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Zeithaltendes elektrisches Gerät, insbesondere elektrische Uhr Die
bisher bekanntgewordenen, kontaktlos durch elektronischen Schaltungen, insbesondere
Transistorschaltungen, gesteuerten Uhren arbeiten im allgemeinen derart, daß der
durch Relativbewegung von Permanentmagnet und Steuerspule bei der Gangordnerschwingung
in der Steuerspule erzeugte Impuls durch den Transistor verstärkt ' d. h.
mehr oder minder in seiner Form unverändert, nur in seiner Größe erhöht, der Triebspule
zugeführt wird: Die Kürze -und Schärfe des Triebimpulses ist also im wesentlichen
durch die Oualität des Steuerimpulses mit bedingt. Das hat niiht nur den Nachteil,
daß man in der Dimensionierung und räumlichen Anordnung des Spulen-und Magnetsystems
ziemlich beschränkt ist und die Fertigung sehr exakte, kostspielige Justierung,
z. B# mit zusätzlichem magnetischem Nebenschluß, verlangt, sondern das System ist
auch sehr abhängig von der Amplitude d#s Gangordners, die ihrerseits von Spannungs-
und Verstärkungsgradschwankungen abhängt, was- zusätzliche Kompensationsmaßnahmen
verlangt.
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Es ist daher z. B. auch schon bekanntgeworden, in einer recht aufwendigen
Oszillatorschaltung mit mehreren abgestimmten Schwingkreisen und Röhren durch ein
mit dem Pendel schwingendes Kondensatorteil bzw. ein auf eine Spule einwirkendes
Magnetteil den Schwingungskreis periodisch so zu verstimmen, daß entweder kurzfristig
ein dauernd schwingender Kreis unterbrochen wird oder ein dauernd unterbrochener
Kreis kurzfristig angefacht wird. Abgesehen von der Aufwendigkeit dieses Systems,
das übrigens vom Ausgang der Schaltung wieder ein Relais, also einen mechanischen
Kontakt steuert, also nur das Pendel von mechanischer Kontaktarbeit entlastet, hat
dieses System den Nachteil, daß die Schärfe des Impulseinsatzes ganz von den Resonanzbedingungen
des verstimmbaren Kreises, die ihrerseits bekanntlich- nicht konstant sind, abhängt.
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Neuerdings hat man daher bei Transistoruhren bei einem anderen bekannten
System mit enger Kopplung der Steuer- und Triebspule eine periodische Entkopp-Jung
dadurch erreicht, daß zusätzliche Entkopplungsmittel, z. B. in Form eines Kondensators,
im bzw. parallel zum Emitter-Kollektor-Kreis vorgesehen sind, die während des größten
Teiles der Gangordnerschwingung das Auftreten elektrischer Schwingungen im Oszillatorkreis
sperren; durch die Beaufschlagung des Spulensysterns mit vorzugsweise nur einem
Pol des Permanentmagneten wird der Schwingkreis entsperrt, so daß nadelförmige Antriebsilnpulse
in der Oszillatorfrequenz entstehen, der Triebimpuls also durch die Hüllkurve dieser
Nadelimpulse entsteht.
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Die Verwendung dieser zusätzlichen Entkopplungsmittel verteuert nicht
nur die Fertigung und beansprucht ziemlich viel Platz, sondern schränkt auch im
allgemeinen, vor allem, wenn wie bei der bekannten Anordnung der Magnet die Spulen
durchsetzt, das Aussehen der Anordnung unschön ein; vor allem aber muß der Entkopplungskondensator-
sehr exakt bemessen und konstant sein, wenn er seine Aufgabe bei allen Betriebsbedingungen
erfüllen soll.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine nicht nur fertigungstechnisch
einfachere und weniger rauniaufwendige Lösung für die periodische Entkopplung und
Kopplung zu schaffen, s ändern auch eine größere Stabilität bei verschiedenen Betriebsbedingungen
zu erreichen.
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Dies wird bei Transistoruhren mit Sperrschwingerschaltungen der letztgenannten
Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Entkopplung der Spulen durch Metallkapseln
erfolgt, die nur im Bereich der Schwingungsbahn des Magneten so geöffnet sind, daß
bei der Beaufschlagung des Spulensystems durch den Magneten die Spulen kurzfristig
gekoppelt werden,-läßt man vorzugsweise den Permanentniagneten in an sich bekannter
Weise die Spulen überschwingen, so hat man in der ästhetischen Gestaltung freie
Wahl, ohne auf die exakte Impulsgabe zu verzichten; vorzugsweise ist ferner die
Anordnung so getroffen, daß an der Antriebsspule durch transformatorische Wirkung
bzw. durch die Selbstinduktion beim Ein- und Ausschalten der Nadelimpulse eine höhere
Spannung als die Speisespannung wirksam ist.
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Die Frequenz der Oszillatorschwingungen und die Amplitude der Schwingungen
sind nur abhängig von den Kreiskonstanten des Oszillators. Durch die magnetische
Speicherung wird beim Ein- und Abschalten jeder Schwingung ein Induktionsstroni
in der Arbeitsspule erzeugt, welcher zu einer Spannungserhöhung führt. Diese Spannungserhöhung
beträgt unter den gegebenen
Verhältnissen bei Uhrenkonstruktionen
etwa das 30- bis 50fache. Es genügt für den Antrieb derartiger Uhren eine
Stromquelle mit einer Betriebsspannung von etwa 1 bis 2'Volt, und die auftretende
Spannung an der Antriebsspule erreicht etwa 30 bis SOVolt. Die Frequenz des
Oszillators liegt in der Größenordnung zwischen 3000 und 10000 Herz.
Beim Überschwingen der Spulenanordnung durch den Permanentmagneten werden Impulse
in der Größenordnung von etwa zehn bis zwanzig Impulsen bei einer Grundfrequenz
von 3000 bis 10 000 Herz, wie angegeben, ausgelöst.
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Der Schwingungszug einer Schwingung selbst wird durch den Permanentmagneten,
von dem nur ein Pol für die Kopplung wirksam wird, bereits zu nadelförmigen Impulsen,
welche nach einer Seite um den Nullpunkt sehr hohe Amplituden von 30- bis
50fachem Wert der Grundspannung aufweisen. Nach der anderen Seite vom Nullpunkt
entstehen zwar noch verhältnismäßig niedrige Impulsspitzen, welche aber im Verhältnis
zu den nadelförmigen hohen Impulsen kaum in Erscheinung treten. Das oszillographische
Bild zeigt einen Schwingungszug ähnlich dem bekannten Bild bei einem Gleichspannungswandler
in Transistorschaltung mit eingeschalteter Diode zur Unterdrückung einer Halbwelle.
Die magnetische Kopplung über einen Permanentmagneten mit nur einem Pol führt zu
einem Schwingungsbild von gleichsinnigen, nadelförmigen Impulsen, welche in der
Antriebsspule ein Magnetfeld aufbauen, das den Magneten abstößt. Beim Überstreichen
der Antriebsspule wird daher der Magnet selbst ausgelenkt. Ordnet man nun diesen
Magneten in einem Pendel oder in einem Drehpendel oder in einer unruhähnlichen Konstruktion
an, so erhält das mechanische Schwingungssystein periodische Impulse. Diese periodischen
Impulse sind in ihrer Zahl und in ihrer Höhe nur abhängig von den Konstanten des
Schwingungskreiges der Transistorschaltung. Es ist auch ohne weiteres möglich, mehrere
solcher Perinanentmagneten in entsprechenden Anordnungen, wie z. B. bei Drehpendeluhren,
in dem mechanischen Schwingungsgebilde unterzubringen; dann entsteht beim überschwingen
jedes Permanentmagneten ein entsprechender Schwingungszug, welcher einen Antriebsimpuls
zur Weiterdrehung gibt.
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Bei Verwendung von zwei oder auch mehreren eng gekoppeltenSpulen ist
dieAnordnung derSpulenuntereinander- an sich bedeutungslos. Die Spulen können nebeneinander,
hintereinander oder ineinander oder in sonst geeigneter Form angeordnet sein. Es
kommt nur darauf an, daß der Permanentmagnet eine Kopplung zwischen den Spulen herbeiführt
und daß normalerweise im Ruhezustand eine Entkopplung durch metallische Abschirmung
besteht. Sehr zweckmäßig ist es, die gesamte Anordnung im- Sockel der Uhr -unterzubringen,
so daß sie völlig unsichtbar ist. Der oder die Perinanentniagneten können gleichfalls
in die Pendel oder Drehpendel so eingebaut werden, daß sie -völlig unsichtbar sind.
Da diese Magneten nicht in -irgendwelche Spulen hineinschwingen, sondern nur darüber
hinwegschwingen, sind keinerlei Rücksichten auf die Führung des Pendels erforderlich.
Es ist auch möglich, durch Verändern des Abstandes die Uhr zu regulieren, was bei
Anordnungen mit einschwingendem Magneten und Transistorschaltung als kontaktloser
Schalter unmöglich ist. Britigt man beispielsweise den Permanentmagneten in ein
kugel- oder konusförmiges Pendel, so kann das Gehäuse des Pendels direkt mit Gewinde
versehen sein. Bringt man an der Pendelstange gleichfalls Gewinde an, so läßt sich
durch einfaches Drehen des Pendelgehäuses eine Regulierung durch Veränderung des
Abstandes des Poles des Permanentmagneten vornehmen. In gleicher Weise kann dies
bei Drehpendeluhren durch Anheben oder Senken der Pendelkugeln, in die die Permanentmagneten
eingesetzt sind, erfolgen.
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Für Kleinstuhren ergeben sich besonders vorteilhafte Konstruktionsmöglichkeiten
durch die Anwendung einfacher, durch die enge Kopplung an Trieb-und Steuerspule
geschaffenen Schwingschaltungen mit nur einem Transistor in Miniaturausführung.
Bei einer unruhähnlichen Ausführung des Uhrwerkes wird z.B. entweder die Unruh selbst
aus einem scheibenförinigen Permanentmagneten gebildet, oder es wird ein entsprechender
kleiner Permanentmagnet an der Unruh angebracht. Wesentlich ist nur, daß der Permanentmagnet
periodisch durch Kopplung den Schwingungsvorgang im Transistorkreis auslöst.
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Durch die Anwendung der erfindungsgemäß beschriebenen Schaltungsanordnung
ergeben sich für die Uhrenkonstruktionen ganz erhebliche Vorteile. Eine Temperaturabhängigkeit
besteht überhaupt nicht, da kein temperaturabhängiger Ruhestrom in der Transistorschaltung
besteht. Der Stromverbrauch ist außerordentlich gering. Er liegt bei etwa
10 Prozent, verglichen mit Schaltungsa'nordnungen, in denen der Transistor
als kontaktloser Schalter wirkt. Die Ganggenauigkeit ist außerordentlich hoch, da
diese nur von den Kreiskonstanten der Oszillatorschaltung abhängt. Die Regulierbarkeit
ist auf einfachste Weise durchzuführen. Die Uhrenkonstruktion selbst kann in beliebiger
Weise ausgeführt werden, da keinerlei Rücksichten auf den elektrischen Aufbau zu
nehmen sind. Es ergeben sich hierdurch außerordentlich formschöne und zweckmäßige
Uhren.
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Das Konstruktionsprinzip kann selbstverständlich in gleicher Weise
auch für Zeitmeßeinrichtungen und für Zeitnormale sowie für Zeitgebereinrichtungen
angewendet werden, Für Zeitnortnale kann ein entsprechendes, durch Thermostaten
reguliertes Quarz in die Schaltung eingesetzt werden.
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Für Zeitmeß- und Zeitgebereinrichtungen kann die Frequenz des Oszillators
entsprechend dem Meßbereich gewählt werden. Für Messungen von Bruchteilen von Sekunden
wird man zweckmäßig die, Grundfrequenz möglichst hoch wählen. Diese Frequenz ist
nur durch die Transistoreigenschaften begrenzt. Bei Verwendung von Röhren kann man
beliebig hoch gehen mit der Grundfrequenz.
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Läßt sich in bestimmten Fällen, welche sich aus der Uhrenkonstruktion
ergaben können, die magnetische Kopplung_ über nur einen Magnetpol nicht durchführen,
sondern werden beide Pole wirksam, so ist es erforderlich, durch eine eingeschaltete
Diode von der dann auftretenden Wechselspannung eine Halbwelle in der
S trornzuführung zur Antriebsspule abzusperre n-. Können in -ganz besonderen
Fäll-en nur ganz kleine Permanentmagneten verwendet werden, so daß die Kopplung
nicht fest genug ist, um einen Schwingungsvorgang entsprechend- hoher-- Amplitude
der Schwingungen auszulösen, so wird über eine kleine Hilfswicklung, welche mit
an der Antriebsspule untergebracht wird, und «einem Kondensator zwischen Emitter
und Basis eine festere Rückkopplung erzielt. Fließt in einem derartigen Fall durch
die Antriebsspule nur ein geringer Strom, d. h., hat die negative Spannung
an der Basis des Transistors nur einen bestimmten, aber zu geringen Wert erreicht,
so erhält die Basis über die Hilfsspule und den Kondensator eine zusätzliche negative
Spannung, welche den Rückkopplungsvorgang
stark beschleunigt und
die Amplitude der Schwingungen auf den erforderlichen Wert ansteigen läßt.
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Bei ortsveränderlichen Uhren mit vom Ausgang des Sperrschwingers steuerbaren,
schrittweise schaltenden Permanentmagnetanker des Zeigerwerksantriebs ist es besonders
vorteilhaft, durch eine kleine Eisenschraube mit Überzug aus Plastik oder einem
anderen nichtmagnetischen Material an der Spitze einen in der Entfernung einstellbaren
Anker, an den sich der Permanentmagnet in Ruhestellung anzieht, zu schaffen. Auf
dieses Weise wird erreicht, daß die Uhr in jeder Lage geht. Während der Fortschaltimpulse
wird der Magnet in diesem Fall angezogen von dem Antriebsspulensystem, und während
der Fortschaltpausen zieht sich der Permanentmagnet wieder an die Eisenschraube
als Ruhestellung. Hierdurch wird jegliche Feder oder Gewicht unnötig.