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Elektrische Uhr mit Rückkopplungsschaltung mittels Halbleiterbauelement Es sind bei elektrischen Uhren mechanische Schwingungsgebilde, insbesondere Pendel- und Unruh- anordnungen, bekannt, bei denen der Schwinger aus einem Magneten, beispielsweise Permanentmagneten, besteht, der durch kontaktlose Beeinflussung eines elektrischen Kreises, beispielsweise einer Spule, in diesem elektrische Impulse erzeugt, die mittels einer Röhren- oder steuerbaren Halbleiteranordnung, insbesondere Tran.sistorenanordnung, Rückkopplungsimpulse in einem zweiten entsprechenden elektrischen Kreis erzeugen, durch die der Schwinger einen ständigen periodischen Antrieb erfährt.
Die kontaktlose Steuerung erfolgt meistens mittels zweier Induktionsspulen, nämlich einer Steuerspule, in der durch den schwingenden Magneten elektrische Impulse erzeugt werden, und einer Antriebsspule, die Antriebsimpulse auf den schwingenden Magneten ausübt. Bei einer Transistor-Rückkopplungsschaltung liegt die Steuerspule im allgemeinen im Emitterkreis, während die Antriebsspule im Kollektorkreis angeordnet ist. Ausserdem liegt im Emitter-Kollektorkreis eine elektrische Spannungsquelle, beispielsweise eine Batterie, welche die Energie zur Aufrechterhaltung der mechanischen Schwingungen liefert.
Die Erfindung betrifft eine solche elektrische Uhr mit Rückkopplungsschaltüffig mittels Halbleiterbauelement, das mit einer in seinem Eingang liegenden Steuerspule und einer in seinem Ausgang liegenden Antriebsspule eine elektronische Schaltung bildet, bei welcher Uhr ein elektrisch angetriebener mechanischer Schwinger periodische Webhselwirkungen zwischen einem Magneten und beiden Spulen bedingt. Ihr liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu finden, bei welcher zum Beispiel der an sich bekannte Pendel- oder Umschaltantrieb durch Transistoren oder andere Halbleiter-Bauelemente stabilisiert wird.
Dabei kommt es auch darauf an, zur grösstmöglichen Schonung der Speisebatterie die Induktionsspulenanordnung derart auszubilden, dass die elektronische Steuerungsanordnung mit einem möglichst guten Nutzeffekt arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss erreicht durch eine derart eng benachbarte Anordnung der Induktionsspulen und durch eine derartige Zuordnung eines elektrischen Entkopplungsgliedes zu diesen, dass bei periodischer Wechselwirkung beider Spulen mit stets dem gleichen Pol des Magneten die mechanischen Schwingungen des mechanischen Schwingers und die elektrischen Schwingungen der elektronischen Schaltung stabilisiert sind.
Die Wirkung, die diese Anordnung hervorbringt, besteht im besonderen darin, dass der Magnet in der maximalen Geschwindigkeit zum Beispiel dies Pendels in der Steuerspule einen Stromimpuls induziert, der, im Transistor stromverstärkt, auf die Antriebsspule übertragen wird, deren magnetisches Feld den Magneten anzieht und so das Pendel antreibt. Diese Art der Verstärkung hat den grossen Vorteil, dass die Speisebatterie denkbar sparsam in Anspruch genommen, also minimal entladen wird.
Weiter hat sich die Schaltung als vorteilhaft insofern ausgewirkt, als auch bei Transport und längerer Lagerung eine Unterbrechung der Schaltung nicht notwendig ist; .beträgt doch der Ruhestrom nur wenige Mikroampere. Der Ruhestrom hat den Vorteil, dass er den Transistor und die Speisebatterie dauernd in Bereitschaft hält.
Ferner kann parallel zur Antriebsspule ein Widerstand in der Grössenordnung von 5 bis 10 Kiloohm angeordnet sein. Dieser Parallelwiderstand wirkt sich deshalb stabilisierend auf die Wirkungsweise des Transistors aus, weil er die nötige Entkopplung zwischen Steuer- und Antriebsspule bringt und auch ein Schwingen des Transistors unterdrückt.
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Schliesslich lässt sich mit der Erfindung auch eine günstige räumliche Anordnung der einzelnen Teile zueinander erzielen.
Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert: Fig. 1 zeigt .schematisch eine Schaltung des elektronischen Antriebes für als Pendeluhren ausgebildete Uhren nach der Erfindung; Fig.2 schematisch die Ausbildung des Pendels mit der Anordnung des elektronischen Antriebsaggregates in Vorderansicht; Fig. 3 ist die zugehörige Seitenansicht. Die Fig.4 und 5 stellen zwei weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar, und die Fig. 6 bis 9 zeigen Ausführungsbeispiele von Spulenkörpern für die Induktionsspulen.
Im einzelnen ist 1 ein Transistor, der in der üblichen Weise aus der Basis 1', dem Emit- ter 1" und dem Kollektor 1"' besteht. Mit 2 ist die Steuerspule bezeichnet, die im Eingangskreis, also zwischen der Basis 1' und dem Emitter 1" liegt, während die Impuls- oder Antriebsspule 3 im Ausgangskreis, also zwischen Emitter 1" und Kollektor 1"', angeordnet ist.
Da bei der erfindungsgemässen Uhr der Transistor als Verstärker wirkt, ist eine Speisebatterie 4 in den Ausgangskreis eingeschaltet. Für diese Speisebatterie, die eine Dauerspannung von 1,5 Volt zu liefern hat, kommen in erster Linie Luftsauerstoffelemente in Betracht, die, wie sich gezeigt hat, die Uhren durch Jahre hindurch in Gang halten können.
Ferner ist in Fig. 1 ein Widerstand 5 vorhanden, der die nötige Entkopplung bringt und gleichzeitig auch das Schwingen des Transistorkreises unterdrückt. Zu diesem Zweck hat dieser Widerstand etwa 5 bis 10 Kiloohm.
An Stelle des Widerstandes 5 kann auch, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, zwischen Eingangsund Ausgangskreis des Transistors in einem Kondensator 6 eine Gegenkopplung geschaffen werden. Dieser Kondensator hat eine Grösse von etwa 2000 bis 10 000 pF.
Diese Schaltung erhält nun eine besonders günstige bauliche Ausgestaltung gemäss Fig. 2, in welcher das im Punkt M aufgehängte Pendel mit Pendelstange 7 und Bügel 8 schematisch angedeutet ist. Wie ersichtlich, ist in den Bügel 8 ein Querstab 9 eingespannt, der eine Bohrung zur Aufnahme des Stabmagneten 10 besitzt.
Wesentlich für die Anordnung gemäss Fig.2 ist nun, dass auf der Seite, auf der sich der Magnet 10 befindet, um ihn herum die Impulsspule 11 angeordnet ist, links von ihr befindet sich dicht benachbart die Steuerspule 12.
Auf dem gleichen Spulenkörper 13 können ausser der Impulsspule 11 und der Steuerspule 12 noch der Transistor 1 sowie der Widerstand 5 angeordnet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass sich sowohl durch die Wicklungsart der Spulen als auch durch die gegenseitige Kopplung nicht nur der energetische Wirkungsgrad der Anordnung, sondern auch die Abhängigkeit des Schwingers von Unregelmässigkeiten des elektrischen Aufbaues, zum Beispiel von Spannungsschwankungen oder Temperaturkoeffizienten des Übertragungsorgans, insbesondere Transistors, noch weiter günstig beeinflussen lässt.
Diese Erkenntnis kann bei der Konstruktion der Spulenanordnung dadurch nutzbar gemacht werden, dass die Spulen derart durch von der Lagenwicklung abweichende Wicklungsart oder durch ihre Kopplung miteinander oder durch beide Massnahmen gleichzeitig in ihren Erregungsphasen einander angeglichen sind, dass Ein- und Ausgangskreis des Transistors eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen.
Dies lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass mindestens eine der Spulen und/oder der Magnet derart verschiebbar und justierbar angeordnet sind, dass der Zeitpunkt der Impulsanstiege auf ein Optimum eingestellt werden kann. Hierdurch lässt sich ein grösstmöglicher Wirkungsgrad der elektrischen Rückkopplung bei geringster Leistungsentnahme aus der Spannungsquelle, insbesondere einer Batterie, einstellen.
Des weiteren ist es zweckmässig, mindestens eine Spule zwecks Herabsetzung der Spulenkapazität und Verminderung der Schwingneigung des elektrischen Kreises mit Kreuzwicklung auszubilden.
Die erfindungsgemässe Anordnung der Induktionsspulen, die zusammen mit einem elektrischen Entkopplungsglied die Schwingungen stabilisieren soll, kann durch eine enge Kopplung von Steuer- und Antriebsspule erzielt werden. Die enge Kopplung bietet den Vorteil, dass wohl definierte scharfe Rechteckimpulse entstehen. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die eine Spule koaxial auf der andern angeordnet wird, wobei sie sich ganz oder teilweise über deren Länge erstreckt. Überraschenderweise werden bei einer derart engen Kopplung Temperatur- undSpannungsschwankungen der Schaltungsanordnung derart weitgehend ausgeglichen, dass eine erheblich grössere Ganggenauigkeit des Schwingungsgebildes resultiert. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Antriebsspule aussen und die Steuerspule innen angeordnet ist.
Wenn umgekehrt die Steuerspule aussen angeordnet ist, ergibt sich ein besonders günstiger Wirkungsgrad in energetischer Hinsicht, während die Temperaturabhängigkeit nicht so weitgehend ist wie im andern Fall, so dass die bereits vorgeschlagene Anordnung eines Kompensationsheissleiters oder sonstigen Temperaturkorrektors hierbei zweckmässig wäre.
Ein Kompromiss zwischen den beiden erwähnten Koaxialanordnungen besteht darin, dass die Lagen beider Spulen abwechselnd ineinandergewickelt sind. Gegebenenfalls können auch bei der Koaxialanord- nung oder bei der Ineinanderwicklung von der Lagenwicklung abweichende Wicklungsarten, insbesondere Kreuzwicklung, angewendet werden.
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Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen zwei besondere Möglichkeiten der Spulenausbildung für Pendeluhren.
In Fig. 4 bedeutet 2 wieder die Steuerspule und 3 die Antriebsspule einer Pendelanordnung, die auch sonst mit den gleichen Bezeichnungen versehen ist wie in den Fig. 1 und z. Beim neuen Ausführungsbeispiel sind jedoch die beiden Spulen 2 und 3 als Kreuzwicklungen ausgeführt, wodurch eine wesentliche Erhöhung des elektrischen Wirkungsgrades und gleichzeitig eine sehr erhebliche Vergrösserung der Ganggenauigkeit des Pendels erreicht wird.
Die Ausführungsform nach Fig.5 unterscheidet sich von der nach Fig.2 dadurch, dass die beiden Spulen 12 und 11 nicht nebeneinander, sondern koaxial aufeinander angeordnet sind; und zwar sind sie ungefähr in der Pendelruhelage - ein wenig unsymmetrisch zu dieser - angeordnet. Beide Spulen besitzen die gleiche Länge von etwa einer solchen räumlichen Bemessung, dass das Verhältnis von Länge zu Durchmesser etwa 5 beträgt. Da nämlich der Iso- chronismus der beiden Spulen, der durch die Impulsschärfe gegeben ist, am grössten ist, wenn die Spulen möglichst kurz sind, und anderseits der Wirkungsgrad um so besser wird, je länger die Spulen sind, muss zwischen beiden Forderungen ein optimaler Kompromiss gesucht werden.
Aus diesem Grunde sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spulen etwa zwischen 1,5:1 und 10:1 liegen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Ausführungsbeispiele in mannigfacher Weise abgeändert werden können. An Stelle des Transistors können beispielsweise andere schaltende und/oder verstärkende steuerbare Halbleiteranordnungen treten. Das Pendel kann durch eine Unruh oder dergleichen ersetzt sein. Es können mehrere Spulen vorhanden sein. So kann zum Beispiel in Fig.4 an jedem Ende des Magneten eine Doppelspule der koaxialen Art gemäss Fig.5 vorgesehen sein, die an zwei verschiedene Transistoranordnungen oder an eine gemeinsame Transistoranordnung geschaltet sind.
Schliesslich sind noch in den Fig. 6 bis 9 besonders zweckmässige beispielsweise Ausgestaltungen von Spulenkörpern 13 veranschaulicht, wie an sich schon in den Fig.2, 3 angedeutet sind. Fig.6 zeigt einen Kreisquerschnitt entsprechend der Fig.3; die Fig.8 zeigt einen Längsschnitt, während die Fig.7 und 9 zwei um 180 gedrehte Seitenansichten darstellen. Der Spulenkörper dient gemäss dem Beispiel gleichzeitig als Träger des Transistors und des Widerstandes in einer Ausführungsform, bei der die Halterung des Transistors ohne weitere Mittel, lediglich durch geeignete Formgebung des Bauelementes erfolgen kann.
Zu diesem Zweck sind in dem Spulenkörper in geeigneter Weise Rillen, Bohrungen und sonstige Vertiefungen angebracht, in denen die benützten Bauteile durch geeignetes Biegen der Zuleitungsdrähte ohne weiteres oder höchstens durch Sicherungslack befestigt werden können. 14 bedeutet insbesondere die Aufnahme für den Transistor. Mit 15 bis 18 sind die Eintrittsöffnungen für die Zuführungsdrähte be- zeichnet. Weitere Schaltelemente sind in ausgefräste Aussparungen einlegbar. In die von den Aussparungen für den Transistor und die üblichen Schaltelemente stehengebliebenen Teile sind weitere Nuten vorzugsweise sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung eingebracht, die nach aussen geschützt als Führungen der Verbindungsdrähte der einzelnen Teile des Kreises dienen.