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Uhr mit elektrischem Antrieb des Pendels
Die im nachstehenden beschriebene Uhr arbeitet mit einem elektrischen Antrieb des Pendels.
Der Antrieb erfolgt durch Zusammenwirken einer stromdurchflossenen Spule mit einem Eisenanker, wobei wahlweise ein schwingender Anker oder eine schwingende Spule verwendet werden kann.
Uhren mit elektrischem Antrieb des Pendels durch Zusammenwirken einer stromdurchflossenen Spule mit einem Eisenanker sind an sich bekannt und beispielsweise aus der britischen Patentschrift Nr. 8468 zu ersehen. Die dort beschriebene Anordnung arbeitet mit einer schwingenden Spule und wahlweise mit einem oder zwei Eisenankem. Die Schaltzeitpunkte des Steuerorgans sind unabhängig von der Amplitude, jeweils eindeutig bestimmten Elongation des Pendels zugeordnet.
Eine Anordnung, die zwei stromdurchflossene
Spulen benützt, ist in der USA-Patentschrift
Nr. 2,016. 144 beschrieben. Auch bei dieser Kon- struktion erfolgt das Umlegen des Steuerkontaktes unabhängig von der Grösse der Gesamtamplitude - vorausgesetzt, dass sie überhaupt den Mindest- wert erreicht-jeweils bei einem ganz bestimmten
Ausschlag des Pendels.
Eine weitere Anordnung nach der britischen
Patentschrift Nr. 368827 arbeitet mit einer fest- stehenden Spule, Eisenankem und einer mit dem
Pendel verbundenen und mit ihm bewegten Spule.
Die Antriebskraft kommt dabei im wesentlichen durch die Wechselwirkung der Stromkräfte zwischen den beiden Spulen zustande.
Die notwendige Umkehr der Kraftrichtung wird durch wahlweises Kurzschliessen der Pendel- spule bzw. deren Überbrückung mit einem Kon- densator bewirkt. Auch dieser Anordnung ist so wie bei den vorherigen gemeinsam, dass die
Schaltzeitpunkte unabhängig von der Amplitude des Pendels jeweils bestimmten Ausschlägen des
Pendels zugeordnet sind.
Diesen bekannten Konstruktionen gegenüber besitzt die nachfolgend beschriebene Bauart den
Vorteil einer sehr einfachen Ausführung, wobei speziell die Kontaktanordnung und Kontakt- schaltung den Erfordernissen, die im. Interesse einer möglichen grossen Ganggenauigkeit gestellt werden, grundsätzlich ganz wesentlich besser gerecht wird.
Die Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung von Magnetspule S, Vorschaltimpedanz , Eisenanker E und Schaltorgan. Letzteres besteht aus einem festen Kontakt FK und einem beweglichen BK, der mit dem Pendel durch eine kleine Reibungskupplung verbunden ist. D'e Reibungkraft des beweglichen Kontakthebels (Schleppkontaktes) kann entweder durch Federklemmung oder durch das Gewicht des Hebels auf konstantem Wert gehalten werden. Der Schleppkontakt macht nur eine kleine Schaltbewegung zwischen dem festen Kontakt FK und einem Anschlag A. Diese Bewegung entspricht nur einem Bruchteil der Pendelamplitude, die übrige Zeit gleitet der bewegliche Kontaktarm lose in der Reibungskupplung, wobei er sich entweder am Anschlag A oder am festen Kontakt FK anlegt.
Im ersteren Fall ist die Spule stromdurchflossen, im letzteren kurzgeschlossen, damit stromlos.
Während das Pendel von links nach rechts schwingt, ruht der Schleppkontakt auf A, die
Spule führt Strom und zieht den Eisenanker und das Pendel nach rechts. Wenn sich dann die
Pendelbewegung umkehrt, hebt sich der Schlepp- kontakt bei A ab und schliesst nach kurzem Leer- weg bei FK die Spule kurz, so dass das Pendel ohne hemmende Kraft zurückschwingen kann.
Für die praktische Ausführung erweist sich eine symmetrische Anordnung, bei der in jeder
Schwingungsrichtung dem Pendel eine Antriebs- leistung zugeführt wird, als vorteilhaft.
Die Fig. 2 zeigt eine derartige symmetrische
Anordnung, u. zw. mit schwingender Spule und feststehendem Eisenanker. Der Schleppkontakt ist dabei gabelförmig ausgebildet. Die Wirkungs- weise dieser Gabelanordnung ist folgende : Wenn das Pendel beispielsweise die Mittellage von links nach rechts passiert hat und gegen die rechte
Extremlage schwingt, so liegt die Gabel mit ihrer unteren Zinke am festen Kontakt FK und die
Spule ist kurzgeschlossen und stromlos. In dem
Augenblick der Umkehr der Bewegungsrichtung des Pendels in die rechte Extremlage hebt sich die untere Zinke vom festen Kontakt ab, die Spule erhält Strom und wird im Zusammenwirken mit dem feststehenden Anker gegen die Mittellage gezogen.
Die Gabelweite W ist so gewählt, dass der vom Pendel mitgeschleppte Kontakt an- nähernd in der Mittellage des Pendels mit seiner
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oberen Zinke erneut den pulenkurzschluss herstellt. Das Pendel schwingt nun ohne hemmende Kraft weiter nach links bis zur dortigen Extremlage, worauf sich das Spiel in umgekehrter Richtung wiederholt.
Für die Steuerung der Antriebskraft wird also ein Schleppschalter verwendet, der mit dem Pendel oder dem Schwungkörper durch eine Reibungskupplung verbunden ist und dessen Bewegungsfreiheit durch gehäusefeste Anschläge begrenzt ist. Dadurch erhält der Schleppschalter nach jeder Halbschwingung eine Phasenvoreilung gegenüber dem Pendel bzw. Schwungkörper.
Diese Phasenvoreilung bewirkt, dass der Schaltvorgang-das Umlegen der Kontakte-jeweils sofort im Augenblick der Pendelumkehr beginnt bzw. erfolgt.
Die Stromzuführung zum Schleppkontakt und zur Schwingspule S (Fig. 1 und 2) kann wahlweise durch flexible Drähte oder aber unter Zu- hilfenahme der Pendelaufhängung mit isolierten Aufhängeschneiden, Federn oder Lagerzapfen erfolgen.
Da die Speisung der Uhr vom allgemeinen Versorgungsnetz gedacht ist, müssen Mittel vorgesehen werden, um die Spannung an den Schaltkontakten auf einen kleinen Bruchteil der Netzspannung zu reduzieren. Als Vorschaltimpedanz wird bei Wechselstrombetrieb ein Kondensator verwendet, wobei die Dimensionierung so erfolgt, dass der überwiegende Teil der Netzspannung, 95% und darüber, am Vorschaltkondensator liegt, wodurch am Schaltkontakt, der die Spule kurzschliesst, ein geringer Bruchteil der Netzspannung zur Wirkung kommt.
Bekanntlich bewältigt jeder Schalter den abzuschaltenden Strom am leichtesten bei Phasengleichheit von Strom und Spannung. Die Spule ist deshalb so dimensioniert, dass ihr Ohmscher Widerstand ein Vielfaches ihres Blindwiderstandes beträgt, was von grosser Wichtigkeit für das funkenfreie Arbeiten und damit für die dauernde ordnungsgemässe Funktion der Uhr ist.
Bei der getroffenen Anordnung mit dem Schleppkontakt trägt noch ein weiterer Umstand zum funkenfreien Arbeiten des Kontaktes bei. Es kann angenommen werden, dass zwischen festen und beweglichen Kontakt eine kleine strom-bzw. spannungsabhängige Haftkraft auftritt, welche automatisch eine Auswahl des jeweiligen Schaltmomentes, bezogen auf die Sinuslinie der Spannung mit sich bringt, u. zw. derart, dass das Abheben des Schleppkontaktes erst bei
Unterschreitung eines gewissen Strom-bzw.
Spannungswertes tatsächlich eintritt.
Durch die regulierende Wirkung des Pendels ist die Uhr von der Netzfrequenz unabhängig, darüber hinaus treten auch Spannungsschwankungen kaum merklich in Erscheinung, wie sich aus Fig. 3 ergibt. Hierin ist die Kraftwirkung auf den Magnetanker E beim Eintauchen in die Spule S dargestellt. Die in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude gezeichnete Koordinate K bedeutet die Kraft zwischen Anker E und Spule S, bezogen auf die Symmetrielinie /-/des Ankers. Die Kraftwirkung setzt praktisch mit dem Eintauchen des Ankers in die Spule ein und der Verlauf der Kraft-Weg-Kurve ist : weit- gehend linear.
Der dem Pendel zugeführten Energie entspricht die von der Kurve begrenzte Fläche A, Bt, Cl. Der Punkt Cl auf der Abszisse ist durch den Augenblick des Kurzschliessens der Spule gegeben. Fällt die Spannung beispielsweise um 10%, so wird die Steilheit der Kurve entsprechend geringer und es reduzieren sich die Werte der Koordinaten K auf etwa 0. 9 K. Bei unverändertem Pendelausschlag würde die Energiezufuhr um die Fläche/, Bi, Bi'kleiucr.
Sofern der Umschaltpunkt bzw. Kurzschlusspunkt räumlich festliegen würde, entsprechend den vorerwähnten älteren Ausführungen, müsste der mit der Spannungsabsenkung verbundene Fehlbetrag an Leistungszufuhr durch Verminderung der Dämpfung des Pendels, im wesentlichen der Luftdämpfung, also durch Verkleinerung der Amplitude wettgemacht werden, was verhältnismässig hohe Amplitudenänderungen erfordern würde.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird aber mit kleinerem Pendelausschlag gleichzeitig die Überdeckung zwischen Spule und Anker bis zum Kurzschluss der Spule grösser, denn der Weg vom Umkehrpunkt t/i bzw. U2 bis zum Kurzschlusspunkt Ci bzw. C2 ist gleichbleibend durch den Abstand der Schaltkontakte gegeben.
Bei einer Verkleinerung der Amplitude verlagert sich der Kurzschlusspunkt von Ci nach C2, damit ergibt sich eine zusätzliche Energiezufuhr, entsprechend der Fläche Cl, C2, B2, i-Durch diese Wirkungsweise ist die Abhängigkeit der Amplitude von der Netzspannung sehr geringfügig, was der Ganggenauigkeit der Uhr sehr zugute kommt.
Diese die Amplitude regulierende Wirkung der Anordnung wird durch die richtige Bemessung von Anker und Spulenlänge entsprechend der gewünschten normalen Pendelamplitude unterstützt, wie unten näher ausgeführt. Beim einseitigen Tauchanker, nach Fig. 1, wird dazu nur ein kurzer Teil des schwingenden Ankers aus Eisen gefertigt. Wenn dieser Anker durch die
Spule nach rechts schwingen wollte, so würde sich die Zugkraft umkehren und ein übermässiges Anwachsen der Amplitude verhindern. In ähnlicher Weise wirkt sich der Kurzschlussring KZR (Fig. 1) am Anker aus.
Bei doppelseitigem Antrieb (Fig. 2) erfolgt die Gesamtdimensionierung derart, dass bei der voraussichtlichen kleinsten im Betrieb auftretenden Spannung bereits annähernd die normale Pendelamplitude vorhanden ist, während ihr Anwachsen mit steigernder Netzspannung oder
Frequenz durch die vorerwähnten Massnahmen begrenzt wird. Die Länge der Stromspule und die
Länge des Eisenankers wird zweckmässigerweise etwa gleich ein Drittel Bogenlänge der vollen
Amplitude, am zugehörigen Kreisbogen gemessen, gewählt.