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.
The present invention relates to an electronic clockwork with a balance wheel which has a sleeve made of magnetizable material surrounding the balance shaft and two discs, each with a magnetizable part, resting against the sleeve, with a pair of permanent magnets, one of which is arranged on the magnetizable part of each disc and which enclose an air gap between them, with a drive coil arranged in the oscillation range of the two permanent magnets between the discs and with an astable multivibrator with a time constant, whose output current pulses are fed to the drive coil to generate a field directed in such a way that the poles facing the drive coil the permanent magnets are opposite poles of the magnetic field with the same name,
and the period of oscillation is controlled by control pulses generated when the permanent magnets overshoot via the drive coil, the output current pulses of the multivibrator fed to the drive coil pushing the permanent magnets as soon as they have swung beyond the center of the coil.
Such an electronic clockwork is known from French patent specification No. 1 240208, but in which two separate drive coils are provided. Furthermore, from the French patent specification No. 1,256,386 an electronic clockwork is known which, according to a circuit diagram shown in the patent specification, has only a single drive coil, about the design and arrangement of which nothing further is stated.
In contrast, the electronic clockwork according to the invention has the characteristic that the drive coil has a central opening with the cross-sectional shape of an at least approximately isosceles triangle, the drive coil being arranged in such a way that a tip of the triangular opening points in the radial direction to the balance shaft, and also the side lengths of the triangular opening, the width of the winding of the drive coil surrounding the opening and the width of the permanent magnets in the circumferential direction of the discs are at least approximately the same and that the free oscillation period of the astable multivibrator is equal to or greater than half the oscillation period of the balance.
Due to the present design and arrangement of the drive coil, the discs carrying the permanent magnets are given an angular momentum in one or the other direction of rotation when the magnets pass the reference line corresponding to the rest position of the balance wheel. As a result, the balance is clearly driven in the required direction of rotation, which is not the case with the known electronic clockwork with a single drive coil. The present electronic clockwork also has the advantage that it is self-starting and has a low energy requirement. Furthermore, despite the higher accuracy achieved, its structure is simple because of the single drive coil, so that the clockwork can be produced easily and at low cost.
In the following, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail using the drawing, in which
Fig. 1 shows a side view, partially in section, of a clockwork which is connected to a schematically illustrated self-excited oscillating multivibrator.
FIG. 2 shows a schematic plan view of the clockwork according to FIG. 1.
FIGS. 3a to 3e show curves to explain the mode of operation of the clockwork according to FIGS. 1 and 2.
4 shows curves to explain the origin and the shape of the control pulses generated in the coil.
Fig. 5 shows the circuit diagram of another embodiment of the multivibrator, which allows to reduce the oscillation period of the balance.
6 shows the circuit diagram of a further exemplary embodiment of the multivibrator, by means of which the width and amplitude of the drive pulses in the coil are automatically regulated in the starting state and in the steady state.
FIG. 7 shows a variant embodiment of the multivibrator according to FIG. 6.
FIGS. 8 and 9 show further design variants of the multivibrator according to FIG. 6.
FIG. 10 shows a variant embodiment of the circuit according to FIG. 9.
Fig. 11 shows a circuit in which the diodes of the circuit of Fig. 6 are removed, and
12 shows the circuit diagram of a further exemplary embodiment of the multivibrator.
In FIGS. 1 and 2, the balance is denoted by 1 and its moment is denoted by 2. The balance shaft 2 is mounted between sinkers 3 and 4, as FIG. 1 shows. The bearings for the balance shaft 2 are denoted by 5a and 5b.
The spiral is denoted by 6, the inner end of which is connected to the balance shaft 2 and the outer end of which is connected to an arm 7 mounted on the plate 3. 8 is a drive element mounted on the balance shaft 2, which works together with an indexing wheel 10 seated on an axle. The hands of the clock are driven by the wheel 10 via a suitable transmission gear, of which only the wheel 9 is indicated schematically in FIGS. 1 and 2. The indexing element 8 has a helically inclined plane 8a which is dimensioned such that radial fingers 10a of the wheel 10 are moved upwards one after the other through the inclined surface 8a when the balance is set in oscillation.
A sleeve 11 made of magnetizable material is arranged on the balance shaft 2 and oscillates with the balance shaft 2. Disks 13 and 14 are connected to both ends of the sleeve 11 and each consist of a semicircular part made of magnetizable and non-magnetizable material. On the opposite inner sides of the disks 13 and 14 permanent magnets 15 and 16 are arranged, for example in the form of rectangular parallelepipeds, between which an air gap 17 is formed. The magnets 15 and 16 are symmetrical to the reference line 0-0, which denotes the rest position of the balance in FIG. The length and width of the magnets in the circumferential direction and radial direction are approximately the same and are denoted by K in FIG. The permanent magnets 15 and 16 have opposing magnetic poles N and S in the axial direction.
On the opposite side of the disks 13 and 14, the magnets 15 and 16, counterweights 19 and 20 are arranged, the distance 18 of which from one another corresponds at least to the width of the air gap 17.
A drive coil 21 is also arranged symmetrically to the reference line 0-0 between the permanent magnets 15 and 16. This drive coil 21 is wound in such a way that an opening 22 is created in the middle, which approximately corresponds to an isosceles triangle, the center line of which coincides with the reference line 0-0 and the tip of which points towards the balance shaft 2. The side length of the opening 22 and the width of the coil sides in the circumferential direction correspond approximately to the value K, that is to say the width of the magnets 15 and 16 in the circumferential direction. Otherwise, the two end faces of the coil 21 facing the magnets 15 and 16 are flat. With a carrier for the coil 21 is designated.
When the balance is in its equilibrium position or 0 position, the magnets 15 and 16 are symmetrical over the opening 22 of the coil. The coil 21 is connected to the output terminals 25a and 25b of a self-excited oscillatable multivibrator 24.
The multivibrator 24 has, for example, pnp transistors V1 and V2 of the same conductivity type, as FIG. 1 shows. The emitters of the transistors V1 and V2 are connected to the positive terminal of a direct current source E. The collector of the transistor V1 is connected to the negative terminal of the direct current source E via the output terminal 25b, the drive coil 21 and the other output terminal 25a, while the collector of the transistor V2 is connected to the negative terminal of the voltage source via a resistor R3.
The base of the transistor V1 is connected via a resistor R2 and also via the series circuit of a capacitor C2 and the resistor R3 to the negative terminal of the DC voltage source E, while the base of the transistor V2 is connected in the same way via a resistor R1 and also via a series circuit of a capacitor C1 and the drive coil 21 to the negative terminal of the DC voltage source E is connected. The capacitor C1, the resistor Rt and the capacitor C2 with the resistor R2 are the elements which are essential for the time constants T1 and T2 for the conductive and non-conductive state of the multivibrator oscillation.
In this case, the time constant T1 determined by the capacitor C1 and the resistor R1 and the time constant T2 determined by the capacitor C2 and the resistor R2 are selected such that T1 is much smaller than T2.
The oscillation period Tf of the multivibrator 24 is equal to the sum of the time constants T1 and T2 and the oscillation period Tf is selected to be equal to or slightly greater than half the oscillation period Tn of the balance wheel 1, which oscillates with normal amplitude.
In Fig. 3A the oscillation of the balance 1 is shown in the form of the line 25 with respect to the reference line 0-0.
3B shows the output voltage or the output current, denoted by 26, of the multivibrator 24, which is fed to the coil 21 when the balance wheel is not vibrating, that is, when the magnetic fields of the coil 21 and the permanent magnets 15 and 16 do not intersect and thus no voltage is induced. In this case, the zero point of the voltage corresponds to the potential of the negative terminal of the source 4. Under these circumstances, the multivibrator 24 begins to oscillate and the output current flows through the coil 21, so that north and south poles arise in pulses above and below the coil 21, the magnets or the balance wheel being repelled by the coil field in one direction or the other and thus driven when the balance wheel moves slightly out of its equilibrium position.
The balance wheel is then returned by the spiral 6, the magnets 15 and 16 swinging over the reference line 0-0 to the other side of the spool 21. Since in this case the drive pulses always flow in the coil 21 when the magnets 15 and 16 swing away from the reference line 0-0 to the right or left, a drive pulse is issued at each zero crossing of the balance so that the magnets move away from the reference line 0-0 can be deflected by the angles 0 and 0 '.
The control or synchronization of the multivibrator 24 with full oscillation or isochronism of the balance wheel 1 will now be explained below. If the balance wheel 1 oscillates with normal amplitude, the magnets 15 and 16 are induced in the coil 21 at each oscillation through the same voltage pulses 24 shown in FIG. 3C, the polarity of which at the moment of the passage of the magnets 15 and 16 through the reference line 0-0 reverses. As the balance begins to oscillate, these pulses 24 gradually become larger, as the curves a-c in FIG. 4 show, and the transistor V2 of the multivibrator 24 is triggered at a certain level L by the pulses 27 reaching its base via the capacitor C1. In this way, the multivibrator 24 is controlled and synchronized by the balance wheel 1.
It is clear from the above description that the multivibrator 24 continues to oscillate and, due to the control pulses 27 induced in the coil 21, falls into isochronism with the balance wheel 1 and, on the other hand, drives the balance wheel 1. By periodically repeating these processes, the oscillation of the balance wheel is maintained and the coil 21 is traversed by drive pulses 28 which are synchronized with the oscillation period Tm of the balance wheel 1, as FIG. 3D shows.
The following is an example of the numerical values of the essential elements:
K: 5 mm
Thickness of magnets 15 and 16: 2 mm T,: 500 m / sec V1 and V2: 2SB38P C1: 0.3, uF
C2: 30 F Ru: 100 KQ R2: 750 KQ
E: 1.5 V coil 21: impedance 300 Q, 1200 turns,
Wire diameter 0.04mm, thickness of the
Coil in axial direction 2 mm.
In the exemplary embodiment described so far, the time constant T1 or the duration of the pulses 28 flowing through the coil 21 is constant. However, it is preferable to generate somewhat longer pulses 28 in the initial oscillation state in order to reduce the duration of the oscillation of the balance wheel 1 and to ensure the oscillation of the balance wheel.
FIG. 5 shows a multivibrator circuit for achieving this condition, corresponding parts having the same designations as in FIG. 1 and which are not described in more detail here. As the figure shows, the resistors R1 and R2 are connected to the negative terminal of the DC voltage source E via the normally closed contact S1 of a pushbutton switch SW, while resistors R'1 and R'2 each connected to the base of one of the transistors V1 and V2 can be connected to the negative terminal of the DC voltage source E upon actuation of the switch SW via the normally open contact S2 of the same. The resistance value of the resistor R1 is chosen to be smaller than that of the resistor R'1.
If, with this arrangement, the contact S2 is closed by pressing down the contact bridge So of the switch SW, then current pulses 28 'of a duration T1 occur in the coil 21 which is greater than the duration T1 of the pulses 28 according to FIG. 3B. The pulses 28 'are shown in Figure 3E. The period of oscillation of the balance wheel 1 can thus be greatly reduced by operating the switch SW to bridge the switch path S2. On the other hand, the energy consumption can be reduced when the balance is fully oscillating by releasing the switch after the balance has started to oscillate and returning to its normal position, for which drive pulses of the normal duration T1 are issued.
Another advantage here is that the relatively short drive pulses, given the full oscillation amplitude of the balance wheel 1, disturb its isochronism less than long pulses.
While in the embodiment of FIG. 5, the extension of the drive pulses must be triggered arbitrarily by hand when the balance begins to oscillate, it is also possible to automatically select the duration and amplitude of the drive pulses in the Amchwingstatus of the balance to be greater than in the steady state oscillation of the balance. 6 shows a circuit suitable for this purpose with a diode D1 connected in series with the resistor R1 in such a way that the anode of the diode Dt is connected to the negative terminal of the DC voltage source E, while the cathode is connected via a diode D2 is connected to the collector of transistor V1.
Is the amplitude of the magnets in this circuit
15 and 16 and thus the amplitude of the control pulses induced in the coil 21 is small, the resistance of the diodes D1, D2 is high because they are reverse biased, and consequently the time constant of the multivibrator 24 is also large, since the sum of the resistance R1 and the internal resistance of the diodes and the capacitor C1 are decisive for the time constant T1. Consequently, the coil 21 receives comparatively long drive pulses according to FIG. 3E. The voltage-current characteristic of the diode shows that the internal resistance of the diode decreases with increasing current, i.e. with increasing amplitude of the pulses 27 induced in coil 21, the internal resistance of the diodes and thus the time constant or
the pulse length. In addition, the energy stored in the capacitor C2 decreases as the pulse length decreases, so that the amplitude of the drive pulses supplied to the coil 21 also decreases with the duration.
The coil 21 is thus automatically fed to the balance wheel only when the amplitude of the balance is low, i.e. when the same pulses 28 'have started to oscillate, while the balance 1 is kept oscillating after reaching full amplitude by pulses 28 of shorter duration and amplitude. This can reduce energy consumption and increase rate accuracy.
The circuit shown in FIG. 7 corresponds to that according to FIG. 6 with the exception that the resistor R2 is omitted and its function is determined by the
Internal resistance of transistor V1 is taken over.
FIG. 8 shows a variant embodiment of the circuit according to FIG. 7, but with the diode D1 omitted.
Fig. 9 shows a variant embodiment of the circuit according to FIG. 6, in which the resistor R2 is connected in series with a diode Dg instead of directly with the negative terminal of the source E, the cathode of which is connected to the
Collector of transistor V2 is connected.
FIG. 10 shows a circuit according to FIG. 9, but without
Diode D1.
FIG. 11 shows a circuit according to FIG. 6, but without diode D1.
The operation of the circuits of FIGS. 5 to 11 should be understood from the above description with reference to FIG.
12 shows a further embodiment of the multivibrator, which in this case has transistors V1 and V'1 of the same conductivity type and a transistor V2 of the other conductivity type. The base of the transistor V1 is connected to the emitter of the transistor V'1, and the collectors of both transistors are connected to one another, while the emitter of the transistor V1 is connected to the positive terminal of the DC voltage source E and the emitter of the transistor V2 is connected to the minus terminal of the voltage source E. The base of the transistor V2 is connected to the positive terminal of the source E via a resistor R4.
The collectors of the transistors V1 and V'1 are with the; The base of the transistor V2 is connected via the series circuit of a resistor R5 and a capacitor C3, while the collector of the transistor V2 is connected to the base of the transistor V'1 via a Koncnsator C4 and to the positive terminal of the voltage source E via a resistor Ro. The base of the transistor V'1 is connected to the negative terminal of the voltage source E via a diode D; 3 and the base of the transistor V2 via a resistor R4.
The circuit of FIG. 12 has, for example, the following elements:
V1 and V'1: 2SB38P
V2: 2SD66
Diode D3: SD102 Cd: 1, 4F
C4: 5, uF R4: 300 KQ
R5: 90 KQ R6: 14.5 KQ
Coil: impedance 300 Q, 1200 turns,
Wire diameter 0.04mm, thickness 2mm.