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Schaltungsanordnung zur kontaktlosen elektrischen Unterhaltung von
Drehschwingungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur kontaktlosen
elektrischen Unterhaltung der Schwingungen eines Drehschwingers. Es ist bekannt,
einen als Frequenznormal dienenden und einen Stabmagneten tragenden elastischen
Draht dadurch in Schwingungen zu halten, daß der Magnet in Spulen eintaucht, welche
im Gitter, bzw. Anodenkreis einer Verßtärkerröhre liegen, die hierdurch eine Rückkopplung
erfährt und als Generator eines Wechselstromes wirkt-, welcher als elektrische Normalfrequenz
verwendet werden kann (USA.-Patent 2260847).
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Es ist ferner belnnnt, die Induktivitäten eines kapazitiv abgestimmten
Röhrengenerators- in Form eines drei-. scltenkligen Transformators mit Eisenkern
auszubilden, wobei der eine Kernschenkel einen Luftspalt besitzt, in welchen ein
unter dein Einfluß einer Spiralfeder stehender Anker schwingfähig gelagert ist.
Der Anker trägt Sperrhebel, mit deren Hilfe er, wenn er in Schwingungen versetzt
wird, ein Zahnrad eines Zeitzählwerkes weiterschaltet. Die in dem elektrisch abgestimmten
Röhrengenerator erzeugten- Schwingungen, die sich in dem Transformatorschenkel mit
Luftspalt als. magnetische Kräfte auswirken, versetzen den Anker in Schwingungen
(österreichisches Patent 133 325).
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Es sind weitere Anordnungen mit linear hin. und her sohwingexgdem
Pendel bekannt, bei welchem das schwin, gerade Pendel: eine Röhrenanordnung steuert,
deren Ausgangskreise direkt oder indirekt die Energie liefern, die zur Aufrechterhaltung
der Pendelschwingungen erforderlich ist (britisches Patent 601 712).
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Es ist ferner für die Zwecke der Materialprüfung bekannt, Resonanzschwinger
anzuwenden, die mittels Elektronenröhren rückgesteuert werden, so daB sie in. Schwingungen
gehalten werden, ähnlich wie dies auch bei Stimmgabelschaltungen vorgenommen wird
(schweizerisches Patent 213 932).
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, in einer elektrischen Uhr als
Gangregler einen Stimmgabelgenerator zu verwenden, bei welchem auf den beiden Stimmgabelenden
je ein Topfmagnet vorgesehen ist, wobei die Topfmagneten in Spulen eintauchen, die
im Eingangskreis bzw: Ausgangskreis eines Transistorverstärkers angeordnet sind.
Bei dieser Schaltung wird durch die Schwingungen der Stimmgabel in der Eingangsspule
der Transistorschaltung eine Steuerspannung erzeugt und diese Spannung durch die
Transistorschaltung über die Ausgangsspule auf die Stimmgabel wieder so rückgekoppelt,
daß eine Aufrechterhaltung der Stimmgabelschwingungen stattfindet (deutsche Patentanmeldung
B 31384 VIId/83b)..
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Vom Erfinder ist für die Zwecke der Unterhaltung der Schwingungen
eines linearen Hinundherschwingungen ausführenden Pendels eine Schaltungsanordnung
vor=. gesehen worden, bei der durch die Schwingung in einer ersten Spule eine- Steuerspannung
erzeugt wird und über eine elektronische Rückkopplungsschaltung; vorzugsweise eine
Transistor-Rückkopplungsschaltung, ein Stromfluß in einer zweiten Spule derart bewirkt
wird; daß. derselbe als Antrieb. auf das Pendel einwirkt; dabei wird eine derartige
Ausbildung des Spulen- und Magnet= systems hinsichtlich der Flußverteilung und der
Kopplung der Spulen miteinander und mit dem Magnetsystern vorgesehen, daß der bei
der Schwingung entstehende Ausgangsstrom in Form eines Impulses auf die: Antriebsspule
im wesentlichen nur während eines kleinen Teiles der Schwingungsperiode einwirkt.
Die Erfindung benutzt das vorerwähnte Grundprinzip und kennzeichnet sich durch die
Verwendung für eine elektrische Uhr mit Drehschwinger als Gangregler, bei welcher
der Antrieb des Zeigerwerkes bzw. die Steuerung des Antriebes des Zeigerwerkes vom
Drehschwinger abgeleitet wird, und durch eine derartige Anordnung von. Polen auf
dem Drehschwinger; vorzugsweise der Unruh, oder auf einem vom Drehschwinger periodisch
bewegten Teil, daß die von den Polen eingenommene Fläche nur einem kleinen Teil
des gesamten Schwingungsbogens entspricht.
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In der erfindungsgemäßen Weise lassen sich bei geringstem Raumbedarf
und geringster Leistungsaufnahme Uhrenanordnungen in Gang halten. Die Erfindung
eröffnet
auf diese Weise insbesondere Wege zum Bau rein elektrisch arbeitender transportabler
Uhren, Taschenuhren sowie Armbanduhren.
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Die Besonderheiten der Durchführung der Erfindung werden im nachstehenden
an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung
zeigen Fig. 1 und 2 einen im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangenden Transistorkreis
und ein Schaubild seiner Betriebsweise, Fig.3a und 3b eine Unruhanordnung gemäß
der Erfindung in Draufsicht bzw. Seitenansicht, Fig. 4 und 5 eine ähnliche Ausführungsform
in gleicher Darstellungsweise, Fig. 6 die zugehörigen Strom- und Spannungsverhältnisse
als Funktion der Zeit, Fig. 7 eine weitere abgewandelte Ausführungsform, Fig. 8
bis 10 weitere Ausführungsformen für magnetische Hemmungen und Achslagerungen, Fig.
11 eine Ausführungsform ähnlich der in Fig. 7 gezeigten, Fig. 12 (Ansicht a und
b) ein Drehpendel, das in bezug auf Aufstellung nicht empfindlich ist, Fig. 13 (Ansicht
a und b) ein Torsionspendel, das wie die Vorrichtungen nach Fig. 12 betätigt wird,
Fig. 14 bis 16 konstruktive Abwandlungen der Einrichtungen nach Fig. 12 und 13,
Fig. 17 bis 21 schematische Skizzen eines Triebwerkes und der hauptsächlichen Organe
einer erfindungsgemäßen Uhr, Fig. 22 bis 24 eine weitere Ausführungsform einer unruhgesteuerten
Uhr gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine Transistorschaltung dargestellt, wie sie zweckmäßigerweise
im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangt.
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Die Spule BM ist die Antriebsspule, die vom Ausgangsstrom des Transistors
TR erregt wird. Die Spule BC liefert den Steuerstrom des Transistors. Der Drehschwinger,
der in Schwingungen gehalten werden soll, besitzt magnetische Pole, die mit den
Spulen BC und BM so zusammenwirken, daß Teil F des von der Spule BC umfaßten
Magnetflusses sich mit der Zeit t, wie es Fig. 2 a zeigt, ändert; in Fig. 2 stellt-
T die Schwingungsperiode des Drehschwingers dar. Demzufolge hat die elektromotorische
Kraft e, welche das Eingangssignal von Ty erzeugt, die Form nach Fig. 2b, denn sie
ist proportional der Ableitung des Flusses F nach der Zeit. Die Spannung e bildet
sich nur dann aus, wenn ein Pol des Drehschwingers vor den Windungen der Spule BC
vorüberwandert. Die Polarität von e hängt von der Bewegungsrichtung des Drehschwingers
ab, und im allgemeinen ist die erzeugte elektromotorische Kraft nicht sinusförmig.
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Der Verstärker Tr liefert einen pulsierenden Strom i", (s. Fig. 2c)
in die Antriebsspule BM und übt dadurch einantreibendes Moment auf den Drehschwinger
aus. Die Stromimpulse im sind gegen die Spannungsmaxima e zeitlich um die
Größe t, phasenverschoben.
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Der verstärkende Transistor wird so betrieben, daß er die un terenHalbwellen
der Steuerspannungen unterdrückt, und demnach liegt zwischen den von im herrührenden
Antriebsimpulsen das Intervall T.
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Die Erfahrung zeigt, daß man die Verhältnisse- so wählen kann, daß
der mit der Bildung des Steuersignals verbundene Energieverlust schwächer ist als
die durch den. Ausgangsstrom im bewirkte Antriebsleistung: Es ist auf diese
Weise möglich, Gangverhältnisse zu schaffen, die den mittels periodischer Kontakte
erzielten Verhältnissen entsprechen. Eine mäßige Verstärkung reicht aus; denn die
Spule BC kann in intermittierender Form einen Strom von 0,1 Milliwatt Leistung erzeugen,
der das plötzliche Einsetzen eines Antriebsstromes von 1 Milliwatt Leistung auslöst.
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Die elektrische Energie wird durch ein kleines Element mit schwacher
durchschnittlicher Leistungsabgabe von weniger als 0,001 Watt geliefert.
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Fig. 3 a und 3 b zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Unruhgangreglers
gemäß der Erfindung. Die schwingende Unruh besteht aus zwei teilweise ausgenommenen
Scheiben A, und A2, die auf einer gemeinsamen Achse 0 angebracht sind. Die Teile
bestehen aus einem Werkstoff von hoher Koerzitivkraft, und nur die mit N1, S1 und
N2, S2 bezeichneten Teile sind dauermagnetisiert. In den übrigen Teilen bleiben
die Weißschen Bereiche ungeordnet. Die Scheiben A1 und A2 der Unruh tragen nur an
ihrer Peripherie die Pole N1 und S1, die einander gegenüberstehen, und die Unruh
bildet ein astatisches System. Die feste Spule BC zur Erzeugung des periodischen
Signals für die Auslösung der Antriebsimpulse ist zwischen den Scheiben A1 und A2
angeordnet; die dargestellte Lage ist die Gleichgewichtsstellung der Unruh, deren
zugeordnete Spiralfeder nicht dargestellt ist.
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Der Transistorverstärker Tr ist an BC gelegt und erzeugt einen Impulsstrom,
der die Wicklung BM durchfließt. Die Wicklung BM ist ebenfalls mit
der Unruh magnetisch gekoppelt und liefert ihr die durch Reibung verlorene Energie
zurück.
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In Fig. 4 und 5 ist eine Uhr dargestellt, die mit der Präzision von
Seechronometern arbeitet.
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Die von den teilweise magnetisierten Massen Al und A2 gebildete Unruh
mit vertikaler Achse entspricht derjenigen von Fig. 3. Der Unruh sind beispielsweise
zwei zylindrische oder kegelförmige Spiralfedern SPl und SP2 zugeordnet.
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Um den Isochronismus des Gangreglers nicht zu stören, wählt man die
rechts in Fig. 5 dargestellte Anordnung. Die Spulen BC, BM und BS sind fest
gelagerte Luftkernspulen. RH ist ein Rheostat, der eine leichte Änderung des Wertes
i"" der in die Antriebsspule BM
gesandten Stromimpulse ermöglicht. Ein Kondensator
C dient dazu, die Phase der Stromimpulse i,n zu ändern. HR ist eine Nebenuhr,
welche mittels eines geeigneten Relais RL betätigt wird. Von der Spule BS können
Taktgeberspannungen entnommen werden.
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Die Einrichtung kann mit einer Amplitude von etwa 270° unter folgenden
Bedingungen in Gang gehalten werden Der Pol N2 nimmt die Stellung Fig. 5 ein, wenn
die Unruh sich im toten Punkt befindet. Es ändert sich der die Spule BC durchziehende
Magnetfluß F entsprechend Fig. 6 a. Die-,in der Spule BC induzierte elektromotorische
Kraft ändert sich entsprechend Fig. 6b. Diese elektromotorische Kraft bestimmt den
Eingangsstrom im Verstärker Tr.
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Der verstärkte Ausgangsstrom ibesitzt die in Fig. 6 c dargestellte
Form. Man sieht, daß das Intervall zwischen den Stromimpulsen T/2 beträgt. Die Antriebsorgane
werden den kurzen Impulsen angepaßt, die nach dem Durchlaufen des Totpunktes auftreten,
wobei die Verzögerung t, beträgt. Diese Verzögerung richtet sich nach der Impedanz
des aus BM und C gebildeten Ausgangskreises. Die nacheinander folgenden Durchgänge
des Maximums des Antriebsstromes i" finden also statt, wenn die Unruh andere Winkellagen
einnimmt. Wenn beispielsweise die Stellung der Unruh durch den Pol N2 verlaufenden
Radius N20 charakterisiert wird, setzen die aufeinanderfolgenden Impulsmaxima des
Arbeitsstromes ein, wenn die Unruh die n#-o- und n-o-Richtungen einnimmt. Es ist
also möglich, die Lage der Spule BM so zu wählen, daß nur einer der beiden
Stromimpulse ein Drehmoment
hervorruft. Hierzu genügt es, daß für
einen der Stromstöße der Pol M von der Spule BM entfernt ist. Unter diesen
Umständen folgen die Antriebsimpulse im Abstand T aufeinander, als ob die Unruh
mittels eines mechanischen, nur in jeder zweiten Halbschwingung wirkenden Hemmwerks
in Gang gehalten würde.
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Da die Impulsverschiebungen und ebenso die Unvollkommenheiten der
Konstruktion den Isochronismus stören, hängt die Periode T etwas von der Amplitude
ab. Die Periodendauer kann geregelt werden, indem man den Rheostaten RH verändert.
Dieses elektrische Organ spielt so bei der Vor- und Nachstellung die Rolle eines
Spiralenrückers.
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Die Unruh kann auch mittels der Hilfsspule BS synchronisiert werden,
indem man ihr einen intermittierenden Strom von der Periode Ts, die annähernd .der
Periode T gleich ist, zuführt. Diese Spule wirkt am Ende der Unruhschwingungen auf
N2.
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Um die Achsreibung zu vermeiden, kann man sich konischer, dauermagnetisierter
Lagerzapfen und Schraubstifte V1C und VZC bedienen. Zu diesem Zweck bestehen die
betreffenden Teile aus Werkstoffen mit sehr hoher Koerzitivkraft, und der Magnetisierungsgrad
wird so eingestellt, daß die Kräfte der magnetischen Abstoßung gerade ausreichen,
um ein Anhaften zu vermeiden, das zu schädlichen Reibungserscheinungen führt. Man
kann auch erreichen, daß die zu lagernden Teile durch eine kleine Luftschicht voneinander
getrennt sind, so daß man auf das Schmiermittel verzichten kann.
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Die Fig. 7 veranschaulicht eine Einrichtung ähnlicher Art. Die hier
amagnetische Unruh bewirkt eine stoßweise, wechselnde Drehbewegung der GabelF, deren
GegenarmQ dauermagnetisiert ist. Dieser Gegenarm ist zwischen den Magnetkernen aus
extra weichem Material zweier kleiner Spulen BC und BM angeordnet, die an
den Verstärker Tv angeschaltet sind. Die Gabel F kann auch mittels eines Antriebsankers
das erste Sperrad R, eines Zeitzählwerkes betätigen.
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Diese Einrichtung wirkt wie ein Ankerhemmwerk. Wenn der Scheibenzapfen
Ch auf die Gabel in Richtung der Pfeile wirkt, entfernt sich der Pol N von
BC und nähert sich BM. Die Spule BC verhält sich wie eine Tonabnehmerwicklung
und löst den Fluß eines kurzen Stromes i aus, der die vom Kern der Spule
BM ausgeübte Anziehung verstärkt. Demzufolge übt die Gabel F auf die Unruh
einen Antriebsimpuls aus, und man erkennt, daß die aufeinanderfolgenden Wirkungen
von BC und von BM den Vorgängen bei gewöhnlichen mechanischen Hemmwerken
entsprechen.
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Da die Gabel zwischen BC und BM sich in einem labilen magnetischen
Gleichgewicht befindet, erreicht man einen guten Gang des Ankers, der das Rad R,
um jeweils einen halben Zahn fortschaltet. Dieses Rad R, kann radial magnetisiert
sein, so daß Zungen N, N' abwechselnd magnetisch in die Zahnung eingreifen.
Der mechanische Sperrkegel, den man gewöhnlich in den Nebenuhrtriebwerken mit Antriebsanker
verwendet, kann durch einen magnetischen Sperrkegel, bestehend aus den Magneten
N1Sr und NS" ersetzt sein.
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Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, alle Erscheinungen der
gleitenden Reibung zu mildern. Dies erreicht man insbesondere mittels der in den
Fig. 8 bis 10 schematisch dargestellten Konstruktionseinzelheiten.
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Fig. 8 zeigt, wie man die Reibung und die Gangunregelmäßigkeiten des
Grahamschen Hemmwerkes verringern kann. Das Steigrad Re und die Zungen des Ankers
A, bestehen aus hartem Material mit hoher Koerzitivkraft und Vormagnetisierung entsprechend
der Pfeilrichtung. Man vermindert auf diese Weise die Berührungskräfte zwischen
den Teilen, welche mechanische Arbeit der Antriebsfeder auf die Unruh übertragen.
Fig. 9 bezieht sich auf Stifthemmwerke; das wirksame Ende jedes Ankarstiftes wird
so magnetisiert, daß es den Zahn, auf den es wirkt, zurückstößt. Fig. 10 bezieht
sich auf die Lagerung von Achsen; die Reibung wurde dadurch gemildert, daß die Zapfen
und Achslager aus harten magnetisierten Materialien bestehen, die sich gegenseitig
abstoßen.
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Die in der gewöhnlichen Technik vorgesehenen kleinen Spielräume werden
jedoch beibehalten, um so genaue Führungen zu gewährleisten.
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Fig. 11 zeigt eine Magnetscheibe A als Unruh, die mit einer Unruhspirale
13 versehen -ist und zwischen den Spulen BC und BM schwingt. Sie überträgt
ihre Schwingungen über einen Anker 6 auf ein Steigrad 7, das bei jeder Schwingung
weitergeschaltet wird und über Zahnräder den Sekundenzeiger 12, den Minutenzeiger
10 und den Stundenzeiger 9 antreibt.
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Die Fig.12 bis 16 veranschaulichen verschiedene Typen von Drehpendel-Gangreglern,
die gegen die Wirkung der Schwerkraft praktisch unempfindlich sind.
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In Fig. 12 a und 12 b wird eine Unruh durch zwei S-förmig angeordnete
Magneten 34 und 35 gebildet, die auf einer gemeinsamen Achse 0 angeordnet sind und
mit der Spiralfeder 36 ein astatisch-isochrones System bilden. Die Steuerspule und
die Antriebsspule werden mit BC und BM bezeichnet. Man kann bei 37 einen
pulsierenden Strom entnehmen, der beispielsweise ein Zeitzählwerk antreiben oder
eine federbetriebene Hauptuhr synchronisieren kann. Der Aufbau eignet sich für Zeitmeßgeräte
von Fahrzeugen (Schiffen, Flugzeugen usw.).
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Fig. 13 a, 13 b veranschaulichen einen Unterbrecher der Ausführung
mit Torsionspendeln. Die auf Schwenkbewegung abgeglichene Masse wird durch einen
oder mehrere Magneten 38 in S-Form gebildet, die in ihrer halben Länge auf dem auf
Torsion arbeitenden Stab 39 aus Elinvar befestigt sind. Man kann dem Querschnitt
des schwingenden Stabes 39 verschiedene Form geben, z. B. Rechteck- oder Kreuzform
(Fig. 16).
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Um den Raumbedarf des Torsionspendels zu vermindern, kann man den
Magneten 38 auf einem Elinvardraht 40 anbringen, der, wie Fig, 14a zeigt, teilweise
in Form einer Schraubenfeder gebogen ist. Das obere Ende dieses Drahtes ist an einem
Rahmen 41 befestigt, während das untere Ende sich frei in einem Lager 42 dreht,
das so angeordnet ist, daß die seitlichen Bewegungen der Achse es Magneten eng begrenzt
sind. Unter diesen Bedingungen kann der Magnet 38 Drehschwingungen ausführen.
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Fig. 15 a und 15 b stellen einen anderen Unruhgangregler mit Spirale
36 und Zapflagerachse 0-0' dar. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für
Chronometer und Uhren, die mit sehr großer Amplitude und einer Frequenz arbeiten,
die derjenigen der üblichen Marinechronometer entspricht.
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Die Hauptschwingmasse wird durch den Permanenthohlmägneten 43 gebildet,
der zwei am Umfang nahe zueinander angeordnete Pole N und S besitzt. Zwischen diesen
Polen ist eine kleine magnetisierte Scheibe zas eingesetzt, die so angeordnet ist,
daß ihre Eigenmagnetisierung derjenigen von 43 entgegengesetzt ist. Die Scheibe
ns dient dazu, den direkten magnetischen Schluß zwischen N und S zu vermeiden.
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Die Magneten 43 und ns werden vorzugsweise aus leitendem Material
mit starker Koerzitivkraft und hoher Remanenz gebildet; beispielsweise kann der
Magnet 43 aus Walzblech aus Kupfer-Nickel-Kobalt-Legierung ausgestanzt sein. Der
kleine Magnet ns muß eine sehr starke Koerzitivkraft darbieten.
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Auf der Achse 0-0' sind in geringem Abstand von dem Magneten 43 zwei
dünne Hohlscheiben 44 und 45a angebracht. Diese Teile bestehen aus extra weichem
ferromagnetischem
Stoff von hoher Permeabilität, der den größten
Teil des von dem Pol N ausgehenden und in den Pol S eintretenden magnetischen Kraftlinienflusses
in eine bestimmte Bahn lenkt. Zwischen 43 und 45 wird. eine flache, rollenförmige
Spule mit Luftkern oder einem Kern aus isolierendem Stoff angeordnet, die die feste
Steuerspule BC bildet; ebenso wird symmetrisch zur Ebene von 43 zwischen 43 und
44 die Antriebsspule BM angeordnet.
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Die Stellungen der festen Spulen BC und BM sind so gewählt,
daß ihre Achsen in die Nähe der kleinen Scheibe izs gelangen, wenn die Unruh sich
im toten Punkt befindet.
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Man kann für die Unruh 43 kleine Abmessungen wählen, (z. B. Durchmesser
zwischen 1 und 3 cm).
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Die Konstruktionsweise des Gangreglers führt zu folgenden Ergebnissen
a) Die von den Polen N und S ausgehenden magnetischen Kraftlinienflüsse wirken
auf einen großen Teil der Leiter der Spulen BC und BM.
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b) Die bewegende Wirkung von BM tritt nur ein, wenn die Unruh
sich in der Nähe ihrer Gleichgewichtslage befindet, auch wenn die Schwingungsamplitude
270° erreicht. So verwirklicht man die mit den besten mechanischen Hemmwerken erzielte
Wirkungsweise.
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c) Man beseitigt die störenden magnetischen Einwirkungen, die bei
gewissen Arten elektrischer Uhren den Isochronismus stören und aus dem remanenten
Magnetismus beweglicher Weicheisenteile herrühren.
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Fig. 17 bis 21 zeigen in großem Maßstab an Hand eines Beispiels die
Hauptorgane einer Uhr mit erfindungsgemäßem Gangregler.
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Der Gangregler ist in 43 dargestellt. Die kleinen eingelegten Magneten
sind angeordnet, wie es die Fig. 18 und der Schnitt nach Fig. 19 zeigen. Die Spule
BC, die das Eingangssignal des Transistors Ty erzeugt, und die Spule BM,
die den Antriebsimpuls gibt, sind zwischen der Hauptplatine des Laufwerkes 44 und
des Gangreglers 43 angeordnet. Diese Spulen von flacher Form bestehen aus einem
Draht hoher Leitfähigkeit und mit dünner Emailisolierung. Ihr Draht ist sehr dünn
(Durchmesser kleiner als 0,03 mm).
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Die vor den Spulen vorüberwandernden Pole besitzen die Polaiitäten
N, S, S und N, und der mittlere Durch= messet der Windungen ist gleich
dem Abstand p der Achsen zweier ungleichnamiger benachbarter Magnetpole (s. Fig.21,
die einen Schnitt längs einer zylindrischen Fläche darstellt, welche durch die Achsen
der eingelegten Magnete verläuft; der Schnitt ist auf der Zeichenebene abgewinkelt).
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Die ir Fig.17 dargestellte Stellung ist die Gleichcwichtslage des
Gangreglers, d. h. die Stellung, für wel-che- die Winkelgeschwindigkeit ein
Maximum ist. Für diese Stellurg ist die Änderungsgeschwindigkeit des indyziep erden
Kraftflusses in BC maximal. Außerder-ist@bei gedgreter Diehiichtung das von
BM ausgeübte Drehmomc r_t maximal ; denn Teile von Leitern, die von dem Strc-m
i« du=rchflossen werden, befinden sich gleichzeitig vor einem Pol N und einem Pol
S. Die Schaltung ist so, daß das Moment auf den Gangregler in Richtung f wirkt,
und dadurch läßt sich erreichen, daß kein merkliches Momt.nt mehr auftritt, wenn
sich der Gangregler um hehr als 10` in der einen oder anderen Richtung gedreht hat.
Wenn der eine der Pole N oder S vor einem der Leiter voiüteiwandeit, die sich auf
einer Seite der Spule BC Lefirder, ist die induzierte elektrernotorische Kraft relativ
klein, so daß sie nicht ausreicht, um den Transi->tor T" zu ertspc-ircn.
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"_ußcidcm Heibt das Drehmoment relativ klein, wenn der düttelpirnkt
der Spule Bll-T sich nicht in der Mitte des Zwischenraumes zwischen zwei entgegengesetzten
Polen N-S befindet.
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Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, zeigt sich, daß der Gangregler
einen merklichen Antriebsimpuls empfängt, nur wenn er in Richtung f durch die Gleich=
gewichtslage wandert. Er ist also unter Bedingungen selbstgehend, die den in einem
mechanischen Uhrwerk bestehenden vergleichbar sind, das mit Chronometerhemmwerk
arbeitet, Fig. 17 und folgende veranschaulichen schematisch eine Konstruktion, die
Hauptorgane in einem sehr beschränkten Raum unterzubringen. Der Durchmesser des
Gangreglers ist etwa gleich dem Radius y des Gehäuses 45.
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Auf einer Seite des Gangreglers befinden sich die Spulen BC und
BM und die Gabel, die mit dem das Zahnrad 48 drehenden Antriebsanker 47 ein
Ganzes bildet. Das Rad 48 ist mit einem Ritzel versehen, das einen Sekundenzeiger
mit Mittelachse p betätigt.
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Auf der anderen Seite des Gangreglers befindet sich die Unruhspirale
49 aus amagnetischer Legierung.
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Das Räder- und Zeigerwerk entsprechen demjenigen von gewöhnlichen
Uhren. Man kann Vorrichtungen zum Einstellen der Uhrzeit vorsehen, z. B. einen Seitenantrieb
50.
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Die beschriebene Konstruktionsweise beläßt einen bedeutenden freien
Raum in einem flachen Gehäuse 45 von runder oder ovaler Form, Man kann das Werk
durch ein hermetisch verschlossenes, kleines inneres Gehäuse 51, vorzugsweise aus
durchsichtigem Kunststoff, zusätzlich schützen.
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Ein oder mehrere Kleinelemente vor; runder oder ovaler Form 52 und
53 sind seitlich des Werkes auf einem isolierenden Sockel angeordnet. Diese Elemente
nehmen fast den ganzen verfügbaren Raum ein. Ein Scharnierdeckel gibt Zugang zu
den Elementen zwecks Auswechslung.
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Ein Umschalter 54 ermöglicht den Betrieb :nur eines der Elemente,
während das andere eine Reserve bildet. Man kann ein Gehäuse 45 aus Mumetall (74
% Ni, 20 °/o Fe, 5,3 0% Cu und 0,7 0f0 Mn) oder einer anderen Legierung hoher
Permeabilität vorsehen, das einen magnetischen Schirm zum Schutz des Gangreglers
gegen den Einiluß äußerer Felder bildet.
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Über den inaktiven Polen des Gangreglers kann matt eine kleine Platte
aus extra weichem magnetischem Material 55 vorsehen, um die Streuung des Dauermagnetflusses
zu beschränken.
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In den Antriebsvorrichtungen nach Fig. 17 -arid 18 enthalten die dargestellten
Wicklungen keine ferromagnetischen Kerne. Man könnte aber auch Kerne von guter magnetischerPermeabilität
einsetzen, ähnlich denjenigen, die ,in, Radiogeräten benutzt werden, d. h. Kerne
aus 1Metallpülver mit hohem spezifischem Widerstand und schwacher Hysteresis.
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Die Kleinmagneten 39 können aus Stoffen mit großer Koerzitivkraft,
wie die unter den Namen -SILMANAL" und vFERROXDUR« sowie Legierungen wie -Platin-Eisen«
und rPlatin-Kobalt« bestehen.
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Die Unruh gemäß Fig. 18 kann auch ganz aus Material von großer Koerzitivkraft
bestehen, das nichtmagnetisierte Teile (Weißsche Störbereiche) oder Kerben und Auszackungen
enthält, wobei die Magnetisierung auf die Polbereiche in der Reihenfolge
N, S, S, N oder S, N, N, S
beschränkt ist. Das verwendete Material
kann dabei eine leitfähige Substanz sein, die in den Richtungen S-N und N-S leicht
zu magnetisieren ist. Man kann dazu die unter den Bezeichnungen >,Cunico« und vViccaloy«
bekannten Legierungen wählen.
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Die vier am Umfang angeordneten Pole können bis zu S0` voneinander
versetzt sein, und in diesem Falle wären
die Spulenachsen symmetrisch
zur Achse der Unruh anzuordnen. Die Gleichgewichtslage müßte dann so gewählt sein,
daß bei maximaler Winkelgeschwindigkeit die in BC und Blll durch die Bewegung der
Magneten 39 induzierten elektromotorischen Kräfte ihren Höchstwert erreichen.
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Fig. 22 zeigt ein Torsionspendel zur Betätigung eines Räderwerks.
Die Unruh ist mit 75 bezeichnet. Ihr ist die Spirale 76 zugeordnet.
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Die Unruh besteht aus einem hochwertigen zweipoligen Magneten, der
in einem dünnen Mantel 77 aus nichtmagnetischem Metall angeordnet ist. Seine
Achse 0 steht senkrecht. Eine Platte 78 aus Weicheisen oder einer Legierung mit
hoher Permeabilität ist zwischen den Magneten 75 und der Spirale eingesetzt und
bildet einen Schirm, was gegebenenfalls die Verwendung einer Spirale aus leicht
ferromagnetischem Metall ermöglicht. Der Abstand D ist so gewählt, daß die magnetische
Anziehung zwischen 75 und 78 das Gewicht der Unruh ausgleicht; sie kann auch leicht
überwiegen, was die Verwendung eines einzigen Gegenzapflagers ermöglicht.
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Zwischen der Unruh und der Platte 78 sind die flachen Spulen BC und
BM angeordnet, die an den Transistor TR und die Stromquelle S angeschlossen
sind, wodurch die Schwingungen der Unruh unterhalten werden. Mittels der Vorrichtung
80 kann das Vor- und Nachgehen reguliert werden.
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Die Umwandlung der Drehschwingungen der Unruhachse in eine Drehbewegung
mit nur einer Richtung für den Zeigerantrieb kann durch verschiedene Zeitzählwerke
erreicht werden. Man kann beispielsweise zwei parallele Schneckengänge 81 und 82
verwenden, die radial gespalten und mit zu schrägen Flächen ausgebildet sind, wie
aus Fig. 24 zu ersehen ist. Diese Teile setzen ein mit Zähnen 84 versehenes Rad
83 in Drehung, wobei dieses bei jeder halben Schwingung der Unruh 75 um einen Zahn
weiterrückt.
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Die Achse 85 ist dem Zifferblatt parallel; sie trägt eine endlose
Schraube 86, die mit einem mit dem Ritzel 88 verbundenen Rad 87 kämmt. Das Ritzel
88 bewegt das Mittelrad 89, welches mit der Achse 0-M des Minutenzeigers fest verbunden
ist. Der Stundenzeiger wird durch das gewöhnliche Minutenzeigerwerk 90 angetrieben.
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Auf den Magneten 75 kann man die Gangkorrekturvorrichtungen für den
Isochronismus und den thermischen Ausgleich wirken, lassen.
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Die Anordnung der in der Fig. 22 dargestellten Organe läßt noch reichlich
Raum zur allfälligen Unterbringung der Stromquelle S in dem kleinen zylindrischen
Gehäuse 91; der Durchmesser dieses Gehäuses kann auf weniger als 5 cm reduziert
werden. Für die Zwecke der Gangregelung empfiehlt es sich, nahe der Unruh näherbar
einen die Schwingungsdauer regelnden, vorzugsweise von Hand einstellbaren ferromagnetischen
Körper anzuordnen. Dabei ist es zweckmäßig, daß zwecks selbständigen Temperaturausgleiches
der Korrekturkörper einen gewünschter Weise ausnutzbaren Temperaturgang seiner magnetischer
Eigenschaften hat.