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Einrichtung zur Priifung des Ganges von Uhren, insbesondere von solchen, die mit einer Unruhe ausgerüstet sind.
Die einfachste Methode zur Prüfung von Uhren besteht darin, dass der von dem Zeiger der Uhr zurückgelegte Weg nach Ablauf einer hinreichend langen Zeit verglichen wird mit der Anzeige einer Normaluhr. Sobald von einer Uhr eine besondere Genauigkeit verlangt wird, ist eine derartige Prüfmethode aber ausserordentlich umständlich, weil erst nach einer Reihe von Stunden erkennbare Abweichungen zwischen der zu prüfenden und der Normaluhr sich herausstellen. Da zur Erzielung einer hohen Genauigkeit meist mehrere Korrekturen erforderlich sind, muss man für die Einregulierung einer genau gehenden Uhr ungefähr eine Woche in Ansatz bringen.
Um diesen Zeitverlust zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, den Gang von Uhren in der Weise zu prüfen, dass die durch die Schwingungen der Unruhe der zu prüfenden Uhr gegebene Frequenz verglichen wird mit einer Normalfrequenz, die zweckmässig, z. B. durch eine genau gehende Uhr, mit der- selben Übersetzung zwischen Steigrad und Zeiger wie die zu prüfende Uhr erzeugt werden kann. Um in möglichst kurzer Zeit bereits Abweichungen feststellen zu können, hat man weiterhin vorgeschlagen, diesen Frequenzvergleich vorzunehmen, indem mit der einen Frequenz der Stator und mit der andern Frequenz der Rotor eines kleinen Einphasensynchronmotors erregt wird, so dass der Rotor sich entsprechend der Phasenwanderung zwischen beiden Frequenzen verstellt. Diese Verstellung kann an einem Zeiger abgelesen werden.
Gemäss der Erfindung kann eine noch genauere Messung mit geringerem Energieaufwand erreicht werden, wenn man die Phasenwanderung zwischen den zu vergleichenden Frequenzen an einem Strommessgerät erkennbar macht, dem aus einer Stromquelle Stromimpulse zugeführt werden, deren Länge der jeweiligen Phasenabweichung zwischen beiden Frequenzen entspricht. Zu diesem Zweck bedient man sich vorteilhaft zweier Relais, von denen das eine z. B. im Takte der Frequenz der zu prüfenden Uhr erregt wird, während das andere im Takt der Normalfrequenz erregt wird. Beide Relais sind so miteinander gekoppelt, dass sie sich gegenseitig derart beeinflussen, dass bei der Einschaltung des einen das andere aberregt wird.
Legt man nun in einen von dem einen Relais gesteuerten Stromkreis das Messinstrument, dann ist die Länge der über dieses Messinstrument fliessenden Stromimpulse abhängig von der Phasenverschiebung beider Frequenzen. Jede Änderung des Instrumentenausschlages zeigt somit eine Phasenwanderung an, und aus der Richtung der Ausschlagsänderung kann man ohne weiteres entscheiden, ob die zu prüfende Uhr zu schnell oder zu langsam geht, wenn klargestellt ist, von welcher der beiden Frequenzen das den Instrumentenstromkreis schaltende Relais erregt wird.
Um aus der Bewegung der Unruhe einer Uhr eine Frequenz zu bilden, gibt es folgende zweckmässige Möglichkeiten. Man kann die einzelnen Schläge des Ankers bzw. des Steigrades durch ein Mikrophon auf-einen Verstärker einwirken lassen. Diese besonders einfache Methode ist im folgenden noch ausführlicher erörtert. Man kann aber auch die Unruhe bzw. die die Unruhe enthaltende Uhr auf einer elastisch gelagerten Unterlage befestigen. Durch geeignete Bemessung der elastischen Lagerung der Unterlage kann man Resonanz bei Normalfrequenz erreichen und auf diese Weise so erhebliche Bewegungen der Unterlage erzielen, dass von ihnen ein Verstärker bequem, z. B. auf elektromagnetischem Wege, be-
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einfluss werden kann.
Diese Art der Erzeugung führt jedoch zu stark abgeflachten dem Verstärker zufliessenden Spannungsstössen, so dass es schwer ist, einen für die Beobachtung der Phasenwanderung notwendigen genau definierten Punkt aus der Frequenzkurve herauszugreifen. Eine weitere unter Umständen sehr zweckmässige Form besteht in der Verwendung einer photoelektrisehen Zelle, die mit Hilfe der Unruhe oder unter Umständen noch zweckmässiger mit Hilfe des Ankers beeinflusst wird. Zur Durchführung dieser Massnahme muss allerdings die Unruhe der Uhr hinreichend zugänglich sein, was bei einer fertigen Uhr meist nicht mehr zutrifft. Dafür dürfte dieses Verfahren sich besonders eignen, um eine noch nicht in eine Uhr eingebaute Unruhe einer Prüfung zu unterziehen. Man kann die Beeinflussung des Lichtstrahles durch die Unruhe z.
B. in der Weise vornehmen, dass auf der Unruhaehse ein kleiner Spiegel befestigt wird, der den Lichtstrahl steuert. Man kann auch an der Unruhe oder an dem Anker eine geeignet angeordnete reflektierende Fläche benutzen, um den Lichtstrahl vorübergehend auf eine elektrische Zelle zu lenken. Mann kann schliesslich auch die Schattenwirkung, z. B. eines Teiles der Unruhe oder eines Teiles des Ankers, benutzen, so dass die Photozelle ständig von dem Lichtstrahl getroffen wird und ihr Stromkreis nur momentan während des ruckartigen Durchtrittes des schattenwerfenden Teiles durch das Strahlenbüschel verdunkelt wird.
In den Fig. 1 und la ist zunächst einmal im Prinzip eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei sind die an sich bekannten Methoden zur Erzeugung der Frequenzen nicht miteingezeichnet. Es ist vielmehr vorausgesetzt, dass der gezeichneten Anordnung Spannungsstösse im Rhythmus der beiden Frequenzen, d. h. also der Frequenz der zu prüfenden Uhr und der der Normaluhr, zufliessen. Die Spannungsstösse der einen Frequenz, z. B. der Frequenz der zu prüfenden Uhr, werden dem Gitter
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zugeführt. Diese Rohren haben bekanntlich die Eigenschaft, dass sie durch eine Hilfsspannung leicht gezündet, d. h. zum Einsetzen des Anodenstromes gebracht werden können, dass jedoch nur durch Unterbrechen des Anodenstromkreises ein Löschen möglich ist. 3 ist ein Kondensator, 4 ein Strommessgerät.
5 und 6 sind Widerstände. 7 ist ein Maximalrelais und 8 irgendeine bekannte Schaltung zur Erhaltung einer konstanten Spannung.
Die Wirkungsweise der Anordnung erklärt sich aus der Fig. la. In dieser Figur sind mit 1a die-
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spitzen ist der zeitliche Verlauf des durch das Messinstrument 4 fliessenden Stromes dargestellt. Diese Stromimpulse sind Rechtecke 3, deren Höhe durch die konstant gehaltene Spannung und die Widerstände in dem Stromkreis bestimmt also konstant ist und deren zeitliche Länge von dem zeitlichen Ab- stand der Spannungsspitzen la und 2a abhängt. Sobald nämlich der erste Impuls la die Röhre 1 gezündet hat. fliesst über diese Röhre und das Messinstrument 4, ferner über den Widerstand 5 und das Maximalrelais 7 ein Strom. Das Maximalrelais 7 spricht nicht an, weil es so bemessen ist, dass es der Summe beider Röhrenanodenströme zum Ansprechen bedarf.
Sobald nun die Röhre 2 durch den Impuls 2a gezündet wird, erlischt infolge des über den Kondensator 3 auf die Anode der Röhre 1 fliessenden Stromstosses die Röhre 1, während nunmehr die Röhre 2 vom Strom durchflossen wird. Der Instrumentenstromkreis ist somit zur Zeit stromlos und wird erst durch den nächsten Impuls 1a. welcher die Röhre 1 zündet und über den Kondensator 3 die Röhre 2 löscht, wieder eingeschaltet. Der Messinstru- mentenzeiger stellt sich somit auf einen Mittelwert ein, der abhängig ist von dem Verhältnis derjenigen Zeitspanne, während welcher Strom durch das Messinstrument 4 fliesst zu derjenigen Zeitspanne, während welcher das Instrument stromlos ist.
Bei Wahl eines hinreichend gedämpften Messgerätes ergibt sich so eine ruhende Einstellung des Zeigers, die sich lediglich ändert, wenn eine Frequenzwanderung zwischen beiden Impulsreihen stattfindet.
Unter der oben vorausgesetzten Annahme, dass die Röhre 1 von der Frequenz der zu prüfenden Uhr gesteuert wird, zeigt ein steigender Ausschlag des Instrumentes 4 an, dass die Spannungsspitzen 2a hinter den Spannungsspitzen la zurückbleiben, dass also die Frequenz der zu prüfenden Uhr hoher ist als die Normalfrequenz. Umgekehrt würde eine Verringerung des Zeigerausschlages anzeigen, dass die zu prüfende Uhr zu langsam geht.
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nicht die Gefahr besteht, dass bei längerem Gebrauch etwa die Zeitkonstante des einen Relais sich ändert. Man kann unter Umständen aber auch auf diesen Vorteil verzichten und mechanische Relais verwenden. die eine hinreichend gleichmässige Zeitkonstante haben.
Langsame Änderungen innerhalb eines längeren Zeitabschnittes würden die einzelnen Vergleichsmessungen nicht beeinflussen und insofern auch nicht stören. Das Maximalrelais 7 soll verhindern dass die Messung unterbrochen wird in dem Augenblick. wo die Spannungsspitzen la und 2a bei der Phasenwanderung momentan einander überdecken. Zünden nämlich beide Röhren gleichzeitig, dann bleibt der Kondensator 3 wirkungslos, und es würde über beide Röhren dauernd Strom fliessen. Dieser doppelte Anodenstrom bringt das Maximalrelais 7 zum Ansprechen. Dieses öffnet vorübergehend den Anodenstromkreis beider Röhren, so dass nunmehr die Anordnung wieder
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betriebsbereit ist.
An Stelle eines Strommessgerätes 4 mit mechanischer Rückstellkraft und einer in diesem Fall erforderlichen konstanten Spannungsquelle kann man auch ein Doppelspulmessgerät mit elektrischer Rückstellkraft benutzen und so die Anzeige des Messinstrumentes spannungsunabhängig machen. Dann wird die Verwendung einer konstanten Spannungsquelle entbehrlich.
Wird die Frequenz der zu prüfenden Uhr und unter Umständen auch die Frequenz der Normaluhr auf elektrischem Wege mit Hilfe der periodisch bewegten Teile der Uhr, z. B. der Unruhe, des Ankers, des Steigrades od. dgl., abgenommen, indem ein Mikrophon von den schlagartigen Uhrgeräuschen be- einfluss wird, so zeigt sich, dass dabei noch Schwierigkeiten zu überwinden sind, weil man bei der elektro- akustischen Geräuschaufnahme keine präzis ausgeprägten und regelmässig wiederkehrenden einzelnen
Spannungsspitzen erhält, die man ohne weiteres nach entsprechender Verstärkung zur Betätigung des
Relais heranziehen könnte.
Das für das Ohr scharf markiert klingende Ticken der Uhr erzeugt, wie sich aus der Darstellung einer oszillographischen Aufnahme (Fig. 2) ergibt, eine ganze Gruppe von Spannungs- spitzen, die untereinander sehr verschieden hoch sind und deren Rhythmus und Höhe innerhalb der verschiedenen Perioden stark schwankt. Insofern bereitet die zeitlich präzise Steuerung eines Relais recht erhebliche Schwierigkeiten, ganz abgesehen davon, dass eine gewisse Geräuschstärke auch während derjenigen Zeit, wo mit dem Ohr Geräusche nicht festzustellen sind. während der ganzen Zeitdauer bleibt, so dass man infolgedessen die Empfindlichkeit der den Schall aufnehmenden und das Relais steuernden
Anordnung nicht beliebig hoch bemessen kann.
Da die oben erwähnte Gruppe von Spannungsspitzen ausserdem einen verhältnismässig grossen Teil der Perioden einnimmt, besteht die weitere Schwierigkeit, dass sich die beiden Frequenzen gegenseitig stören, u. zw. dann, wenn nahezu Phasengleichheit besteht.
In diesem Fall kann es vorkommen, dass die erste Spannungsspitze der etwas voreilenden Uhr das Relais erregt, dass jedoch unmittelbar danach die erste Spannungsspitze der etwas nacheilenden Frequenz das
Relais wieder abschaltet und dann aber noch eine weitere Spannungsspitze der voreilenden Frequenz wieder unerwünscht das Relais erregt und so das Messergebnis fälscht. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, werden erfindungsgemäss besondere Vorkehrungen getroffen, um Anfang und Ende der Impulse innerhalb der Perioden eindeutig festzulegen. Ein wesentliches Mittel dafür besteht gemäss der Erfindung darin, dass die von den Impulsen gesteuerte Relaisanordnung unmittelbar nach ihrer Erregung für eine im gleichen Sinne erfolgende Erregung gesperrt wird, u. zw. für eine Zeitdauer, die kleiner sein muss als eine volle Periode.
Dadurch wird vor allem einmal verhindert, dass, wie kurz zuvor ausgeführt wurde, das Relais in unerwünschter Weise durch zu lange fortdauernde Beeinflussung des Relais durch einen
Impuls von diesen neuerlich beeinflusst wird.
Eine weitere in dieser Richtung gehende Massnahme besteht darin, dass eine besondere Verstärkeranordnung zur Kopplung der die Frequenzen erzeugenden Uhren und der Relaisanordnung benutzt wird, u. zw. wird der Verstärker bewusst so ausgebildet, dass die Verstärkung möglichst weit von der Linearität abweicht, Erfolgt diese Abweichung in dem Sinne, dass der Verstärkungsgrad mit steigender Steuerspannung stark zunimmt, dann werden im wesentlichen nur die höheren Spannungsspitzen verstärkt und die niedrigeren Spannungsspitzen praktisch ganz unwirksam gemacht. Ist dagegen der Verstärker so bemessen, dass er in der Nähe eines Maximalwertes arbeitet, dann werden die höheren Spannungsspitzen nur etwa bis zu derselben Grösse verstärkt wie die niedrigeren Spitzen. In beiden Fällen ist ein gleichmässiges Arbeiten die Folge.
Wie aus der in der Fig. 1 dargelegten Wirkungsweise der Anordnung ersichtlich ist, kommt es darauf an, dass die Impulsdauer möglichst genau der Phasenabweichung zwischen beiden Frequenzen entspricht. Dazu ist aber erforderlich, dass möglichst scharf präzisierte Punkte der Periode zur Bildung der Impulse herangezogen werden. Im allgemeinen genügen die oben angeführten Massnahmen den zu stellenden Bedingungen. Es gibt jedoch Uhren, bei denen mit diesen Massnahmen allein hinreichend genaue Prüfungsergebnisse nur schwer zu erzielen sind, weil die Geräuschschwelle dieser Uhren, d. h, also der durch ihre ständigen Geräusche verursachte Mindestwert der Wechselspannung, von vornherein ungünstig hoch liegt und ausserdem noch die durch die Schläge des Ankers bzw.
Steigrades verursachten Spitzen besonders unregelmässig sind oder auch von dem eigentlichen Schlag ein sogenannter "Vorschlag" erfolgt. In diesen Fällen kann man zweckmässig an Stelle der oben beschriebenen Massnahmen die Spannungsspitzen über die ganze Periode integrieren, indem man sie gleichrichtet bzw. eine Hälfte abschneidet und so einen Wellenstrom gewinnt, der auf die Relaisanordnung zum Einwirken gebracht wird. Dieser Wellenstrom weist nun zunächst noch alle Unregelmässigkeiten auf. die sich aus den Abweichungen zwischen den einzelnen Perioden ergeben. Es hätte somit in vielen Fällen keinen Zweck, ihn unmittelbar zur Steuerung des Messstromkreises heranzuziehen.
Man kann jedoch die innerhalb einer Periode auftretenden Unregelmässigkeiten weitgehend unterdrücken. wenn man den Wellenstrom zunächst auf ein schwingungsfähiges Gebilde zur Einwirkung bringt, dessen Eigenfrequenz der Normalfrequenz entspricht, dessen Resonanzkurve aber hinreichend breit ist, um die möglichen Abweichungen der Vergleichsfrequenz von der Normalfrequenz noch mit zu umfassen. Ein solches Schwingungsgebilde kann entweder elektrischer oder mechanischer Natur sein. Bei einem elektrischen Schwingungsgebilde wird man mit Rücksicht auf die verhältnismässig niedrige Periodenzahl mit einer sehr erheblichen Dämpfung zu rechnen haben, die durch besondere Massnahmen. z. B. Rückkopplung, zweckmässig vermindert wird.
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Die von dem elektrischen Schwingungsgebilde abgenommene Wechselspannung, die gewissermassen über eine Mehrzahl von Perioden gemittelt ist, kann dann auf ein Relais zur Einwirkung gebracht werden,. das den 1Iessinstrumentenkreis steuert. Dabei wird man zweckmässig als wirksamen Punkt der Spannungskurve einen möglichst in der Nähe der Nullinie liegenden wählen, weil dann Intensitätsänderungen nur einen geringen Einfluss auf die Verschiebung des Ansprechpunktes haben.
Bei Verwendung von mechanischen Schwingungsgebilden kann man den Messinstrumentenkreis durch ein Relais steuern, das unmittelbar über einen von dem mechanischen Schwinggebilde betätigten Kontakt geschaltet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 3 schematisch dargestellt. Mit 10 und 11 sind zwei Spulen, z. B. zwei Telephonspulen, bezeichnet, die in Abhängigkeit von den von der zu prüfenden
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Gleichrichter und elektrischem Schwingungskreis, wobei die Schwingungskreise auf die Normalfrequenz abgestimmt und entdämpft sind. Die von den Schwingungskreisen erregten Ausgangsspulen 14 und 15 wirken auf zwei Spulen 16 und 17 ein, die in dem Gitterkreis zweier Ionenrelais 18 und 19 angeordnet sind. 20 ist die gemeinsame Gittervorspannbatterie und 21 und 22 sind zwei Kondensatoren, die bei Einsetzen des Anodenstromes des jeweils zugehörigen Relais über Transformatoren 23 und 24 und Gleich-
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langsam verlaufenden Spannungsschwankung die Relais nicht mehr zum Ansprechen bringen kann.
Die Kondensatoren 21 und 22 entladen sich im Verlaufe einer Periode über die Gleichrichter 25,26 und die Sekundärspulen der Transformatoren 23 und 24. Sollte der Widerstand der Gleichrichter in Sperrichtung zu gross sein, dann kann man noch besondere Entladewiderstände für die Kondensatoren vorsehen. 27 ist die gemeinsame Anodenbatterie der beiden Ionenröhren, 9 das Messinstrument, das im Anodenstromkreis des einen Relais 18 liegt, und 29 ein Kondensator, mit dessen Hilfe die Relais sieh gegenseitig löschen.
30 ist ein Maximalrelais, das anspricht, falls etwa zufällig beide Relais gleichzeitig gezündet haben sollten.
Die Wirkungsweise dürfte ohne weiteres klar sein. Wird zunächst z. B, das Relais 18 gezündet, dann wird sein Gitter für annähernd Periodendauer gesperrt. Gleichzeitig fliesst über das Messinstrument ein Strom, dessen Stärke bei konstanter Spannung der Stromquelle 27 eine konstante Grösse hat. Sobald nun das Relais 19 gezündet wird, bringt es das Relais 18 zum Erlöschen durch den Entladestoss des Kondensators 29. Infolgedessen wird der Strommesser 9 stromlos, bis wiederum das Relais 18 gezündet
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der zu prüfenden Uhr abgelesen werden.
An Stelle der Ionenrelais können auch mechanische Relais benutzt werden. Die Sperrung dieser Relais während eines wesentlichen Teiles der an das Ansprechen sich anschliessenden Zeit von Periodendauer wird man zweckmässig nicht am Relais selbst, sondern an einer geeigneteren Stelle der gesamten Anordnung, z. B. an einem Verstärkerrohr der vorgeschalteten Verstärker, vornehmen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Prüfung des Ganges von Uhren, insbesondere von solchen, die mit einer Unruhe ausgerüstet sind, wobei die Phasenwanderung zwischen einer durch die periodisch bewegten Teile der zu prüfenden Uhr gegebenen Frequenz und einer Normalfrequenz optisch erkennbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anzeige oder Aufzeichnung ein Strommessgerät dient und Mittel vorgesehen sind, um dem Strommessgerät Stromimpulse zuzufÜhren, deren Länge von der Phasenabweichung beider Frequenzen abhängig ist.