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Elektrische Hauptuhr Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Hauptuhr, deren Zelgerwerk und deren Impulsgeber für die Nebenuhren durch ein aus Binar Gleichspan- nungsquelle ,gespeistes Schwingsystem zeitgerecht an- treibbar sind und letzteres durch ein besonderes Frequenznormal auf Frequenzkon@stanz regelbar ist.
Für Zeitanzeigeanlagen :mit Nebenuhren, Zeit- ,druckern und sonstigen zeitabhängig betriebenen Ge- räten sind Uhren besonderer Zeitkonstanz erforderlich und deshalb werden sie über Verbindungsleitungen von einer ,gemeinsamen Hauptuhr gesteuert. Bisher wurden .dafür fast ausschliesslich Pendeluhren mit Gangreserve und einer Batterie als Energiequelle verwendet.
Solche Uhren sind. technisch und damit finanziell sehr aufwendig, :da sie eine Menge Hilfs- geräte erfordern und ausserordentlich präzise gebaut sein .müssen und trotzdem ist es oft .noch notwendig, sie durch besondere Zeitzeichen, z.
B. das MEZ (Mitteleuropäisches Zeitzeichen) oder durch das Rundfunkzeichen richtigzustellen. :Da diese Zeitzei- ehenüberwachung zur Standregulierung der Uhr zusätzliche Empfangsgeräte erfordert, wind .so der finanzielle und technische Aufwand für derartige Uhren noch grösser.
Neuerdings werden- nun statt der .mechanischen mit Pendel ausgerüsteten Hauptuhren solche mit einem Quarz als @Frequenznormal verwendet, ;aber auch diese Hauptuhren benötigen einen erheblichen technischen Aufwand, der auch dann finanziell aufwendig bleibt, wenn die ,Uhr baustelnartig ausgebildet ist, weil .ihre Bausteine nur für Hauptuhren verwendbar sind und diese nur ,in geringen Stückzahlen gefertigt werden.
Zwar ist .auch eine Hauptuhr mit einem Pendel als Gangordner bekannt, das die erforderliche An- triebsenergie über eine Spule und einen Dauermagneten zugeführt erhält. Dieses Schwingsystem kann zwar durch. -die auf drahtlosem Wege von der Station Betsville-Washington ausgesendeten Zeitzeichen bzw. durch ein gutes Netz über Beine weitere Spule synchronisiert werden, doch ist es für .andere Zwecke kaum verwendbar. Es kann :deshalb nicht .als Massen- artikel :billig hergestellt werden.
Aber auch bei Ausfall der Synchronisation, die entweder infolge eines schlechten Netzes oder weil ein Zeitzeichen nicht drahtlos empfangen werden kann, entsteht, besteht keine Möglichkeit, auch dann eine entsprechend zeitgenaue Hauptuhr zu schaffen.
Bei einem anderen bekannten Uhren.system bringt ein oan eine elektrische Energiequelle angeschlossener Verstärker eine Eichstimmgabel zum Schwingen und diese Schwingungen werden von einer Empfangs- @schwirnggabel übernommen. Diese treibt nun .ihrer- seits einen der Zeitanzeige dienenden Zeitzähler und ausserdem können damit ,auch die Synchronmotore von Nebenuhren betrieben werden. @Die Zeitgenauigkeit einer solchen Uhr :hängt :
demnach auch allein von der Präzision ihrer einzelnen Bauelemente ab und kann nur durch eine Verbesserung derselben erhöht werden.
Der Erfindung liegt :die Aufgabe zugrunde, eine zeitgenaue, vielseitig verwendbare, aus einzelnen Bausteinen zusammensetzbare :Hauptuhr zu schaffen, deren Bausteine wenigstens teilweise .auch für andere Zwecke verwendbar sind, so dass sie als Massen- artikel hergestellt werden können und damit auch
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die Hauptuhr wesentlich verbilligt werden kann. Trotzdem .soll aber die Hauptuhr den. jeweils an sie zu stellenden Zeitbedingungen unterschiedlicher Strenge genügen können.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer elektrischen Hauptuhr, -deren Zeigerwerk und deren I.mpuls@geber für die Nebenuhren durch ein aus einer Gleichspannungsq:uellegespeistes Schwingsystem .zeitgerecht antreibbar sind .und letzteres durch ein besonderes Frequenznorm,al regelbar ist, dadurch erreicht, @dass Idas :Schwingsystem als frequenzabhängige Widerstände enthaltende einfache Schwingschaltung ;das Zeigerwerk :
und den Impulsgeber über einen Synchronmotor antreibt, !und dass das Schwingsystem zusammen mit dem Synchronmotor als unveränderlicher Grundb.austein ausgebildet und durch Schaltmassnahmen wahlweise an das öffentliche Netz oder .an fertige Bausteine !bildende, hochwertigere Frequenznorm.al:e als Idas Netz anschliessbar :ist.
Wenn nun auch die elektrische Schwingschaltung für das frequenza#bhängig steuerbare Antriebssystem und dieses selbst so @ausgebil- det sind, @dass :
das letztere unmittelbar vom Netz be- trieben werden kann und die Schwingschaltung ihrer- seits eine den Netzverhältnissen entsprechende Frequenz und Leistung abgibt, so kann eine handels- übliche Synchronuhr in Verbindung .mit der vom Netz synchronisierbaren und als Gangreserve wirkenden Schwingschaltung schon als verhältnismässig "genaue Hauptuhr Verwendung :
finden. Reicht aber die Genauigkeit der Netzfrequenz nicht .aus, so k .ann die Hauptuhr mit einfachen Mitteln durch Anschalten des entsprechend genaueren bereits zum Verfügung stehenden Frequenznormals den Wünschen auf Fre- quenzgena!uitgkeit .aogepasst werden. Dabei ist es vor- wilhaft, wenn die hochwertigeren Frequenznormale durch mechanische Schwinger synchronisierbar sind. Als mechanischer Schwinger kann z. B.
Bein Quarz - vorzugsweise unter Verwendung als Serienresona:nz- krais - eine zweite z. !B. rückgekoppelte Schwing- schalturig steuern (Frequvnznormal), an welche über die erforderlichen Frequenzteiler die A.ntriebs- schwingsch-altung anschalbbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der mechanische Schwinger gegen einen weiteren Baustein austauschbar sein, in dem ein Thermostat die Umgebungstemperatur des zugehörigen mechia- nischen Schwingers konstant hält.
Durch !diese weite- ren Bausteine kann .also, wie oben bereits erwähnt, die Frequenzkonstanz der Hauptuhr wesentlich erhöht werden, und zwar unter Verwendung praktisch aller vorhandenen Bausteine, wobei höchstens der mechanische Schwinger gegen einen neuen temperaturkonstant gehaltenen Schwinger auszutauschen wäre.
Mit dem aus robusten Bauteilen hergestellten und wenig störanfälligen frequenzabhängig steuerbaren Antriebssystem und der ebenfalls aus handels- üblichen Bauteilen ohne !besondere Präzision herzustellenden Antriebsschwingschaltung kann also eine von Abnützungserscheinungen, Erschütterungsein- flüssen sowie Spannungsschwankungen der Batterie unabhängige Uhr mit billigen Bauteilen aufgebaut werden.
Eine .zweckmässige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebsschaltung für das frequenz- abhängi,g steuerbare Antriebssystem, die rückgekop- pelte Schwingschaltung samt dem mechanischen. Schwinger, sowie der Thermostat für den mechani- schen Schwinger, jeweils zu einem Baustein, ,
auf einer einschiebbaren Platte zusammengefasst sind und diese Bausteine wahlweise untereinander und mit der Gleiohspannungsquelle, sowie mit ,dem die Synchro- nisierungsfrequenz lieferndem Netz und mit dem frequenzabhängig steuerbaren, elektrischen Antriebs- system über steckbare Leitungen oder Steckleisten verbindb.ar sind.
Weitere Einzelheiten der .Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. @la Abis 1c in schematischer Darstellung die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten des aus einzelnen Bausteinen zusammensetzbaren Uhrwerkes, Fig. 2 die Schaltung der .aus einer Gleichspan- nungsquelle ;
gespeisten elektrischen Schwingschaltung für daselektrische #Antrie#bssystem,(Baustein I), Fig. 3 eine quarzgesteuerte, rückgekoppelte Schwingschaltung als Frequenznormal für die An triebsschwingschalturg nach den Fig. la bis 1c (Baustein II),
Fig. 4 schematisch in schaubildlicher Darstellung drei einschiebbare Platten mit ihren Bauelementen als Bausteine I bis III sowie @die .zugehörigen Steck- verbindungskabel.
Die Synchronuhr SU in den Fig. la bis lc wird über einen .Leistungsverstärker LV von einem Generator G für 50 Hz, z. B. einer Kippschwing- schalturig, angetrieben (Baustein I). Der Leistungsverstärker LV und der Schwingungsgenerator G erhalten ihre Energie aus der Batterie B und wenden aus dem Netz N mit 50 Hz synchronisiert, wie es durch Pfeile angedeutet ist.
In .Fig. l b wird der Frequenzgenerator G nicht vom Netz N, sondern von einem weiteren Baustein I:I synchronisiert, der aus einem Frequenzteiler FT mit ,dem Teilverhältnis 8 :
1 und .einem quarzgesteuerten Schwingungsgener.ator QG für die Frequenz von 4,8 kHz besteht. .Der Baustein H synchronisiert also den Frequenzgenerator G für 50 Hz im Baustein I rait der Frequenz 600 Hz. Auch der Baustein 1I wird von der Batterie B mit Energie versorgt.
Der dritte Baustein III gemäss Fig. 1c enthält einen :aus der B!atteitie B gespeisten Thermostaten Th, der die Umgebungstemperatur des Quarzes Q konstant hält.
Wird bei der in. Fig. 2 dargestellten Antriebs- schwingschaltung (Baustein I) der Schalter Sl .geschlossen, so soll sich :
damit beispielsweise der Zustand einstellen, dass der Transistor T1 leitet (durch Schraffur dargestellt) und der Transistor T2 sperrt. Vorher war nämlich der Kondensator C2 schon über die Widerstände R8, R2, Rl und den Richt-
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leiter D2 aus, der ,Batterie B auf die dargestellte Polarität aufgeladen worden und damit wurde durch ,dien leitend gewordenen Transistor T1 die Basis des Transistors T2 stark positiv.
Nun lädt sich auch der Kondensator C1 über die Widerstände R6, R9, den Transistor T1 und denRichtleiter D1 auf die gezeigte Polarität auf, während gleichzeitig der Kondensator C2 wegen :des leitend :gewordenen Transistors T1 von der Batterie B über die Widerstände R6, R2, R7 von der Batterie B umgeladen wird.
Dabei wirkt ,der Richtleiter D2 wie ein durch Gleichstrom steuerbarer Schalter, er verhindert nämlich, dass der Kol- lektor-Basissperrstrom des Transistors T2 den Kondensator C2 zusätzlich über den Widerstand R9 umladen kann, was wegen der Temperaturabhängigkeit des Transistors T2 die Zeitkonstanz beeinträchtigen würde.
Nach einer entsprechenden. Umladungszeit :des Kondensators C2 wird nun der Transistor T2 leitend und :sperrt nun seinerseits mit dem auf die dargestellte Polarität aufgeladenen Kondensator C.1 :den Transistor T1. Der Widerstand R3 und der Kondensator C1 sowie die Widerstände R2, R7 und der Kondensator C2 der :
beiden Zeitkreise sind daibei so aufeinander abgestimmt, dass eine Kippfrequenz von 50 Hz entsteht. Entsprechend dieser Kippfre- quenz sperrt und leitet der Transistor T3 abwech- selnd. Er steuert seinerseits über den Spannungsteiler R10, R 11 den aus den Transistoren T4 und T5 :
gebildeten Gegentaktleistungsverstärker und verhindert eine Rückwirkung vom Gegentaktverstärker ,auf den Kippfrequenzgenerator. Die .an die Transistoren T4 bzw. T5 angeschlossenen Wicklungen W1, W2 haben :einen gemeinsamen Eisenkern E. .Sie :bedeuten :das elektromagnetische Antriebssystem der Synchronuhr SU und zeigen, (d,ass :die durch die Transistoren T4 bzw.
T5 .geschalteten Gleichströme wegen der von ihnen ;erzeugten unterschiedlichen Durchfliutungs- richturugen, die gleiche Wirkung wie die üblicherweise für Synchronmotoren verwendete Wechselspan- nung haben.
Wenn also, wie angenommen, der Transistor T1 leitet, .sind :auch die Transistoren T3, T4 leitend. (durch Schraffur :dargestellt) und :
die Transistoren T2 und T5 sperren. Zur Zeit fliesst also in der Wicklung Wl Gleichstrom. Zum Synchronisieren dieser Kippschwingungen durch die Netzfrequenz wird die Netzspannung an die Klemmen K2, K4 angelegt und über den Spannungsteiler R2, R5 in die Schwingschaltung eingegeben. Am Widerstand R2 entsteht ein zusätzlicher mit dem Kondensator C2 zusammen- wirkender Spannungsabfall, der immer nur :
gerade beim Nulldurchgang der Netzspannung die Schwing- schaltung kippen lässt.
Reicht die Zeitkonstanz der Netzfrequenz nicht .aus, so kann statt :dessen der in Fig. 3 :dargestellte Baustein II zur Frequenzstabilisierunä verwendet werden. Mit seinen Klemmen K1' bis K4' ist er an :die entsprechenden Klemmen K1 :bis K4 des Bausteines I anzuschliessen.
Nach Schliessen des Schalters S2 erhält die Schaltung aus der Batterie B Spannung, und damit schwingt :die aus :den Transistoren T6, T7, den Widerständen R17 :bis R21, den Kondensatoren C4 bis C6 und dem als Senien- resonanzkreis wirkenden Quarz Q gebildete Schwing- schaltung, @da :der :Ausgang ,des Transistors T7 über den veränderbaren Widerstand R21 ,auf :den Eingang des Transistors T6 rückgekoppelt ist mit der Frequenz 4,8 kHz :des Quarzes. Dabei :begrenzt der Transistor T7 :
die Schwingamplitude, so dass ,an seinem Kollektorwiderstand R21 eine trapezförmÜge Spannung abfällt. Diese Schwingschaltung steuert über dien mit dem Kondensator C7 angekoppelten Transistor T8 eine aus den Transistoren T9, T10 ,gebildete und als F.requenzteiler FT dienende .monostabile Kippschaltung. Der Transistor T8 wird nämlich während jeder zweiten Halbwelle :gier mit Hilfe des Quarzes Q erzeugten Frequenz leitend und schöpft dadurch die Ladung :
des Kondensators C8 in bestimmten Teilbeträgen ab. Nach sechs Hal':b- wellen ist der Kondensator C8 @so weit entladen, @dass die Schaltung kippt, und nun leitet der zunächst :gesperrte Transistor T9, während der zunächst strom- durchlässige Transistor T10 sperrt.
Die Zeitdauer :des nächsten Kippers, die der Dauer von zwei Perioden der Quarzfrequenz entspricht, wird durch den aus dem Widerstand R29 und dem Kondensator C9 gebildeten Zeitkreis bestimmt. An diesen aus :den Transistoren T9, T10, den Widerständen R26 Ibis R31, den Kondensatoren C8 :bis C10 und den Richtleitern D3, D4 bestehenden Frequenzteiler FT für das Verhältnis 8 : 1 ;ist über Aden Kondensator C11 der Transistor Tll mit den seine Potential- verhältnisse festlegenden Widerständen R32 Abis R34 angeschlossen-.
Dieser, der Kondensator C12, der Widerstand R35 und ein Richtleiter D5 bilden einen Impulsumformer, weil zur Synchronisierung der Gangreserve nämlich negative Impulse grosser Lei- stung erforderlich sind. Diese steuern über den Kondensator C2 im Baustein iI den 'Transistor T2.
Da die Synahronisierungsimpulse aus dem Baustein II den Zeitpunkt für das Kippender Kippschültung im Baustein 1 nur vor aber nicht zurückverlegen können, muss :bei Synchronisierung :durch :den Baustein II, @also mit Hilfe :eines mechanischen Schwingers, die freie :Frequenz kleiner ,als die Sollfrequenz sein.
Diese Frequenzverringerungbewirkt der Kondensator C13 Bim Baustein II, der ,mittels der ,Anschlüsse K2', K3' dein Kondensator C2 :im Baustein I parallelgeschaltet wird.
Die Schaltung für :den :die Temperatur des Quarzes Q konstant haltenden Thermostaten Th im Baustein II:I ist nicht Gegentand der Erfindung und deshalb jauch nicht :dargestellt. Auch er kann durch die Batterie B gespeist werden, wie dies Fig. 1 c zeigt.
In Fig. 4 sind die einzelnen Bausteine I bis III mit :den ;darauf montierten Bauteilen, die selbst nicht näher bezeichnet sind, nämlich :den Widerständen R, Kondensatoren C, Transistoren T sowie dem Quarz Q :dargestellt ,und weiterhin können diese Bausteine I
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EMI4.1
bis III :durch die A.n:schlusskabel A 1 biss A,3 untereinander und :mit der Spannungsquelle B und dem eigentlichen elektrischen Antriebssystem verbunden werden.