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Elektrische Uhr Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Uhr
mit einem kontaktlos gesteuerten niederfrequenten mechanischen Schwinger als Gangregler,
bei dem durch die Relativbewegung des Gangreglers zu einer ersten Spule (Steuerspule)
ein Steuerimpuls induziert wird, dem durch eine elektronische Schaltung, vorzugsweise
eine Transistorschaltung, ein Impuls in einer zweiten Spule zugeordnet wird, welche
die Erregerspule einer elektrischen, vorzugsweise elektromagnetischen Antriebseinrichtung
bildet, die ihrerseits den Antrieb des Gangreglers bewirkt. Diese bekannten elektrischen
Uhren waren irn allgemeinen derart ausgebildet, daß die Steuerspule und die Erregerspule
symmetrisch zueinander angeordnet waren und der Antrieb durch direkte elektromagnetische
Einwirkung der Triebspule auf den ihr gegenüber also zugleich als Anker dienenden
elektromagnetischen Gangregler erfolgte.
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Es ist freilich auch bereits bekannt, den als Gangregler dienenden
mechanischen Schwinger durch einen besonderen Anker mechanisch anzutreiben, welcher
seinerseits durch das erwähnte elektronisch gekoppelte Spulenpaar in periodischer
Bewegung gehalten wird. In diesem Falle wirkt die erwähnte elektromagnetische Antriebseinrichtung
nicht direkt, sondern über den Anker taktmäßig impulsgebend auf den Gangregler ein.
Es ist weiterhin bekannt, daß hierbei gleichzeitig derAntrieb des Zeigerwerks durch
den Anker bewirkt werden kann.
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Die letztgenannte bekannte Anordnung hat zwar gegenüber der erstgenannten
bereits den Vorteil, daß, abgesehen von der Zeit der Impulssteuerung, die Unruh
frei schwingt, sie hat aber genauso weiterhin den Nachteil, daß die Unregelmäßigkeiten
in der Wirkungsweise des Transistors, beispielsweise auf Grund von Temperatureinflüssen
oder durch Spannungsänderungen der den Transistor versorgenden Spannungsquelle,
in die Größe der elektrischen Impulse eingehen und dadurch auch die Frequenz des
Schwingers bis zu einem gewissen Grade beeinflussen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten, unter Umständen
schädlichen Einflüsse zu vermeiden. Die Leitidee zur Lösung dieser Aufgabe ist darauf
gerichtet, die unmittelbare magnetische bzw. mechanische Kopplung der elektronischen
Steuerung mit dem Antriebsvorgang mit dem Schwinger, wie sie seit Einführung der
Elektronik in die Uhrentechnik allgemein angestrebt wird, zu lösen und die Funktionen
des Antriebs des Uhrwerks einerseits und der Frequenzbestimmung durch den Schwinger
andererseits rückwirkungslos zu trennen, wie es an sich bei rein mechanisch wirkenden
Uhren bei höchsten Genauigkeitsansprüchen schon durchgeführt worden ist.
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Auch bei bekannten elektrischen Uhren mit elektromagnetischem Antrieb
und elektrischer Kontaktsteuerung hat man bereits getrennt bewegliche Teile für
gesehen. Bei der besrchriebenen kontaktlosen, elektromagnetische Antriebsimpulsgabe
andererseits vorgesehen. Bei der beschriebenen kontaktlosen elektronisch gesteuerten
Uhr war jedoch für die elektromagnetische Wechselwirkung mit der Steuerspule einerseits
und mit der Erregerspule andererseits ein und derselbe schwingbewegliche Teil vorgesehen.
Das Steuer- und Antriebssystem -,var demnach sowohl elektronisch als auch mechanisch
gekoppelt, so daß durch den Transistor bewirkte Fehler auch dann nicht vom Gangregler
ferngehalten wurden, wenn zwischen diesen und die beiden Spulen ein mechanisch auf
ihn einwirkender Anker zwischengeschaltet war.
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Die elektrische Uhr nach der Erfindung geht also zwar aus von einer
Uhr der eingangs genannten Gattung, d. h., sie ist mit einem kontaktlos gesteuerten
niederfrequenten mechanischen Schwinger als Gangregler ausgestattet, bei dem durch
die Bewegung des mechanischen Schwingers- in einer ersten Impedanz (Steuerimpedanz),
vorzugsweise Spule, ein Steuerimpuls erzeugt wird, der durch eine elektronische
Schaltung, vorzugsweise eine Transistorschaltung, ein Impuls in einer zweiten Impedanz
zugeordnet wird-, welche das Erregerorgan; vorzugsweise die Erreger= spule, einer
elektrischen, vorzugsweise elektromagnetischen Antriebseinrichtung bildet, deren
bewegter Teil, vorzugsweise Anker; .mit mechanischen Zwischengliedern taktmäßig
einen Impuls auf den mechanischen Schwinger überträgt, vorzugsweise gleichzeitig
den Antrieb des Zeigerwerks bewirkt; sie ist jedoch erfindungsgemäß gekennzeichnet.
durch Verwendung bei solchen Uhren, bei denen zwei voneinander getrennt bewegliche
Teile, vorzugsweise Magnetanker, den Impedanzen, vorzugsweise Spulen, zugeordnet
vorgesehen sind, jedoch in derartiger Abwandlung, daL, der eine als kontaktloser-
Taktgeber, der andere zur
kontaktlos gesteuerten Auslösung oder
Energiespeicherung eines einen von der Stromquelle und den Betriebseigenschaften
des elektronischen Gliedes unabhängigen, also indirekten Antrieb im gleichen Takt
für den Gangregler bewirkenden Energiespeichers, vorzugsweise auch zum Antrieb des
Zeigerwerks dient.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß der Gangregler
unabhängig von allen Fehlerquellen der Halbleiteranordnung, insbesondere des Transistors,
wird und daß andererseits die Möglichkeit geschaffen ist, den Zeigerwerksantrieb
vom Gangregler weg zum Anker der Antriebsspule zu verlegen, was eine weitere Entlastung
des Gangreglers, also Verbesserung der Isochronismusbedingungen, mit sehr einfachen
Mitteln ermöglicht.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung des Erfindungsgedankens erfolgt
der Antrieb des Schwingers in der Weise indirekt, daß hierzu eine besondere Antriebsfeder
vorgesehen ist, welche von der Antriebseinrichtung des Schrittschaltwerks bei jeder
Erregung durch die Halbleiteranordnung gespannt wird. Als besonders zweckmäßige
Ausführungsform ist gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen,
daß die Antriebsfeder eine durch ihren Auslenkwinkel beim Spannen mechanisch genau
festgelegte Speicherenergie aufweist und daß die Mittel, welches die Feder auslöst,
durch den Schwinger selbst gebildet wird, welcher beim Rückschwingen die Feder auslöst
und dabei gleichzeitig einen stets gleichen Antriebsimpuls von der Feder empfängt.
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Da der Schwinger bei zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung als
reine Frequenznormale dient und ohne Rückwirkung das Fortschreiten des Zeigerwerks
steuert, wird erstens der Vorteil erreicht, da13 mit einem beliebig kleinen und
leichten Schwinger beliebig große Zeigerwerke gesteuert werden können und daß andererseits
etwaige Amplitudenschwankungen des Schwingers ohne Rückwirkung auf die ihm von der
Antriebsfeder erteilte Antriebsenergie bleiben.
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In Fig. 1 ist eine Prinzipskizze dargestellt, an Hand deren zunächst
der allgemeine Erfindungsgedanke erläutert werden soll.
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a bedeutet ein Pendel, dessen Masse b als Dauermagnet
ausgebildet ist und bei dessen Schwingungen in eine Anreizspule c eintaucht. Die
hierbei in der Spule c induzierten Spannungen werden durch eine steuerbare Halbleiteranordnung
d in deren Ausgang in Stromimpulse umgesetzt, welche von einer Magnetspule e aufgenommen
werden.
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Zwischen der Elektromagnetspule e und dem Pendel a ist ein Glied g
geschaltet, welches die frequenzstörenden Einflüsse vom Pendel a fernhält. Dies
wird dadurch erreicht, daß das Glied g eine Antriebswirkung, welche schematisch
durch den Pfeil la dargestellt ist, auf das Pendel a ausübt und andererseits eine
entsprechende direkte oder indirekte Antriebswirkung, welche durch den Pfeil i schematisch
angedeutet ist, auf die Nutzwelle t des Zeigerwertes ausübt.
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In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach
der Erfindung für eine Unruhuhr beispielsweise dargestellt.
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In Fig. 2 bedeutet 1 eine Anreizspule, in deren Windungsbereich ein
Dauermagnet 2 pendelnd hin und her schwingt, welcher auf einer Unruh 4 befestigt
ist, deren Spiralfeder 6 in dein Stift 5 gehaltert ist. Durch die Schwingungen des
Magneten werden in der Spule 1 periodisch Stromimpulse erzeugt, welche in an sich
bekannter Weise mittels eines Transistors 22 verstärkt bzw. in verstärkte Schaltimpulse
im Emitter-Kollektor - Kreis umgesetzt werden. Im Emitter-Kollektor - Kreis ist
eine Magnetwicklung 21 angeordnet, der ein die Schwingneigung des Transistors unterdrückender
Ohmscher Stabilisierungswiderstand 2,5 parallel gesFhaltet ist. 23 ist eine Spannungsquelle,
17 ist der Magnetanker, welcher um den raumfesten Punkt 26 drehbar gelagert ist;
der mit ihm starr verbundene Hebel 24 wird in der in der Zeichnung dargestellten
Ruhelage durch einen Anschlag 27 festgehalten, gegen den er mittels der Zugfeder
16 gezogen wird. Unter der Wirkung der periodischen Anziehung durch das Magnetfeld
der Spule 21 wird der Anker 17 jedesmal in Richtung des Pfeiles verschwenkt, bis
er in die gestrichelt gezeichnete Lage gelangt. Eine mit ihm starr verbundene Schaltklinke
15 vermag dabei ein Schaltrad 18 gegen eine Sperrfeder 28 fortzuschalten, wodurch
das Zeigerwerk 19 einer Uhr angetrieben wird. Gleichzeitig wird ein auf dem Hebel
24 angeordneter Spannstift 13 nach rechts ausgelenkt, wodurch dieser eine gestrichelt
gezeichnete Blattfeder 14 in die rechts daneben ausgezogen dargestellte Lage biegt,
in welcher die Feder mittels eines Stiftes 7 festgehalten wird, welcher auf einem
um den Punkt 29 drehbaren Hebel 8 sitzt. Der Hebel 8 liegt unter der Wirkung der
Zugfeder 9 an einem Anschlagstift 30 an. Beim Vorschwingen der Unruh 4 liegt der
Auslösestift 11 gegen die am Anlehnstift 12 anliegende Rücklauffeder 3 zurück und
läuft an ihr vorbei. Beim Rücklauf der Unruh stößt der Stift 11 gegen die Feder
3 und nimmt den Hebel 8 mit, worauf der Stift 7 die im Gehäuseteil 20 befestigte
und gespannt gewesene Blattfeder 14 freigibt, welche den Antriebsstift 10 der Unruh
4 anstößt und ihm dabei einen Antriebsimpuls versetzt. Hierdurch werden die Unruhschwingungen
in Gang gehalten.
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Durch die doppelte Wirkung des als Schrittschaltwerk dienenden Elektromagneten
21 wird der Vorteil erreicht, daß der Antrieb des Werks völlig unabhängig vom Antrieb
der Unruh selbst ist, welche als reine Schwingungsnormale wirkt. Außerdem wird durch
die Anordnung und Ausbildung der Spannfeder 14 der Vorteil erreicht, daß die auf
die Unruh ausgeübten Antriebsimpulse stets untereinander gleich sind, da sie eindeutig
durch die Federkraft der Blattfeder 14 und deren durch die geometrische Anordnung
des Stifts 7 festgelegten Auslenkwinkel definiert sind.
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Die Bandstahlfeder 14 ist dem Trägheitsmoment des Schwingers anzupassen.
Der Elektromagnet 21 ist zweckmäßig so auf die Betriebsspannung abgestimmt, daß
sein Anker die Feder bei der niedrigsten in Frage kommenden Batteriespannung, z.
B. 1 Volt, noch einwandfrei und sicher zu spannen vermag. Hierdurch ist gewährleistet,
daß die Antriebsimpulse auch bei größeren Magneterregungen gleich sind. Der Dauermagnet
2 befindet sich zweckmäßigerweise in einer solchen Lage zur Spule 1, daß der mechanische
Impuls in demjenigen Augenblick eintritt, in dem der Schwinger seine größte Geschwindigkeit
besitzt und am unempfindlichsten gegen Stöße und Dämpfungen ist. Der Impuls zum
Weiterschatten des Werks und zum Spannen der Impulsfeder soll nach Möglichkeit keim
Vorschwingen des Schwingers gegeben werden, während der Antriebsimpuls aus der Speicherfeder
14 an den Schwinger beim Rückschwingen des Schwingers erzeugt werden soll.
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Das Ausführungsbeispiel kann in mannigfacher Weise abgeändert werden.
Sowohl der Antrieb für das Werk als auch derjenige für den Schwinger können anders
ausgebildet und anders angeordnet sein. Außer der einen Anreizspule 1 kann z. B.
noch eine zweite
entsprechende Spule für einen weiteren P91 des
Magneten vorgesehen sein. An die Stelle des Transistors 22 kann eine andere Halbleiteranordnung
zur Verstärkung und/oder Erregung von Schaltimpulsen treten. Auch die Frequenznormale
kann anders ausgebildet sein, beispielsweise als Pendel, z. B. für Wanduhren. Im
Falle einer Unruh kann deren Masse als Dauermagnet ausgebildet sein, oder es kann
auf deren praktisch masseloses Gestell ein Dauermagnet geeigneter Formgebung aufgesetzt
sein. Besonders bei der Verwendung des getrennten Federantriebs für den Schwinger
kann dieser beliebig klein und leicht ausgeführt werden. Für eine Serienanfertigung
ist es z. B. vorteilhaft, eine gebräuchliche Uhrenunruh zu verwenden und auf ihr
durch Einpressen, Aufkleben und/oder mechanisches Fassen den Dauermagneten anzuordnen.
Ein besonders einfacher technischer Weg besteht darin, in eine Unruh ein Magnetpulver
einzugießen oder anderweitig, gegebenenfalls unter Beimengung eines geeigneten,
zweckmäßig aushärtenden Bindemittels, einzubringen und nachträglich zu magnetisieren.
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Eine besonders zweckmäßige Abwandlung des Ausführungsbeispiels besteht
darin, den Dauermagneten als astatisches, gegebenenfalls justierbares Dauermagnetpaar
auszubilden. Ferner bestehen verschiedene Möglichkeiten, die in der Zeichnung nur
schematisch angedeutete elektrische Spannungsquelle zu verwirklichen. Die wichtigsten
Ausführungsformen bestehen in der Verwendung einer Batterie und/oder einer Photozellenanordnung,
welche zweckmäßigerweise aus einem oder mehreren Siliciumphotoeleinenten besteht.
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Eine weitere Abwandlung der Ausführungsbeispiele ist in der Fig. 3
dargestellt. In Fig. 3 ist im wesentlichen der Magnetanker anders ausgebildet als
in der Anordnung gemäß Fig. 2. Er besteht aus einem eigentlichen Ankerteil 31, mit
dem im Drehpunkt 26 ein Arm 32 starr verbunden ist, welcher das Spannen der Feder
14 bewirkt; außerdem ist mit dem Anker eine Klinke 33 gelenkig verbunden, welche
auf das Schaltrad 18 arbeitet, gegen das sie mittels einer Feder 34 gedrückt wird.
Die Wirkung dieser Ausführungsform besteht darin, daß das Wiederabfallen des periodisch
angezogenen Ankers in die Ausgangsstellung - verursacht durch die Wirkung der Rückstellfeder
- das Weiterschalten des Werks tätigt. Man erreicht dadurch eine bessere Energieausnutzung
des Ankerhubes, ferner den Vorteil, daß die Kraft zum Weiterschalten des Zeigerwerks
immer dieselbe ist, d. h. ebenfalls unabhängig von der Erregerkonstante des Elektromagneten.
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Der Erfindungsgedanke kann auch so gelöst werden, daß bei jeder Hin-
und bei jeder Rückschwingung das Werk geschaltet wird, daß jedoch der Impuls zum
Spannen der Feder nur durch jede Doppelschwingung erfolgt. Dies kann durch eine
entsprechende Ausbildung der Spulen- und/oder Magnetanordnung erreicht werden.
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Der Impulsentzug aus dem Schwinger zum Anreizen des Transistors soll,
da er eine leichte Dämpfungserscheinung der freien Unruhschwingung zur Folge hat,
möglichst im Zeitpunkt der größten Geschwindigkeit des Schwingers erfolgen, um den
Isochronismus des Schwingers zu erhalten.
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Die Einrichtung nach der Erfindung läßt sich auch als reines Frequenznormal
verwenden. Die z. B. zum Antrieb eines Cyclonuhrwerks aasnutzbare Wechselspannung
kann parallel und/oder in Reihe zum Antriebsrelais des Gangreglers abgenommen werden.
Die Frequenz wird durch die Anzahl der Pole des als Sel wipger gasgebildeten Dauermagneten
bestimm t.
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Ein Schwingkreis, der dem erzeugten Wechselstrom Sinusform geben soll,
kann an die Stelle des Widerstandes 25 treten oder zusätzlich zu iliin vorhanden
sein. Bei allen Ausführungsformen bann auch die Rolle des Dauermagngten und der
Spule in der Weise vertauscht werden, daß der Dauermagnet fest angeordnet und die
Spljle als Schwingteil ausgebildet ist.