Elektronische Uhr mit einem zwei Trägerscheiben aufweisenden Drehschwinger
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Uhr mit einem zwei Trägerscheiben aufweisenden Drehschwinger, bei dessen Schwingungen die zur Aufrechterhaltung derselben erforderlichen Impulse durch die Relativbewegung zwischen einem Magnetsystem und einem Spulensystem erzeugt werden.
Eine derartige, jedoch mit Kontakten arbeitende Uhr ist in der französischen Patentschrift Nr. 1 135 382 beschrieben. Kontaktuhren sind jedoch bekanntlich stark spannungsabhängig, und ihre Ganggenauigkeit ist wegen der Kontaktschwierigkeiten für viele Zwecke nicht ausreichend. Man hat daher auch elektronische Uhren mit zwei Trägern und axial gerichteten Magnetsystemen gebaut. Eine solche elektronische Uhr ist beispielsweise durch das dritte Zusatzpatent Nr. 80 213 zum französischen Patent Nr. 1 090 564 bekanntgeworden; bei dieser Uhr steuern Stimmgabel über einen Transistor einen stetig in derselben Drehrichtung umlaufenden Motor mit zwei Trägern und drei magnetischen Kreisen mit benachbarten axialen Luftspalten.
Im Gegensatz dazu besitzt die Uhr nach der schweizerischen Patentschrift 452 445 einen, zwei parallele Scheiben umfassenden Drehschwinger, auf dessen Umfang ein astatisches System bildende, axial magnetisierte Magnete sich nur über einen wenigstens dem Schwingungsbogen des Drehschwingers entsprechenden Teil des Umfanges erstrecken und so angeordnet sind, dass sich in der Nullage des Drehschwingers die aus Antriebs- und Erregerspule bestehende Spulenkombination innerhalb des freien Sektors des astatischen Systems befindet.
Dadurch wird zwar der bei einer bekannten ähnlichen, mit in Umfangsrichtung magnetisierten Magneten arbeitenden Anordnung gemäss der USA-Patentschrift Nr. 2 986 683 auftretende Nachteil beseitigt, der darin besteht, dass die Flussänderung im astatischen Magnetsystem - wenn auch nur über einen verhältnismässig kleinen Teil des gesamten Schwingungsbogens nach einer Sinusfunktion verläuft; ausserdem wird der Tatsache Rechnung getragen, dass in elektronischen Uhren die Schaltzeit etwa fünf- bis zehnmal länger ist als in Kontaktuhren. Ringsegmentförmige, axial magne tisierte Magnete sind jedoch verhältnismässig kostspielig; zudem sind bei der bekannten Uhr durch die Ring segmentform der Magnete die Betriebsdaten ein für allemal festgelegt, so dass nachträgliche Anderungen praktisch nicht mehr möglich sind.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, in einer elektronischen Uhr ein ähnliches, die verlängerte Schaltzeit berücksichtigendes Magnetsystem anzuordnen, welches einerseits trotz nie drigerer Herstellungskosten zu einer Steigerung der Ganggenauigkeit führt, anderseits aber auch die Möglichkeit bietet, von Fall zu Fall zusätzliche Massnahmen zur Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften der elektronischen Bauelemente, insbesondere der Transistoren, zu ergreifen.
Diese Aufgabe wird in einer elektronischen Uhr der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Magnetsystem aus zwei, durch eine neutrale Zone voneinander getrennten magnetischen Kreisen besteht, die sich in der elektrischen Nullage in Umfangsrichtung des Drehschwingers beiderseits ausserhalb des konzentrisch zu einer in der Ebene der Winkelhalbierenden der neutralen Zone liegenden Achse angeordneten Spulensystems befinden und deren jeder mindestens einen Permanentmagneten und zwei in Umfangsrichtung des Drehschwingers benachbarte, von entgegengesetzt gerichteten Magnetflüssen durchsetzte axiale Luftspalte zur Aufnahme des Spulensystems umfasst, wobei die magnetischen Kreise und das Spulensystem solche Dimensionen und eine solche gegenseitige Lage aufweisen,
dass der Zentrierwinkel der neutralen Zone dem Winkel des Leerlaufs der Fortschaltung entspricht und die magnetischen Antriebsimpulse mit der Energieabnahme der Fortschaltung übereinstimmen.
Der durch die Erfindung erzielbare technische Fortschritte besteht darin, dass infolge der in jeder Schwingungsrichtung lediglich in der mechanischen Nullage des Drehschwingers wirksamen schmalen Antriebsim pulse und infolge der ausserhalb der mechanischen Nulllage durch Gegenwirkung aufgehobenen Impulse die Isochronismusbedingungen in hervorragender Weise erfüllt sind.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand ,der Zeichnungen erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1 die Vorderansicht des Drehschwingers einer elektronischen Uhr gemäss der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt nach dere Linie Il-II in Fig. 1,
Fig. 3 bis 6 einige Phasen des Überschwingens des Spulensystems durch einen magnetischen Kreis in der einen Schwingungsrichtung,
Fig. 7 ein Beispiel einer elektronischen Schaltungsanordnung mit Mitteln zur Spannungs- und Temperaturstabilisation sowie für den Selbstanlauf und
Fig. 8 bis 10 verschiedene Anordnungen und Ausbildungen von Permanentmagneten.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Drehschwinger 1 weist zwei im axialen Abstand voneinander an der Drehschwingerwelle 2 drehsteif befestigte Trägerscheiben 3, 4 auf. Der Ausdruck Trägerscheibe im Sinne der vorliegenden Erfindung und im Zusammen- hang mit der Beschreibung und den Ansprüchen soll nicht in einschränkendem Sinne ausgelegt werden, sonden auch Scheiben und Scheibenteile (Sektoren, Flügel, Arme usw.) beliebiger Gestalt umfassen, die nicht nur als Träger von Permanentmagneten bestimmt sein können, sondern auch als Mittel zur Erzielung eines magnetischen Rückschlusses; im ersteren Falle können sie aus ferromagnetischen Werkstoffen (z. B. Eisenblech) oder aus sonstigen geeigneten Werkstoffen (z. B.
Messing oder Kunststoff) bestehen, während sie im zweitgenannten Falle aus ferromagnetischen Werkstoffen bestehen müssen. An den Innenseiten der Trägerscheiben 3, 4 sind axial magnetisierte Permanentmagnete 5-12 befestigt, die sich paarweise einander gegenüberstehen. Die beiden Magnetpaare 5, 6 und 7, 8 bilden einen magnetischen Kreis mit zwei axialen Luftspalten; in gleicher Weise bilden die beiden Magnetpaare 9, 10 und 11, 12 einen zweiten magnetischen Kreis mit zwei axialen Luftspalten. Die beiden magnetischen Kreise sind durch punktierte magnetische Kraftlinien angedeutet und mit ml und m2 bezeichnet.
In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten mechanischen Nulllage befindet sich - bezogen auf die Umfangsrichtung des Drehschwingers 1 - das Spulensystem 13 zwischen den beiden magnetischen Kreisen ml, m2, und zwar in der axialen Hohle der Luftspalte der letzteren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Spulensystem aus einer einzigen Spule für die Erregung und den Antrieb; in einem solchen Falle kann für den elektronischen Antrieb eine Schaltungsanordnung beispielsweise gemäss dem Schweizer Patent Nr. 491 426 verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf eine bestimmte Schaltungsanordnung beschränkt, so dass das Spulensystem 13 ebenso eine Spulenkombination für Erregung und Antrieb umfassen könnte.
Das Spulensystem 13 und die magnetischen Kreise mt, m2 weisen solche Dimensionen und eine solche gegenseitige Lage auf, dass in jeder Schwingungsrichtung nur durch das Zusammenwirken des jeweils nacheilenden magnetischen Kreises mit dem Spulensystem lediglich in der mechanischen Nullage des Drehschwingers ein schmaler, d. h. kurzer, Antriebsimpuls wirksam wird, während sich ausserhalb der mechanischen Nullage des Drehschwingers alle Impulse durch Gegenwirkung aufheben.
Im folgenden soll dies unter Betrachtung einer Halbschwingung im Sinne des Pfeiles x (Fig. 2) näher erläutert werden, und zwar im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 6. Wenn der Drehschwinger sich seiner mechanischen Nullage nähert, schwingen beide Magnete 6, 7 des magnetischen Kreises ml in den Bereich der ersten Spulenhälfte ein (Fig. 3); hier heben sich jedoch die durch die Magnete 6 und 7 in der Spule induzierten Impulse auf, weil die genannten Magnete gegensinnig polarisiert sind.
Sobald sich jedoch einer der beiden Magnete in der Spulenachse und der andere Magnet im Bereich einer Spulenhälfte befindet (Fig. 4 und 5) - was dann der Fall ist, wenn das Magnetsystem m1 die mechanische Nullage des Drehschwingers passiert -, wird der von einem Magnet in der Spule induzierte Impuls durch den vom anderen Magnet induzierten Impuls verstärkt, weil jetzt nicht nur die Polarisierungsrichtungen der Magnete, sondern auch die Stromrichtungen in den Windungen der zugeordneten Spulenhälften umgekehrt sind. Sobald sich nach dem Passieren der mechanischen Nullage des Drehschwingers durch den magnetischen Kreis ml beide Magnete 6, 7 im Bereich der linken Spulenhälfte befinden (Fig. 6), heben sich die induzierten Impulse wegen der gegensinnigen Pola risierungsrichtung wieder auf.
In der zweiten Halbschwingung kann der magnetische Kreis m1 keinen Antriebsimpuls erzeugen, weil lediglich die Bewegungsrichtung umgekehrt ist; erst wenn der zweite magnetische Kreis m2 das Spulensystem 13 überschwingt, tritt analog zum oben geschilderten Vorgang wieder ein in der Schwingungsrichtung wirkender Antriebsimpuls in der mechanischen Nullage des Drehschwingers auf.
Die Breite der Antriebsimpulse (deren jeder aus zwei überlagerten Einzelimpulsen besteht) entspricht dem durch die Achsen der Magnete 6, 7 bzw. 10, 11 bestimmten Zentriwinkel a; durch möglichst nahes Zusammenrücken der Magnetpaare 5, 6 und 7, 8 bzw.
9, 10 und 11, 12 (Fig. 1) in Umfangsrichtung des Drehschwingers 1 können die Antriebsimpulse sehr schmal gehalten werden.
Um auch andere, den Isochronismus störende Einflüsse weitestgehend auszuschalten, können zusätzliche Massnahmen getroffen werden, die aus der in Fig. 7 beispielsweise gezeigten Schaltungsanordnung ersichtlich sind. Bei dieser Schaltungsanordnung, die in der erfindungsgemässen Uhr ebenfalls verwendet werden kann, sind zwecks Spannungs- und Temperaturstabilisierung die im Basis-Emitterkreis des npn-Transistors 14 liegende Erregerspule 15 und die in Reihe damit geschaltete, zwischen dem Emitter und dem Minuspol der Spannungsquelle liegende Antriebsspule 16 durch eine Serienschaltung von Dioden 17 überbrückt; um die durch die Dioden 17 nur angenähert erzielte Temperaturkompensation vollkommen zu machen, kann man statt der Dioden-Serienschaltung 17 einen Transistor vorsehen. Der Widerstand 18 und der Kondensator 19 in der gezeigten Schaltungsanordnung bewirken den Selbstanlauf der Uhr.
Es versteht sich von selbst, dass bei Ausstattung der erfindungsgemässen Uhr mit der soeben beschriebenen oder einer beliebigen anderen Schaltungsanordnung diese auch integrierte Schaltelemente enthalten kann.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern verschiedener, im Rahmen des eigentlichen Erfindungsgedankens liegender Abwandlungen fähig.
Insbesondere kann jeder magnetische Kreis nur einen einzigen Permanentmagneten umfassen, der eine längliche, sich wenigstens annähernd in Umfangsrichtung des Drehschwingers 1 erstreckende Gestalt aufweist und auf der Innenseite der oberen Trägerscheibe 3 (Fig. 8a) oder unteren Trägerscheibe 4 (Fig. 8b) befestigt ist, z. B. durch Ankleben; in diesem Falle muss zur Herbeiführung des magnetischen Rückschlusses die andere Trägerscheibe aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen. Der Permanentmagnet kann gerade (Fig. 10a) oder gebogen (Fig. 10c) sein, wobei er in beiden Fällen - z. B. bei grösseren Uhren - als Formmagnet (Fig. 10b und 10d) ausgebildet sein kann.
Eine analoge Abwandlung mit zwei derartigen Permanentmagneten zeigt die Fig. 9a.
Jeder magnetische Kreis kann aber auch zwei Permanentmagnete umfassen, die parallel zur Achse der Drehschwingerwelle, jedoch gegensinnig polarisiert und auf der Innenseite der oberen Trägerscheibe 3 (Fig. 9b) oder der unteren Trägerscheibe 4 (Fig. 9c) beispielsweise durch Ankleben befestigt sind; auch hier muss die andere Trägerscheibe wegen des erforderlichen magnetischen Rückschlusses wieder aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen.