DE1099949B - Als Gangordner eines zeithaltenden Geraets dienender mechanischer Schwinger mit kontaktfreier Steuerung - Google Patents

Description

• Als Gangordner eines zeithaltenden Geräts dienender mechanischer Schwinger mit kontaktfreier Steuerung Die Erfindung bezieht sich auf ein mechanisches Schwingungssystem mit kontaktfreier Steuerung, das als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Geräts dient. Derartige Schwinger können beispielsweise zum Antrieb einer elektrischen Uhr oder als Taktgeber für nachgeschaltete elektrische Anordnungen verwendet werden.
• Mechanische Schwingungssysteme, die als Gangordner elektrischer Uhren usw. Verwendung finden, sind an sich bekannt. Es gibt z. B. seit langem Pendeluhren mit einem Kontakt, der sich bei bestimmter Phasenlage des Schwingungssystems schließt und diesem über einen Magneten Energie aus einer Batterie zukommen läßt. Zwar laufen .derartige Uhren längere Zeit ohne Wartung, doch ist diese Zuverlässigkeit verhältnismäßig gering, weil sich der Kontakt, der periodisch geschlossen wird, nicht über lange Zeit genügend sauberhalten läßt. Es ist weiterhin ein Gangordner bekannt, der aus einem feststehenden Permanentmagneten und einer Drillschwingungen ausführenden Spule besteht. Diese Anordnung vermeidet den nachteilhaften mechanischen Kontakt; dem Schwinger wird mit Hilfe einer einen negativen Widerstand bildenden Röhrenanordnung von zwei wechselweise Strom durchlassenden Trioden während des überwiegenden Teils des mechanischen Schwingungsbogens kontaktfrei Energie zugeführt. Dadurch erfüllt das System allerdings nicht die Isochronismusbedingung des freien Schwingers, da hier keine scharfen Impulse nur in der Nähe der Nullage erzeugt werden. Ferner benötigt dieses System große Luftspalte, also erhebliche Streufelder, die die Ganggenauigkeit weiter beeinträchtigen. Schließlich ist der erforderliche Aufwand verhältnismäßig hoch.
• Durch die Erfindung wird demgegenüber eine Anordnung, die nur aus wenigen Bauteilen besteht, vorgeschlagen. Sie zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß nur kurze Antriebsimpulse auftreten, die dem Isochronismus der Anordnung zugute kommen.
• Zwar sind bereits mit nur einem Transistor in Verstärkerschaltung arbeitende Uhren -bekannt, bei denen durch einen schwingenden Magneten in einer Steuerspule kurze Impulse erzeugt werden, die über den Transistor-Verstärker einer zweiten als Triebspule wirkenden Spule zugeführt werden. Abgesehen von der Empfindlichkeit eines schwingenden Magneten gegen Fremdfelder verlangt dies System sehr genaue Justierungen beider Spulen und .des Magnetsystems, um genügend scharfe Impulse und einen richtigen Einsatzpunkt der Impulse zu erzielen.
• Bei einem Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Geräts, vorzugsweise einer elektrischen Uhr, der einen mechanischen Schwinger mit kontaktfreier Steuerung verwendet, bei dem durch Relativbewegung zwischen einer Spule und einem ferromagnetischen Teil in ein und derselben Spule Steuer- und Triebimpulse erzeugbar sind, werden die genannten Nachteile vermieden, erfindungsgemäß durch die Verwendung einer bistabilen Anordnung, vorzugsweise einer bistabilen Halbleiteranordnung mit einem einzigen elektronischen Glied, vorzugsweise einem einzigen Halbleiter (Transistor), das durch eine relativ kleine Steuerspannung von einem Zustand großen Widerstandes in einen zweiten Zustand geringen Widerstandes umsteuerbar ist, derart abgewandelt, daß in an sich bekannter Weise die Spule und das ferromagnetische Glied im Verhältnis zum Schwingungsbogen des Schwingers so klein gehalten sind, @daß während eines kleinen Bruchteils der Schwingung, vorzugsweise kurzfristig bei jeder Halbschwingung, ein Triebimpuls im Zustand des geringen Widerstandes auftritt. Es ist freilich auch bereits eine Unruhuhr mit einem einzigen Transistor vorgeschlagen, bei der ebenfalls die gleiche Spule als Generatorspule, beeinflußt durch einen schwingenden Magneten (mit den obengenannten Nachteilen), und als Triebspule dient. Um dies zu erreichen, sieht jedoch dieser ältere Vorschlag entweder einen besonderen Übertrager vor, um den Kollektorstrom auf die gleiche Spule zurückzukoppeln, oder Anzapfung der Spule und Kombination mit Kondensatoren, um einen Sperrschwinger aufzubauen, also ebenfalls recht aufwendige und einen anderen Weg gehende Lösungen.
• In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung dient als ferromagnetisches Glied ein mit dem Gangordner schwingendes Teil aus Material geringer Remanenz. Dadurch wird die Herstellung des Gangordners vereinfacht: Weitere zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sehen die Anwendung eines Spitzentransistors oder eines Vierzonenhalbleiters, vorzugsweise eines pnpn-Transistors, vor. Derartige Halbleiterelemente bieten den Vorteil einer einfachen Schaltung. Die Erfindung kann zweckmäßig derart modifiziert werden, daß der Einfluß von Fremdfeldern durch Anwendung zweier Spulen in solcher Lage, daß die Fremdfelder in ihnen in entgegengesetzter Richtung wirken, aufgehoben wird. Zur Arbeitspunkteinstellung und zum Ausgleich .der Exemplarstreuung der bistabilen Bauelemente können zweckmäßig phasendrehende Glieder, z. B. komplexe Widerstände, in den Zuleitungen der bistabilen Anordnung verwendet werden. Je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck läßt sich der mechanische Schwinger als Pendel oder .als Drehpendel, insbesondere als Unruh, ausbilden. Für die Entnahme von Nutzenergie aus dem Schwinger bestehen verschiedene Möglichkeiten. Man kann etwa dem mechanischen Schwinger Bewegungsenergie entnehmen und insbesondere zum Antrieb einer Uhr verwenden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Anordnung elektrische Energie aus den auftretenden Steuer- und/ oder Triebimpulsen entnommen wird, die insbesondere als Taktimpulse einer nachgeschalteten elektrischen Anordnung dienen.
• An Hand von fünf Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
• In der Anordnung nach Fig. 1 wind .die Schwingungsfrequenz im wesentlichen durch die Unruh 1 mit der Feder 2 bestimmt. Mit der Unruh ist ein Stück ferromagnetischen Materials 3 verbunden (als besonders geeignet erwiesen sich hochlegierte Bleche oder Ferrite) bzw. enthalten, das durch die Spule 4 treten kann. Diese Spule ist mit Emitter und Basis des Spitzentransistors 5 verbunden. Kollektor und Basis liegen an den Polen der Batterie 6. Befindet sich der Spitzentransistor im niederohmigen Arbeitspunkt, so fließt ein großer Spulenstrom.: Bei passend eingestellter Ruhelage :der Unruh wird etwa das Stück 3 durch die Spule4 gezogen. Beim Austritt aus der Spule wird ein Stromstoß in dieser induziert, der den Transistor umsteuert. Inzwischen kehrt sich die Drehrich-tung der Unruh -um. Teil 3 passiert Anfang und Ende der'- Spule und steuert damit den Transistor in den niederohmigen und dann in den hochohmigen Arbeitspunkt. Im niederohmigen Arbeitspunkt des Transistors wird dem Schwinger Energie zugeführt.
• Die Anordnung nach Fig.1 besitzt den Nachteil der Abhängigkeit von der Lage der Anordnung relativ zu Fremdfeldern. Der Nachteil läßt sich dadurch beseitigen, daß man die Unruh .mit einer zweiten ferromagnetischen Einlage versieht und eine zweite Spule so anordnet, daß sich die Uirischältimpulse addieren, die Fremdfelder in den Spulen jedoch verschiedene Richtung besitzen und ohne Wirkung bleiben. In Fig.2 ist eine derartige Anordnung dargestellt; .die Bezugszahlen sind entsprechend Fig_ 1 gewählt.
• Fig. 3 zeigt, ebenfalls finit denselben Bezugszeichen, eine Anordnung nach der Erfindung, in der ein Pendel 7 an die Stelle der Unruh tritt. Sinngemäß können selbstverständlich auch andere mechanische Schwinger angewandt werden.
• In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Steuerung eines mechanischen Schwingers dargestellt, die sich durch die Anwendung eines pnpn-Transistors auszeichnet. Dieser Halbleitertyp hat gegenüber dem Spitzentransistor gewisse Vorteile. Seine Kennlinien sind bei einer Serienfertigung besser reproduzierhar. Außerdem kommt die Anordnung mit einer geringeren Betriebsspannung aus, die aus nur einer Batteriezelle entnommen werden kann, was etwa beim Bau von Kleinstuhren von entscheidender Bedeutung sein kann.
• In Fig. 5 ist schließlich eine abgewandelte Form der Unruh dargestellt. Der Kranz dieser Unruh ist unterteilt, so daß keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden müssen, um zu erreichen, daß das ferromagnetische Materialstück das Spuleninnere durchstößt, was wünschenswert ist, um einen hohen Stromstoß zu erreichen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Geräts, vorzugsweise einer elektrischen Uhr, dienender mechanischer Schwinger mit kon= taktfreier Steuerung, bei dem durch Relativbewegung zwischen einer Spule und einem ferromagnetischen Teil in ein und derselben Spule Steuer- und Triebimpuls erzeugbar sind, gekennzeichnet durch die Verwendung einer bistabilen Anordnung, vorzugsweise einer bistabilen Halbleiteranordnung, mit einem einzigen elektronischen Glied, vorzugsweise einem einzigen Halbleiter (Transistor), das durch eine relativ kleine Steuerspannung von einem Zustand großen Widerstandes in einen zweiten Zustand geringen Widerstandes umsteuerbar ist, derart abgewandelt, daß in an sich bekannter Weise die Spule und das ferromagnetische Glied im Verhältnis zum Schwingungsbogen des Schwingers so klein gehalten sind, daß nur während eines kleinen Bruchteils der Schwingung, vorzugsweise kurzfristig bei jeder Halbschwingung, ein Triebimpuls im Zustand des geringen Widerstandes auftritt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ferromagnetisches Glied ein mit dem Gangordner schwingendes Teil aus Material geringer Remanenz dient.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Spitzentransistors in bistabiler Schaltung.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Vierzonenhalbleiters, vorzugsweise eines pnpn-Transistors.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß von Fremdfeldern durch Anwendung zweier Spulen in solcher Lage, daß die Fremdfelder in ihnen in entgegengesetzter Richtung wirken, aufgehoben wird.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß phasendrehende Glieder, z. B. komplexe Widerstände, in den Zuleitungen der bistabilen Anordnung zur Arbeitspunkteinstellung und zum Ausgleich der Exemplarstreuung der bistabilen Bauelemente vorgesehen sind.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanischer Schwinger ein Pendel angewendet wird. B. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Schwinger als Drehpendel, insbesondere als Unruh, ausgebildet ist. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz der Unruh unterteilt ist. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem mechanischen Schwinger Bewegungsenergie entnommen und insbesondere zum Antrieb einer Uhr verwendet wird. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anordnung elektrische Energie aus den auftretenden Steuer-und/oder Triebimpulsen entnommen wird, die insbesondere als Taktimpulse einer nachgeschalteten elektrischen Anordnung dienen. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1090 564. 1092411-, USA.-Patentschrift Nr. 2 574 136; Horological Journal, November 1954,S. 723 bis 724; Horological Journal, Juli 1955, S. 438; Funk und Ton, 1953, S. 485 bis 495, 545 bis 547; Proceedings of the IRE, 1952, S. 1361 bis 1364. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1073 967.