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Zeitnormal für elektrische Uhren Die Erfindung betrifft ein Zeitnormal für elektrische Uhren, bestehend aus einem mittels Dauermagneten und periodisch von Strom durchflossenen Spulen angetriebenen Schwingorgan. Das Zeitnormal nach der Erfindung ist besonders für Kleinuhren geeignet und arbeitet bei mittlerer bis hoher Frequenz.
Als Zeitnormal betbekannten elektrischen Uhren wird eine unter dem Einfluss einer Spiralfeder stehende Unruh verwendet, die mit einer Antriebsspule versehen ist. Das sich beien Durchfluss eines Stromimpulses durch die Spule um diese aufbauende Magnetfeld stösst sich um Magnetfeld ortsfest angeordneter Permanentmagneten ab, wodurch die Unruh angetrieben wird. Die Bewegung der Unruh wird auf das Zeigerwerk übertragen, so dass die Unruh demnach sowohl Zeitnormal als auch Antriebsorgan ist.
Bedingt durch die Eigenart der Spiralfeder und durch die notwendige Schwingungsweite werden mit dem System Unruh-Spimalfeder Frequenzen bis zu 3 Hertz erreicht. Infolge der niedrigen Frequenz ist d fieser Schwinger sehr anfällig gegen von aussen wirkende Störfrequenzen, was zu Gangabweichungen führen kann.
Es ist auch bekannt, die schwingende Unruh mit Permanentmagneten zu versehen und die Spulen ortsfest anzuordnen. Zum Erreichen günstiger Verhältnisse werden hierbei jedoch jeweils zwei Magnete gegenüberliegend angeordnet, zwischen denen die Spule angeordnet ist. Aufgrund der sich dadurch ergebenden Bauhöhe ist diese Anordnung für Kleinuhren nicht geeignet. Da auch hier eine Spiralfeder als Rückstellglied verwendet wird, liegen die erreichten Frequenzen in der bereits genannten Grössenordnung von etwa 3 Hertz.
Die Entwicklung geht nun dahin, Schwingorgane mit höheren Frequenzen als Zeitnormal für Uhren anzuwenden. So ist ein Schwingorgan bekanntgeworden, das aus einer stabförmigen Unruh besteht und bei dem die Rück- sbellkraft eine in der Schwingachse angeordnete Blattfeder ist. Durch die härter wirkende Blattfeder und die konstruktiv bedingte wesentlich kleinere Schwingweite lassen sich hiermit Frequenzen bis etwa 50 Hertz erreichen. Es hat sich jedoch erwiesen, dass dieser Schwinger anfällig gegen Störfrequenzen ist, die senkrecht zur Schwingachse wirken. Die Stabilität seiner Frequenz ist demnach lagenabhängig, so dass er für genaugehende Kleinuhren unzweckmässig ist.
Bekannt ist auch, als Zeitnormal eine im Bereich der Tonfrequenz schwingende Stimmgabel zu verwenden. Bei einem bekannten Anwendungsfall schwingt diese mit 360 Hertz. Aufgrund der hohen Frequenz ist dieser Schwinger zwar urianfällig gegen Störfrequenzen, jedoch gestaltet sich die Übertragung der Schwingungen auf das Zeigerwerk schwierig, da die schnellen und extrem kurzen Schwingungen einer Stimmgabel mittels eines Klinkengesperres direkt auf das erste Rad des Zeigerwerkes übertragen werden. Dazu kommt der hohe Aufwand gegenüber anderen Schwingern.
Der Nachteil der schwierigen übertragung lässt sich auch nicht durch niedrigere Frequenz ,umgehen, ida die Stimmgabel mit niedri;ger n Frequenzen nicht mehr -stabil ist. Sie müsste in diesem Fall extreme Formen, beispielsweise sehr lange und sehr dünne Schenkel, aufweisen., wodurch sich aber der Aufwand weiter erhöhen würde. Ausserdem .ist die Unterbringung derartiger Gebilde .in Kleinuhren nicht mehr möglich.
Es :i-st bekanntgeworden, einen kr-isschaibenförmi- gen Schwinger anzuwenden, :der durch von aussen wirkende Kräfte periodisch radial verformt wird, derart, dass der in Richtung der Kraftwirkung liegende Durchmesser zur Ellipsenachse wird. Nach Unterbrechen der auf dk# Scheibe ausgeübten Kraftwirkung nimmt diese wieder ihre ursprüngliche Form ein. Die Verformung
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der Kreisscheibe wird zum Antrieb des Zeigerwerkes verwendet.
Dieser Schwinger ist zwar lagenunanhängig, jedoch ist die Übertragung der sehr kleinen Schwingungsweiten sehr kompliziert. Ausserdem müssen die auf den Schwinger wirkenden Kräfte verhältnismässig gross sein, um überhaupt eine übertragbare Schwingung zu erreichen. Da es sich hierbei um von Elektromagneten ausgeübte Kräfte handelt, die proportional der Spulenwindungszahl und der Stromstärke sind, machen sich Spulen von erheblicher Grösse erforderlich, die in Kleinuhren aus Raumgründen nicht untergebracht werden können. Auch der Schwinger selbst hat einen erheblichen Platzbedarf, da er über dem Werk angeordnet werden russ, um aus Zweekmässigkeitsgründen eine möglichst grosse Scheibe mit einer übertragungsfähigen Frequenz zu erreichen.
Es ist versucht worden, den Nachteil des hohen Energiebedarfs des Kreisscheibenschwingers durch eine kreisförmig gebogene Stimmgabel zu vermeiden. Dadurch russte aber wieder die Beeinflussbarkeit des Schwingers durch Störfrequenzen im Kauf genommen werden, da es sich dann wieder um ein offenes Gebilde handelt, das im übrigen schwingungstechnisch recht schwer zu beherrschen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Zeitnormal geeignetes lagenunabhängiges Schwingorgan mit einer ausreichend hohen Frequenz und einer zur Übertragung geeigneten Amplitudengrösse zu schaffen, das für sich selbst und für seine Bauelemente wenig Raum beansprucht.
Die Erfindung geht davon aus, dass ein Schwieger lageunabhängig ist, wenn er symmetrisch zu zwei in Schwingebene liegenden, senkrecht aufeinander stehenden Achsen ist. Erfindungsgemäss ist ein an einer Stelle gehaltener Kreisring gegenüber seiner Befestigungsstelle mit einem Permanentmagneten versehen. Neben dem Permanentmagneten liegt mindestens eine Spule, die Teil einer transistorgesteuerten Antriebsschaltung ist, wobei der Schwerpunkt des Permanentmagneten, der Mittelpunkt des Kreisringes und die Befestigngsstelle nahezu auf einer Geraden liegen.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kreisring mit einem Permanentmagneten versehen, dessen Längsachse senkrecht zur Richtung des Durchmessers des Kreisringes liegt, wobei die Eisenkerne zweier Spulen, die Teile einer transistorgesteuerten Antriebsschaltung sind, in Polen enden, die an den Permanentmagneten derart herangeführt sind, dass sie je einen Abschnitt des Querschnittes des Permanentmagneten überdecken. Nach einer anderen Aussührungsform ist der Kreisring mit einem Permanentmagneten versehen, dessen Längsachst in Richtung des Durchmessers des Kreisringes liegt, und der in eine ortsfeste, kernlose Arbeitsspule, die Teile einer transistorgesteuerten Antriebsschaltung ist, eintauchen kann. Der Kreisring ist so gestaltet, dass seine Höhe grösser ist als die Differenz zwischen äusserem und innerem Radius.
Zur Befestigung ist der Kreisring mit einem nach innen weisenden Lappen versehen. Beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Permanentmagnet in einem am Kreisring vorgesehenen Auge angeordnet. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entsprechen nach dem ersten Ausführungsbeispiel die Länge der Eisenkerne und nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Durchmesser der Spule der Werkhöhe. Der Umfang des Kreisringes ist gleich dem Umfang des Uhrwerkes und die Stromquelle, die Antriebsschaltung, die Übertragungseinrichtung für die Schwingungen auf das Räderwerk und das Räderwerk selbst sind innerhalb des Kreisringes angeordnet. Die Permanentmagnete sind vorteilhafterweise zu ihren Polflächen hin konisch gehalten.
Durch die Erfindung wurde ein Zeitnormalgeschaffen, das die Bedingungen für die Lagenunabhängigkeit, nämlich zwei in Schwingebene senkrecht auftinander- stehende Symmetrieachsen, nahezu vollkommen erfüllt. Zu der Achse, die durch den Dauermagneten und den Lappen verläuft, ist der Kreisring völlig symmetrisch. Die zu der hierzu senkrecht liegenden Achse vorhandene Asymmetrie des Dauermaagneten wird durch den Lappen aufgehoben. lnfolge der Anordnung nur eines Permanentmagneten in einem Auge gegenüber der Befestigungsstelle äst der Aufwand für den Antrieb wenig aufwendig und die Form des Kreisringes wird durch die konstruktive Gestaltung )des Lappens und der Magnethalterung weitestgehend erhalten.
Es können Spulen mit Eisenkern verwendet werden, die den magnetischen Wirkungsgrad erhöhen. Ausserdem ist der Kraftbedarf zum Antrieb des Kreisringes gegenüber einer Kreisscheibe wesentlich geringer, so dass die Antriebselemente kleiner gehalten sein können. Innerhalb des Kreisringes ,ist genügend Raum zum Unterbringen der übrigen Bauteile vorhanden. Dieses Zeitnormal gestattet also auch den Bau flacher Uhren. Durch die Anordnung des Kreisringes am Werkumfang lässt sich dieser so gross halten, dass gut übertragbare Frequenzen erreicht werden. Die Lagerabhängigkeit und der Widerstand gegen senkrecht zur Schwingungsebene wirkende Störfrequenzen können durch eine möglichst grosse Höhe des Kreisringes gegenüber seiner Breite weiter erhöht werden.
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 die Ansicht eines Schwingers mit zwei Spulen, Fig. 2 die Seitenansicht zur Fig. 1 im Schnitt, Fig. 3 eine mögliche Antriebsschaltung für diesen Schwinger, Fig. 4 eine mögliche Antriebsschaltung für einen Schwinger mit einer Spule, Fig. 5 die Ansicht des entsprechenden Schwingers, Fig. 6 die Seitenansicht zur Fig. 5 im Schnitt. Ein Kreisring 1, dessen Höhe grösser ist als die Differenz zwischen grossem und kleinem Radius, ist mit einem nach innen weisenden Lappen 2 versehen, mit dem er beispielsweise am gestrichelt gezeichneten Gestell 3 befestigt ist. Dis Befestigung ist vorzugsweise als lösbare Verbindung ausgeführt.
Gegenüber dem Lappen 2 :enthält der Kreisring 1 ein Auge 4, in dem ein Perma- nentmagnet 5,angeordnet ist. Neigen diesem liegen innier- halb des Kreisrilnges 1 zwei Spul--:n 6; 7, die jede einen Eisenkern 8; 9, enthalten. Die Eisenkerne 8; 9 sind mit Polen 10;
11 versehen, die an den Permanentmiagneben heranreichen, derart"dass :sie nur einen Abschnütt seines Querschnittes überdecken, wobei die Schwerpunkte der überdeckten Flächen und der Mittelpunkt ides, Kreisringes 1 auf einer Geraden liegen.
Die Spulen 6; 7 bzw. 13 sind Teile einer bekanniben und in Fig. 3 und 4 dar- gestellten Antriebsschaltung Im Basiskreis eines Transistors 18 liegt eine Parallelschaltung eines Widerstandes 16 :mit einem Kondensator 17. Diese Perallelschaltung
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hält die Emitter-Kollektor-Strecke dies Transistors 18 während des grössten Teils der Schwingung des Kreisringes 1 in nichtleibendem Zustand. Während der Schwingung des Kreisringes 1 wird in einer Steuerspule 15 eine Wechselspannung von der Frequenz der Eigenfrequenz des Kreisringes 1 induziert.
Diese Wechselspannung kann aber wegen der Gleichrichterwirkung der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 18 nur während einer Halbwelle einen Steuerstrom erzeugen. Der Kondensator 17 entlädt sich langsam über den Widerstand 16 und wird während einer Schwingung des Kreisringes 1 gerade einmal von der Steuerspule 15 nachgeladen. Für die Zeit der Nachladung des Kondensators 17 wird die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 18 leitend, so dass von einem elektrischen Element 19 in dieser Zeit über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 18 ein Strom über die Spulen 6; 7 bzw. 13 fliessen kann.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Werden die Spulen 6; 7 von einem Strom durchflossen, baut sich um diese ein magnetisches Kraftfeld auf, das durch die Eisenkerne 8; 9 und die Pole 10; 11 am Permanentmagneten 5 konzentriert wird. Die beiden Spulen 6; 7 sind so miteinander verbunden, dass sich an jeder Seite des Permanetmagneten 5 ein magnetischer Nordpol und ein magnetischer Südpol gegenüberliegen, und zwar derart, dass an der Nordpolseite des Permanetmagneten 5 aussen der Südpol und innen der Nordpol und an der Südpolseite des Permanentmagneten 5 aussen der Nordpol und innen der Südpol Hegen. Der Permanentmagnet 5 wird durch die aussenliegenden Magnetpole angezogen und durch die innenliegenden abgesto- ssen, so dass sich der Kreisring elastisch verformt.
Nach Unterbrechen des Stromflusses in den Spulen 6; 7 federt der Kreisring 1 in dem Bestreben, siene ursprüngliche Form anzunehmen, wieder zurück. Die Frequenz dieser Schwingung ist abhängig vom Durchmesser und von der Differenz zwischen äusserem und innerem Radius, also von der Ringbreite. Es gilt die Beziehung, d ass die Frequenz mit wachsendem Durchmesser und abnehmender Breite des Kreisringes 1 niedriger wird. Die Amplitude der Schwingungen ist abhängig von der Stärke des von den Spueln 6; 7 erzeugten Magnetfeldes. Die Schwingbewegung des Kreisringes 1 kann durch bekannte Übertragungselemente, die innerhalb seines Umfanges angeordnet sind, auf das ebenfalls in seinem Inneren angeordnete Zeigerwerk übertragen werden.
Es ist vorteilhaft, die Übertagungseinrichtung in der Nähe des Permanentmagneten 5 anzuordnen, da hier die Schwingweite am grössten ist.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist der Kreisring 1 mit einem Permanentmagneten 12 versehen, derart, dass dessen Längsachse in Richtung des Durchmessers des Kreisringes 1 liegt, wobei die Verlängerung der Magnetachse durch die Befestigungsstelle des Kreisringes 1 verläuft. Durch eine ortsfest angeordnete Spule 13, in die der Permanentmagnet 12 eintauchen kann, wird dieser angezogen, wenn die Spule 13 von einem Strom durchflossen wird. Dadurch wird der Kreisring 1 elastisch verformt. Wird der Stromfluss unterbrochen, nimmt der Kreisring 1 seine ursprüngliche Form ein und gerät auf diese Weise im Schwingung, die durch die Spule 13 und den Permanentmagneten 12 aufrechterhalten wird. Zur Verstärkung des Magnetfeldes ist die Spule 13 innerhalb eines Weicheisentopfes 14 angeordnet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die über- tragungseinrichtung vorteilhafterweise in der Nähe des Permanentmagneten 12 angeordnet.
Zur Verstärkung des Magnetfeldes an den Polenden ist es zweckmässig, die Permanentmagneten 5; 12 nach ihren Polflächen zu konisch zu gestalten.