ЧАСЫ С СОЕДИНЕННЫМИ ОСЦИЛЛЯТОРАМИ В РЕЖИМЕ ХРОНОГРАФА Российский патент 2016 года по МПК G04B1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к часам с соединенными осцилляторами в режиме хронографа и часам этого типа, содержащим два осциллятора, предназначенные для отображения, по меньшей мере, одного значения, меньшего или равного секунде, с повышенным разрешением и/или повышенной точностью.

Уровень техники

Существуют часы, имеющие повышенную частоту для улучшения разрешения. Однако эти часы могут быть очень чувствительны к ударным нагрузкам или потреблять много энергии, что препятствует их широкому применению.

Следовательно, понятно, что проще изготовить часы за счет установки низкочастотного осциллятора, как правило 4 Гц, для отображения времени и другого высокочастотного осциллятора, как правило 10 или 50 Гц, который является независимым от первого осциллятора, для отображения измеряемого времени с повышенным разрешением. Однако через несколько секунд обнаруживается, что отображение секунд двумя осцилляторами больше не является одинаковым, что может вызвать сомнения в качестве часов.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить все вышеуказанные недостатки или их часть с помощью часов, которые могут отображать время или измеряемое время с системой хронографа с повышенным разрешением, обеспечивая при этом соответствующую прочность механических часов, пониженный расход энергии и минимальное отклонение между показанием времени и показанием измеряемого времени, даже если измеряемое время превышает минуту.

Изобретение относится к часам, содержащим первый осциллятор, совершающий колебания при первой частоте и соединенный первой зубчатой передачей с источником энергии, для отображения времени, и систему хронографа, содержащую вторую зубчатую передачу, соединенную с первой зубчатой передачей через соединительное устройство, для выборочного измерения времени, отличающимся тем, что система хронографа также содержит второй осциллятор, который соединен со второй зубчатой передачей и совершает колебания при второй частоте, и что вторая зубчатая передача соединена с первой зубчатой передачей упругим соединительным элементом для синхронизации скорости двух осцилляторов с помощью одного и того же источника энергии, когда соединительное устройство обеспечивает вышеуказанное измерение времени.

Понятно, что даже в случае ударного воздействия изменения скорости будут минимальными благодаря конструкции, которая позволяет синхронизировать два осциллятора. Соответственно, часы по изобретению могут отображать время и/или измеряемое время с помощью системы хронографа с повышенным разрешением и/или повышенной точностью, обеспечивая при этом высокий уровень прочности, низкий расход энергии и минимальное отклонение между отображением времени и отображением измеряемого времени, даже если измеряемое время превышает минуту.

По другим преимущественным характеристикам изобретения:

- упругое соединительное средство образовано пружиной, соединяющей одно колесо первой зубчатой передачи с другим колесом второй зубчатой передачи;

- упругое соединительное средство соединяет четвертые колеса, соответственно, первой зубчатой передачи и второй зубчатой передачи;

- первый осциллятор воспринимает наибольший крутящий момент от источника энергии и, предпочтительно, по меньшей мере, 75% этого крутящего момента;

- первый осциллятор имеет изохронность лучшего качества, чем второй осциллятор для содействия в синхронизации вышеуказанного второго осциллятора;

- первый осциллятор имеет более высокий коэффициент качества, чем второй осциллятор;

- второй осциллятор имеет коэффициент качества менее 100 для обеспечения более быстрой синхронизации;

- по первому варианту выполнения первая и вторая частоты являются идентичными;

- две частоты превышают 5 Гц для отображения как времени, так и измеряемого времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью;

- по второму варианту выполнения первая частота превышает вторую частоту для отображения времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью;

- первая частота, по меньшей мере, равна 10 Гц, и вторая частота составляет 1-5 Гц;

- по третьему варианту выполнения первая частота меньше второй частоты для отображения измеряемого времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью;

- вторая частота, по меньшей мере, равна 10 Гц, и первая частота составляет 3-5 Гц.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества станут понятыми из приведенного ниже описания, представленного в качестве неограниченного примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - пример часов по изобретению;

фиг.2 - пример упругого соединительного элемента по изобретению;

фиг.3 и 4 - модели синхронизации для двух примерных вариантов часов по изобретению.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.1 и 2, настоящее изобретение относится к часам 1, включающим в себя первый резонатор 3, соединенный с помощью первой зубчатой передачи 5 через первый анкерный спусковой механизм 7 с источником 9 энергии. Первый резонатор 3 и первый анкерный спусковой механизм 7 образуют первый осциллятор 15 с частотой f₁ для отображения времени. Часы 1 также включают в себя систему 51 хронографа, содержащую вторую зубчатую передачу 25, соединенную с первой зубчатой передачей 5 через соединительной устройство 44 для выборочного измерения времени.

Преимущественно по изобретению система 51 хронографа также включает в себя второй осциллятор 35, который соединен со второй зубчатой передачей 25 и совершает колебания с частотой f₂. Кроме того, по изобретению вторая зубчатая передача 25 преимущественно соединена с первой зубчатой передачей с помощью упругого соединительного средства 41 для синхронизации скорости двух осцилляторов 15, 35, используя один и тот же источник 9 энергии, когда соединительное устройство 44 позволяет выполнить вышеуказанное измерение времени.

Как видно из примера на фиг.1, источник 9 энергии предпочтительно является барабаном, т.е. источником аккумулирования механической энергии. Кроме того, на той же фигуре второй осциллятор 35 содержит второй осциллятор 23, соединенный со второй зубчатой передачей 25 через второй анкерный спусковой механизм 27.

Предпочтительно по изобретению упругое соединительное средство 41 образовано пружиной 43, соединяющей одно колесо первой зубчатой передачи 5 с другим колесом второй зубчатой передачи 25. Как показано на фиг.2, предпочтительно по изобретению упругое соединительное средство 41 соединяет четвертые колеса, соответственно, первой зубчатой передачи 5 и второй зубчатой передачи 25, когда соединительное устройство 44 находится в соединенном положении, т.е. когда оно обеспечивает полную передачу воспринимаемого крутящего момента.

Предпочтительно по изобретению видно, что используется сдвоенное колесо 42. Как более понятно показано на фиг.2, оно образовано первым диском 45, соединенным через промежуточное колесо 46 соединительного устройства 44, с первой зубчатой передачей 5. Сдвоенное колесо 42 также включает в себя один второй диск 47, прямо или косвенно соединенный со второй зубчатой передачей 25 системы 51 хронографа. Два диска 45, 47, соответственно, свободно и жестко соединены с осью 48. И, наконец, пружина 43 упругого соединительного средства 41 предпочтительно установлена между крепежным элементом 49, прикрепленным к ободу диска 45, и заплечиком 50 оси 48. Таким образом, понятно, что диски 45, 47 и, в частности, зубчатые передачи 5 и 25 могут смещаться под углом с помощью упругого соединения пружины 43, когда соединительное устройство 44 находится в соединенном положении.

Предпочтительно по изобретению отображение времени, т.е. часов минут и, возможно, секунд, может быть обеспечено с помощью первой зубчатой передачи 5. В то же время отображение времени, измеряемого системой 51 хронографа, предпочтительно обеспечивается с помощью второй зубчатой передачи 25.

В зависимости от требуемого применения часов первая f₁ и вторая f₂ частоты могут быть идентичными или неидентичными. Таким образом, в первом варианте выполнения первая и вторая частоты f₁, f₂ являются идентичными и. предпочтительно, превышают 5 Гц для отображения как времени, так и измеряемого времени с повышенным разрешением или повышенной точностью. В этом варианте выполнения частоты f₁, f₂ могут, например, равняться 10 Гц или 50 Гц для отображения 1/20 или 1/100 с соответственно.

Во втором варианте выполнения первая частота f₁ превышает вторую частоту f₂ для отображения времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью. Аналогично первому варианту выполнения первая частота f₁, по меньшей мере, равна 10 Гц, и вторая частота f₂ предпочтительно составляет 1-5 Гц. Фактически, в качестве примера, желательно, чтобы измеряемое в секундах время увеличивалось пошагово за секунду, т.е. чтобы вторая частота f₂ равнялась 1 Гц «подобно» кварцевым часам.

В третьем варианте выполнения первая частота f₁ меньше второй частоты f₂ для отображения времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью. В этом варианте выполнения, который является обратным вариантом по отношению ко второму варианту выполнения, вторая частота f₂, по меньшей мере, равняется 10 Гц, и первая частота f₁ предпочтительно составляет 3-5 Гц.

В дальнейшем были разработаны модели для описания синхронизации этих двух осцилляторов 15 и 35. Для объяснения был произвольно выбран третий вариант выполнения. Осциллятор 15, выбранный в качестве низкочастотного осциллятора, носит название первый осциллятор. Соответственно в нижеприведенном примере второй осциллятор является высокочастотным осциллятором 35, который будет синхронизирован с низкочастотным осциллятором 15.

Предпочтительно, по изобретению второй осциллятор 35 выбирается как осциллятор с сильной неизохронностью согласно амплитуде, описываемой посредством кривой Г неизохронности и амплитуды $${А}_2^0$$ , при которой скорость равна нулю. Кроме того, предполагается, что первый осциллятор 15 всегда имеет, по существу, нулевую скорость за счет незначительного варьирования его амплитуды.

Модели показывают изменение в двух осцилляторах 15, 35, т.е. различие с течением времени в их амплитудах и состоянии фаз и, тем самым, показывают, что имеется возможность проверить, можно или нет синхронизировать второй осциллятор 35 с первым осциллятором 15.

Предпочтительно, второй осциллятор 35 спроектирован таким образом, что его скорость равна нулю, когда он совершает колебания при амплитуде $${А}_2^0$$ , является положительной скоростью, когда он совершает колебания при амплитуде выше $${А}_2^0$$ , и отрицательной скоростью, когда он совершает колебания при амплитуде ниже $${А}_2^0$$ .

Кроме того, упругое соединительное средство 41 спроектировано таким образом, что крутящий момент, передаваемый на вторую зубчатую передачу 25, остается постоянным, если две зубчатые передачи 5, 25 поворачиваются с одинаковой скоростью, уменьшается, если вторая зубчатая передача 25 движется быстрее первой зубчатой передачи 5 (пружина 43 ослабляется), и увеличивается, если вторая зубчатая передача 25 движется быстрее первой зубчатой передачи 5 (пружина 43 наматывается).

Если вышеуказанные условия удовлетворяются, ход часов всегда является стабильным, и второй осциллятор 35 совершает колебания при амплитуде $${А}_2^0$$ , и пружина 43 передает на вторую зубчатую передачу 25 крутящий момент М₂, необходимый для того, чтобы второй осциллятор совершал колебания при амплитуде $${А}_2^0$$ .

Соответственно, если второй осциллятор 35 воспринимает крутящий момент меньше М₂, его амплитуда уменьшается, т.е. он имеет амплитуду меньше $${А}_2^0$$ . Как объясняется выше, его скорость становится отрицательной, т.е. второй осциллятор 35 отстает от первого осциллятора 15.

Таким образом, понятно, что вторая зубчатая передача 25 будет вращаться медленнее первой зубчатой передачи 5 во время наматывания соединительной пружины 43, т.е. увеличивая крутящий момент, передаваемый на вторую зубчатую передачу 25. Соответственно, поскольку крутящий момент увеличивается, амплитуда второго осциллятора 35 автоматически корректируется. Таким образом, обнаруживается, что крутящий момент и амплитуда второго осциллятора 35 синхронизируются при устойчивом крутящем моменте М₂ и устойчивой амплитуде $${А}_2^0$$ .

Аналогично, если воспринимаемый крутящий момент превышает крутящий момент М₂, то амплитуда второго осциллятора 35 становится больше значения $${А}_2^0$$ , и это означает, что скорость второго осциллятора будет положительной. Вторая зубчатая передача 25 опережает первую зубчатую передачу 5 во время ослабления пружины 43. Соответственно, крутящий момент на второй зубчатой передаче 25 будет уменьшаться до устойчивого крутящего момента М₂, и амплитуда второго осциллятора 35 снова будет стремиться к устойчивой амплитуде $${А}_2^0$$ .

Таким образом, понятно, что независимо от того, происходит ли это во время запуска часов или после удара, система всегда будет стремиться к стабилизации в устойчивом положении, когда крутящий момент на второй зубчатой передаче 25 имеет значение М₂, и амплитуда второго осциллятора 35 имеет значение $${А}_2^0$$ .

Предпочтительно, по изобретению предполагается, что крутящий момент 9 на барабане и частоты f₁, f₂ двух осцилляторов 15, 35 являются заданными параметрами. Понятно, что к выбираемым параметрам относятся:

- «размер» двух осцилляторов 15, 35 (например, инерционных блоков I₁, I₂, если резонаторы 3, 23 являются подпружиненными балансами);

- коэффициенты качества двух осцилляторов 15, 35: Q₁, Q₂ (что является функцией размера осциллятора);

- кривая Г неизохронности второго осциллятора;

- амплитуда второго осциллятора, при которой скорость равна нулю: $${А}_2^0$$ ;

- крутящий момент М₂ пружины 43;

- жесткость К при изгибе пружины 43.

Предпочтительно по изобретению параметры выбираются следующим образом:

- часть общего крутящего момента, которая должна быть передана на второй осциллятор, который передает значение М₂ крутящего момента. По изобретению первый осциллятор 15 воспринимает наибольший крутящий момент с помощью источника 9 энергии и, предпочтительно, по меньшей мере, 75% этого значения;

- амплитуда $${А}_2^0$$ , при которой требуется стабилизировать второй осциллятор (следовательно, второй осциллятор должен быть спроектирован таким образом, чтобы его скорость была, по существу, равна нулю при этой амплитуде);

- размер второго осциллятора (например, инерционного блока), так чтобы амплитуда стабилизации составляла $${А}_2^0$$ , когда он воспринимает крутящий момент М₂ (с помощью коэффициента качества);

- размер первого осциллятора (например, инерционного блока), так чтобы амплитуда стабилизации была приемлемой (с помощью коэффициента качества);

- кривая Г неизохронности второго осциллятора 35;

- жесткость К пружины 43.

Преимущественно по изобретению также предпочтительно «отрегулировать» К и Г, так чтобы:

- крутящий момент, передаваемый на зубчатую передачу 25, никогда не становился равным нулю;

- скорость второго осциллятора 35 оставалась близкой к нулевой частоте;

- отклонение в состоянии двух осцилляторов 15, 35 при «запуске» было незначительным;

- время стабилизации было достаточно коротким.

Опытным путем было доказано, что желательно поддерживать параметры К и Г для получения одинакового времени стабилизации во время непрерывного аппроксимирования. Таким образом, увеличение К (и тем самым уменьшение Г на такое же значение) уменьшает колебания амплитуды и крутящего момента (тем самым препятствуя компенсированию момента). Однако это также увеличивает максимальное отклонение в состоянии перед стабилизацией и текущую скорость, которая может стать предельной. Следовательно, между этими двумя явлениям необходимо найти компромисс.

Также было установлено, что увеличение частоты синхронизируемого осциллятора (вышеуказанного второго осциллятора 35) уменьшает время стабилизации. И, наконец, во время испытаний было установлено, что уменьшение коэффициента качества синхронизируемого осциллятора (вышеуказанного второго осциллятора) также уменьшает время стабилизации.

На фиг.3 и 4 показано моделирование, выполняемое посредством внедрения. На фиг.3 f₁=4 Гц, f₂=10 Гц, Q₁=200, Q₂=50 и на фиг.4 f₁=4 Гц, f₂=50 Гц, Q₁=200, Q₂=50 с идентичными К, Г для каждой модели.

График А на каждой фигуре соответствует части амплитуды каждого осциллятора относительно эталонной амплитуды, если он воспринимает весь крутящий момент от источника энергии. Следует отметить, что для использования в примерах на фигурах амплитуда $${А}_2^0$$ , выбираемая для второго осциллятора, равна приблизительно 1/3. Таким образом, через 2 и 1,5 с, соответственно, каждый осциллятор стабилизируется при его синхронизированной амплитуде.

График В на каждой фигуре соответствует части крутящего момента, которую каждый осциллятор воспринимает от источника энергии. Следует отметить, что для использования в примерах на фигурах часть крутящего момента, выбираемая для второго осциллятора, равна приблизительно 10%. Таким образом, через 2 и 1,5 с, соответственно, каждый осциллятор стабильно воспринимает часть его крутящего момента.

Графика С на каждой фигуре соответствует скорости второго осциллятора. Следует отметить, что через 5,5 и 2 с, соответственно, второй осциллятор стабилизируется приблизительно на нулевой скорости.

И, наконец, график D на каждой фигуре соответствует различию в состоянии в секундах между каждым осциллятором. Следует отметить, что через 5 и 2 с, соответственно, различие стабилизируется на нулевом значении.

Графики А-D на фиг.3 и 4 полностью иллюстрируют выводы, сделанные выше. Следовательно, понятно, что в случае ударов изменения скорости будут минимальными благодаря конструкции, которая позволяет синхронизировать осцилляторы. Соответственно, часы по изобретению могут отображать время и/или измеряемое время с помощью системы хронографа с повышенным разрешением и/или повышенной точностью, обеспечивая при этом высокий уровень прочности, низкий расход энергии и минимальное отклонение между отображением времени и отображением измеряемого времени, даже если измеряемое время превышает минуту.

Кроме того, во время испытаний было установлено, что первый осциллятор не только предпочтительно имеет лучшую по качеству изохронность, чем второй осциллятор, так чтобы содействовать синхронизации вышеуказанного второго осциллятора, но и второй осциллятор предпочтительно имеет меньший коэффициент качества, чем первый осциллятор, и, предпочтительно, меньше 100, так чтобы обеспечивать более быструю стабилизацию, т.е., в основном, в течение менее 2 с.

Разумеется, это изобретение не ограничивается до представленного примера, и могут быть предусмотрены различные варианты и изменения, которые будут понятны специалистам в этой области. В частности, второй соединительный механизм может быть установлен на четвертом колесе первой зубчатой передаче 5 во избежание добавления понижающей шестерни ко второй зубчатой передаче 25 для отображения часов измеряемого времени. Таким образом, понятно, что второй соединительный механизм относится к соединительному устройству 44 и будет выключаться одновременно. Преимущественно по изобретению, поскольку синхронизируются оба осциллятора, отображение часов должно возрастать синхронно.

Кроме того, выводы, относящиеся к третьему варианту выполнения, также действительны для первого и второго вариантов выполнения. Таким образом, в отличие от вышеприведенного примера, если бы первый осциллятор являлся высокочастотным осциллятором, отображение времени могло бы ограничиваться до часов и минут посредством использования первой зубчатой передачи 5, так чтобы ограничить передачу крутящего момента, возникающего при ударе, на высокочастотный осциллятор. Секунды предпочтительно отображались бы только за счет использования второй зубчатой передачи 25.

Кроме того, когда первый и/или второй осциллятор является высокочастотным осциллятором, т.е. с частотой выше или равной 5 Гц, можно использовать осциллятор Клиффорда (см., например, патент СН №386344, включенный сюда посредством ссылки). При этом, когда частота осцилляторов составляет 1-5 Гц, они предпочтительно, будут осцилляторами с подпружиненным балансом со швейцарским анкерным спусковым механизмом.

Разумеется, упругий соединительный элемент 41 не ограничивается до сдвоенного колеса 42, взаимодействующего с пружиной 43, как показано на фиг.1 и 2. Могут быть предусмотрены другие упругие средства, например средства, описываемые в патентном документе РСТ/ЕР 2011/061244, который включен сюда в качестве ссылки.

И, наконец, имеется возможность дополнительно оптимизировать функционирование системы, если неизохронность второго осциллятора является нелинейной. В качестве примера второй осциллятор может иметь низкую неизохронность в районе амплитуды состояния равновесия и сильную неизохронность, значительно отличающуюся от амплитуды состояния равновесия, и наоборот.

Настоящее изобретение относится к часам (1), содержащим первый осциллятор (15), совершающий колебания при первой частоте и соединенный первой зубчатой передачей (5) с источником (9) энергии, для отображения времени и систему (51) хронографа, содержащую вторую зубчатую передачу (25), соединенную с первой зубчатой передачей (5) через соединительное устройство (44), для выборочного измерения времени. По изобретению система (51) хронографа также включает в себя второй осциллятор (35), который соединен со второй зубчатой передачей (25) и совершает колебания при второй частоте. Кроме того, вторая зубчатая передача (25) соединена с первой зубчатой передачей (5) упругим соединительным средством (41) для синхронизации скорости двух осцилляторов (15, 35), используя один и тот же источник (9) энергии, когда соединительное устройство обеспечивает вышеуказанное измерение времени. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Часы (1), содержащие первый осциллятор (15), совершающий колебания при первой частоте (f₁) и соединенный первой зубчатой передачей (5) с источником (9) энергии, для отображения времени и систему (51) хронографа, содержащую вторую зубчатую передачу (25), соединенную с первой зубчатой передачей (5) через соединительное устройство (44), для выборочного измерения времени, отличающиеся тем, что система (51) хронографа также включает в себя второй осциллятор (35), который соединен со второй зубчатой передачей (25) и совершает колебания при второй частоте (f₂), и что вторая зубчатая передача (25) соединена с первой зубчатой передачей (5) упругим соединительным средством (41) для синхронизации скорости двух осцилляторов (15, 35), используя один и тот же источник (9) энергии, когда соединительное устройство (44) обеспечивает вышеуказанное измерение времени.

2. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что упругое соединительное средство (41) образовано пружиной (43), соединяющей одно колесо первой зубчатой передачи (5) с другим колесом второй зубчатой передачи (25).

3. Часы (1) по п.2, отличающиеся тем, что упругое соединительное средство (41) соединяет четвертые колеса, соответственно, первой зубчатой передачи (5) и второй зубчатой передачи (25).

4. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что первый осциллятор (15) воспринимает наибольший крутящий момент от источника (9) энергии.

5. Часы (1) по п.4, отличающиеся тем, что первый осциллятор (15) воспринимает по меньшей мере 75% крутящего момента, создаваемого источником (9) энергии.

6. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что первый осциллятор (15) имеет изохронность лучшего качества, чем второй осциллятор (35) для содействия в синхронизации вышеуказанного второго осциллятора.

7. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что первый осциллятор (15) имеет более высокий коэффициент качества (Q₁>Q₂), чем второй осциллятор.

8. Часы (1) по п.7, отличающиеся тем, что вышеуказанный второй осциллятор (35) имеет коэффициент качества (Q₂) меньше 100, так чтобы обеспечить более быструю стабилизацию.

9. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что первая (f₁) и вторая (f₂) частоты являются идентичными.

10. Часы (1) по п.9, отличающиеся тем, что две частоты (f₂, f₁) превышают 5 Гц для отображения как времени, так и измеряемого времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью.

11. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что первая частота (f₁) превышает вторую частоту (f₂) для отображения времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью.

12. Часы (1) по п.11, отличающиеся тем, что первая частота (f₁) по меньшей мере равна 10 Гц, и вторая частота (f₂) составляет 1-5 Гц.

13. Часы (1) по п.1, отличающиеся тем, что первая частота (f₁) меньше второй частоты (f₂) для отображения измеряемого времени с повышенным разрешением и/или повышенной точностью.

14. Часы (1) по п.13, отличающиеся тем, что вторая частота (f₂) по меньшей мере равна 10 Гц, и первая частота (f₁) составляет 3-5 Гц.