Die Erfindung betrifft ein elektronisches Uhrwerk mit einem mechanischen Schwinger. der mit permanentmagnetischen Mitteln versehen ist, und das wenigstens einen Transistor. eine Steuerspule und eine Arbeitsspule aufweist, wobei die Spulen elektromagnetisch mit den permanentmagnetischen Mitteln des Schwingers zusammenarbeiten.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Ausbildung einer Einstelleinrichtung für eine genaue Einstellung der Amplitude des mechanischen Schwingers wie er in dieser Art elektrischer Uhren allgemein verwendet wird und in den meisten Fällen aus einer Unruh, einer Stimmgabel oder einem sonstigen Schwingungsteil besteht.
Bei derartigen elektronischen Uhrwerken wird der mechanische Schwinger in seiner elektromagnetisch angetriebenen Schwingungsbewegung mittels wenigstens eines Halbleiter Schaltkreiselementes gesteuert. Diese Schaltelemente und andere Teile des Kreises können jedoch unvermeidbare Abweichungen der charakteristischen Werte und Konstanten aufweisen, wenn diese Teile im industriellen Massstab hergestellt werden. Diese Abweichungen bedingen naturgemäss eine entsprechende Abweichung der Schwingungsamplitude des mechanischen Schwingers von seinem vorgegebenen Wert, selbst wenn alle Teile des Kreises mit Sorgfalt und Genauigkeit hergestellt werden. Diese Abweichung ergibt sich weiterhin durch unvermeidbare Abweichungen in der Bearbeitung der Magnete. der Spulen und der sonstigen Teile, welche zusammen den elektromechanischen Übertragungsmechanismus bilden.
Weiterhin spielen hierbei noch Abweichungen in der Belastung eine Rolle, insbesondere durch das übliche Uhrräderwerk. welches für den Umwandlungsmechanismus die Belastung darstellt.
Zur Erzielung einer vorherbestimmten Schwingungsperiode eines mechanischen Schwingers wurde bisher in der Weise verfahren. dass verschiedene Teile der Steuerkreise mit den Steuer- und Antriebsspulen durch andere ersetzt wurden, wobei oft Einstellungen vorgenommen werden mussten, die eine genaue Veränderung der mechanischen Belastungsbedingungen für den Schwinger zum Zwecke hatten.
Zur Erfüllung der vorstehend erwähnten Forderungen ist es eine übliche Massnahme. einen veränderbaren Widerstand in den elektronischen Steuerkreis zu schalten. Hierbei wurde versucht, diese Art von Widerständen in Miniaturausführung herzustellen. um sie in kleinen elektronischen Uhrwerken verwenden zu können.
Es ist ferner versucht worden, derartige veränderbare Widerstände mit nur wenigen elektrischen Kontakten anzuwenden. was jedoch zu einer fehlerhaften Arbeitsweise des elektronischen Uhrwerks führte.
Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung derartiger ver ändeilider Widerstände besteht in deren unzureichender Widerstandsfälligkeit genen äussere Erschiitterungen, denen die Uhr oft im praktischen Gebrauch ausgesetzt ist. Diese un zurcichende Widerstandsfähigkeit gegen Stösse erfordert dann eine wiederholte Neueinstellung des Widerstandswertes.
Eine andere übliche Verfahrensweise zur gelegentlichen Durchführung notwendiger Einstellungen der Amplitude eines mechanischen Schwingers eines elektronischen Uhrwer kes besteht in der Herabsetzung der Amplitude von einem bestimmten höheren Wert auf einen optimalen Wert durch Vertinderung eines einstellbaren Widerstandskreises mit einer Mehrzahl von Widerständen. die in Reihe mit der Antriebsspule des Bewegungswandlers geschaltet werden, um hierdurch den Gesamtwiderstandswert des Kreises auf einen bestimmten höheren Wert zu bringen.
Ein einstellbarer Widerstand muss jedoch. wenn alle Teile des Kreises, in welchen er eingeschaltet ist und wenn alle anderen Teile dieses Kreises den theoretischen Wert aufweisen, einen gewissen Mittelwert haben, wenn es möglich sein soll, eine Streuung der tatsächlichen Werte auch im Sinne der Verkleinerung des einstellbaren Widerstandes ausgleichen zu können. Dies hat jedoch einen Verlust an Energie zufolge, deren Mittelwert dem Mittelwert des Widerstandes entspricht.
Zweck der Erfindung ist die Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile bisher bekannter Verfahrensweisen und die Schaffung eines verbesserten elektronischen Steuerkreises, welcher die vorstehend erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Ein solches elektronisches Uhrwerk mit einem mechanischen Schwinger, der mit permanentmagnetischen Mitteln versehen ist, und das wenigstens einen Transistor, eine Steuerspule und eine Antriebsspule aufweist, wobei die Spulen elektromagnetisch mit den permanentmagnetischen Mitteln des Schwingers zusammenarbeiten, ist dadurch gekennzeichnet, dass es mit wenigstens einem zur Regelung der Amplitude des Schwingers dienenden einstellbaren Block von Widerständen versehen ist, der zwischen dem Eintrittsteil wenigstens eines Transistors, welcher die Steuerspule und die Basis-Emitter Strecke des Transistors aufweist, und dem Austrittsteil wenigstens eines Transistors, welcher die Antriebsspule und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors aufweist, eingeschaltet ist, wobei der einstellbare Block von Widerständen eine Unterlage aus einem Isolierstoff.
wenigstens eine Reihe von dieser Unterlage getragenen schichtartigen Widerstandselementen und wenigstens eine Reihe von schichtartigen, zu der Reihe von Widerstandselementen parallelen und von derselben Unterlage getragenen Leiterelementen aufweist, wobei jedes Widerstandselement durch seitlich angeordnete und von derselben Unterlage getragene schichtartige Leiterelemente mit der entsprechenden Reihe von Leiterelementen elektrisch verbunden ist, wobei die Leiterelemente so angeordnet sind, dass, wenn sie nacheinander in der einen Unterbrechungsweise unterbrochen werden, der effektive Widerstand des Blockes von Widerständen stufenweise in solcher Art erhöht wird, dass dadurch der Widerstand des Eintrittskreises erhöht wird, wodurch der induzierte elektrische Strom in der Steuerspule herabgesetzt und die Amplitude des Schwingers vergrössert wird, wogegen,
wenn die Leiterelemente in einer zweiten Unterbrechungsweise unterbrochen werden, der effektive Widerstand des Blocks von Widerständen stufenweise ebenfalls erhöht wird, jedoch so, dass der Widerstand des Austrittskreises erhöht wird. wodurch der elektrische Antriebsstrom in der Arbeitsspule herabgesetzt und die Amplitude des Schwingers verkleinert wird.
Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei einem Kreis, in welchem alle theoretischen Werte eingehalten werden, der veränderbare Widerstand nicht einen gewissen Mittelwert aufweist. sondern dass dieser Mittelwert gleich Null ist. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass der regelbare Widerstand sowohl in dem Kreis der Steuer- wie auch der Antriebsspule eingeschaltet werden kann. wodurch die Amplitude des Schwingers in einem Falle herabgesetzt, im andern Falle jedoch vergrössert wird. Da aber der Widerstand nicht von einem gewissen Mittelwert. sondern von Null auf geändert wird, ist er, ausser in seltenen Ausnahmefällen, immer kleiner als bei den bekannten Uhrwerken.
Ausserdem wird eine Veränderung des Widerstandes ausschliesslich durch Unterbrechung einer Leitung herbeigeführt, so dass die Einstellung in einfachster Weise und so ausgeführt wird, dass sie bei dem Gebrauch der Uhr durch äussere Umstände nicht beeintlusst werden kann.
In den beigefügten Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Uhrwerkes dargestellt, wobei zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht auf das batteriegetriebene Uhrwerk einer elektronischen Uhr mit dem erfindungsgemässen Block von Widerständen,
Fig. 2 eine Rückansicht des in Fig. 1 dargestellten Blocks von Widerständen,
Fig. 3 ein Schaltschema eines Steuerkreises entsprechend der Fig. 1,
Fig. 4 den Block von Widerständen nach Fig. 1 in grösserem Massstab,
Fig. 5 eine Abwandlung des in Fig. 3 dargestellten Schaltschemas,
Fig. 6 ein abgewandeltes Schaltschema gegenüber der Fig. 3, wobei zwei anstelle von einem Transistor vorgesehen sind, die zu einem Multivibrator verbunden sind,
Fig. 7 Schaltschema einer weiteren modifizierten Ausführung gegenüber der Fig. 7, wobei zwei Blöcke von Widerständen verwendet werden,
Fig.
8 eine Draufsicht auf den Block von Widerständen gemäss Fig. 7,
Fig. 9 eine Ansicht der Rückseite des in Fig. 8 dargestellten Blocks von Widerständen,
Fig. 10 eine Seitenansicht des in Fig. 8 und 9 dargestellten Bauteiles.
Die Fig. 1 und 2 zeigen hierbei eine erste Ausführungsmöglichkeit der Erfindung bei einem batterieangetriebenen elektronischen Uhrwerk 1, wobei die scheibenförmige Batterie 2 in einer entsprechenden Ausnehmung 3 in der Werkplatte 4 der Uhr untergebracht ist. Diese Batterie 2 wird gehalten in ihrer Lage mittels eines Streifens 5, welcher fest, jedoch abnehmbar auf der Werkplatte 4 mittels zweier Befestigungsschrauben 6 und 7 gehalten wird.
Eine Platte 8 aus Kunststoff, Keramik oder einem anderen Isolierstoff sitzt fest in einer entsprechend geformten Ausnehmung 9 in der Werkplatte 4 und wird hier mittels zweier Schrauben 10 und 11 gehalten die in die Platte 8 eingeschraubt sind. Auf der Rückseite dieser Platte ist ein Transistor 12 vorgesehen, dessen Zuleitungen an den Stellen 13, 14 und 15 befestigt sind. In gleicher Weise sitzt auf der Rückseite der Platte 8 ein Kondensator 16, welcher mittels seiner Zuleitungen an den Stellen 15 und 17 gehalten wird.
Ein an einer Platte 18 aus Isolierstoff befestigter Spulenhalter 19 trägt eine kombinierte Spulenanordnung aus einer Steuerspule 20 und einer Antriebsspule 21 üblicher Art, wie es schematisch in Fig. 3 angedeutet, in Fig. 1 jedoch nicht ausdrücklich dargestellt ist. Diese beiden Spulen sind so ausgelegt und angeordnet, dass sie elektromagnetisch zusammenarbeiten mit einem Steuer- und einem Antriebspermanentmagneten 22 und 23, die fest an einer Unruh 24 sitzen.
Das Uhrwerk ist selbstverständlich mit einem üblichen Räderwerk ausgestattet, welches jedoch nicht dargestellt ist und von welchem lediglich einige Zahnradlager 25 bis 28 angedeutet sind, die fest in einer Werkplatte 29 befestigt sind.
Diese Werkplatte 29 ist an der Werkplatte 4 mittels einer Mehrzahl von Schrauben 30 befestigt. Die Platte 18 sitzt fest an der Werkplatte 4 mittels einer Halteschraube 31. Das Räderwerk des Uhrwerks ist in üblicher Weise antreibbar von der Unruh 24, wie es bei derartigen elektronischen Uhrwerken bekannt ist.
Nach dem Schaltschema gemäss Fig. 3 ist die Steuerspule 20 elektrisch an einem Ende über den Anschluss 32, den Kondensator 16 und die Abzweigung 33 an die Basiselektrode des Transistors 12 angeschlossen. Die andere Seite dieser Steuerspulen 20 ist elektrisch über den Anschluss 34 mit einem Ende 35 des Blocks von Widerstandselementen 36 verbunden, dessen anderes Ende 37 durch den Anschluss 38 und den Unterbrecher 39 mit der Batterie 2 und weiter durch die Antriebsspule 40 um den Anschluss 41 mit dem Kollektor des Transistors 12 und mit einem Ende des Vorspannungswiderstandes 42 verbunden ist, dessen anderes Ende durch die Abzweigung 33 an die Basis des Transistors 12 und über die Stelle 17 an den Kondensator 16 angeschlossen ist. Ausserdem ist die Reihe der Leiterelemente des Blocks von Widerständen 36 über die Stelle 14 mit dem Emitter des Transistors 12 verbunden.
Die elektrischen Verbindungen sind in den Fig. 1 und 2 nicht alle eingezeichnet und bestehen teilweise aus Schrauben, der Werkplatte 4, den Streifen 5 usw.
Die beiden Widerstände 36 und 42 werden gebildet durch Aufdrucken oder Aufdampfen einer üblichen Masse mit elektrischen Widerstandseigenschaften auf die Platte 8, wobei diese Masse beispielsweise Palladium, Silber und ein Metalloxyd enthält und bei 700 bis 800" C eingebrannt wird.
Andere Leiter sowie leitende Teile in dem Block von Widerständen 36 werden in üblicher Weise in Form gedruckter Schaltungen auf der Isolierplatte 8 ausgeführt mittels einer bekannten, elektrisch leitenden Masse mit Silber, Gold, Platin od. dgl., welche dann ebenfalls bei einer Temperatur zwischen 700 und 800 C eingebrannt wird.
Bei beiden Operationen kann die Einbrenntemperatur verändert werden in Abhängigkeit von der Art und Zusammensetzung des Materials der Isolierplatten.
Zur Veränderung des Widerstandswertes des Vorspannungswiderstandes 42 können eine oder mehrere seitliche Einschnitte mechanisch ausgeführt werden, wobei jedoch keine Unterbrechung der Stromleitung eintritt.
Der Block von Widerständen 36 (Fig. 1) enthält allgemein einen elektrisch leitenden Teil 43 und einen Widerstandsteil 44. Der Widerstandsteil 44 besteht aus einer Reihe von hintereinander angeordneten Widerstandselementen rl bis r5 (Fig. 4). Der elektrisch leitende Teil 43 besteht aus einer Reihe von axialen Leiterelementen al bis a5, welche durchgehend ausgebildet sind, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, und welche mechanisch, beispielsweise unter Verwendung eines Diamantwerkzeugs, unterbrochen werden können. Jeder dieser axialen Leiterelementen al bis a5 ist mit einem bzw. zwei Querleitern bl bis b6 versehen, welche so ausgebildet sind, dass sie den Widerstandsstreifen 44 kreuzen und ebenfalls mechanisch unterbrochen werden können.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Widerstandselemente r2 bis r5 wirkungslos durch die elektrisch leitende Verbindung der Leiterelemente al bis a5, die in Längsrichtung untereinander verbunden sind und somit einen Nebenschluss für die Widerstands elemente r2 bis r5 bilden.
Durch die Unterbrechung u des ersten seitlichen Leiterelementes b1 wird das erste Widerstandselement 1 zwischen die mit ihm leitend (37, 38, 39, 2) verbundene Antriebsspule 40 und dem Emitter (14) des Transistors 12, der durch die Leiterelemente aj bis aS und b6 mit der Steuerspule 20 verbunden ist, eingeschaltet. Es wird also in den Antriebskreis eingeschaltet.
Wenn demgegenüber das letzte seitliche Leiterelement b6 unterbrochen wird, wird das letzte Widerstandselement r5 zwischen die Steuerspule 20 und den übrigen, durch die Leiterelemente al bis a4 kurzgeschlossenen Teil des Blocks von Widerständen 36 eingeschaltet, der einerseits mit dem Emitter des Transistors und anderseits mit der Antriebsspule 40 verbunden ist. Es wird also in den Steuerkreis eingeschaltet. Selbstverständlich ist die Anzahl der Widerstandselemente rl bis r5 lediglich beispielsweise angegeb'en und kann erhöht oder vermindert werden.
Wird bei einer Amplitudeneinstellung die Anzahl der Unterbrechungen u erhöht, vergrössert sich entsprechend der effektive Widerstand des Blocks der Widerstände 36, wobei gleichzeitig, wenn der Widerstand z. B. in den Kreis der Antriebsspule 40 eingeschaltet wurde, eine Herabsetzung der Schwingungsamplitude der Unruh 32 erfolgt.
Wie durch praktische Versuche festgestellt wurde, besteht eine allgemeine Beziehung zwischen dem eingeschalteten Widerstand und der Veränderung der Schwingungsamplitude des mechanischen Schwingers, so dass z. B. durch Aufteilung des Widerstandsstreifens in gleich grosse Widerstandselemente die Amplitude des Schwingers schrittweise jedesmal um einen bestimmten, konstanten Wert verändert werden kann.
So entspricht bei einem elektronischen Uhrwerk ein Widerstand von 500 Ohm einer Veränderung des Amplitudenwinkels um 20 .
Durch Einschaltung weiterer Widerstandselemente des Widerstandsstreifens 44 kann der Amplitudenwinkel der Unruh um je 20 verändert werden: wenn ein Widerstandselement eingeschaltet wird um 20 , wenn zwei Widerstandselemente eingeschaltet werden um 40 usw.
Dabei wird immer durch die Eingliederung eines Widerstandes in den Steuerkreis, was durch nacheinander erfolgende Unterbrechungen der seitlichen Leiterelemente in Richtung A (Fig. 3) erfolgen kann, der Amplitudenwinkel der Unruh vergrössert, wogegen durch seine Eingliederung in den Antriebskreis, was durch nacheinander erfolgende Unterbrechungen der seitlichen Leiterelemente in Richtung B erfolgen kann, verkleinert. Die einzelnen Leiterelemente können aber auch in einer anderen Weise unterbrochen werden.
Wenn der eingeschaltete Gesamtwiderstandswert wieder herabgesetzt werden soll, können die Unterbrechungen durch Verlöten nach Aufbringung einer entsprechenden leitenden Masse wieder elektrisch geschlossen werden.
Auf diese Weise kann hierbei die Anzahl der eingesetzten Widerstandselemente erhöht oder vermindert werden, wie es den jeweiligen Erfordernissen entspricht.
Die Anordnung in Fig. 5 ist im wesentlichen gleich derjenigen in Fig. 3. Hierbei sind lediglich der Widerstand 42 und die Batterie 2 in anderer Weise als bei der Anordnung nach Fig. 3 geschaltet, jedoch ist die Wirkungsweise im wesentlichen die gleiche. Eine schrittweise Unterbrechung in Richtung des Pfeiles A' ergibt die gleichen Wirkungen wie die Unterbrechung in Richtung des Pfeiles A. Auch die umgekehrte Arbeitsweise in Richtung des Pfeiles B' ergibt dieselben Wirkungen, wie es in Zusammenhang mit der Arbeitsweise B beschrieben wurde.
Bei der Steuerkreisausbildung nach Fig. 6 sind zwei Transistoren 12a und 12b, zwei Vorspannungswiderstände 42a und 42b und zwei Kondensatoren 16a und 16b vorgesehen anstelle der einfachen Elemente 12, 16 und 42. Die Batterie ist mit 2a bezeichnet. Diese Steuerkreiselemente sind in der Weise angeordnet, dass sie einen an sich bekannten Multivibrator bilden. Die Spulen 20a und 20b sind ähnlich angeordnet und geschaltet wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese beiden Spulen wirken bei dieser Ausführungsform abwechselnd als Steuerspule und als Antriebsspule.
Die Kondensatoren 16a, 16b und die Widerstände 42a, 42b wirken hier als Zeitkonstante, wie es auf diesem Gebiet an sich bekannt ist.
Ein Block von Widerständen 36a, welcher mit strichpunktierter Linie umrissen ist, stellt den Amplitudenwiderstand dar, welcher dem Bauteil 36 nach Fig. 3 entspricht.
Wenn die Spule 20a als Antriebsspule arbeitet, wird die Schwingungsamplitude bei einer Erhöhung des Widerstandswertes des in den Antriebskreis 20a-12a eingeschalteten Widerstandes 36a herabgesetzt und umgekehrt.
Wenn dagegen die Spule 20a als Steuerspule arbeitet, wird die Schwingungsamplitude bei einer Erhöhung des Wider- standswertes des in den Steuerkreis 20a-12b eingeschalteten Widerstandes 36a erhöht und umgekehrt.
Bei der Anordnung nach Fig. 7 sind die Kreisbestandteile im wesentlichen die gleichen wie jene nach Fig. 6, so dass die entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei dieser Anordnung sind jedoch die Widerstände 42a' und 42b', welche den Widerständen 42a und 42b nach Fig. 6 entsprechen, parallel zu den Kondensatoren 16a und 16b geschaltet, um die entsprechenden Verbindungen zu vereinfachen. Die Wirkungsweise ist jedoch dieselbe wie vorher.
Die Spulen 20a' und 20b', welche den Spulen 20a und 20b der vorhergehenden Ausführungsform entsprechen, sind in etwas anderer Weise als vorher geschaltet, jedoch hat sich hierdurch ihre Wirkungsweise nicht verändert.
Die Transistoren 12a und 12b sind auf der Platte 8a (Fig. 8 bis 10) angeordnet, ebenso wie die beiden gleichen Blöcke von Widerständen 36a und 36b und alle anderen wesentlichen Bauteile, was schematisch durch eine gestrichelte Umrisslinie 36a und 36b in der Fig. 7 angedeutet und in den Fig. 8 bis 10 dargestellt ist.
Die gegenseitige Zusammenarbeit zwischen den Einstellwiderständen 36a und 36b und den Spulen 20a' und 20b' ist genau die gleiche wie vorher.
Die Amplitudeneinstellwirkung ist jedoch in diesem Fall verdoppelt im Vergleich mit derjenigen, wie sie mit einer Ausführung gemäss Fig. 6 erzielbar ist.
Nachfolgend sind zwei numerische Beispiele angeführt unter Bezugnahme auf die Anordnung nach Fig. 6.
Unter der Voraussetzung, dass r1 = r2 = q = r4 = 1 Kilo Ohm und das elektronische Uhrwerk, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, in üblicher Weise angetrieben wird, ergeben sich folgende Werte: Unterbrechungsstellen bl bl, b2 bl, b2, b3 bl-b4
Kilo-Ohm Gesamtwiderstand 1 2 3 4 erzielte Amplitudenerhöhung 5" 9" 14" 19 Unterbrechungsstellen a1 al, a2 alle3 a1-a4 Gesamtwiderstand 1 2 3 4 Amplitudenverminderung 11" 21 32 43 Bei einem weiteren Versuch wurden die Widerstandselemente in folgender Weise bemessen:
r1 = 1 Kilo-Ohm r2 = 2 Kilo-Ohm r3 = 3 Kilo-Ohm r4 = 4 Kilo-Ohm Unterbrechungsstellen b1 b1, b2 b-b3 b1-b4 Gesamtwiderstand 1 3 6 10 Amplitudenerhöhung 5" 14" 29 52 Unterbrechungsstellen a1 a2 a3 a4
Kilo-Ohm Gesamtwiderstand 1 2 3 4 Amplitudenverminderung 11" 21 32 43
Bei der Anordnung nach den Fig. 7 bis 10 wurden die Widerstandselemente wie folgt dimensioniert: r1:r2:r3:r4 = 3:3:2:1.
Die Anordnung des Schalters 39a dient hierbei lediglich zur Unterbrechung des Stromkreises im Falle einer Nichtverwendung der Uhr, wodurch übermässiger und zweckloser Energieverbrauch verhindert wird.