<Desc/Clms Page number 1>
Schaltanordnung in einer elektronisch betriebenen Uhr Die bisherigen Uhrenkonstruktionen mit elektronischem Antrieb arbeiten mit getrennten Spulen für die Erregung und für den Antrieb, so dass eine elektrische Kopplung der Spulen nicht auftreten kann. Diese Konstruktionen haben aber den Nachteil, dass stabförmige Magnete Verwendung finden müssen, welche in die Spulen eintauchen, wobei die Anordnung so getroffen sein muss, dass ein in der Erregerspule erzeugter Impuls in der Antriebsspule nach Verstärkung mittels eines Transistors als Antriebsimpuls wirksam wird. Hierdurch ergeben sich sehr unzweckmässige Aufbauten für die Uhren, und ein sehr unschönes Aussehen.
Die Spulen müssen eine bestimmte Grösse haben, um den Erregerimpuls zu erzeugen und um den Antriebsimpuls für die Aufrechterhaltung der Pendelschwingungen zu ergeben. Die Spulen können nicht vollständig verkleidet werden, da die Stabmagnete in die Spulen einschwingen müssen. Es ist eine genaue Justierung erforderlich, damit kein Anschlagen des Pendels erfolgen kann, und die gesamte Aufbauarbeit für die einzelnen Uhren wird dadurch sehr erheblich verlängert. Ein weiterer Nachteil für den Lauf der Uhr ergibt sich daraus, dass immer nur ein Antriebsimpuls in einer Richtung erfolgt, und in der anderen Richtung das Pendel frei schwingen muss. Erst nach der jeweiligen Umkehrung der Pendelschwingung entsteht in der Erregerspule der erforderliche Impuls, für die Steuerung über die Antriebsspule.
Ein Zusammenbringen der Spulen ist praktisch unmöglich, da durch die Kopplung - die Antriebsspule muss immer im Emitter- oder Kollek- torkreis des Transistors angeordnet sein und die Erregerspule muss immer zwischen Basis und Emitter liegen - ein Selbstschwingen der Transistoranordnung herbeigeführt wird. Hierdurch wird die Funktionsfähigkeit der Uhr unterbunden, da ein Impuls nicht mehr wirksam werden kann. Bei der Anordnung mit getrennten Spulen, die also räumlich sich gegen- überliegen, kann zwar ein Selbstschwingen der Schaltanordnung mit den Spulen und dem Transistor nicht erfolgen, es ergibt sich aber ein Nachteil, der aus der prinzipiell erforderlichen Zusammenschaltung der Spulen entsteht.
Die Erregerspulen, welche immer mit einer sehr hohen Windungszahl bei geringem Drahtquerschnitt ausgelegt sein müssen, besitzen einen hohen Gleichstromwiderstand. Dieser Gleichstromwiderstand in der Grössenordnung von Kilo-Ohm wirkt aber schaltungstechnisch, da er zwischen Emit- ter und Basis liegt; als Widerstand zur Erzeugung einer negativen Basisvorspannung. Hierdurch entsteht ein Dauerstrom, der zum mindesten in der Grössenordnung des erforderlichen Antriebsstromes liegt. Der Gesamtstromverbrauch für den elektronischen Antrieb liegt daher grössenordnungsmässig bereits in einer Höhe, welche den elektronischen Antrieb unwirtschaftlich macht. Eine Trockenbatterie für eine normale Kapazität würde nur sehr kurze Zeit für den Antrieb der Uhr ausreichen.
Im Gegensatz hierzu ist die eigentliche Belastung der Stromquelle durch die Antriebsimpulse selbst verhältnismässig sehr gering, da die Impulse immer nur sehr kurze Zeit wirksam sind. Die Belastung der Batterie entsteht daher in der Hauptsache durch den Dauerstrom, welcher seinerseits wieder durch die Schaltanordnung bedingt ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung in einer elektronisch betriebenen Uhr, welche ganz ausserordentliche Vorteile sowohl für den Aufbau als auch für das Aussehen der Uhr bietet, und welche die Nachteile des Dauerstromes und der getrennten Spulenanordnung vermeidet. Erfindungsgemäss ist der Permanentmagnet im Schwingorgan selbst untergebracht und die Erreger- und Antriebsspule der Spulenkombination sind konzeiltrisch inein-
<Desc/Clms Page number 2>
ander und unter dem Permanentmagneten des sich in der Ruhelage befindlichen Schwingorgans angeordnet, und die Erregerspule ist gleichstrommässig über eine sperrende Diode zwischen Emitter oder Pluspol der Stromquelle und Basis des Transistors kurzgeschlossen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Die innere Spule 1 wird als Antriebsspule ausgelegt und die äussere Spule 2 als Erregerspule. Der innere Durchmesser der Erregerspule 2 entspricht dem Aussendurchmesser des verwendeten Magneten 3. Die Spulenkombination selbst wird unterhalb der Platine 4, also im eigentlichen Sockel der Uhr, angeordnet. Sie ist daher nicht sichtbar. Der Mittelpunkt der Spulenkombination liegt genau unter dem senkrechten, sich in der Ruhestellung befindlichen Pendel 5 oder unter dem Permanentmagneten des sich in Ruhelage befindlichen Drehpendels. Der Magnet 3 selbst ist im Gegensatz zu allen bisher bekannten Konstruktionen so angeordnet, dass seine Pole parallel zur Längsachse des Pendels 5 liegen.
Ein Nord- oder Südpol steht also direkt in Ruhestellung über der Mitte der Spulenkombination. Da der Aussendurchmesser des verwendeten Magneten 3 dem Innendurchmesser der Erregerspule 2 entspricht, entsteht bei der Auslenkung des Pendels oder Drehpendels nach jeder Seite aus der Ruhelage sofort ein Impuls in dieser Erregerspule. Die Antriebsspule 1 ist so geschaltet, dass ein abstossender Impuls in bezug auf den Pol des Permanentmagneten 3 entsteht. Der Erregerimpuls führt also dazu, dass beim Ausschwingen des Pendels 5 oder Drehpendels nach jeder Seite ein abstossender Impuls in der Antriebsspule auftritt.
Das Pendel wird also im Gegensatz zu den bisherigen Uhrenkonstruktionen beim Durchtritt durch den Nullpunkt nach jeder Seite angetrieben. Hierdurch wird eine Reguliermöglichkeit und dadurch eine Ganggenauigkeit der Uhr erzielt, welche mit den bisher bekannten Mitteln unmöglich war.
Durch die Anordnung der beiden Spulen entsteht eine feste Kopplung, die ohne besondere Vorkehrungen zu einem selbsterregten Schwingungsvorgang der Transistorschaltanordnung 6 führen würde. Dadurch wäre eine Funktionsfähigkeit der Uhr unmöglich. Zur Vermeidung dieser Selbsterregung wird nun eine hochsperrende Diode 7 über die Erregerspule 2 zwischen Emitter und Basis geschaltet, so dass gleichstrommässig die Emitterspannung an der Basis liegt und der hohe Gleichstromwiderstand der Erregerwicklung nicht zur Erzeugung der erforderlichen negativen Basisvorspannung, welche für die Auslösung des Schwingungsvorganges notwendig ist, wirksam werden kann.
Da immer die Emitterspannung an der Basis liegt, ist im Gegensatz hierzu der Ruhestrom gleich Null, da ohne negative Basisvorspan- nung kein Kollektorstrom im Transistorkreis fliessen kann. Wird die Antriebsspule 1 nicht in den Kollek- torkreis, sondern in den Emitterkreis geschaltet, so wird die Diode zwischen Basis und den Pluspol der Stromquelle geschaltet.
Hierdurch wird sogar noch eine vollständige Sperrung durch die auftretende positive Basisvorspannung herbeigeführt, da die Antriebsspule als Gleichstromwiderstand im Emitterkreis liegt und daher die Emitterspannung negativ gegenüber der Basisspannung, welche direkt am Pluspol der Spannungsquelle liegt, ist. Besonders vorteilhaft ist es, in den Diodenkreis einen regelbaren Widerstand einzufügen, mit dem die Vorspannung der Basis genau abgeglichen werden kann, da man auf diese Weise einmal exakt den Ruhestrom auf Null einstellen kann, und zum anderen die Grösse des Erregerimpulses einregulieren kann.
Da von der Höhe des Erregerimpulses direkt die Schwingungszahl und die Schwingungsweite des Schwingorgans abhängig ist, so kann man mit diesem kleinen Regelpotentiometer die Uhr praktisch in einfachster Weise einregulieren. Das Kurzschliessen des Gleichstromwiderstandes der Erregerwicklung hat ausserdem noch den Vorteil, dass eine vollständige Temperaturkompensation des Transistors damit verbunden ist, da immer Emitter- und Basisspannung gleich sind oder aber die Basisspannung sogar über der Emitterspannung liegt. Der Permanentmagnet kann in einem Kugelpendel oder in einem Pendel beliebiger Form untergebracht werden. Er ist nicht sichtbar.
Auch beim Drehpendel wird der Permanentmagnet im Pendelkörper selbst untergebracht. Da die gesamte Spulenkombination im Sockel angeordnet ist, also von aussen gleichfalls nicht sichtbar ist, werden Uhrenkonstruktionen möglich, welche ein formschönes Aussehen aufweisen. Durch die Anordnung der Spulenkombination im Sockel ergibt sich noch der Vorteil, dass irgendwelche Leitungen gleichfalls nur unterhalb des Sockels angeordnet werden müssen. Für den Reparateur von Uhren ist daher das Abnehmen des eigentlichen Uhrwerkes ganz wesentlich vereinfacht. Die gesamte mechanische Konstruktion der Uhr kann für Reparaturzwecke vom Sockel abgenommen werden, ohne dass irgendwelche Arbeiten an der elektrischen Schaltung erforderlich sind.
Die Stromquelle selbst kann gleichfalls unterhalb des Sockels angeordnet werden. Da ein Dauerstrom und damit eine Dauerbelastung der Batterie nicht auftritt, kann die Stromquelle wesentlich kleiner gewählt werden, als bei allen anderen elektronischen Antrieben mit Transistoren. Anstelle einer Trockenbatterie kann selbstverständlich auch ein Kleinst- akkumulator mit eingebauter Wiederladeschaltung Verwendung finden.
Die Schaltanordnung bietet auch die Möglichkeit, den elektronischen Antrieb für grosse Pendel- oder Drehpendeluhren auszunutzen. Reicht der erzielbare Antriebsimpuls mit einem Transistor nicht aus, so wird ein zweiter Leistungstransistor dazugeschaltet. Der erste Transistor liegt in der gleichen Schaltungsanordnung und der zweite Transistor wird mit der Basis direkt an den Emitter des ersten Transistors angeschaltet. Die am Emitter auftretenden Spannungsschwankungen entsprechen den Impulsen, steuern
<Desc/Clms Page number 3>
daher den Leistungstransistor. Die Antriebsspule oder die Antriebsspulen bei grossen Pendeln oder Drehpendeln werden in den Kollektorkreis des Leistungstransistors eingeschaltet. Auch bei dieser Schaltanordnung ist der Ruhestrom vollständig null.
Durch den Erregerimpuls entsteht über die Verstärkung des ersten Transistors zum zweiten Transistor der erforderliche hohe Antriebsimpuls. Die gesamte Anordnung kann noch dahingehend erweitert werden, dass die Uhr selbst anläuft, also das Schwingorgan nicht angestossen werden muss. Für diesen Zweck wird als Kern der Spulenkombination ein kleiner Permanentmagnet verwendet. Die Polarität dieses kleinen Kernmagneten wird so gewählt, dass eine geringe abstossende Kraft auf den Magneten im Schwingorgan ausgeübt wird. Diese geringe Kraft reicht dazu aus, um das Schwingorgan aus dem Ruhepunkt auszu- lenken, und hierdurch wird sofort in der Erregerspule ein Impuls erzeugt. Die Uhr läuft also von selbst an.
<Desc / Clms Page number 1>
Switching arrangement in an electronically operated clock The previous clock constructions with an electronic drive work with separate coils for the excitation and for the drive, so that an electrical coupling of the coils cannot occur. However, these constructions have the disadvantage that rod-shaped magnets must be used, which are immersed in the coils, the arrangement must be such that a pulse generated in the excitation coil becomes effective in the drive coil after amplification by means of a transistor. This results in very unsuitable structures for the clocks and a very unsightly appearance.
The coils must have a certain size in order to generate the excitation pulse and to provide the drive pulse for maintaining the pendulum oscillations. The coils cannot be completely covered because the bar magnets have to swing into the coils. Precise adjustment is required so that the pendulum cannot strike, and the entire construction work for the individual clocks is thereby considerably extended. Another disadvantage for the running of the clock results from the fact that there is always only one drive pulse in one direction and the pendulum has to swing freely in the other direction. Only after the respective reversal of the pendulum oscillation does the required impulse arise in the excitation coil for control via the drive coil.
Bringing the coils together is practically impossible because the coupling - the drive coil must always be arranged in the emitter or collector circuit of the transistor and the excitation coil must always be between the base and emitter - causes the transistor arrangement to oscillate. This prevents the clock from working properly, as an impulse can no longer take effect. In the arrangement with separate coils, which are spatially opposite one another, the switching arrangement with the coils and the transistor cannot self-oscillate, but there is a disadvantage that arises from the interconnection of the coils, which is required in principle.
The excitation coils, which always have to be designed with a very high number of turns and a small wire cross-section, have a high DC resistance. However, this direct current resistance of the order of magnitude of kilo-ohms has an effect on the circuit, since it lies between the emitter and the base; as a resistor to generate a negative base bias. This creates a continuous current that is at least in the order of magnitude of the required drive current. The total power consumption for the electronic drive is therefore of the order of magnitude that makes the electronic drive uneconomical. A normal capacity dry battery would only last a very short time to power the watch.
In contrast to this, the actual load on the power source from the drive pulses themselves is relatively very small, since the pulses are only effective for a very short time. The load on the battery is therefore mainly caused by the continuous current, which in turn is due to the switching arrangement.
The invention relates to a switching arrangement in an electronically operated clock, which offers quite extraordinary advantages both for the structure and for the appearance of the clock, and which avoids the disadvantages of the continuous current and the separate coil arrangement. According to the invention, the permanent magnet is housed in the vibrating element itself and the excitation and drive coils of the coil combination are concetrically integrated.
<Desc / Clms Page number 2>
arranged on the other and below the permanent magnet of the oscillating element located in the rest position, and the excitation coil is short-circuited with direct current via a blocking diode between the emitter or positive pole of the current source and the base of the transistor.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained using the drawing, for example. The inner coil 1 is designed as a drive coil and the outer coil 2 as an excitation coil. The inner diameter of the excitation coil 2 corresponds to the outer diameter of the magnet 3 used. The coil combination itself is arranged below the board 4, that is to say in the actual base of the clock. It is therefore not visible. The center point of the coil combination lies exactly under the vertical pendulum 5, which is in the rest position, or under the permanent magnet of the rotating pendulum in the rest position. In contrast to all previously known constructions, the magnet 3 itself is arranged in such a way that its poles are parallel to the longitudinal axis of the pendulum 5.
A north or south pole is therefore directly in the rest position above the center of the coil combination. Since the outside diameter of the magnet 3 used corresponds to the inside diameter of the excitation coil 2, when the pendulum or rotary pendulum is deflected to each side from the rest position, a pulse is immediately generated in this excitation coil. The drive coil 1 is connected in such a way that a repulsive pulse is generated with respect to the pole of the permanent magnet 3. The excitation pulse thus leads to a repulsive pulse occurring in the drive coil when the pendulum 5 or rotary pendulum swings out to each side.
In contrast to previous clock designs, the pendulum is driven to each side when it passes through the zero point. In this way, a possibility of regulation and thus a rate accuracy of the clock is achieved which was impossible with the means known up to now.
The arrangement of the two coils creates a fixed coupling which, without special precautions, would lead to a self-excited oscillation process of the transistor switching arrangement 6. This would make the watch impossible to function. To avoid this self-excitation, a high-blocking diode 7 is now connected via the excitation coil 2 between the emitter and base, so that the emitter voltage is applied to the base in terms of direct current and the high DC resistance of the excitation winding does not generate the required negative base bias voltage, which is necessary for triggering the oscillation process is can take effect.
Since the emitter voltage is always at the base, in contrast to this, the quiescent current is zero, since no collector current can flow in the transistor circuit without a negative base bias. If the drive coil 1 is not connected to the collector circuit but to the emitter circuit, the diode is connected between the base and the positive pole of the power source.
This even leads to a complete blocking by the positive base bias voltage that occurs, since the drive coil is a direct current resistor in the emitter circuit and therefore the emitter voltage is negative compared to the base voltage, which is directly at the positive pole of the voltage source. It is particularly advantageous to insert a controllable resistor into the diode circuit, with which the bias voltage of the base can be precisely adjusted, since in this way one can precisely set the quiescent current to zero and, on the other hand, regulate the size of the excitation pulse.
Since the number of oscillations and the oscillation amplitude of the oscillating organ are directly dependent on the level of the excitation pulse, this small potentiometer can be used to adjust the clock in the simplest possible way. The short-circuiting of the direct current resistance of the field winding also has the advantage that a complete temperature compensation of the transistor is connected with it, since the emitter and base voltage are always the same or the base voltage is even higher than the emitter voltage. The permanent magnet can be housed in a ball pendulum or in a pendulum of any shape. He is not visible.
With the rotating pendulum, too, the permanent magnet is housed in the pendulum body itself. Since the entire coil combination is arranged in the base, so it is also not visible from the outside, watch constructions are possible which have an elegant appearance. The arrangement of the coil combination in the base also results in the advantage that any lines also only have to be arranged below the base. For the repairer of watches, the removal of the actual movement is therefore very much easier. The entire mechanical construction of the clock can be removed from the base for repair purposes without any work on the electrical circuit being necessary.
The power source itself can also be arranged below the base. Since there is no permanent current and therefore no permanent load on the battery, the current source can be chosen to be significantly smaller than with all other electronic drives with transistors. Instead of a dry battery, a small accumulator with a built-in recharging circuit can of course also be used.
The switching arrangement also offers the possibility of using the electronic drive for large pendulum or rotating pendulum clocks. If the drive pulse that can be achieved with one transistor is not sufficient, a second power transistor is switched on. The first transistor is in the same circuit arrangement and the base of the second transistor is connected directly to the emitter of the first transistor. The voltage fluctuations occurring at the emitter correspond to the pulses that control
<Desc / Clms Page number 3>
hence the power transistor. The drive coil or the drive coils in the case of large pendulums or rotary pendulums are switched into the collector circuit of the power transistor. The quiescent current is also completely zero in this switching arrangement.
The excitation pulse generates the required high drive pulse via the amplification of the first transistor to the second transistor. The entire arrangement can be expanded so that the clock starts itself, so the oscillating element does not have to be pushed. For this purpose, a small permanent magnet is used as the core of the coil combination. The polarity of this small core magnet is chosen so that a small repulsive force is exerted on the magnet in the oscillating element. This small force is sufficient to deflect the oscillating organ from the point of rest, and this immediately generates an impulse in the excitation coil. So the clock starts by itself.