DE1117053B - Spulenanordnung fuer durch eine elektronische Schaltung kontaktlos selbstgesteuerte zeithaltende mechanische Schwingungssysteme, insbesondere fuer Uhren - Google Patents

Description

• Spulenanordnung für durch eine elektronische Schaltung kontaktlos selbstgesteuerte zeithaltende mechanische Schwingungssysteme, insbesondere für Uhren Es sind mechanische Schwingungssysteme, insbesondere Pendel- und Unruhanordnungen von Uhren, bekannt, bei denen der Schwinger, z.B. aus einem Magneten, vorzugsweise Permanentmagneten, oder einem Kondensator od.dgl. bestehend, kontaktlos durch Beeinflussung eines elektrischen Kreises, beispielsweise einer Spule, bei seiner Relativbewegung in diesem elektrische Impulse erzeugt, welche mittels einer Röhren- oder steuerbaren Halbleiter-Anordnung, vorzugsweise Transistor-Anordnung, Impulse in einem zweiten entsprechenden elektrischen Kreise erzeugen, durch die der Schwinger einen ständigen periodischen Antrieb erfährt. Die kontaktlose Steuerung erfolgt meistens mittels zweier Induktionsspulen, nämlich einer Generatorspule, in welcher durch den schwingenden Magneten durch Induktion elektrische Impulse erzeugt werden, und einer Motorspule, welche Antriebsimpulse auf den schwingenden Magneten ausübt. Bei einer Transistor-Schaltung liegt die Generatorspule im allgemeinen im Emitterkreis, während die Motorspule im Kollektorkreis angeordnet ist. Außerdem liegt im Emitter-Kollektor-Kreis eine elektrische Spannungsquelle, beispielsweise Batterie, welche die Energie zur Aufrechterhaltung der mechanischen Schwingungen liefert.
• Die Anordnung der Spulen selbst ist bei einer bekannten Anordnung so, daß die Spulen weit voneinander getrennt rechts und links der Pendelmittenlage liegen und induktiv nur durch den Magneten, der sie durchsetzt, mit veränderlicher Kopplung gekoppelt sind. Das gleiche ist bei einer zweiten bekannten Uhr der Fall, bei welcher die Spulen parallel zueinander und der Pendelvertikale liegen und in der Nullagee gemeinsam vom Pendelmagneten überschwungen werden.
• Es ist ferner zur besseren Stabilisierung des Pendelantriebs vom Erfinder bereits vorgeschlagen worden, die beiden Spulen dicht nebeneinander in der Nähe der Pendeh-uhelage derart anzuordnen, daß die Pendelvertikale durch die Generatorspule unsymmetrisch hindurchgeht, und mindestens parallel zur Motorspule einen Ohnischen Widerstand, Vorzugsweise im Kollektorkreis, anzuordnen.
• Weiterhin ist es bekannt, die den Ein- und Ausgang einer Elektronenröhre bildenden Spulen unter gegenseitiger Kopplung konzentrisch zueinander anzuordnen, wobei zur selbsttätigen Erzeugung einer Gitterspannung ein Regel-Vierpol nachgeschaltet ist.
• Es ist jedoch noch niemals beachtet worden, daß auch die Wicklungsart der Spulen Einfluß auf das Zusammenwirken der beiden elektrischen Kreise in derartigen Anordnungen hat; es war vielmehr im allgemeinen üblich, Spulen mit Lagenwicklung für die geschilderten Zwecke zu verwenden.
• Die der Erfindung zugrunde, liegenden Versuche haben nun gezeigt, daß sich sowohl durch die Wicklungsart der Spulen als auch durch eine extrem starke Kopplung durch eine andere Anordnung der Spulen zueinander nicht nur der energetische Wirkungsgrad der Anordnung, sondern auch die Abhängigkeit des Schwingers von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Aufbaus, z. B. Spannungsschwankungen oder Temperaturkoeffizienten des übertragungsorgans, insbesondere Transistors, günstig beeinflussen läßt.
• Diese Erkenntnis wird bei der Konstruktion einer Spulenanordnung für durch eine elektronische Schaltung, z. B. Transistor-Schaltung, insbesondere durch Transistor-Rückkopplungsschaltung, kontaktlos selbstgesteuerte zeithaltende mechanische Schwingungssysteme, z. B. in Uhren, Zeitnormalen od. dgl., mit durch Relativbewegung zueinander in impulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis befindlichen, mindestens zwei vorzugsweise ortsfesten Spulen und einem vorzugsweise schwingenden Magneten, z. B. Pendel, Unruhe oder Drehteil, dadurch nutzbar gemacht, daß erfindungsgemäß die Spulen derart durch von der Lagenwicklung abweichende Wicklungsart in ihren Erregungsphasen aneinander angeglichen sind, daß Transistor-Ein- und -Ausgangskreis eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen. Gemäß zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens eine der Spulen und/oder der Magnet des Schwingers derart verschiebbar und justierbar angeordnet ist, daß der Zeitpunkt des Impulsanstiegs auf ein Optimum eingestellt werden kann. Hierdurch läßt sich ein größtmöglicher Wirkungsgrad bei geringster Leistungsentnahme aus der Spannungsquelle, insbesondere Batterie, einstellen.
• Gemäß einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist mindestens eine Spule mit Kreuzwicklung auszubilden. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung wird die angestrebte Entstehung wohldefinierter scharfer Rechteckimpulse dadurch noch verbessert, daß zusätzlich die eine Spule in an sich bekannter Weise in ihrer ganzen Uänge konzentrisch auf der anderen angeordnet ist, wobei sie sich ganz oder teilweise über deren Länge erstreckt, und beide Spulen gemäß der Erfindung abweichend von der Lagenwicklung gewickelt sind. überraschenderweise werden bei einer derartigen engen Kopplung so gewickelter Spulen Temperatur- und Spannungsschwankungen der Schaltungsanordnung derart weitgehend ausgeglichen, daß eine erhebliche größere Ganggenauigkeit des Schwin-"ungsgebildes resultiert. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Motorspule außen und die Generatorspule innen angeordnet ist. Dadurch, daß bei der letztgenannten Art der Spulenanordnung die Generatorspule mindestens teilweise in unmittelbarer Nähe der Bewegungsbahn des periodisch in die Spulenkombination eintauchenden Gangordnennagneten angeordnet ist, wird der Vorteil einer besonders starken Einwirkung des Magnetfeldes des die Spule beaufschlagenden Magnetpols auf diese und eine hierdurch bedingte besonders scharfe Ausbildung des Induktionssteuerimpulses erreicht, auf Grund deren der Induktionssteuerimpuls gleichzeitig weitgehend unempfindlich gegen Temperaturänderungen wird. Hierdurch wird wiederum die vorteilhafte Wirkung hervorgerufen, daß auch in der Motorspule, scharf begrenzte, kastenförmige Antriebsimpulse hervorgerufen werden können. Günstig wirkt sich hierbei die in Fig. 2 dargestellte Anordnung aus, wonach sich bei Ruhestellung des mechanischen Schwingungssystems in der gezeichneten Lage der für die Impulserzeugung wirksame Pol des Magneten in der Nähe der Öffnung der konzentrischen Windungen befindet. Wenn umgekehrt die Generatorspule außen angeordnet ist, ergibt sich ein besonders günstiger Wirkungsgrad in energetischer Hinsicht, während die Temperaturunabhängigkeit nicht so weitgehend ist wie im andern Falle, so daß die bereits vorgeschlagene Anordnung eines Kompensationsheißleiters oder sonstigen Temperaturkorrektors hierbei zweckmäßig wäre.
• Ein Kompromiß zwischen den beiden zuletzt erwähnten konzentrischen Anordnungen der Spulen besteht darin, daß die Lagen beider Spulen abwechselnd ineinandergewickelt sind.
• In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
• In Fig. 1 bedeutet 1 eine Pendelstange mit einem als Permanentmagnet ausgebildeten Gewicht. Bei seinen Schwingungen tauchen der Nord- und der Südpol periodisch in an sich bekannter Weise in eine Generatorspule 3 und eine Motorspule 4, welche im Ein-und Ausgangskreis eines Transistors 5 liegen, der von einer Trockenbatterie gespeist wird. 7 ist ein bereits vorgeschlagener Ohmscher Widerstand zur mindestens zeitweiligen Unterdrückung der Schwingneigung, der unter Umständen gleichzeitig als Heißleiter mit einem Temperaturkoeffizienten in ebenfalls bereits vorgeschlagener Weise ausgebildet sein kann. Die beiden. Spulen 3 und 4 werden als Kreuzwicklungen ausgeführt, wodurch eine wesentliche Erhöhung des elektrischen Wirkungsgrades und gleichzeitig eine sehr erhebliche Vergrößerung der Ganggenauigkeit des Pendels erreicht wird.
• In Fig. 2 ist ein abgewandeltes Ausführun-sbeispiel dargestellt, bei dem die beiden als Kreuzwicklung ausgeführten Spulen konzentrisch aufeinandergewickelt sind. Beide, Spulen 3 und 4 besitzen die gleiche Länge von etwa einer solchen räun-Aichen Bemessung, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser etwa 5: 1 beträgt. Da nämlich der Impulsisochronismus der beiden Spulen, durch den die Impulsschärfe gegeben ist, am größten ist, wenn die Spulen möglichst kurz sind, und andererseits der Wirkungsgrad um so besser wird, je länger die Spulen sind, muß zwischen beiden Forderungen ein optimaler Kompromiß gesucht werden. Aus diesem Grunde sollte, wie Versuche ergeben haben, das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spulen etwa zwischen 1,5: 1 und 10 : 1 liegen.
• Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Ausführungsbeispiele in mannigfacher Weise abgeändert werden können. An Stelle des Transistors können beispielsweise andere schaltende und/oder verstärkende steuerbare Halbleiter-Anordnungen treten. Das Pendel kann durch eine Unruh od. dgl. ersetzt sein. Es können mehrere Spulen vorhanden sein; z. B. in Fig. 1 kann an jedem Ende des Magneten eine Doppelspule der koaxialen Art gemäß Fig. 2 vorgesehen sein, die an zwei verschiedene oder eine gemeinsame Transistor-Anordnung geschaltet sind.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Spulenanordnung für durch eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Transistor-Schaltung, kontaktlos selbstgesteuertezeithaltende mechanische Schwingungssysterne, z. B. Uhrgangordner oder Frequenznormale, mit durch Relativbewegung zueinander in impulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis befindlichen, mindestens zwei vorzugsweise festen Spulen und einem vorzugsweise schwingenden Magneten, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen derart in von der Lagenwicklung abweichender Wicklungsart gewickelt sind, daß der Ein'- und der Ausgangskreis der elektronischen Schaltung, vorzugsweise der Transistor-Schaltung, eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen.
2. 2. Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen in an sich bekannter Weise eng benachbart und koaxial, vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestenseine Spule und/oder der Magnet derart durch Verschiebung justierbar angeordnet ist, daß der Zeitpunkt des Impulsanstieges einstellbar ist. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spule Kreuzwicklung aufweist. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen so bemessen und angeordnet sind, daß mindestens die eine Spule in ihrer ganzen Länge konzentrisch zur anderen Spule liegt, wobei vorzugsweise beide Spulen gleich lang sind. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorspule auf die Generatorspule aufgewickelt ist. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorspule auf die Motorspule aufgewickelt und zusätzliche Nlittel zur Temperaturkompensation des Temperaturkoeffizienten des Transistors oder sonstigen Halbleitergeräts vorgesehen sind. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Spulen abwechselnd ineinandergewickelt sind. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Transistor-Ein- und/oder -Ausgangskreis ein an sich bereits vorgeschlagener Ausgleichswiderstand angeordnet ist, welcher geeignet ist, unerwünschte Eigenschwingungen der Rückkopplangs-Schaltungsanordnung mindestens zeitweilig zu unterdrücken. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spulen zwischen etwa 1,5: 1 und 10 : 1 liegt. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Verwendung einer an sich bekannten Anordnung, bei welcher der schwingende Gangordnermagnet periodisch in das Innere der Spulenkombination eintaucht, und zwar derart, daß die Generatorspule. mindestens teilweise in unmittelbarer Nähe der Bewegungsbahn des Gangordnerinagneten sich befindet. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, insbesondere nach Ansprach 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gangordnermagnet so bemessen und angeordnet ist, daß sein einer Pol in der Nullage des Gangordners sich in der Nähe der öffnung der konzentrischen Windungen befindet, der andere dagegen außerhalb der Spulenkombination liegt. In Betracht gezogene, Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1096 564; Annales franeaises de Chronom6trie, 1942, Nr. 3 und 4, S. 161 -bis 163, 188 bis 192.