. Bei der in Fig. Ib dargestellten Form einer Stimmgabel ist das geschlossene Ende 3 halbkreisförmig ausgebildet.

Wenn eine solche Stimmgabel starken Stößen ausgesetzt ist, wie sie — insbesondere bei Anwendung im elektromechanischen Oszillator einer Uhr — ζ. Β. beim Fall auf den Boden auftreten können, so besteht die Gefahr, daß die Zinken brechen. Ein solches Brechen der Zinken tritt an der Basis der Zinken oder in ihrer Nähe auf. Diese Stelle ist in den Fig. I a und lh durch die Zeichen 'X¹ angezeigt. Der Grund dafür, daß die Zinken an diesen Stellen am leichtesten brechen, liegt darin, daß dort eine starke Kon/entricrunn der inneren Spannungen der Stimmgabel und daher die maximale Beanspruchung auftritt. Diese Beanspruchungskonzentrierung wird durch die plötzliche Änderung des Querschnittes am Schlitzende verursacht.

Zur Minderung der Bruchgefahr der Zinken wurde die in F i g. I b dargestellte bekannte Stimmgabelform aus der in Fig. 1 a dargestellten entwickelt. Bei der in Fig. I b dargesicllten Stimmgabelform weisen ,'ie Kanten des Stimmgabelschlitzes die größtmöglichen Krümmungsradien auf, so daß die Konzentrierung der Belastung und die Bruchgefahr in einem gewissen Maße verringert werden konnten. Diese Stimmgabelform zeigt die größte bisher erreichte Bruchfestigkeit.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Stimmgabel der eingangs genannten Art so auszugestalten," daß die Gefahr, daß die Zinken bei Stößen brechen, weiter vermindert ist.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jeder der Schlitze von seinem offenen Ende an über mehr als die Hälfie seiner Länge eine konstante Breite aufweist und daß seine Breite dann auf sein geschlossenes Ende zu linear allmählich abnimmt.

Obwohl zunächst anzunehmen ist, daß bei einer solchen Stimmgabelform die Konzentrierung der Beanspruchung am Schlitzende erheblich größer als bei der herkömmlichen, in Fig. Ib dargestellten Form ist, da der Krümmungsradius des geschlossenen Endes notwendigerweise kleiner ist, da die Breite des Längsschlitzes auf sein geschlossenes Ende zu linear abnimmt, haben jedoch Untersuchungen gezeigt, dr.ß die Bruchfestigkeit bei der erfindungsgemäßen Stimmgabel gegenübe; den bekannten Stimmgabeln merklich erhöht ist.

Im folgenden werden Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht eine erste Ausführungsform der Stimmgabel.

Fig. 3a und 3b zeigen Draufsichten auf weitere Ausführungsformen.

Wie es in Fi g. 2 gezeigt ist, weist der geschlossene Endabschnitt 3 des Längsschlitzes die Form eines V auf. Wenn die Zinken der gleichen Beschleunigung wie bei bekannten Stimmgabeln ausgesetzt sind, wird auf diese Weise die Biegebeanspruchung viel kleiner, was auf der langsamen Zunahme der Querschnittflächc dieser Zinken beruht, obwohl das Biegemoment, welches auf die Zinken an ihrer Basis wirkt, das gleiche wie bei herkömmlichen Stimmgabelformen ist. Die Größe der Abnahme der Beanspruchung ist je nach der Richtung der Beschleunigungen verschieden. Aber auch im ungünstigsten Fall, wenn die Richtung der Beschleunigung senkrecht zu den Zinken und der Ebene des U-förmigen Teils der Stimmgabel verläuft, ist die Größe der Abr nähme der Beanspruchung gleich der Größe der Zunahme der Breite der Zinken an ihrer Basis. In diesem Fall wird die Starrheit der Zinken an ihrem Fuß ebenfalls vergrößert, was eine gewisse Vergrößerung der Eigenfrequenz der Stimmgabel zur Folge hat, was jedoch durch ein leichtes Vergrößern der Länge der Zinken beseitigt werden kann.

Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform

einer Stimmgabel betrügt die Breite des allmählich abnehmenden Abschnitts des Schlitzes an seinem geschlossenen Ende etwa ein Drittel der Breite des Schlitzes in seinem Abschnitt mit konstanter Breite und ist der Scheitel des allmählich abnehmenden Abschnitts am geschlossenen Ende des Schlitzes halbkreisförmig ausgebildet. Weiterhin kann die Länge des allmählich abnehmenden Abschnitts des Schlitzes das Zweifache der Breite der Zinken in dem Abschnitt mit konstanter Breite des Schlitzes be- to tragen und die Hohe des Basistcils größer als die gesamte Breite zweier aneinander angrenzender Stimmgabelzinken sein.

In den Fig.3a und 3b sind zwei weitere Ausführungsformen der Stimmgabel dargestellt, von densn jede aus einem einzelnen Rohling geschnitten und dann auf die speziellen Abmessungen geschlitzt ist. Der Schlitz kann bei jeder dieser Stimmgabeln reguliert werden, um allmählich die Breite des Schlitzes gegen sein geschlossenes Erde hin zu verringern, um dadurch die Bruchfestigkeit zu erhöhen. In Fig. 3a ist eine dreizackige Stimmgabel und in Fig. 3 b eine H-förmige Stimmgabel dargestellt. In diesen Figuren zeigen schraffierte Teile die Stellen an, an denen die Stimmgabeln in einem elektromechanischen Oszillator gehaltert werden können.

Untersuchungen an Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stimmgabel und an bekannten Stimmgabeln haben zu den folgenden Ergebnissen geführt.

Es wurden Stimmgabeln aus einem Kristallrohling von 0,8 mm Dicke geschnitten und auf festgelegte Abmessungen fein bearbeitet, so daß sie eine Gesamtbreite von 1,9 mm hatten, die Zinken eine Länge von 7 mm aufwiesen und das Verhältnis der Zinkenbreite zn der Schlitzbrcite nahezu 1 : 1 außer am ge- schlosserten Endabschnilt 3 de* Schlitzes betrug. Bei einigen der Stimmgabeln war der Schlitzscheitel halbkreisförmig geformt, wie es in Fig. Ib gezagt ist. Die anderen Stimmgabeln wiesen ein V-formiges, geschlossenes Schlitzende auf, wie es in Fig. 2 dariiestellt ist, und die Breite der Zinken war den um ein Drittel größer als die maximale Schlitzbreite. Bei dem halbkreisförmigen Scheitel mit einem Durchmesser von etwa einem Drittel der maximalen Schlitzbreite wurde die Gefahr einer Konzentrierung der Beanspruchung in der Mitte der Zinken in Betracht »czogen. Die Länge des V-förmigen Teils betrug etwa das 2fache der Zinkenbreite. Die schräg verlaufenden Seiten des V-förmigen Abschnitts wiesen keine ebenen Oberflächen auf, sondern waren etwas nach außen ausgebaucht, und das Basisteil hatte annähernd die Form eines halben Ovals. Wenn diese beiden Arten vor, Stimmgabeln Belastungen unterworfen wurden, die auf die Spitzen der Zin' ,n ausgeübt wurden und senkrecht zu den Spitzen der entsprechenden Zinken wirkt, versagte die herkömmliche Stimmgabel bei einerBelastung von 270 g, während die Bruchlast der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stimmgabel bei 350 g lag. Daraus ist zu ersehen, daß die Festigkeit um mehr als 30% vergrößert werden konnte. Bei den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stimmgabel brachen die Zinken an Stellen in der Nähe des oberen Endes des allmählich abnehmenden Abschnitts (diese Stellen sind durch das Zeichen·* in F i g. 2 dargestellt) und nicht, wie bei herkömmlichen Stimmgabeln, an der Basis der Zinken. Dadurch ist gezeigt, daß die Beanspruchungen, die im Basisteil auftreten, bei den Ausführungsformen der crfindungsgemäßen Stimmgabel erheblich verringert werden konnten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Stimmgabel als mechanisch schwingendes Element für einen elektromechanischen Oszillator, die mehrere Zinken aufweist, die voneinander durch an ihrem einen Ende offene und an ihrem anderen Ende geschlossene Längsschlitze getrennt sind und die in einem den Schwingungsknoten der Stimmgabel bildenden Baststeil enden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schlitze von seinem offenen Ende an über mehr als die Hälfte seiner Länge eine konstante Breiteaufweist und daß seine Breite dann auf sein geschlossenes Ende zu linear allmählich abnimmt.

2. Stimmgabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des allmählich abnehmenden Abschnitts des Schlitzes an seinem geschlossener, Ende etwa ein Drittel der Breite des Schlitzes in seinem Abschnitt mit konstanter Breite beträgt.

3. Stimmgabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel des allmählich abnehmenden Abschnitts am geschlossenen Ende des Schlitzes halbkreisförmig ist.

4. Stimmgabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d .ß die Länge des allmählich abnehmenden Abschnitts des Schützes uas Zweifache der Breite der Zinken in dem Abschnitt mit konstanter Breite des Schlitzes betragt.

5. Stimmgabel nach einem el r vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Basisteils größer als die gesamte Breite zweier aneinander angrenzender Stimmgabelzinken ist.