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Uhr mit elektrodynamisch betriebenem schwingendem Hemmwerk Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Uhr mit elektrodynamisch betriebenem schwingendem
Gangordner, bei der die Bewegung des Gangordners unter Vermeidung von Kontakten
mittels Induktion in einer Steuerwicklung ein Impulssignal erzeugt, das die Speisung
einer Antriebswicklung steuert.
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In Uhren dieser Art sind die Steuer- und Antriebswicklung meistens
ortsfest angeordnet, wobei ihr jeweiliges, im allgemeinen durch vom schwingenden
Gangordner getragene Magnete erzeugtes Magnetfeld beweglich ist. Diese Magnetfelder
sind notwendigerweise, zumindestens bei Kleinuhren wegen des geringen auf der Unruh
zur Verfügung stehenden Raumes, schwach, so daß das in der Steuerwicklung erzeugte
Signal ebenfalls schwach ist, so daß ein erheblicher Verstärkungsgrad. also relativ
hoher Stromverbrauch der kleinen Stromquelle notwendig ist; auch die Verwendung
hochkoerzitiver, also teurer Spezialwerkstoffe für den schwingenden Magneten bringt
relativ wenig Verteuerung. Ferner unterliegen sie in hohem Maße der störenden Einwirkung
äußerer Magnetfelder oder bedürfen zu deren Abschirmung oder Unschädlichmachung
komplizierter und meist einen erheblichen Platzbedarf aufweisender Abschirmeinrichtungen
oder der mit ähnlichen Mängeln behafteten Anwendung astatischer Systeme.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist hauptsächlich die Beseitigung
der vorerwähnten Mängel.
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Es sind andererseits bereits kontaktlos selbstgesteuerte Schwinger
bekannt, die mit einer einzigen Spule arbeiteten., die auf dem aus kreuzweise elastisch
aufgespannten Drähten bestehenden Schwinger befestigt war und mit einen feststehenden
Magnetfeld zusammenwirkte. Dabei mußte die Steuerung des Spulenstroms zwecks Zufuhr
der für den Antrieb des Schwingers benötigten Energie in umständlicher Weise durch
eine bistabile, mit mindestens zwei Trioden oder einer Doppeltriode ausgerüstete
Schaltung erfolgen, um eine ausreichende Verstärkung und ein Aufschaukeln der elektrischen
Steuerschwingungen. des Systems zu erzielen. Diese bekannte Anordnung war wegen
ihrer Vielteiligkeit und Aufwendigkeit allenfalls als Laboratoriumsgerät bzw. als
Frequenznormal für kostspielige Steuerzentralen, nicht aber zur Massenfertigung
als Gebrauchsuhr geeignet.
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Ferner sind elektrische Uhren mit Drehspulen-Systemen in den verschiedensten
Ausführungen bekanntgeworden, die jedoch wegen der Verwendung von Kontakten den
an ein unempfindliches, zuverlässiges und eine hohe Lebensdauer aufweisendes Uhrwerk
zu stellenden Anforderungen nicht genügen.
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Elektrische Uhren mit Drehspulsystemen sind darüber hinaus auch in
einer kontaktlosen Bauart mit nur einem Transistor bekanntgeworden. Dabei stand
das Magnetfeld fest, und die Unruh trug sowohl die Triebspule als auch die Steuerwicklung.
Beide waren mit einem Transistorverstärker verbunden. Hier müßten auch bei Anwendung
der einfachstmöglichen Schaltung stets mindestens drei Spiralfedern mit der Unruh
verbunden sein, von denen eine das gemeinsame Ende der Steuerwicklung und der Triebwicklung
mit der Masse der Uhr verbindet und die beiden anderen Spiralen gleichzeitig gegen
die Unruhachse und gegen die Masse des Werkes isoliert sein müßten, damit sie die
erforderliche Verbindung einerseits mit dem Emitter und andererseits mit dem Kollektor
des Transistorverstärkers herstellen könnten. Dies bedeutet eine bauliche Komplizierung,
die die Anwendungsmöglichkeiten der bekannten Bauweise stark beeinträchtigt und
insbesondere ihre Anwendung bei Klein- und Kleinstuhren, namentlich Armbanduhren,
praktisch unmöglich macht. Diese Schwierigkeit des unzulässig großen Raumbedarfs
von mit zwei beweglichen Spulen versehenen elektrischen Uhrwerken könnte auch nicht
überwunden werden, wenn, man etwa die drei Zuleitungsspiralen, wie dies in an sich
zunächst vielleicht hätte naheliegen können, dadurch vermieden hätte, daß man die
gesamte Verstärkereinrichtung auf der Unruh anbringt. Dies hätte ebenfalls zu einer
in Uhren mit kleinem Rauminhalt nicht unterbringbaren Bauweise geführt, die auch
wegen der Schwierigkeit, die dann ebenfalls mit auf der Unruh
angebrachte
Batterie nach dem Verbrauch zu erneuern, praktisch nicht realisierbar gewesen wäre.
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Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung, die relativ große
Triebspulen auf der Unruh hat, ist die Ausbildung der schwingenden Steuerspule als
sehr kleine Wicklung am Unruhumfang; die dadurch offenbar angebrachte Verschärfung
des Steuerimpulses wird aufgewogen durch die Kleinheit des erzielbaren Steuerimpulses,
der also wieder erhebliche Verstärkungsgrade erfordert.
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Uhren mit schwingenden Magneten, die in feststehende Spulen eintauchen,
sind, wie bereits eingangs erwähnt, bekannt. Bei ihnen konnten zwar Kontakte vermieden
werden, indem die durch den schwingenden Magneten in der feststehenden Spule erzeugten
Induktionsströme, z. B. auch unter Verwendung eines Transistors zum Steuern der
durch die gleiche Spule ausgeübten Antriebsimpulse, als Steuerimpulse benutzt werden.
Wegen der geringen Ausgeprägtheit der auf diese Weise erzielbaren Steuersignale
und der Verwendung der gleichen Spule als Steuer- und Antriebswicklung waren diese
bekannten Anordnungen mit einem verhältnismäßig großen Energieverbrauch verbunden
und erlaubten im allgemeinen nicht die Erzielung einer ausreichend hohen Gangkonstanz
auch bei Uhren oder Hemmwerken kleinerer Abmessungen, insbesondere -z: B. für Taschen-
oder Armbanduhren. Trennt man, wie ebenfalls bekannt, nicht nur Steuer-und Triebspule,
sondern auch Steuermagnet (als kleiner Zylindermagnet auf besonderer Scheibe) und
Triebelement (magnetisches weiches Material auf der Unruh), so vermeidet man zwar
auf der Unruh selbst einen Magneten, braucht aber doch wieder den störempfindlichen
beweglichen Steuermagneten und muß die Bauhöhe beträchtlich vergrößern.
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Durch die Erfindung wird eine Uhr mit elektromagnetisch betriebenem
schwingendem Gangordner angegeben, bei der in an sich bekannter Weise ebenfalls
mechanisch geöffnete und geschlossene Kontakte vermieden werden, ohne daß dabei
aber die vorstehend aufgeführten Nachteile der bekannten Bauweisen auftreten. Die
Uhr nach der Erfindung zeichnet sich vielmehr durch besonders einfache Gestaltung
ihres Zubehörs, durch geringen Raumbedarf, durch geringen, unter hohem Wirkungsgrad
erfolgenden Energieverbrauch und durch große Gangkonstanz aus, wobei die Einwirkung
äußerer Magnetfelder völlig ausgeschaltet und in vorteilhafter Weise mit besonders
scharf ausgeprägten elektrischen Antriebsimpulsen für den schwingenden Gangordner
gearbeitet werden. kann.
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Zu diesem Zweck wird eine Uhr mit elektrodynamisch betriebenem, kontaktlos
über eine elektronische Schaltung, insbesondere Transistorschaltung, arbeitendem
schwingendem Gangordner, insbesondere einer Unruh, dessen Relativbewegung zu einem
die Bewegungsbahn des Schwingers schneidenden ortsfesten Magnetfeld in einer Steuerwicklung
ein Impulssignal erzeugt, das über die elektronische Schaltung die Speisung einer
mit dem Gangordner schwingenden Antriebswicklung steuert, erfindungsgemäß in der
Weise ausgebildet, daß außer dem die Bewegungsbahn des Gangordners schneidenden
Magnetfeld auch die Steuerspule ortsfest angeordnet ist, daß dagegen mit dem Gangordner
eine Abschirmung schwingt, durch deren Bewegung das die Steuerspulen beeinflussende
Magnetfeld derart verändert wird, daß in der mit dem Gangordner schwingenden Antriebswicklung
ein genau definiertes scharfes Impulssignal erzeugt wird: Die Zeichnung, in der
nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt sind, veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Es zeigt Fig. 1 einen durch
die Achse der Unruh geführten Schnitt eines Teiles einer Uhr, Fig. 2 eine Draufsicht
auf die Teile nach Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung der Veränderungen
des Magnetflusses und der in der Steuerwicklung induzierten Spannung als Funktion
der Zeit und Fig.4 eine schematische Darstellung des Schaltungsprinzips der Uhr.
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Die dargestellte Uhr enthält eine Unruh 1, deren Welle 2 zwischen
der Platine 3 des Werkes und dem Unruhkolben 4 schwenkbar gelagert ist. Die Welle
2 trägt ein Ankerplättchen 5, das einen Anker 6 steuert, der die schwingenden Bewegungen
der Unruh 1 in eine schrittweise Drehbewegung eines mit den Zeigern verbundenen,
nicht dargestellten Triebwerkes umwandelt. Die regelnde Spiralfeder ist mit 7 bezeichnet.
Ihr inneres Ende ist an einer Spiralrolle 8 befestigt, die mittels einer Muffe 9,
beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, elektrisch gegen die Welle 2 der Unruh
isoliert ist.
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Die Schwingungen der Unruh 1 werden auf elektrodynamischem Wege durch
die nachstehend beschriebene Vorrichtung aufrechterhalten: Mittels eines blockartigen,
unterhalb der Unruh 1 angebrachten Magneten 10; dessen Achse und Magnetisierungsrichtung
parallel zur Welle 2 verlaufen, und mittels eines zweiten blockartigen Magneten
11, dessen Achse und Magnetisierungsrichtung ebenfalls parallel zur Welle 2 verlaufen,
wird ein festes Magnetfeld erzeugt. Die beiden Magneten 10 und 11 sind durch ein
Eisenblech 12 miteinander verbunden. Der Magnet 11 trägt außerdem ein zweites, mit
13 bezeichnetes Eisenblech, dessen freies Ende oberhalb des Magneten 10 liegt. Infolgedessen
schneiden die magnetischen Kraftlinien die Bewegungsbahn der Unruh 1 senkrecht zu
deren Ebene. Die beiden Magneten 10 und 11 bestehen vorzugsweise aus einem Werkstoff
von hoher Remanenz und großer Koerzitivkraft, wie beispielsweise einer Legierung
aus Aluminium, Nickel und Kobalt oder auch aus Titan, Kobalt, Aluminium oder auch
aus Ferriten mit Permanentmagneten, einem Material von hohem spezifischem Widerstand,
was die Wirbelstrom.verluste vermindert.
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Das Ende des Eisenbleches 13 trägt eine mit einem Kern 15, beispielsweise
aus weichem Ferrit, ausgestattete Steuerwicklung 14.
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Die Unruh 1 trägt eine Antriebswicklung 16, die so angebracht ist,
daß sie sich genau unter der Steuerwicklung 14 befindet, wenn die Unruh ihre Gleichgewichtsstellung
einnimmt. Die Antriebswicklung 16 ist mit einem zentralen Kern 17 versehen, der
durch eine ebenfalls aus weichem Ferrit bestehende Abschirmung 17a verlängert ist.
Der Speisekreis für die Wicklung 16 verläuft über die mittels der Muffe 9 elektrisch
gegen das Uhrengehäuse isolierte regelnde Spiralfeder 7 und über das nicht dargestellte,
ebenfalls aus isolierendem Werkstoff bestehende oder mittels eines isolierenden
Stiftes auf dem Unruhkloben angebrachte Spiralklötzehen ihres äußeren Endes. Andererseits
verläuft der Speisekreis für die Wicklung 16 über das Uhrengehäuse. Zu diesem Zweck
ist eines der Enden der Wicklung 16 bei 18 mit der Unruh 1 verbunden, die wiederum
über eine zusätzliche, an. einem Spiralklötzchen 20 befestigte Spiralfeder 19 elektrisch
mit der Platinei verbunden ist. Die zusätzliche Spiralfeder ist so fein., daß sie
kein nennenswertes. zusätzliches Drehmoment auf die Unruh ausübt.
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Die Antriebswicklunz 16 liegt einerseits am Kollektor
eines
Transistors 21 und andererseits an der Minusklemme einer Stromquelle 22; beispielsweise
einer Batterie von 1,3 Volt (Fig. 4). Die Plusklemme der Stromquelle 22 liegt am
Emitter des Transistors 21. Schließlich liegt die Wicklung 14 einerseits an der
Basis des Transistors 21 und andererseits an dessen Emitter.
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Die Uhr nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise: Beim Schwingen
der Unruh 1 liegt die Steuerwicklung 14 in einem konstanten Magnetfeld, solange
die Abschirmung 17a sich nicht in diesem befindet. Sobald die Abschirmung 17a in
das Magnetfeld eintritt, lenkt sie dieses über den Luftspalt 23 dadurch ab, daß
der Magnetwiderstand des Luftspaltes 23 wesentlich kleiner ist als der des Luftspaltes
24. Das Magnetfeld, in dem die Steuerwicklung 14 liegt, verändert sich somit beim
Durchgang der Abschirmung 17a entsprechend der Kurve 25 in Fig. 3, in der die Gleichgewichtsstellung
der Unruh 1 durch eine Achse 26 dargestellt ist. Diese Veränderung des Magnetflusses
erzeugt durch Induktion in der Wicklung 14 eine in Fig. 3 durch die Kurve 27 dargestellte
Spannung nach dem Gesetz: Dieses zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors
21 angelegte Signal entsperrt den Transistor derart, daß die Antriebswicklung 16
dann aus der Stromquelle 22 gespeist wird. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Anordnung so, daß, wenn die Abschirmung 17a in das Magnetfeld eintritt,
während die Unruh sich dann ihrer Gleichgewichtsstellung nähert, der in der Hemmwicklung
14 erzeugte Impuls wirkungslos ist. Der Kern 17 und die Abschirmung 17 a werden
dann vom Magnetfeld angezogen, was der Unruh die für die Aufrechterhaltung ihrer
Schwingbewegung notwendige Energie liefert. Dagegen fließt der Strom aus der Quelle
22 durch die Wicklung 16, wenn die Unruh sich aus ihrer Gleichgewichtsstellung entfernt,
während die Abschirmung 17a dann aus dem Magnetfeld heraustritt, was die Wirkung
des Magnetfeldes aufhebt und somit die von dessen Anziehungskraft hervorgerufene
Bremswirkung beseitigt. Dieser Vorgang ist symmetrisch und findet also ohne Rücksicht
auf die Bewegungsrichtung der Unruh statt.
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Die beschriebene und dargestellte Anordnung hat den Vorteil, daß sie
die Verwendung von verhältnismäßig langen Magneten gestattet - der Magnet 11 hat
praktisch die Höhe des Uhrwerkes -, deren Querschnitt sehr frei bemessen werden
kann. Auf diese Weise erreicht man das Konzentrieren eines bedeutenden Magnetfeldes
im Luftspalt. Auf diese Weise werden das in der Steuerwicklung erzeugte Signal sowie
auch der Gang der Uhr und besonders ihre Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen
verbessert.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte
Ausführungsform beschränkt. So kann beispielsweise das Magnetfeld von nur einem
statt von zwei Magneten erzeugt werden. Die Antriebswicklung kann an einem der Enden
des Unruharmes angebracht sein, statt wie in der dargestellten Ausführungsform am
Ende eines rechtwinklig zu diesem Arm verlaufenden Durchmessers zu liegen. Es sei
bemerkt, daß der in der Zeichnung nicht dargestellte Abschnitt der Unruh, der der
Antriebswicklung entgegengesetzt liegt, vorzugsweise eine ein ausgleichendes Gegengewicht
bildende Verdickung aufweist.
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Schließlich kann die zusätzliche Spiralfeder 19, statt nur ein sehr
schwaches Drehmoment zu erzeugen, im Gegenteil die gleichen Merkmale wie die regelnde
7 haben, so daß ihre Wirkung sich der der Spiralfeder 7 hinzufügt, wo i ihr Wicklungssinn
vorzugsweise entgegengesetzt ist.