DE1948659A1

DE1948659A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von periodischen mechanischen Schwingungen

Info

Publication number: DE1948659A1
Application number: DE19691948659
Authority: DE
Inventors: Franz Elkuch
Original assignee: PROCTOR ETS
Current assignee: PROCTOR ETS
Priority date: 1968-10-08
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1970-04-30
Also published as: FR2020118B1; GB1250368A; SE376668B; US3769531A; AT289243B; FR2020118A1; US3641373A; CH1494868A4; CH511476A; BR6912995D0

Description

Etablissement Procor, Vaduz/Fürstentum Liechtenstein, Kirchstraße 749

"Verfahren und Vorrichtung zum Erzengen von periodischen mechanischen Schwingungen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von periodischen Schwingungen mittels elektrischer Energie, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von periodischen Schwingungen "bekannt, "bei denen ein ferromagnetischer Körper einem wechselnden magnetischen Feld ausgesetzt wird. Die Steuerung des magnetischen Feldes erfolgt mit Hilfe von aktiven Verstärkerelementen, wie

0Od818/1f9S

Elektronenröhren oder Transistoren, die in einem elektrischen Stromkreis mit weiteren passiven Elementen, wie Hagnetspulen,, Kondensatoren und ohm'sehen Widerständen angeordnet sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Yorrichtung anzugeben, die gestatten, eine mechanische Schwingung ^ zu erzeugen, wobei abgesehen von der Stromquelle auf jegliche aktive Elemente verzichtet werden kann, und die Energieverluste, hervorgerufen durch ohm'sche Widerstände, auf ein ivüninrum reduziert sind, damit der Wirkungsgrad möglichst gross ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Schwingen anzuregender elektrisch leitender EÄrper dem Einfluss wenigstens eines durch die Bewegung dieses Korpers selbsttätig wechselnden, elektrischen Feldes ausgesetzt wird«

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine von mindestens zwei gegenüberliegenden Elektroden zum Bilden einermechanischen Schwingungsanordnung beweglich und federnd angeordnet ist_f dass mindestens die Bewegungsstrecke dieser beweglichen Elektrode in Richtung auf die andere Elektrode durch diese selbst begrenzt ist, wobei beim Auf treffen der beiden Elektroden aufeinander ein Ladungsausgleieii stattfindet» und dass di© beiden Elektroden zum Anschliessen an den" Pluspol bzw., den Minuspol einer Stromquelle bestimmt sind-

009818/1195

Die Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die "beiliegende Zeichnung "beispielsweise näher erläutert. Ss zeigern

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung mit zwei Elektroden, von denen die eine zum Ausführen von mechanischen Schwingungen angeregt werden kann,

Pig. 2 eine andere Ausführungsform mit zwei Elektroden, die beide zum Schwingen angeregt werden können,

Fig. 3 eine ähnliche Ausführung mit drei Elektroden, wovon zwei "beweglich sind, und

Fig. 4 eine weitere Ausführung mit drei Elektroden, von denen nur eine beweglich ist.

Uh ein schwingfähiges Gebilde zu erhalten, ist es notwendig, eine Masse federnd zu lagern, damit die Masse ihre kinetische Energie an das federnde Organ abgeben kann, wobei dann nach der vollständigen Abgabe der kinetischen Energie der Masse, die im federnden Organ gespeicherte statische Energie wiederum vollständig an die Masse in Form von kinetischer Energie abgegeben wird. Zur Aufrechterhaltung der Schwingung ist es weiter notwendig, die unweigerlich entstehenden Energieverluste zu ersetzen.

009818/119S

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung mit einer schwingfähigen Anordnung zum Antrieb eines Uhrwerkes prinzipiell dargestellt. Auf einer elastischen Zunge 1 ist eine Elektrode 2, die gleichzeitig hauptsächlich die schwingende Masse ist, befestigt. Das andere Ende der Zunge 1 ist mit einem Block 3 starr verbunden. Die Elektrode kann in Richtung des Pfeiles 4 hin- und herschwingen, wenn sie dazu angeregt wird. Hiezu ist_ eine zweite Elektrode 5 auf Abstand gegenüber der beweglichen Elektrode 2 vorgesehen, die mittels einem Träger 6 ebenfalls am Block 3 befestigt ist..'., .

Die Zunge 1 und der Träger 6 sind elektrisch leitend, damit durch die Anschlüsse 7 und 8 den Elektroden ,Strom aus einer nicht dargestellten Spannungsquelle zum Aufladen dieser Elektroden zugeführt"werden kann. Der Block 3 besteht aus Isoliermaterial.

Die beiden gegenüberliegenden Elektroden 2 und 5 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität von der G-rb'sse der einander gegenüberliegenden Flächen der Elektroden und dem Abstand zwischen diesen abhängig ist. Ueber die Anschlüsse 7 und 8 lädt sich dieser Kondensator auf, so dass die Elektrode 5 ein positives und die Elektrode 2 ein negatives Potential aufweist. Durch die Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den beiden Elektroden werden diese gegeneinandergezogeii, wobei die bewegliche Elektrode 2 entgegen der Kraftwirkung der elastischen Zunge 1 bis zur Elektrode 5 bewegt wird. '

009919/M9S

Sobald die Elektroden einander berühren, wie dies gestrichelt dargestellt ist, wird die Potentialdifferenz zwischen diesen "beiden ausgeglichen und das elektrische Feld wird rasch abgebaut. Die Elektrode 2 ist nur noch der Kraftwirkung der gespannten elastischen Zunge 1 ausgesetzt und kann daher zurückschwingen, wobei sie dank der Trägheit- über ihren Buhezustand hinaus in die ebenfalls gestrichelt dargestellte zweite Endlage gelangt. ·

Die Spannungsquelle mit der die Elektroden verbunden sind, ist hochohmig oder durch einen vorgeschalteten ohm^!sehen Widerstand absichtlich hochohmig gemacht worden, damit im Zeitpunkt der Berührung der Elektroden der Kurzschlusstrom begrenzt und andererseits der Kondensator, gebildet durch die Elektroden, nachdem sich diese beiden infolge der Eückbewegung der be-.weglichen Elektrode nicht mehr berühren, verzögert wieder aufgeladen wird. Dieser Innenwiderstand ist so gross, dass der Kondensator frühestens nach Erreichen der Mittelstellung der Elektrode 2 auf praktisch die volle Spannung der Spannungsquelle aufgeladen wird.

Bei der Wahl des wirksamen Innenwiderstandes ist auch zu berücksichtigen, dass sich die Kapazität dieses Kondensators ändert, wodurch ebenfalls die Ladezeit verändert wird.

009818/1195 ^Badoriq_}Nal

In der fig. 2 ist eine andere Ausführungsform prinzipiell dargestellt. Sie unterscheidet sich von der ersteren lediglich in der ebenfalls federnden Anordnung der zweiten Elektrode 5', welche an einer elastischen Zunge 1' befestigt ist, so dass beide Elektroden 2 und 5' einander entgegengesetzte Bewegungen ausführen können, wobei sie sich jeweilen zwecks Ladungsaustausch pro Schwingungsvorgang einmal berühren«, wie dies gestrichelt gezeichnet ist. Auch diese Elektroden sind zum Anschluss an eine nicht dargestellte hochohmige. Spannungsquelle bestimmt, .

Bei der Ausführungsform gemäss der Fig. 3 sind zwei von einem Steg 9 auf Abstand gehaltene Elektroden 10 und 11, elektrisch voneinander isoliert, am freischwingenden Ende einer elastischen Zunge 12 angeordnet. Diese Elektroden sind über flexible Leiter 13 und 14 mit den Anschlussklemmen 15 bzw. elektrisch leitend verbunden, damit ihnen von einer nicht dargestellten Spannungsquelle entsprechende Ladungen zugeführt werden können.

Zwischen diesen beiden beweglichen Elektroden 10 und 11 ist eine ortsfeste dritte Elektrode 17 elektrisch isoliert angeordnet. Zwischen den beiden äusseren Elektroden 10 und 11 besteht eine Spannungsdifferenz und wenn durch einen einmaligen äusseren Einfluss beispielsweise die Elektrode 10 mit der

BAD ORIGINAL 0098 187 11 SS

mittleren Elektrode 17 in Berührung gebracht wurde, so nimmt die letztere dieselbe Polarität an und anschliessend wird die Elektrode 10 von der Elektrode 17 abgestossen und gleichzeitig die Elektrode 11 von der Elektrode 17 angezogen, weil diese beiden letzteren entgegengesetzte Ladungen aufweisen. Diese beiden in derselben Richtung wirkenden Kräfte lenken die Zunge 12 in der entgegengesetzten Richtung aus, bis die Elektrode 11 mit der Elektrode 17 in Berührung gelangt, wobei ein Ladungsaustausch erfolgt und sich der vorerwähnte Vorgang in umgekehrter Richtung wiederholt.

Im Gegensatz zu den beiden ersterwähnten Ausführungsbeispielen wirken bei der Ausführungsform nach der Pig« 3 in jeder Bewegungsrichtung der schwingenden Masse Kräfte auf diese ein und während dem kurzzeitigen Berühren der Elektroden 10, 17 und 11, 17 fliesst nur ein kleiner Ausgleichsstrom, welcher unabhängig vom Widerstand des Stromkreises Elektrode 10, Leiter 13, Anschlussklemme 15, Spannungsquelle, Anschlussklemme 16, Leiter 14 und Elektrode 11 ist. Die Spannungsquelle muss lediglich die durch die Elektrode 17 srtossweise von der Elektrode 11 aufgenommenen Elektronen, die sie an die Elektrode 10 abgibt, nachliefern. Der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung ist daher ausserordentlich.gut. "

009818/1195

Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Ausführung gemäss der Fig. 3, indem die beiden äusseren Elektroden 18 und 19 ortsfest angeordnet sind und die mittlere Elektrode 20 an dem fr ei schwingend en Ende der Zunge 21 "befestigt ist. Die Elektrode 20 ist gegenüber dem restlichen Teil der Anordnung elektrisch isoliert. Die Funktion dieser Ausführung ist grundsätzlich dieselbe, wie jene gemäss der Fig. 3, lediglich mit dem Unterschied, dass sich die.mittlere Elektrode 20 zwischen den beiden ausseren Elektroden 18 und 19 hin- und herbewegt.

An den Stirnseiten der Elektroden sind Kontaktspitzen 22, und 24 aus einem äbbrandfesten, leitenden Material angeordnet. Sie ermöglichen, dass sich bei Verwendung einer Spannungsquelle von beispielsweise 1000 Volt, sich die Elektroden zum Ladungsaustausch nicht vollständig nähern müssen, indem schon bei genügend kleiner Distanz zwischen den Kontaktspitζen ein Funken überspringt, der zum Ladungsausgleich genügt. Auf diese Weise wird die harmonische S chwingungs bewegung der Masse nicht durch das Aufeinanderprallen·der Elektroden gestört..

Zum teilweisen Auskoppeln der Schwingungsenergie kann ein TJebertrager in den Stromkreis eingeschaltet werden, welcher die beim Ladungswechsel entstehenden Stromstösse in eine Wechselspannung umsetzt, die an den Klemmen der Sekundärwicklung dieses Uebertragers abgenommen werden kann. An der

0098 18/1195

federnden Zunge kann eine Klinke angeordnet sein, die in die asymmetrische Verzahnung eines Rades eingreift, wobei das letztere bei jeder Schwingung um einen Zahn weitergeschaltet wird.

Da zum Erzeugen der notwendigen Kraft zum Schwingen der Elektroden eine Spannungsquelle mit relativ hoher Spannung, wenigstens 100 Volt, notwendig ist, wird mit Vorteil ein Isotropen-G-enerator verwendet, derartige Spannungsquellen können auf kleinstem Raum untergebracht werden, und geben dennoch eine Klemmenspannung von mehr als 1000 Volt ab.

Der elektrische Stromkreis dieser oben beschriebenen Vor;-richtungen ist sehr einfach und die notwendigen Richtungsänderungen des elektrischen Feldes werden durch die Bewegungen der Elektroden von selbst ausgeführt. Der grosse Vorteil dieser Vorrichtung ist, dass ein Schwingungsgenerator auf kleinstem Raum untergebracht werden kann und welcher dennoch mit einem sehr guten Wirkungsgrad arbeitet.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann insbesondere auch zum Antrieb eines Uhrwerkes verwendet werden.

0 0 9818/1195

Claims

Patentansprüche

[Ij Verfahren zum Erzeugen von periodischen, mechanischen Schwingungen mittels elektrischer Energie in einem -Uhrwerk, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Schwingen anzuregender elektrisch leitender Körper dem Einfluss wenigstens eines durch die Bewegung dieses Körpers selbsttätig wechselnden, elektrischen Feldes ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechseln des Feldes durch Ladungsaustausch in den Endlagen des beweglichen Körpers erfolgt.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine von mindestens zwei gegenüberliegenden Elektroden zum Bilden einer mechanischen Schwingungsanordnung beweglich und federnd angeordnet ist, dass

k mindestens die Bewegungsstrecke dieser beweglichen Elektrode in Richtung auf die andere Elektrode durch diese selbst begrenzt ist, wobei beim Auftreffen der beiden Elektroden aufeinander ein ladungsausgleich stattfindet, und dass die beiden Elektroden zum Anschliessen an den Pluspol bzw. den Minuspol einer Stromquelle bestimmt sind.

00 98 18/11SS

- li -
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» dass die bewegliche Elektrode auf einer schwingfähigen Zunge angeordnet ist.
5« Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ohm'sche Widerstand des Stromkreises, gebildet .durch die Spannungsquelle, der Anschlüsse an die Elektroden und der Elektroden selbst, bei Kurzschluss zwischen denselben wenigstens so gross ist, dass der Kondensator, gebildet durch die genannten Elektroden bei mittlerem Abstand desselben, während der halben Schwingungsdauer der beweglichen Elektrode auf den halben Spannungswert der EMK der Spannungsquelle aufgeladen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,-.dass beide Elektroden beweglich und auf je einer federnden Zunge angeordnet sind.
7· Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander elektrisch isolierte, durch einen Steg auf Abstand gehaltene Elektroden auf einer federnden Zunge angeordnet sind, dass zwischen diesen beiden Elektroden eine dritte ortsfeste Elektrode vorgesehen ist, dass die Bewegungsstrecke der beiden beweglichen Elektroden durch die ortsfeste Elektrode beidseitig begrenzt ist und dass Mittel zum Anschliessen der beweglichen Elektroden an je einen Pol der Spannungsquelle vorgesehen sind.

009818/1195
8. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Elektrode zwischen zwei elektrisch voneinander isolierten, ortsfesten und beanstandeten Elektroden angeordnet ist, dass die Bewegungsstrecke der beweglichen Elektrode beidseitig durch je eine der ortsfesten Elektroden begrenzt ist und dass Mittel .zum Anschliessen der ortsfesten Elektroden an je einen Pol der Spannungsquelle vorgesehen sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch-gekennzeichnet, dass mit einem Teil der federnden -Zunge oder mit der beweglichen Elektrode verbundene Organe zum Auskuppeln und Uebertragen eines Teiles der mechanischen Schwingungsenergie auf ein Rad vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie Wandler zum Umformen wenigstens eines Teiles der mechanischen Schwingungsenergie in elektrische Energie umfasst.

009818/1 195