Elektromagnetisch-mechanischer Oszillator <B>in einem</B> batteriegespeisten Uhrwerk Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch-me- chanischen Oszillator zur Bestimmung der Drehzahl eines Elektromotors in einem batteriegespeisten Uhr werk, mit einer auf einem Torsionsorgan befestigten Permanentmagnetanordnung,
die zwecks Schwingungs- anregung des Oszillators und Erzeugung von Synchroni- siersignalen für den Motor mit einer Spulenanordnung induktiv gekoppelt ist.
In einem bekannten Uhrwerk treibt ein batterie gespeister Impuls- oder Wechselstrommotor mit Per manentmagnet die Zeiger des Uhrwerks mit einer Dreh zahl an, die durch ein elektrisches Signal synchronisiert und gesteuert ist, welches Signal von den Schwingungen eines elektromagnetisch-mechanischen Oszillators abge leitet ist. Ein Oszillator dieser Art enthält ein draht- förmiges Torsionsorgan, auf welchem ein permanent- magnetischer Teil befestigt ist.
Der Permanentmagnet ist in einem von einer Spule erzeugten Magnetfeld an geordnet, und die Spule ist in einer Rückkopplungs schaltung angeschlossen, welche den Permanentmagne- ten und das Torsionsorgan in Schwingungen versetzt. Der schwingende Permanentmagnet induziert seinerseits ein Signal in der Spule, welches der Motor-Steuer- schaltung zugeleitet wird, um die Drehzahl des Motors zu synchronisieren.
Eine bei solchen Uhrwerken mit Torsionsorgan auf tretende Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass der Per- manentmagnet einem Störeinfluss durch das Erdmagnet feld ausgesetzt ist. Weil dieser Einfluss in einer so emp findlichen Einrichtung, wie sie ein Torsionsdraht-Oszil- lator darstellt, erhebliche Ausmasse annehmen kann, ist dafür zu sorgen, dass die Wirkung des Erdmagnet- feldes kompensiert oder beseitigt wird.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck einen zweiten Permanentmagneten vorzusehen, welcher auf dem Torsionsdraht zum ersten benachbart und in entgegengesetzter Richtung polari- siert angeordnet wird. Dadurch heben sich die durch das Erdmagnetfeld auf die beiden Permanentmagnete bzw. auf den Torsionsdraht ausgeübten Drehmomente gegenseitig auf. Durch diese Massnahme werden aber die Abmessungen des Torsionsorgans wie auch die Kosten und die Schwierigkeiten bei der Herstellung beträchtlich erhöht.
Bei einem anderen bekannten Uhrwerk, welches aus dem Netz gespeist wird und eine Batterie lediglich als Puffer enthält, ist eine Drehschwingungen ausfüh rende Permanentmagnetanordnung mit einer Spulen anordnung gekoppelt, die nur zur Schwingungsanregung dient; die Steuerung des Motors erfolgt dabei durch einen von den schwingenden Teilen mechanisch be tätigten Kontakt. Die Magnetanordnung ist entweder durch zwei koaxial nebeneinander angeordnete, mehr- polige Ringe oder durch einen solchen Ring mit benach bartem, scheibenförmigem Joch gebildet.
Die erwähnte direkte Steuerung des Uhrwerkmotors durch mechanische Kontaktbetätigung mag bei Fremd speisung mit beliebig verfügbarer Leistung angängig sein. Ein batteriegespeistes Uhrwerk hingegen soll über viele Monate mit der gleichen Batterie betrieben werden können. Deshalb muss die Leistungsaufnahme des Werks notwendigerweise extrem gering sein. Der mechanische Oszillator muss äusserst empfindlich gebaut sein, damit bei genügend schwacher Leistungsaufnahme eine ge naue Schwingung aufrechterhalten werden kann.
Solche hochempfindlichen Osziilatoren sind auch äussern Stör einflüssen und insbesondere dem Erdmagnetfeld un gleich stärker ausgesetzt als die viel robusteren, mit relativ grosser Schwungmasse ausgestatteten Oszillato- ren, welche mit Fremdspeisung betrieben werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Oszillator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die vorstehend dargelegten Anforde rungen für Batteriespeisung erfüllt und dabei gegen äussere Magnetfelder, insbesondere das Erdmagnetfeld, weitgehend unempfindlich ist.
Der erfindungsgemässe Oszillator ist dadurch gekenn zeichnet, dass die Permanentmagnetanordnung durch eine einzige, an mehreren Stellen mit abwechselnder Polarität magnetisierte Scheibe gebildet ist, so dass die in den magnetisierten Stellen durch ein von ausserhalb des Uhrwerks einwirkendes Magnetfeld hervorgerufenen Drehmomente einander gegenseitig aufheben. Mit der einzigen, magnetisierten Scheibe ergeben sich eine ge ringe Schwungmasse, ein verminderter Platzbedarf und ein vereinfachter Aufbau gegenüber den vorbekannten Anordnungen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine aufgeschnittene Ansicht, aus welcher die Hauptbestandteile eines Uhrwerks mit Torsions- organ ersichtlich sind.
Fig. 2 ist die perspektivische Darstellung eines Torsionsdrahtes mit einer Permanentmagnetanordnung bekannter Ausführung, und Fig. 3 ist die perspektivische Ansicht eines Torsions- drahtes mit einer Permanentmagnetanordnung gemäss einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfin dung.
Das Uhrwerk 1 mit Torsionsorgan nach Fig. 1 ent hält einen Impuls- oder Wechselstrommotor 2, dessen permanentmagnetischer Rotor 3 ein Rädergetriebe 4 für die nicht dargestellten, auf den konzentrischen Ach sen 5 sitzenden Uhrzeiger antreibt. Der Rotor 3 wird durch elektrische Signale aus einer elektrischen Oszilla- torschaltung 6 in Drehung versetzt. Spulen 7 sind mit der Oszillatorschaltung 6 elektrisch verbunden und im Bereich einer elektromagnetisch-mechanischen Oszilla- toranordnung 8 mit Torsionsorgan angeordnet.
Die Oszillatoranordnung 8 enthält einen Torsionsdraht 9, dessen Enden in Supporten 10 und 11 eingespannt sind und der eine Permanentmagnetanordnung 12 trägt.
Ein Teil einer Torsionsdraht-Oszillatoranordnung 8 bekannter Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt. Sie enthält ein Torsionsorgan 9 in Form eines flachen Drahtes mit rechteckigem Querschnitt und eine Per manentmagnetanordnung 12 mit zwei nebeneinander angeordneten, zylindrischen Permanentmagneten 13 und 14, durch deren Zentren der Torsionsdraht 9 verläuft. Für die zuverlässige, feste Verbindung zwischen dem Draht 9 und dem Permanentmagneten 13 und 14 sind Hülsen 15, 16 und 17 vorgesehen. Die Massen der beiden Magnete 13 und 14 sind einander so gut wie möglich angeglichen.
Wie oben erwähnt, sind die Enden des Torsionsdrahtes 9 in je einem Support 10 und 11 gehalten, wobei geeignete Mittel vorhanden sind, um die Einspannlänge und die Spannung des Torsions- drahtes einzustellen und auf diese Weise die mechani sche Eigenschwingungsfrequenz des Torsionsorgans ab zugleichen. Die Spulen 7 befinden sich im Bereich eines der Magnete 13 und 14, um eine elektromagne tische. Kopplung zwischen dem Torsionsdraht-Oszillator und der elektrischen Oszillatorschaltung 6 zu bewirken.
In den Fig. 2 und 3 sind der Einfachheit halber die Spulen 7, die Supporte 10 und 11 und die Abgleich- mittel nicht dargestellt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Permanentmagnet 13 an einer Stelle 18 seiner Peripherie als Nordpol und an einer gegenüberliegenden Stelle 19 als Südpol magnetisiert. In ähnlicher Weise ist der Permanent- magnet 14 an der Stelle 20 seiner Peripherie als Nord pol und an der diametral gegenüberliegenden Stelle 21 als Südpol magnetisiert. Somit liegen die Punkte 18 und 19 auf einem Durchmesser des Magneten 13 und die Punkte 20 und 21 auf einem Durchmesser des Ma gneten 14. Um die Wirkung des Erdmagnetfeldes zu kompensieren, sind die beiden erwähnten Durchmesser zueinander parallel in einer Ebene ausgerichtet.
Somit erzeugt das Erdmagnetfeld an den Stellen 18 und 20 ein Drehmoment in der einen Richtung und an den Stellen 19 und 21 in der entgegengesetzten Richtung. Da die Stellen 18 und 20 einerseits wie auch die Stellen 19 und 21 anderseits sich je auf gegenüberliegenden Seiten des Torsionsdrahtes 9 befinden und weil die Massen der Magnete 13 und 14 gleich sind, ist das resultierende Drehmoment des Erdmagnetfeldes auf den Torsionsdraht 9 gleich null.
Um jedoch eine genaue Kompensation der Wirkun gen des Erdmagnetfeldes zu erzielen, müssen sehr enge Herstellungstoleranzen der beiden Magnete 13 und 14 eingehalten werden, damit die erwähnten Drehmomente gleich gross sind. Es wäre erwünscht, den Aufwand für die Einhaltung solcher Toleranzen in zwei getrenn ten Permanentmagneten herabsetzen zu können.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 3 enthält die Permanentmagnetanordnung 8 nur einen einzigen Permanentmagneten 22, welcher mittels einer Hülse 23 auf dem Torsionsdraht 9 befestigt ist. An gegeneinander um 90 versetzten Stellen der Peripherie des Permanentmagneten 22 befinden sich Magnetpole abwechselnder Polarität. Somit liegen die beiden Nord pole 25 und 26 um 180 versetzt einander gegenüber, während die Südpole 27 und 28 ebenfalls an diametral gegenüberliegenden, d. h. um 180 versetzten Stellen sich befinden. Die in den Punkten 25 und 26 angreifen den, durch das Erdmagnetfeld verursachten Drehmo mente haben gleiche Richtung und im wesentlichen gleiche Grösse.
Da diese Stellen einander diametral gegenüberliegen, heben sich die beiden genannten Dreh momente in ihrer Wirkung auf den Torsionsdraht 9 gegenseitig auf. Das gleiche gilt bezüglich den vom Erdmagnetfeld in den Stellen 27 und 28 hervorgerufenen Drehmomenten. Damit ist die Kompensation des Ein flusses des Erdmagnetfeldes an einem einzigen, vier- poligen Permanentmagnet anstatt mittels zwei je zwei poligen Permanentmagneten verwirklicht.
Durch Verwendung des beschriebenen, einzigen Per manentmagneten lässt sich der Aufwand für die Tole ranzeinhaltung gegenüber der Anordnung nach Fig. 2 etwa auf die Hälfte reduzieren, weil anstelle von zwei Magneten nur ein einziger herzustellen ist. Damit ist auch eine entsprechende Material- und Kosteneinspa rung verbunden. Darüber hinaus werden die Gesamt länge des Torsionsorgans und damit die Abmessungen des gesamten Uhrwerks vermindert.