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DE1943994A1 - Clock drive with piezoelectric tuning fork - Google Patents

Clock drive with piezoelectric tuning fork

Info

Publication number
DE1943994A1
DE1943994A1 DE19691943994 DE1943994A DE1943994A1 DE 1943994 A1 DE1943994 A1 DE 1943994A1 DE 19691943994 DE19691943994 DE 19691943994 DE 1943994 A DE1943994 A DE 1943994A DE 1943994 A1 DE1943994 A1 DE 1943994A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tuning fork
clock drive
frequency
stabilized clock
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19691943994
Other languages
German (de)
Inventor
Horst Dr Rer Nat Brauer
Jutta Mohaupt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE19691943994 priority Critical patent/DE1943994A1/en
Priority to FR7031307A priority patent/FR2059743B1/fr
Priority to GB4129070A priority patent/GB1312996A/en
Publication of DE1943994A1 publication Critical patent/DE1943994A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/08Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically
    • G04C3/12Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically driven by piezoelectric means; driven by magneto-strictive means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

Uhrenantrieb mit piezoelektrischer Stimmgabel .,Clock drive with piezoelectric tuning fork.,

I ιI ι

Die Erfindung betrifft einen frequenzstabilisierten Uhrenantrieb, insbesondere für Kleinuhren mit BatteriespeisungοThe invention relates to a frequency-stabilized clock drive, especially for small watches with battery power ο

Armbanduhren der obengenannten Art mit einem elektromagnetischen Schwinger in der Art einer Stimmgabel zum Antrieb des Ankerradeu sind bekannte- Der elektromagnetische Antrieb hat je-loch den Nachteil eines relativ hohen Leis tungs Verbrauches, der lie maximal mögliche wai-jungsfreie Betriebsdauer einer derartigen Uhr stark begrenzt und den eines aufwendigen Spu~ ;/::"1 eins .Wristwatches of the above-mentioned type with an electromagnetic oscillator in the manner of a tuning fork to drive the anchor wheel are known that of an elaborate Spu ~; / :: " 1 one.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen leistungsaparenden elektrischen Uhrenäntrieb, insbesondere für die Abmessungen einer Armbanduhr, anzugeben.The object of the invention is to provide a power-saving electrical Clock drive, especially for the dimensions of a Wristwatch to indicate.

'Jie:je Aufgabe wird durch einen wie oben angegebenen Uhren-•intx'ii.b .gelöst, der erfindungsgernäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine piezoelektrisch angetriebene Stimmgabel mit einum daran angeschlossenen Mechanismus* zur übertragung eines Anteil:; dor ochwingungsenorgie auf ein Zahnrad vorgesehen ist, woIjüi diu stimmgabel den elektrischen 3chwingkreis eines Oszillator^ in einer Schaltung nach Art eines Vöratärkers in Uarlin.-'ton-ochul tung oder in einer Uchaltung mit einem PeIdeffekt tranuiutor bildet.,'Jie: for each task, a clock- • intx'ii.b . solved, the erfindungsgernäß characterized is that a piezoelectrically driven tuning fork with a mechanism connected to it * for the transmission of a Proportion of:; dor ochwingungsenorgie provided on a gear is where ijüi diu tuning fork the electrical 3 oscillating circuit of a Oscillator ^ in a circuit in the manner of a Vöratärkers in Uarlin .- 'ton-ochul tion or in a circuit with a peIdeffekt tranuiutor forms.,

Tnobesondere weist die Stimmgabel metallene Zinken auf.. Vortoilhafterv;ei.'iü wird hierfür ein Metall vorwendet, da3 ein tumperaturkompensierteo üchwingungsverhalten aufweiüta AIaIn particular, the tuning fork has metal prongs .. Vortoilhafterv; ei.'iü if a metal is used for this purpose, a tumperaturkompensierte o oscillation behavior aufweiüta AIa

Bto/hfrBto / hfr

109811/09A2109811 / 09A2

-· 2 —- · 2 -

_ 2 —_ 2 -

Zinken sind aber auch die im Prinzip "bekaraiteia Bimorphs, bestehend aus je zwei miteinander verbundenen Keramikstreifen, verwendbar, die entweder zueinander unterschiedlich gerichtet polarisiert sind, oder zueinander gegensiimlg gepolt elektrisch ' erregt werden« . ,However, the prongs can also be used in the principle "bekaraiteia bimorphs, each consisting of two ceramic strips connected to one another, which are either polarized to one another in different directions, or are electrically excited to one another when they are polarized opposite one another".

Zu der Erfindung führten die folgenden ffoerlegiongen: Gegenüber dem Prinzip der elektromagnetiscketi Aaregung ist das der piezoelektrischen leistungssparender·, weil praktisch jeglicher Verlust von Stromwärme vermieden ist» In das. piezoelektrische Antriebselement, das elektrisch gesehen einen Reihenschwingkreis mit parallel geschalteten? Kapazität darstellt, fließt im wesentlichen nur der kapasitiire Strome Der geringe zusätzliche Wirka&teil des Stromes geht, abgesehen von dem auch bei der elektromagnetisch angetriebenen Stimmgabel unvermeidlichen Verlust an Sehwiaagoiigs energie, praktisch vollständig in mechanischer Antrlßlbs'eiaergie über« Besonders vorteilhaft ist es, die erfiadangsgemäS verwendete piezoelektrisch angetriebene Stimmgabel als Schwingkreis eines Oszillators, geschaltet nach dem Prinzip »es Darlington-Verstärkers oder mit einem Feldeffekttransistor au betroiben» Sowohl der Oszillator mit Transistoren in Tmidesasehaltung_., (Tarlington) als auch der mit einem Feldeffekttransistor zeichen sich erfindungswesentlieh durch, einem lachen Eingangs·- widerstand aus. Durch die Auswahl dieser Schaltungen wird eine besonders gute Anpassung an die hier !beschriebene, sehr hoohohinige (einige .M Γϊ j StiBimgabel erreicht« Biese gute :Anpassung gewährleistet die eingangs erwähnte Eigenschaft eines leistungsaparenden Antriebs»The following ffoerlegiongen led to the invention: Compared to the principle of the electromagnetiscketi a setting, the piezoelectric is more power-saving because practically any loss of heat is avoided. Represents capacitance, essentially only the capacitive current flows. The small additional active part of the current, apart from the inevitable loss of Sehwiaagoiigs energy even with the electromagnetically driven tuning fork, is practically completely converted into mechanical drive energy Piezoelectrically driven tuning fork as a resonant circuit of an oscillator, switched according to the principle »Darlington amplifier or with a field effect transistor · - resistance off. By choosing these circuits, a particularly good adaptation to the very high-pitched (some .M Γϊ j pin fork described here!

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren, und der Beschreibung -r;u einem besonders bevorzugten Ausfiihrungsbeiapiel hervor«Further details of the invention will become apparent from the figures, and the description - r u a particularly preferred Ausfiihrungsbeiapiel out "

Figur 1 seigt eine piezoelektrisch angetriebene Stimmgabel mit den metallenen Zinken 1 und 2 und dein WnE 3, Mit 4 sindFigure 1 shows a piezoelectrically driven tuning fork with the metal prongs 1 and 2 and your WnE 3, with 4 are

, , 109811/0942 ,, 109811/0942

P1A 9/50·:/465 .„ 3 «■P 1 A 9/50 ·: / 465. "3" ■

auf den Seitenflächen der Zinken befestigte Plättchen aus einer piezoelektrischen Keramik bezeichnet. Sie sind im wesentlichen im Bereich, der größten Biegung der Zinken angebrachte 5 sind Elektrodenbelegungen auf der Keramik, die so angeordnet sind, daß eine elektrische Spannung zwischen diesen Elektroden und den Zinken 1, 2 das Auftreten eines elektrischen Feldes in der Keramik 4 ermöglicht. 6, 7 und sind elektrische Zuleitungen zum Anschluß der elektrischen Spannungen.on the side surfaces of the prongs attached to plates made of a piezoelectric ceramic referred to. You are in essentially in the area of the greatest bend in the prongs 5 are electrode coatings on the ceramic, which are arranged so that an electrical voltage between These electrodes and the prongs 1, 2 enable an electric field to occur in the ceramic 4. 6, 7 and are electrical supply lines for connecting the electrical voltages.

Mit 11 ist eine an der Zinke 1 befestigte Klinke 11 bezeichnet, die in ein Zahnrad 12 eingreift= Bei Inbetriebnahme der Stimmgabel überträgt sich die Schwingung der Zinke 1 auf das Rad 12, das bei jedem Schwingungshub um einen Zahn weitergerückt wird. Als Klinke ist insbesondere ein dünnes Federblatt vorgesehen, das die Schubkraft aufzunehmen und auf das Rad zu übertragen vermag«With 11 attached to the prong 1 pawl 11 is referred to, which engages in a gear 12 = when starting the The tuning fork transmits the oscillation of the prong 1 to the wheel 12, which advances by one tooth with each oscillation stroke will. In particular, a thin spring leaf is used as the pawl provided that can absorb the thrust and transmit it to the wheel "

Figur 2 zeigt das elektrische Schaltbild des Darlington-Oszillators für eine wie in Fig. 1 dargestellte Stimmgabel, wobei dieselbe in der Schaltung durch elektrische Schwing" kreise 21 und 22 entsprechend den mechanischen Teilschwingern 1,4 u.5 und 2,4_u.5 der Stimmgabel bezeichnet sindo 16, 17 und 18 sind die den Anschlüssen 6, 7 und 8 entsprechenden Punkte der' Schaltung. 23 und 24 sind in Tandem geschaltete Transistoren und 25 elektrische Widerstände, die in im Prinzip bekannter Weise so bemessen sind, daß sie auf die Transistoren und auf die elektrischen Werte der Ersatzschaltungen der mechanischen Teilschwinger abgestimmt bemessen sind. 26 ist der Anschluß für die elektrische Gleichspannung zur Versorgung des Oszillators mit elektrischer Energie οFigure 2 shows the electrical circuit diagram of the Darlington oscillator for a tuning fork as shown in Fig. 1, the same in the circuit by electrical oscillation " circles 21 and 22 corresponding to the mechanical partial oscillators 1,4 and 5 and 2,4_u.5 of the tuning fork are designated o 16, 17 and 18 are the terminals 6, 7 and 8 corresponding to Points of the 'circuit. 23 and 24 are tandem connected transistors and 25 are electrical resistors that are dimensioned in a manner known in principle so that they affect the transistors and the electrical values of the equivalent circuits the mechanical partial oscillators are dimensioned in a coordinated manner. 26 is the connection for the electrical DC voltage to supply the oscillator with electrical Energy ο

Figur 3 zeigt das der Erfindung gemäße Schaltbild für die Stimmgabel in einer Schaltung mit einem Feldeffekttransistor 3'J · Die übrigen Elemente 21, 22 und 25 und Punkte 16, V(. 18 entaprechen sinngemäß ^ue^dye*giin|führung nach Figo 2„Figure 3 shows the proper to the invention circuit diagram for the tuning fork in a circuit having a field effect transistor 3'J · The remaining elements 21, 22 and 25 and points 16, V (18 entaprechen mutatis mutandis ^ ue ^ dye * giin |. Guidance according to FIG o 2 "

ORIGINAL INSPECTBDORIGINAL INSPECTBD

Claims (1)

Frequentstabilisierter Uhrenantrieb, insbesondere für Kleinuhren mit Batteriespeisung, dadurch gekennzeichnet, daß eine piezoelektrisch anzutreibende Stimmgabel ν','I »2,3,4,5) mit einem daran angeschlossenen Mechanismus (11) zur Übertragung eines Anteils der Schwin·- gungsenergie auf ein Zahnrad (12) vorgesehen ist, wobei die Stimmgabel die elektrischen Schwingkreise (21,22). eines Oszillators in Darlington-Schaltung (Fig. 2) bildeteFrequently stabilized clock drive, especially for small clocks with battery power, characterized in that a piezoelectrically driven tuning fork ν ',' I »2,3,4,5) with a mechanism (11) connected to it for transferring a portion of the vibration energy to a Gear (12) is provided, wherein the tuning fork the electrical oscillating circuits (21,22). a Darlington pair oscillator (Fig. 2) Prequenzstabilisierter Uhrenantrieb, insbesondere für Kleinuhren mit Batteriespeisung, dadurch gekennzeichnet, daß eine piezoelektrisch anzutreibende Stimmgabel (1,2,3,4,5) mit einem daran angeschlossenen .· Mechanismus (11) zur Übertragung eines Anteils der Schwin*- gungsenergie auf ein Zahnrad (12) vorgesehen ist, wobei die Stimmgabel die elektrischen Schwingkreise (21,22) eines Oszillators mit einem Feldeffekttransistor (Fig. 3) bildet»Frequency stabilized clock drive, especially for Small clocks with battery feed, characterized in that a piezoelectrically driven Tuning fork (1, 2, 3, 4, 5) with an attached mechanism (11) for transferring a portion of the Schwin * - energy is provided on a gear (12), the tuning fork the electrical oscillating circuits (21,22) an oscillator with a field effect transistor (Fig. 3) forms » Frequenzstabilisierter Uhrenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus eine an der Antriebszinke angebrachte Klinke ist οFrequency-stabilized clock drive according to Claim 1 or 2, characterized in that the Mechanism a latch attached to the drive tine is ο Frequenzstabilisierter Uhrenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als riinke ein iünnes i'ec'erblatt vorgesehen ist οFrequency-stabilized clock drive according to claim 3, characterized in that a thin i'ec'er leaf is provided as the ridge ο 1098 11/09A21098 11 / 09A2 . ORiQINAL INSPECTSD. ORiQINAL INSPECTSD
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