Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Uhrwerk mit einer Unruh, die eine die Unruhwelle umschliessende Hülse aus magnetisierbarem Material und zwei an die Hülse anliegende Scheiben mit je einem magnetisierbaren Teil aufweist, mit einem Paar Permanentmagnete, von welchen je einer auf dem magnetisierbaren Teil jeder Scheibe angeordnet ist und die einen Luftspalt zwischen sich einschliessen, mit einer im Schwingungsbereich der beiden Permanentmagnete zwischen den Scheiben angeordneten Antriebsspule und mit einem astabilen, eine Zeitkonstante aufweisenden Multivibrator, dessen Ausgangsstromimpulse der Antriebsspule zur Erzeugung eines derart gerichteten Feldes zugeführt sind, dass den der Antriebsspule zugewandten Polen der Permanentmagnete gleichnamige Pole des Magnetfeldes gegenüberliegen,
und dessen Schwingungsdauer durch beim Überschwingen der Permanentmagnete über die Antriebsspule erzeugte Steuerimpulse gesteuert ist, wobei die der Antriebsspule zugeführten Ausgangsstromimpuise des Multivibrators die Permanentmagnete anstossen, sobald sie über die Spulenmitte hinausgeschwungen sind.
Aus der französischen Patentschrift Nr. 1 240208 ist ein derartiges elektronisches Uhrwerk bekannt, bei welchem jedoch zwei getrennte Antriebsspulen vorgesehen sind. Ferner ist aus der französischen Patentschrift Nr. 1 256 386 ein elektronisches Uhrwerk bekannt, das gemäss einem in der Patentschrift dargestellten Schaltbild nur eine einzige Antriebsspule aufweist, über deren Ausbildung und Anordnung nichts weiteres ausgesagt ist.
Demgegenüber weist das erfindungsgemässe elektronische Uhrwerk das Kennzeichen auf, dass die Antriebsspule eine zentrale Öffnung von der Querschnittsform eines mindestens angenähert gleichschenkligen Dreiecks hat, wobei die Antriehsspule derart angeordnet ist, dass eine Spitze der dreieckförmigen Öffnung in radialer Richtung zur Unruhwelle weist, dass ferner die Seitenlängen der dreieckförmigen Öffnung, die Breite der die Öffnung umgehenden Wicklung der Antriebsspule und die Breite der Permanentmagnete in Umfangsrichtung der Scheiben mindestens angenähert gleich gross sind und dass die freie Schwingungsperiode des astabilen Multivibrators gleich gross oder grösser als die halbe Schwingungsperiode der Unruh ist.
Durch die vorliegende Ausbildung und Anordnung der Antriebsspule wird den die Permanentmagnete tragenden Scheiben jeweils dann, wenn die Magnete die der Ruhelage der Unruh entsprechende Referenzlinie passieren, ein Drehimpuls in der einen oder anderen Drehrichtung vermittelt. Dadurch wird die Unruh in eindeutiger Weise in der erforderlichen Drehrichtung angetrieben, was bei dem bekannten elektronischen Uhrwerk mit einer einzigen Antriebsspule nicht der Fall ist. Das vorliegende elektronische Uhrwerk weist zudem den Vorteil auf, dass es selbstanlaufend ist und einen geringen Energiebedarf aufweist. Ferner ist sein Aufbau trotz höherer erzielter Ganggenauigkeit wegen der einzigen Antriebsspule einfach, so dass das Uhrwerk leicht und zu geringen Kosten herstellbar ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Uhrwerks zeigt, welches mit einem schematisch dargestellten selbsterregt schwingfähigen Multivibrator verbunden ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Uhrwerk nach Fig. 1.
Fig. 3a bis 3e zeigen Kurven zur Erläuterung der Arbeitsweise des Uhrwerks nach Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt Kurven zur Erläuterung der Entstehung und der Form der in der Spule erzeugten Steuerimpulse.
Fig. 5 zeigt das Schaltschema eines anderen Ausführungsbeispiels des Multivibrators, welcher die Anschwingdauer der Unruh herabzusetzen gestattet.
Fig. 6 zeigt das Schaltschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des Multivibrators, mittels welchem die Breite und Amplitude der Antniebsimpulse in der Spule im Anschwingzustand und beim Dauerzustand automatisch geregelt werden.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante des Multivibrators nach Fig. 6.
Fig. 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsvarianten des Multivibrators nach Fig. 6.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsvariante der Schaltung nach Fig. 9.
Fig. 11 zeigt eine Schaltung, bei welcher die Dioden der Schaltung nach Fig. 6 entfernt sind, und
Fig. 12 zeigt das Schaltschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des Multivibrators.
In den Fig. 1 und 2 ist die Unruh mit 1 und ihre Weile mit 2 bezeichnet. Die Unruhwelle 2 ist zwischen Platinen 3 und 4 gelagert, wie Fig. 1 zeigt. Mit 5a und 5b sind die Lagerstellen für die Unruhwelle 2 bezeichnet.
Mit 6 ist die Spirale bezeichnet, deren inneres Ende mit der Unruhwelle 2 und deren äusseres Ende mit einem auf der Platine 3 montierten Arm 7 verbunden ist. 8 ist ein auf der Unruhwelle 2 montiertes Antriebselement, das mit einem auf einer Achse sitzenden Fortschaltrad 10 zusammenarbeitet. Vom Rad 10 werden die Zeiger der Uhr über ein geeignetes Übersetzungsgetriebe angetrieben, von dem in den Fig. 1 und 2 nur das Rad 9 schematisch angedeutet ist. Das Fortschaltorgan 8 weist eine schraubenförmig geneigte Ebene 8a auf, die so bemessen ist, dass radiale Finger 10a des Rades 10 durch die geneigte Fläche 8a nacheinander nach oben bewegt werden, wenn die Unruh in Schwingung versetzt wird.
Auf der Unruhwelle 2 ist eine Hülse 11 aus magnetisierbarem Material angeordnet, die mit der Unruhwelle 2 mitschwingt. Mit beiden Enden der Hülse 11 sind Scheiben 13 und 14 verbunden, die je aus einem halbkreisförmigen Teil aus magnetisierbarem und nicht magnetisierbarem Material bestehen. An den gegen überliegenden Innenseiten der Scheiben 13 und 14 sind permanente Magnete 15 und 16 beispielsweise in Form rechteckiger Parallelepipede angeordnet, zwischen welchen ein Luftspalt 17 gebildet ist. Die Magnete 15 und 16 liegen symmetrisch zur Bezugslinie 0-0, welche die Ruhelage der Unruh in Fig. 2 bezeichnet. Die Länge und Breite der Magnete in Umfangsrichtung und Radialrichtung sind etwa gleich und sind in Fig. 2 mit K bezeichnet. Die Permanentmagnete 15 und 16 weisen in Axialrichtung gegenüberliegende Magnetpole N und S auf.
Auf der den Magneten 15 und 16 gegenüberliegen den Seite der Scheiben 13 und 14 sind Gegengewichte 19 und 20 angeordnet, deren Abstand 18 voneinander mindestens der Weite des Luftspalts 17 entspricht.
Zwischen den Permanentmagneten 15 und 16 ist ebenfalls symmetrisch zur Bezugslinie 0-0 eine Antriebsspule 21 angeordnet. Diese Antriebsspule 21 ist so gewickelt, dass in der Mitte eine Öffnung 22 entsteht, die etwa einem gleichschenkligen Dreieck entspricht, dessen Mittellinie mit der Bezugslinie 0-0 zusammenfällt und dessen Spitze nach der Unruhwelle 2 weist. Die Seitenlänge der Öffnung 22 und die Weite der Spulenseiten in Umfangsrichtung entsprechen ungefähr dem Wert K, das heisst der Weite der Magnete 15 und 16 in Umfangsrichtung. Im übrigen sind die beiden den Magneten 15 und 16 zugewandten Stirnseiten der Spule 21 eben. Mit 23 ist ein Träger für die Spule 21 bezeichnet.
Wenn sich die Unruh in ihrer Gleichgewichtslage oder 0-Lage befindet, stehen die Magnete 15 und 16 symmetrisch über der Öffnung 22 der Spule. Die Spule 21 ist mit den Ausgangsklemmen 25a und 25b eines seibsterregt schwingfähigen Multivibrators 24 verbunden.
Der Multivibrator 24 weist beispielsweise pnp Transistoren V1 und V2 desselben Leitungstyps auf, wie Fig. 1 zeigt. Die Emitter der Transistoren V1 und V2 sind mit der positiven Klemme einer Gleichstromquelle E verbunden. Der Kollektor des Transistors V1 ist über die Ausgangsklemme 25b, die Antriebsspule 21 und die andere Ausgangsklemme 25a mit der negativen Klemme der Gleichstromqueile E verbunden, während der Kollektor des Transistors V2 über einen Widerstand R3 mit der negativen Klemme der Spannungsquelle verbunden ist.
Die Basis des Transistors V1 ist über einen Widerstand R2 und ausserdem über die Serieschaltung eines Kondensators C2 und des Widerstandes R3 mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle E verbunden, während die Basis des Transistors V2 in gleicher Weise über einen Widerstand R1 und ausserdem über Serieschaltung eines Kondensators C1 und der Antriebsspule 21 mit der negativen Klemme der Gleichspannungs quelle E verbunden ist. Der Kondensator C1, der Widerstand Rt und der Kondensator C2 mit dem Widerstand R2 sind die Elemente, die im wesentlichen für die Zeitkonstanten T1 und T2 für den leitenden und für den nicht leitenden Zustand der Multivibratorschwingung massgebend sind.
In diesem Falle wird die durch den Kondensator C1 und den Widerstand R1 bestimmte Zeitkonstante T1 und die durch den Kondensator C2 und den Widerstand R2 bestimmte Zeitkonstante T2 so gewählt, dass T1 viel kleiner als T2 ist.
Die Schwingungsperiode Tf des Multivibrators 24 ist gleich der Summe der Zeitkonstanten T1 und T2 und die Schwingungsperiode Tf wird gleich oder etwas grösser gewählt als die halbe Schwingungsperiode Tn der mit normaler Amplitude schwingenden Unruh 1.
In Fig. 3A ist die Schwingung der Unruh 1 in Form der Linie 25 bezüglich der Bezugslinie 0-0 dargestellt.
Fig. 3B zeigt die mit 26 bezeichnete Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom des Multivibrators 24, der der Spule 21 zugeführt wird, wenn die Unruh nicht schwingt, das heisst, wenn sich die magnetischen, Felder der Spule 21 und der Permanentmagnete 15 und 16 nicht schneiden und somit keine Spannung induziert wird. In diesem Falle entspricht der Nullpunkt der Spannung dem Potential der negativen Klemme der Quelle 4. Unter diesen Umständen beginnt der Multivibrator 24 zu schwingen und der Ausgangsstrom fliesst durch die Spule 21, so dass impulsweise über und unter der Spule 21 Nord- und Südpole entstehen, wobei die Magnete bzw. die Unruh durch das Spuienfeld in der einen oder der anderen Richtung abgestossen und damit angetrieben werden, wenn sich die Unruh etwas aus ihrer Gleichgewichtslage bewegt.
Die Unruh wird sodann durch die Spirale 6 zurückgeführt, wobei die Magnete 15 und 16 über die Bezugslinie 0-0 auf die andere Seite der Spule 21 schwingen. Da in diesem Falle die Antriebsimpulse in der Spule 21 immer dann fliessen, wenn die Magnete 15 und 16 von der Bezugslinie 0-0 nach rechts oder links ausschwingen, so wird bei jedem Nulldurchgang der Unruh ein Antriebsimpuis erteilt, so dass die Magnete von der Bezugslinie 0-0 um die Winkel 0 und 0' ausgelenkt werden.
Im folgenden wird nun die Steuerung oder Synchronisierung des Multivibrators 24 bei voller Schwingung oder Isochronismus der Unruh 1 erläutert. Wenn die Unruh 1 mit normaler Amplitude schwingt, werden in der Spule 21 bei jedem Durchschwingen der Magnete 15 und 16 über derselben in Fig. 3C dargestellte Spannungsimpulse 24 induziert, deren Polarität im Augenblick des Durchgangs der Magnete 15 und 16 durch die Bezugslinie 0-0 umkehrt. Beim Anschwingen der Unruh werden diese Impulse 24 allmählich grösser, wie die Kurven a-c in Fig. 4 zeigen, und der Transistor V2 des Multivibrators 24 wird bei einem bestimmten Niveau L durch die über den Kondensator C1 an seine Basis gelangenden Impulse 27 getriggert. In dieser Weise wird der Multivibrator 24 durch die Unruh 1 gesteuert und synchronisiert.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht klar hervor, dass der Multivibrator 24 weiterschwingt und durch die in der Spule 21 induzierten Steuerimpulse 27 in Isochronismus mit der Unruh 1 fällt und anderseits die Unruh 1 antreibt. Durch die periodische Wiederholung dieser Vorgänge wird die Schwingung der Unruh aufrechterhalten und die Spule 21 wird von Antriebsimpulsen 28 durchflossen, die mit der Schwingungsperiode Tm der Unruh 1 synchronisiert sind, wie Fig. 3D darstellt.
Im folgenden ist ein Beispiel der numerischen Werte der wesentlichen Elemente gegeben:
K: 5 mm
Dicke der Magnete 15 und 16 : 2 mm T,: 500 m/sec V1 und V2: 2SB38P C1 :0,3,uF
C2: 30 F Ru: 100 KQ R2: 750 KQ
E: 1,5 V Spule 21: Impedanz 300 Q, 1200 Windungen,
Drahtdurchmesser 0,04 mm, Dicke der
Spule in Axialrichtung 2 mm.
Beim bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Zeitkonstante T1 bzw. die Dauer der die Spule 21 durchfliessenden Impulse 28 konstant. Es ist jedoch vorzuziehen, im Anschwingzustand etwas längere Impulse 28 zu erzeugen, um die Anschwingdauer der Unruh 1 herabzusetzen und das Anschwingen der Unruh sicherzustellen.
Fig. 5 zeigt eine Multivibratorschaltung zur Erzielung dieser Bedingung, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 1 und die hier nicht näher beschrieben werden. Wie die Figur zeigt, sind die Widerstände R1 und R2 über den normalerweise geschlossenen Kontakt S1 eines Druckknopfschalters SW mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle E verbunden, während einseitig je mit der Basis eines der Transisboren V1 und V2 verbundene Widerstände R'1 und R'2 bei Betätigung des Schalters SW über den normalerweise offenen Kontakt S2 desselben mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle E verbunden werden können. Der Widerstandswert des Widerstandes R1 wird kleiner gewählt als derjenige des Widerstandes R'1.
Wird bei dieser Anordnung der Kontakt S2 durch Niederdrücken der Kontaktbrücke So des Schalters SW geschlossen, so treten in der Spule 21 Stromimpulse 28' einer Dauer T1 auf, die grösser ist als die Dauer T1 der Impulse 28 nach Fig. 3B. Die Impulse 28' sind in Fig. 3E dargestellt. Die Anschwingdauer der Unruh 1 kann somit durch Betätigung des Schalters SW zur Überbrückung der Schalterstrecke S2 stark herabgesetzt werden. Anderseits kann der Energieverbrauch bei voller Schwingung der Unruh herabgesetzt werden, indem nach dem Anschwingen der Unruh der Schalter freigegeben wird und in seine Normalstellung zurückkehrt, für welche Antriebsimpulse der normalen Dauer T1 erteilt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht hierbei darin, dass die verhältnismässig kurzen Antriebsimpulse bei voller Schwingungsamplitude der Unruh 1 deren Isochronismus weniger stören als lange Impulse.
Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Verlängerung der Antriebsimpulse beim Anschwingen der Unruh willkürlich von Hand ausgelöst werden muss, ist es auch möglich, die Dauer und Amplitude der Antriebsimpulse im Amchwingzustand der Unruh automatisch grösser zu wählen als beim stationären Schwin gungszustand der Unruh. Fig. 6 zeigt eine für diesen Zweck geeignete Schaltung mit einer Diode D1, die irt Serie mit dem Widerstand R1 geschaltet ist, derart, dass die Anode der Diode Dt mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle E verbunden ist, während die Kathode über eine Diode D2 mit dem Kollektor des Transistors V1 verbunden ist.
Ist bei dieser Schaltung die Amplitude der Magnete
15 und 16 und somit die Amplitude der in der Spule 21 induzierten Steuerimpulse klein, so ist der Widerstand der Dioden D1, D2 gross, weil sie in Sperrichtung vorgespannt sind, und folglich ist auch die Zeitkonstante des Multivibrators 24 gross, da die Summe des Widerstandes R1 und des inneren Widerstandes der Dioden und der Kondensator C1 für die Zeitkonstante T1 massgebend sind. Folglich wird die Spule 21 verhältnismässig lange Antriebsimpulse gemäss Fig. 3E erhalten. Aus der Spannungsstromcharakteristik der Diode ergibt sich, dass der Innenwiderstand der Diode bei zunehmendem Strom abnimmt, das heisst bei zunehmender Amplitude der in der Spule 21 induzierten Impulse 27 sinkt der Inner widerstand der Dioden und damit die Zeitkonstante bzw.
die Impulslänge. Ausserdem nimmt die im Kondensator C2 gespeicherte Energie bei abnehmender Impuislänge ab, so dass gleichzeitig mit der Dauer auch die Amplitude der der Spule 21 zugeführten Antriebsimpulse abnimmt.
Der Spule 21 werden somit automatisch nur bei geringer Amplitude der Unruh, das heisst im Anschwingzustand derselben Impulse 28' höherer Dauer und Amplitude zugeführt, während die Unruh 1 nach Erreichen der vollen Amplitude durch Impulse 28 geringerer Dauer und Amplitude in Schwingung gehalten wird. Dadurch kann der Energieverbrauch gesenkt und die Gang genauigkeit gesteigert werden.
Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung entspricht derjenigen nach Fig. 6 mit der Ausnahme, dass der Wider- stand R2 weggelassen ist und seine Funktion durch den
Innenwiderstand des Transistors V1 übernommen wird.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsvariante der Schaltung nach Fig. 7, wobei jedoch die Diode D1 weggelassen ist.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsvariante der Schaltung nach Fig. 6, in welcher der Widerstand R2 statt direkt mit der negativen Klemme der Quelle E in Serie mit einer Diode Dg geschaltet ist, deren Kathode mit dem
Kollektor des Transistors V2 verbunden ist.
Fig. 10 zeigt eine Schaltung gemäss Fig. 9, aber ohne
Diode D1.
Fig. 11 zeigt eine Schaltung gemäss Fig. 6, aber ohne Diode D1.
Die Arbeitsweise der Schaltungen nach Fig. 5 bis 11 dürfte aus dier obenstehenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Fig. 1 verständlich sein.
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Multivibrators, der in diesem Falle Transistoren V1 und V'1 des gleichen Leitungstyps und einen Transistor V2 des anderen Leitungstyps aufweist. Die Basis des Transistors V1 ist mit dem Emitter des Transistors V'1 ver- bunden, und die Kollektoren beider Transistoren sind miteinander verbunden, während der Emitter des Transistors V1 mit der positiven Klemme der Gle'ichspan- nungsquelle E und der Emitter des Transistors V2 mit der Minuskiemme der Spannungsquelle E verbunden ist. Die Basis des Transistors V2 ist über einen Widerstand R4 mit der positiven Klemme der Quelle E verbunden.
Die Kollektoren der Transistoren V1 und V'1 sind mit der; Basis des Transistors V2 über die Serie schaltung eines Widerstandes R5 und eines Kondensators C3 verbunden, während der Kollektor des Transistors V2 über einen Koncnsator C4 mit der Basis des Transistors V'1 und über einen Widerstand Ro mit der positiven Klemme der Spannungsquelle E verbunden ist. Die Basis des Transistors V'1 ist über eine Diode D;3 und die Basis des Transistors V2 über einen Widerstand R4 mit der negativen Klemme der Spannungsquelle E verbunden.
Die Schaltung nach Fig. 12 weist beispielsweise die folgenden Elemente auf:
V1 und V'1 : 2SB38P
V2: 2SD66
Diode D3: SD102 Cd : 1 ,4F
C4 : 5,uF R4: 300 KQ
R5: 90 KQ R6:14,5 KQ
Spule : Impedanz 300 Q, 1200 Windungen,
Drahtdurchmesser 0,04 mm, Dicke 2 mm.