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Antriebsvorrichtung mit einem kontaktlos über eine elektronische Schaltung gesteuerten mechanischen Schwinger Es ist allgemein bekannt, dass die Antriebsimpulse zur Aufrechterhaltung der Schwingweite von Unruhen bzw. Pendeln möglichst während des Durchschwingens der Unruh bzw. des Pendelns durch ihre Nullage erfolgen sollen. Es lässt sich auch zeigen, dass unter Umständen der Antriebsimpuls aus mehreren, sehr kurzen Impulsen pro Halbschwingung bestehen darf, falls die Impulse symmetrisch zur Nullage des Schwingers erteilt werden.
Bei elektronischen Uhren bereitet es meist grosse Schwierigkeiten, der oben erwähnten reglagetechnisch bedingten Forderung Rechnung zu tragen und gleichzeitig alle anderen technischen Erfordernisse, wie Gewinnung eines geeigneten Steuersignals, richtige Form der Induktionsspannung usw., zu berücksichtigen. Die von Kontaktuhren her bekannten Unruh- bzw. Pendelmotoren sind nur in wenigen Fällen auf transistorgesteuerte Uhren ohne weiteres übertragbar. In der Praxis erweisen sie sich je nach Art des verwendeten Steuerprinzips sogar als ungeeignet.
Die heute allgemein bekannten Unruhmotoren verwenden in der Regel zwei kreiszylindrische Permanentmagnete zur Erzeugung eines konstanten elektromagnetischen Feldes, zu dem eine kreisförmige oder elliptische Spule Relativbewegungen auszuführen in der Lage ist. Bei bewegtem Schwinger wird in der Spule beim Durchgang durch das elektromagnetische Feld eine Spannung induziert. Diese kann bei Transistoren enthaltenden Uhren zur Steuerung der Antriebsspule Verwendung finden. Die von den bekannten Unruhmotoren gelieferten Spannungssignale erweisen sich jedoch in der Praxis für diese Anwendung als mehr oder weniger ungeeignet.
Die bekannte, auf der Unruh befestigte Dreieckspule liefert im Zusammenwirken mit den beiden auf herkömmliche Art zylindrischen Permanentmagneten ein Signal, das zwar reglagetechnisch günstig ist, jedoch in seiner Gestalt nicht befriedigt, da, wie aus dem Diagramm nach Fig. 1 hervorgeht, das die in- duzierte Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt, die Höcker 1 und 3 (bzw. 4 und 6) zu dem Höcker 2 (bzw. 5) etwa im Verhältnis 1 : 2 stehen.
Da der Steuermechanismus für den Unruhmotor auf die Höcker 1, 3 und 5 anspricht, entsprechend der Polarität der Induktionsspannung, findet der Antriebsimpuls jeweils unter verschiedenen elektrischen Bedingungen statt. Dieser Umstand ist, wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, für die Gangstabilität solcher Uhren nachteilig. Bei anderen Anordnungen treten ähnliche Schwierigkeiten auf, bzw. liegt das Steuersignal unsymmetrisch zur Nullage des Schwingers. Diese Ausführungen versagen daher ebenfalls.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, Anordnungen zum Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen in Uhren mit von wenigstens einer Spule ausführbaren, relativ zu, von vorzugsweise Permanentmagneten erzeugten, magnetischen Feldern erfolgenden Schwingungen so aufzubauen, dass mindestens ein Teil der magnetisch wirksamen Spulenschenkel nicht radial zur Drehachse des magnetischen Schwingers verlaufen und die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (vorzugsweise Permanentmagnete) derart angeordnet sind, dass, unabhängig von der Anzahl der während des Schwingvorganges jeweils vom elektromagnetischen Feld durchsetzten Spulenschenkel,
die in dieser Spule induzierte
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Spannung gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte aufweist.
Die Vermeidung der oben dargestellten Nachteile kann durch die Anordnung gemäss der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Magnetfelderzeuger kurz vor der Nullage des Schwingers, in einer aktiven Spulenseite, in der Nullage in zwei aktiven Spulenseiten, kurz nach der Nullage wieder nur in der einen aktiven Spulenseite jeweils eine Impulsspannung als Steuerspannung erzeugen, und zwar bei jeder Halbschwingung des mechanischen Schwingers, wobei nur eine Polarität dieser Impulse ausgenutzt ist und dass die, die magnetischen Felder erzeugenden Magnete so angeordnet sind,
dass das für die Grösse der erzeugten Impulsspannung mass- gebende Produkt aus Kraftfluss der Magnete, Win- dungszahl und Geschwindigkeit der Spule unabhängig von der Anzahl der jeweils vom Fluss durchsetzten Spulenschenkel ist, so dass die Antriebs- impulse mindestens annähernd gleiche Spitzenwerte der induzierten Spannung aufweisen. Damit ist es also möglich, mit einer Spule mit radialen Schenkeln ein bezüglich der Spannungsmaxima symmetrisches Signal zu erzeugen, wenn die Magnete nicht den gleichen gegenseitigen Abstand aufweisen wie die Schenkel der Spule.
Mit den Permanentmagneten der üblichen Art, z. B. mit kreiszylindrischen Abmessungen und den bisher verwendeten Spulen war es bisher nicht möglich, die in dem Diagramm nach Fig. 1 dargestellten Höcker 1, 3 und 5 gleich gross zu machen. Zum besseren Verständnis sei zunächst das Entstehen des in dem Diagramm nach Fig. 1 dargestellten Signals mit einer normalen, zweischen- keligen Flachspule im Zusammenwirken mit zwei kreiszylindrischen Magneten erklärt.
Wird die als senkrecht zu den Feldern der Magnete A und B und um O drehbar gedachte Spule Sp über den beiden Magneten in der Zeichenebene von links nach rechts bewegt, so wird zunächst beim überstreichen des Magneten A (Nordpol) durch den Holm. Hz der Höcker 1 induziert. Kurze Zeit später stehen die beiden Holme Hl und H, über den beiden Magneten A und B, wodurch der Höcker 2 induziert wird, der naturgemäss etwa doppelt so gross ist wie der Höcker 1, da der magnetische Fluss durch die Spule jetzt doppelt so stark ist.
Die Spule bewegt sich nun weiter und es überstreicht der Holm Hl den Magnet B (Südpol), wodurch der Höcker 3 induziert wird.
Schwingt die Spule in der entgegengesetzten Richtung, das ist in der Zeichenebene von rechts nach links, so weist das Signal infolge der Richtungs- änderung die umgekehrte Polarität auf ; es entstehen sinngemäss die Höcker 4, 5 und 6.
Die Erfindung wird nun anhand eines in Fig. 3 dargestellten, als Ausführungsbeispiel zu wertenden Schemas, näher erläutert: Die mit Sp bezeichnete dreieckähnliche Flachspule ist auf einer Unruh Ur befestigt, welche in bekannter Weise um den Punkt O Drehbewegungen ausführen kann. Mit A und B sind zwei quermagnetisierte Permanentmagnete bezeichnet, deren magnetische Schwerpunkte mit den Buchstaben m und in' symbolisiert sind. Die Punkte M und M' der beiden Spulenholme Hl und H., sollen die Mitte der elektrisch wirksamen Spulenteile, also den elektrischen Schwerpunkt der Spulenholme, darstellen.
Die Holme haben die Breite s. Bei einer Drehung der Unruh um den Betrag des Winkels a um die Rotationsachse O ist ein Spulenschenkel etwa deckungsgleich mit einem der Magnete A bzw. B.
Unter der Annahme einer Auslenkung der Unruh um mehr als 90,) (Linksdrehung) aus ihrer gezeichneten Lage stellen sich während der nun folgenden Schwingungsperiode folgende elektrischen Vorgänge in der Spule ein. Beim Zurückschwingen (Rechtsdrehung) wird zuerst der Magnet B vom Holm HI überstrichen. Auf Grund des Faraday'schen Induktionsgesetzes wird nun diesem Holm eine Spannung entsprechend dem im Diagramm nach Fig. 4 dargestellten Vorhöcker 1 induziert, deren Maximalwert durch den magnetischen Fluss, Windungszahl der Spule und Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird.
Bei einer Weiterdrehung der Unruh verlässt nun H, das Feld von B und es schneidet nach kurzer Zeit der Holm 2 die von B ausgehenden Feldlinien. Die Anordnung Spule-Magnete ist nun derart gewählt, dass der Hohn 1 erst dann in das Feld von Magneten A gelangt, wenn die Anzahl der durch H. gehenden Feldlinien des Magneten B wieder abnimmt. Es überstreicht also zuerst der Holm H. den Magneten B bis zur Deckungsgleichheit. Unmittelbar darauf taucht der Holm Hl in das Feld vom Magneten A ein. Ist Hl deckungsgleich mit A, so hat H., das Feld von B gerade verlassen.
Kurze Zeit später befindet sich dann auch der Holm 1 im praktisch feldfreien Raum.
An den Spulenklemmen erscheint während obiger Vorgänge der Mittelhöcker 11, der etwa gleiche Spitzenwert besitzt wie der Vorhöcker 1. Der Höcker 11 dauert jedoch doppelt so lange, da beide Magnete zeitlich hintereinander von der Spule überstrichen werden. Schliesslich gelangt noch H.# in das Feld von A und es wird der Nachhöcker 111 induziert. Beim Zurückschwingen der Unruh hat das Signal sinnge- mäss gleiche Gestalt, jedoch umgekehrte Polung und es entstehen die Höcker IV, V und VI.
Die Anordnung der Magnete wurde derart getroffen, dass der Abstand der magnetischen Schwerpunkte in und in' etwa um die Breite s eines Spu- lenschenkels grösser ist als der Abstand der Mittelpunkte M und M' der Holme Hl und HEs wäre auch eine Anordnung möglich, bei der der Abstand der Punkte m und m' um den Betrag s kleiner als der Abstand M und M' ist. Die Spitzenwerte der induzierten Spannung bleiben ebenfalls gleich gross, die Ausführung der Spule gestaltet sich jedoch ungünstiger. Schliesslich könnte der Abstand mm' mehr als MM' -I- s betragen.
Diese Anordnung
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liefert jedoch ein zeitlich zu gedehntes Signal, wodurch reglagetechnisch ungünstigere Verhältnisse entstehen.
Für MM' -I- s = mm' erhält das Signal die in dem Diagramm nach Fig. 4 gezeigte Form und enthält nur Höcker mit den gewünschten Spitzenwerten gleicher Grösse. Der Mittelhöcker 1I (bzw. V) dauert doppelt so lange als die Höcker I und III (bzw.
IV und VI). Dieser Effekt ist erwünscht. Bekanntlich spricht ein zum Antrieb der Unruh verwendeter Transistorverstärker nur auf eine Polarität der Höcker an, erteilt also gemäss dem Spannungsverlauf nach Bild 4 während der einen Halbschwingung und während der darauffolgenden Halbperiode einen Antriebsimpuls an die Unruh. Da nun die Dauer des Mittelhöckers doppelt so gross ist wie die der Vor- bzw. Nachhöcker, ist die vom Transistorverstärker an die Unruh abgegebene Leistung während beider Halbschwingungen gleich gross.
Auf Grund beschriebener Anordnung wird die Spule in keiner Stellung vom gesamten Fluss aller beteiligten Magnetelemente durchsetzt. Zur Erzielung einer möglichst hohen Spannung in der Spule werden daher grosse Magnete mit vorzugsweise ovalen bzw. länglichen Abmessungen verwendet, um möglichst die gesamte elektrische Spulenfläche zu erfassen.