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Elektronisch betriebene Uhr Es sind Uhrenkonstruktionen bekannt, welche über einen Transistor und eine Antriebsspule angetrieben werden. Diese Uhrenkonstruktionen arbeiten mit Schwingpendel, und in die Pendel werden Permanentmagnete an beiden Enden des Pendels eingesetzt. Die Uhren besitzen eine Antriebsspule, welche im Emit- ter- oder Kollektorkreis des Transistors eingeschaltet ist, und eine Erregerspule, welche auf die Basis des Transistors wirkt. Die Schaltung ist so angeordnet, dass beim Heraustreten des Pendels aus der Erregerspule durch den Permanentmagneten ein negativer Induktionsstrom entsteht in bezug auf die Flussrich- tung an der Basis.
Derartige Pendeluhren besitzen also ein an und für sich frei schwingendes Pendel, das nur immer wieder durch einen Antriebsimpuls in der einen Richtung in Gang gehalten wird. Der Rückweg des Pendels erfolgt durch die freie Ausschwingung nach der anderen Seite. Die Ganggenauigkeit ist für derartige Uhren ausschliesslich von den Pendelkonstanten abhängig. Temperaturänderungen wirken wie bei allen anderen Pendeluhren mit mechanischem Antrieb in gleicher Weise auf die Ganggenauigkeit ein. Es ist auch erforderlich, wie bei Pendeluhren mit mechanisch angetriebenem Pendel, die Uhren genau in Waage zu stellen. Auch alle anderen sonstigen Nachteile bestehen in gleicher Weise. Zusätzlich hierzu kommt noch die Abhängigkeit der Ganggenauigkeit von der Spannung der erforderlichen Stromquelle.
Da alle Stromquellen in Form von Trockenbatterien oder auch von Akkumulatoren im Laufe der Zeit ihre Spannung ändern, ist auch der Antriebsimpuls direkt spannungsabhängig. Der Gang der Uhr verändert sich daher mit der sinkenden Spannung, da der Antriebsimpuls in seiner Stärke und Dauer von dieser Spannung der Stromquelle abhängig ist. Weiterhin kommt auch die Temperaturabhängigkeit des verwendeten Transistors zu- sätzlich noch in die Veränderung der Ganggeschwindigkeit mit hinein. Da sich die Aussentemperatur je nach dem Verwendungsort selbst um 30 bis 40 Grad ändern kann, ist der temperaturabhängige Strom des Transistors sehr beträchtlich. Der temperaturabhängige Strom beträgt für eine Temperaturerhöhung von 20 Grad etwa das Zehnfache oder mehr.
Da sich der negative Impuls, welcher beim Durchtritt oder Austritt aus einer Erregerspule entsteht, in seiner Höhe und Dauer bei gleicher Pendelgeschwindigkeit nicht ändert, der Basisstrom aber durch die Temperaturerhöhung oder Erniedrigung andere Werte annimmt, so ist der resultierende wirksame Basisstrom für die Steuerung des Transistors direkt von dem Temperaturstrom abhängig. Die Höhe und Dauer des Antriebsimpulses wird damit gleichzeitig direkt von dem Temperaturstrom beeinflusst, und die Pendelantriebsimpulse sind daher niemals gleich, sondern immer von den verschiedenen Faktoren, wie Spannungsänderung, Temperaturstromerhöhung oder -erniedrigung, abhängig.
Derartige, mit Transistoren, Antriebs- und Erregerspulen angetriebene Uhren besitzen daher, verglichen mit den durch Federwerk angetriebenen Uhren, noch erhebliche zusätzliche Nachteile.
Es ist das Ziel der Erfindung, alle diese Nachteile zu vermeiden.
Die erfindungsgemässe Uhr ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem Pendel an zwei in Schwingungsrichtung gegenüberliegenden Enden eines Pendelteils je ein Permanentmagnet in, verglichen mit der Schwingungsamplitude des Pendels, kurzer Ausführung mit Nord- und Südpol und am Ende des Schwingungsbereiches der Magnete je eine Spulenkombina- tion, bestehend aus Erreger- und Antriebsspule, angeordnet sind, die gegenseitig beim Aus- und/oder Eintritt der Magnete über die Erregung der Basis des Schalttransistors einen Antriebsimpuls in der An-
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triebsspule, welche in den Emitterkreis eingeschaltet ist, in der erforderlichen Stromrichtung erzeugen,
und dass in den die Erregerspulen und die Basis des Transistors enthaltenden Stromkreisen Dioden zur Sperrung von hemmenden Antriebsimpulsen angeordnet sind. Die Polarität der getrennt angeordneten Magnete kann dabei so gewählt sein, dass sich die entstehenden Erreger- und Antriebsimpulse gegenseitig unterstützen. Zweckmässigerweise kann man das eigentliche Schwing- oder Drehpendel aus einem Rohr herstellen, in das die Permanentmagnete eingesteckt werden. Auch eine andere Anordnung mit aufsteckbaren. Permanentmagneten in rohrförmiger Ausführung ist ohne weiteres möglich.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Das Pendel nach Fig. 1 weist am schwingbar gelagerten Stab 1 ein verstellbares Gewicht 2 und ein gebogenes Rohr 3 auf, in welches an beiden Enden Permanentmagnete 4 eingesetzt sind, deren Länge so gewählt ist, dass beide Pole N, S beim Durchschwingen durch eine Spulenkombination abwechselnd Induktionsströme in dieser Spulenkombination erzeugen. Bei der Stellung der Endausschläge des Pendels sind je zwei Spulen, nämlich eine Erregerspule 5 und eine Antriebsspule 6, übereinandergewickelt auf einem Spulenkörper angeordnet.
Die lichte Weite des Spu- lenkörpers ist so gewählt, dass das Rohr 3 mit den Permanentmagneten 4 durch die Spulen hindurchschwingen kann. Bei einer Drehpendeluhr ist entsprechend eine Antriebsspule im toten Winkel angeordnet, und die Erregerspulen sind etwa so im Verhältnis zur Drehbewegung angeordnet, dass sie im letzten Drittel der Bewegung nach jeder Seite liegen.
Die Erregerspulen 5 werden jeweils so geschaltet, dass beim Heraustreten des einen Pols des Permanentmagneten 4, und zwar des Pols, der am äussersten Ende des Pendels sich befindet, aus der einen Erregerspule, und beim Eintreten des Permanentmagne- ten auf der anderen Seite in die dazugehörige Erregerspule, Induktionsströme in beiden Spulen entstehen, welche in bezug auf die Flussrichtung an der Basis 7 des Transistors 8 einen negativen Impuls ergeben.
Durch die Verwendung von kurzen Per- manentmagneten kann man die wirksamen Pole der Magnete in Zusammenhang mit dem Wicklungssinn der dazugehörigen Erregerspule immer so wählen, dass für den Antrieb sich die Impulse aus den beiden Erregerspulen unterstützen. In die Stromzuführung zur Basis 7 von jeder Erregerspule 5 ist je eine hochsperrende Diode 9 in den Leitungszug eingesetzt, so dass positive Impulse gesperrt werden und an der Basis nicht wirksam werden können. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine Temperaturkompensation des Transistors vorzunehmen.
Für diesen Zweck wird die Antriebsspule 6 oder werden die Antriebsspulen 6 parallel oder hintereinander als Ohmscher Widerstand in den Emitterkreis eingeschaltet. In Zusammenhang damit wird für die Temperaturkompensation eine Widerstandskombination als Spannungsteiler an die Basis 7 gelegt. Als Ohmscher Widerstand zwischen dem Emitter 10 und der Basis 7 wirken die Erregerspulen 5. Zwischen dem Kollektor 11 und der Basis 7 wird ein regelbarer hochohmiger Widerstand 12 gelegt, der so bemessen ist, dass der Ruhestrom an der Basis und der Kollektorruhestrom so gering wie möglich gehalten wird.
Da die Basisvorspannung durch diesen Spannungsteiler festliegt und auch im Emitter- kreis ein entsprechender Widerstand liegt, wird eine vollständige Temperaturkompensation durch diese Anordnung erreicht. Durch die Dioden 9 wird verhindert, dass positive Impulse überhaupt an der Basis wirksam werden können, denn, da die Basisvorspan- nung durch den Spannungsteiler zum mindesten einen Teil der positiven Impulse noch wirksam werden lassen könnte, bevor der Transistor selbst sperrt, wird hierdurch jeder Bremsungsimpuls für das Pendel verhindert.
Der Antrieb des Pendels erfolgt daher nach jeder Seite. Es besteht keine freie Pendelschwingung mehr, sondern jeder Austritt eines Magneten 4 aus einer Erregerspule führt automatisch zum Antriebsimpuls und damit zum Einzug in die andere Spule. Die Ganggenauigkeit ist daher im wesentlichen von der magnetischen Steuerung und der elektronischen Schaltung abhängig. Durch Länge und Gewicht des Pendels können nur noch die Grössenordnungen der Schwingungszahlen in weiten Grenzen verändert werden. Für eine gegebene Pendellänge und ein gegebenes Pendelgewicht hält aber die magnetische Steuerung über den elektronischen Antrieb die Schwingungszahl konstant.
Bei Drehpendeluhren mit einem Drehwinkel von 200 Grad und mehr ist es vielfach vorteilhaft, die Stromrichtung der Antriebsspule so zu wählen, dass keine Anziehung, sondern eine Abstossung erfolgt. Hierfür wählt man zweckmässig scheibenförmige Permanentmagnete, welche an den Erregerspulen mit dem entsprechenden Pol des Magneten den negativen Impuls induzieren, und der entstehende Antriebsimpuls stösst dann das Pendel von der Antriebsspule ab. Eine einseitige Erregung des Drehpendels wäre wegen der langsamen erforderlichen Schwingungszahl und der grossen Schwingungsweite gar nicht möglich. Erst durch die nach jeder Richtung wirkende, sich gegenseitig steuernde Anziehung oder Abstossung ist die Ausnutzung der magnetischen Steuerung und des elektronischen Antriebes über Transistor überhaupt erst möglich.
Die nach den magnetischen Gesetzen wirksam werdenden Hemmungskräfte können durch die Sperrung mittels der hochsperrenden Dioden nicht auftreten und daher auch keine Bremsung des Pendels oder Drehpendels bewirken. Durch die Verwendung von zwei getrennten Magneten können die Impulse je nach Erfordernis beim Herausschwingen des Pendels aus der Spule oder beim Hereinschwingen unabhängig voneinander so gewählt werden, dass beide Erregerimpulse sich gegenseitig verstärken für die Erregung über den Basisstrom des Transistors.
Der
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Kraftübertragung dienen in der Konstruktion die Permanentmagnete mit sehr hoher Koerzitivkraft, wie zum Beispiel Ferroxydure (eingetragene Marke), Al- nico, Ticonal (eigetragene Marke), Reco- oder ähnliche Magnete. Der Stromverbrauch ist ausserordentlich gering. Er liegt in der Grössenordnung von einem Milliampere, da von der eigentlichen Antriebsspule lediglich ein Magnetfeld erzeugt werden muss, das für den Permanentmagneten anziehend oder absto- ssend wirkt. Durch die vollständige Temperaturkompensation liegt -der Ruhestrom unabhängig von der Temperatur nur bei einigen Mikroampere.
Die Stromentnahme ist auch aus diesem Grunde ausserordentlich gering und die Lebensdauer von Primärstromquellen sehr hoch. Die Betriebsdauer derartiger Uhren mit Trockenbatterien wird lediglich durch die Lagerfähigkeit der verwendeten Batterien beschränkt. Anstelle der Trockenbatterien können vorteilhaft Kleinst- akkumulatoren als Knopfzellen mit sehr niedrigem Kapazitätswert verwendet werden. Derartige Akkumulatoren stehen in gasdichter Ausführung in kleinsten Grössen zur Verfügung. Die Mittel für die Wiederaufladung dieser Akkumulatoren können mit in das Uhrgehäuse eingebaut sein. Sie können auch in Form eines Zwischensteckers ausgebildet sein. Zum Zwecke der Wiederaufladung wird die Uhr mit einem Kabel mit dem Lichtnetz verbunden.
Bei Uhren in Kleinstausführung wird als Gangregler zweckmässig ein Drehpendel ähnlich einer Unruh verwendet, dessen Masse die Form eines in Schwingungsrichtung liegenden Bogens oder Segmentes aufweist. Das Drehpendel wird in herkömmlicher Weise mittels Steinen gelagert. An dem Drehpendel sind die erforderlichen Permanentmagnete in entsprechender Dimensionierung angebracht. Die kleinen Spulen werden wie beim Schwingpendel angeordnet. Da die erforderlichen Antriebskräfte gleichfalls nur gering sind, genügt die Anwendung eines Transistors in Miniaturausführung. Der erforderliche Schaltstrom geht auf Bruchteile von Milliampere zurück, so dass selbst die Kapazität einer Miniaturzelle für den Antrieb derartiger Uhren über lange Zeit ausreicht.
Für eine Unruh werden als Antriebsvorrichtung zwei kleine Permanentmagnete in Kombination mit zwei gegenüberstehenden Erreger-Antriebsspulen- Kombinationen angeordnet.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform mit Drehpendel dargestellt, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 1. Die Pendelmasse 13 ist an einem Torsionsfaden oder -stab 14 aufgehängt und trägt nur zwei kleine Stabmagnete 15, die mit den Spulen 5 bzw. 6 zusammenarbeiten. Bei kleinen Drehwinkeln können aber weitere um 90 versetzte Spulen 5 bzw. 6 vorhanden sein, wie Fig. 2 in gestrichelten Linien andeutet.
Durch die doppelseitige gegenseitige Steuerung und durch den doppelseitigen Antrieb wird die freie Drehpendelschwingung in eine erzwungene Schwingung umgewandelt, und die Ganggenauigkeit wird damit von dem elektronischen Antrieb im wesent- liehen abhängig. Durch Wahl des schwingenden Gewichtes und des Abstandes dieses Gewichtes vom Drehpunkt kann man die Grössenordnung der Schwingungsweite und der Schwingungszahl festlegen. Die Regulierung der Ganggenauigkeit kann man über das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände an der Basis des Transistors vornehmen. Da der Spulenwiderstand festliegt und nicht veränderlich ist, wird die Regulierung zweckmässig über den Widerstand 12 zwischen Basis und Kollektor vorgenommen.
Der ausserordentliche Vorteil des Uhrenantriebes nach dem Schwinb oder Drehpendelprinzip liegt darin, dass Dauermagnete mit ständig gleichbleibender Feldstärke Anwendung finden und dass aus der Stromquelle nur sehr geringe Leistungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes über die Antriebsspulen entnommen werden. Die Uhrenkonstruktionen werden hierdurch ganz wesentlich vereinfacht, und die Ganggenauigkeit selbst über lange Zeit hinaus wird ausserordentlich verbessert.
Zur zweckmässigen Ausnutzung des Prinzips kann je nach den Erfordernissen des sonstigen mechanischen Aufbaues die Schaltungsanordnung so gewählt werden, dass auf der gleichen Seite jeweils durch Eintreten des Erregermagneten über den negativen Impuls an der Basis auch der Antriebsimpuls entsteht und den gleichen Magneten in die Spule hineinzieht. Es kann aber auch wechselseitig aus der einen Spule beim Heraustreten des Erregermagneten über den negativen Impuls an der Basis der Antriebsimpuls auf der gegenüberliegenden Seite erzeugt werden, so d'ass der gegenüberliegende Magnet in diese Antriebsspüle, hineingezogen wird. Auch eine Kombination ist ohne weiteres möglich, so dass sich die Vorteile der Schaltungsanordnung für jeden mechanischen Aufbau ausnutzen lassen.