DE1117054B - Zeithaltende elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrische Uhr - Google Patents

Description

• Zeithaltende elektrische Vorrichtung, insbesondere elektrische Uhr Die Erfindung bezieht sich auf eine zeithaltende elektrische Vorrichtung, vorzugsweise elektrische Uhr, deren Zeigerwerkantriebswelle von einem Schrittschaltwerk angetrieben wird, das seinerseits von einem niederfrequenten RC-Kippgenerator angetrieben wird. Derartige Vorrichtungen sind bereits in der Weise ausgeführt worden, daß ein Kippgenerator mit Reihenschaltung des R-Gliedes und des C-Gliedes Verwendung findet und der gegen eine Federkraft bewegliche Magnetanker des Schrittschaltwerks direkt als Schaltklinke für das Schaltrad der Antriebswelle, insbesondere das Zeigerwerkschaltrad, dient. Hier ist jedoch mit dem Magnetanker ein bei dessen Betätigung die Ladung des Kondensators unterbrechender mechanischer Kontakt vorgesehen, der bei der häufigen Betätigung hochbeansprucht ist und somit störanfällig ist.
• Es ist weiterhin bekannt, einen ziemlich niederfrequenten, wenn auch mit Tonfrequenz von 100 Hz arbeitenden Kippgenerator durch einen kontaktlos sich selbst steuernden elektromagnetischen Stimm-Qabelschwinger zu synchronisieren. Dieses für hochwertige Laborgeräte entwickelte System arbeitet mit hohen Betriebsspannungen und ist wegen der rein elektrischen Steuerung der eigentlichen Zeitanzeigeglieder sehr aufwendig.
• Die eingangs erwähnte bekannte zeithaltende Vorrichtung mit Schrittschaltwerkantrieb hat an sich den großen Vorteil, daß der Antriebsmechanismus verhältnismäßig einfach ist und ohne einen mechanischen Gangregler arbeitet. Andererseits ist aber gerade deshalb die Ganggenauigkeit nicht besonders hoch, weil ein elektrischer Kippschwinger ein verhältnismäßig empfindliches Gebilde ist, das durch Rückwirkungen des von ihm angetriebenen, gegen veränderliche Reibung verhältnismäßig störanfälligen Elektromagneten sowie durch äußere Einflüsse (Temperatur, Betriebsspannung) auf die Parameter der RC-Glieder leicht verstimmt werden kann; schließlich ist, wie oben bemerkt, der mechanische Steuerkontakt des RC-Kreises eine besondere Störungsquelle.
• Wollte man versuchen, diesen Mängeln dadurch abzuhelfen, daß man den Kippkreis in der erwähnten bekannten Weise durch einen sich kontaktlos selbst steuernden elektromagnetischen Stimmgabelschwinger verhältnismäßig hoher Frequenz (im Bereich der Tonfrequenzen) synchronisiert, würde die weitere Schwierigkeit auftreten, daß hierdurch die Frequenz des Kippgenerators so weit heraufgesetzt werden müßte, daß zusätzliche Frequenzübersetzungen, beispielsweise durch ein entsprechendes Getriebe, notwendig würden, wodurch die ursprünglich angestrebte einfache Bauart gerade -verfehlt würde ganz abgesehen von den hohen Betriebsspannungen dieses bekannten Systems, die sich bei batteriebetriebenen Gehäuseuhren sowieso verbieten Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein niederfrequentes frequenzstabilisierendes Mittel in Anwendung zu bringen, das den RC-Kippgenerator ohne jede Frequenzübersetzung unmittelbar synchronisieren kann, keine mechanischen Kontakte oder hohe Betriebsspannungen benötigt und eine einfache Zeigerabschaltung ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird bei einem durch einen niederfrequenten RC-Kippgenerator mit Reihenschaltung des R-Gliedes und des C-Gliedes und ein elektromagnetisches Schrittschaltwerk derart betriebenen Zeigerwerk eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, vorzugsweise einer elektrischen Uhr, daß der gegen Federkraft bewegliche Magnetanker des Schrittschaltwerks direkt als Schaltklinke für das Zeigerschaltrad dient, erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Merkmale gelöst: 1. Synchronisierung des RC-Kippgenerators in an sich für tonfrequente Schwinger bekannter Weise mittels einer kontaktlos durch eine elektronische Schaltung sich selbststeuernden magnetischen Schwingers, jedoch mit einer den üblichen Uhrengangordnem entsprechenden niedrigen Frequenz der mechanischen Schwingung, z. B-in Art einer Unruh oder eines Pendels, 2. Anordnung des RC-Kippgenerators des Zeiger= werkkreises in einem von den Steuer- und Triebspulen des synchronisierenden, elektronisch gesteuerten mechanischen Gangordnerschwingers getrennten Kreis der elektronischen Schaltung, vorzugsweise im Kreis zwischen Emitter und Kollektor des Steuertransistors- des niederfrequenten synchronisierenden mechanischen Gangordnerschwingers, 3. Ausnutzung des R-Gliedes des RC-Kippgenerators selbst gleichzeitig als Trieborgan des Zeigerschrittschaltwerks.
• Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß infolge der niederfrequenten Synchronisierung über das Schrittschaltwerk bis zur Antriebswelle der zeithaltenden Vorrichtung; insbesondere Uhr, und wiederum von dieser langsam laufenden Welle bis zum Zeiger der größte Teil des sonst erforderlichen Räderwerks in Fortfall kommt, weil keinerlei Frequenzübersetzungen notwendig sind. Es liegt freilich noch im Rahmen der Erfindung, daß im Bedarfsfall bei einer werkmäßigen Ausführung der elektrische Kippkreis noch eine Frequenzteilung erhält, die in an sich bekannter Weise auf rein elektrischem Wege zu bewerkstelligen ist. Der Aufwand ist auch dann noch sehr gering im Vergleich mit der durch die Frequenzstabilisierung bedingten hohen Ganggenauigkeit des zeithaltenden Gerätes, insbesondere der Uhr.
• An Hand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsformen der zeithaltenden Vorrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt sind, sei der Erfindungsgedanke näher erläutert.
• Der elektrische Schwingungskreis besteht gemäß Fig. 1 aus einem Transistor 1 mit der Basis 1', dem Emitter 1" und dem Kollektor 1"' sowie einem Emitterwiderstand 4 von etwa 100 Ohm und zwei Spulen 12 und 13, die jeweils der Basis und dem Kollektor vorgeschaltet sind und jeweils einen Ohm-Wert von einigen hundert und einigen tausend Ohm aufweisen. Außerdem weist der Kreis ein die niederfrequente Kippfrequenz bestimmendes RC-Glied auf, das aus einem Kondensator 5 und einem Elektromagneten 6 besteht, dessen ohmscher Widerstand groß gegenüber seiner Induktivität ist, und dem ein Schrittschaltwerk 7 bis 10 zugeordnet ist. Dieses besteht in an sich bekannter Weise aus einem Schalter 8 und einer Klinke 9, die gleichzeitig den Anker des Elektromagneten 6 bildet und unter der Rückwirkungskraft einer Schraubenfeder 10 steht.
• Die Batterie 11 liefert die elektrische Energie und hat eine Spannung von etwa 1 bis 4 Volt.
• 14 bedeutet einen mechanischen Schwinger, der gemäß dem Ausführungsbeispiel als Unruh ausgebildet ist, auf der ein Dauermagnet N-S angeordnet ist. Die Schwingungen des Unruhmagneten werden durch die Spulen 12 und 13 in Gang gehalten und stabilisieren die Frequenz des ganzen Systems, so daß Spannungs- und Temperatureinflüsse die Frequenz nicht mehr beeinträchtigen können bzw. auf ein Minimum herabgesetzt sind.
• Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der zusätzlich zu den bereits in Fig.1 dargestellten Schaltungselementen noch ein weiterer Transistorkreis vorhanden ist, der aus einem Transistor 17 und zwei in seinem Ein- bzw. Ausgang befindlichen Spulen 15 und 16 besteht; die elektrische Energie dieses Kreises wird von einer Batterie 18 geliefert.
• Außerdem unterscheiden sich die beiden Ausführungsformen in der- Dimensionierung. Durch die Wahl des Basiswiderstandes zu etwa 800 Ohm wird der Transistor - instabil gemacht. - Die Schwingung selbst wird durch Verlegung des Arbeitspunktes geregelt. Die erzeugte elektrische Schwingung hat die Form einer Kippschwingung, die dem Schrittschaltwerk ständig Impulse erteilt.
• Eine besonders große Genauigkeit der abgegebenen Frequenz wird dadurch erreicht, daß der auf der Unruh 14 angeordnete Magnetschwinger unter dem Einfiuß von zwei Rückkopplungssystemen steht, von denen das eine, wie bereits erwähnt, zur Aufrechterhaltung der Unruhschwingungen, während das zusätzliche System aus den Spulen 15 und 16 und dem Transistor 17 zur Amplitudendämpfung des mechanischen Schwingungsgebildes dient. Der schwingende Dauermagnet erzeugt bei einer zu großen Amplitude eine Induktionsspannung in der Steuerspule 15, die den Transistor 17 erregt und so in der Spule 16 ein Feld aufbaut, das die Amplitude des mechanischen Frequenzreglers begrenzt.
• Die Ausbildung der Rückstellfeder 10 des Ankers 9 des Schrittschaltwerks als Schraubenfeder hat den Vorteil, daß eine solche Feder im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten System mit Riegelfeder ohne Schwierigkeiten derart weich gemacht werden kann, daß durch die Federung dieser Feder die Synchronisierung des Kippgenerators nicht störend beeinflußt wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Durch einen niederfrequenten RC-Kippgenerator mit Reihenschaltung des R-Gliedes und des C-Gliedes und ein elektromagnetisches Schrittschaltwerk derart betriebenes Zeigerwerk eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, vorzugsweise einer elektrischen Uhr, daß der gegen Federkraft bewegliche Magnetanker des Schrittschaltwerks direkt als Schaltklinke für das Zeigerwerkschaltrad dient, gekennzeichnet durch die Vereinigung mit folgenden Merkmalen: 1. Synchronisierung des RC-Kippgenerators in an sich für tonfrequente Schwinger bekannter Weise mittels einer kontaktlos durch eine elektronische Schaltung sich selbst steuernden magnetischen Schwingers, jedoch mit einer den üblichen Uhrengangordnern entsprechenden niedrigen Frequenz der mechanischen Schwingung, z. B. in Art einer Unruh oder eines Pendels, 2. Anordnung des RC-Kippgenerators des Zeigerwerkkreises in einem von den Steuer-und Triebspulen des synchronisierenden, elektronisch gesteuerten mechanischen Gangordnerschwingers getrennten Kreis der elektronischen Schaltung, vorzugsweise im Kreis zwischen Emitter und Kollektor des Steuertransistors des niederfrequenten synchronisierenden mechanischen Gangordnerschwingers, 3. Ausnutzung des R-Gliedes des RC-Kippgenerators selbst gleichzeitig als Trieborgan des Zeigerwerkschrittschaltwerks.
2. 2. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder des Magnetankers des Schrittschaltwerks als Schraubenfeder ausgebildet ist.
3. 3. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß -der elektrische Kippkreis eine Frequenzteiiung enthält:
4. 4. Elektrisches Uhrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Magnetschwinger des Gangordners zugeordneten und mit ihm in elektromechanischer Steuer-bzw. Antriebswechselwirkung stehenden Spulen (12, 13) die Basis- und Kollektorwiderstände des Transistors des Kippkreises bilden.
5. 5. Elektrisches Uhrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor des elektrischen Kippkreises einen Basiswiderstand (12) von der Größenordnung von einigen hundert Ohm, einen Kollektorwiderstand (13) von einigen Kiloohm und einen Emitterwiderstand (4) von etwa 100 Ohm aufweist, während der Kondensator (5) im Emitter-Kollektor-Kreis eine Kapazität von der Größenordnung von 200 @F besitzt.
6. 6. Elektrisches Uhrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktlos durch eine elektronische Schaltung sich selbststeuernde mechanische Schwinger (14) mit Permanentmagnet außer den im Ein- und Ausgang des niederfrequenten Kippkreises befindlichen Spulen (12, 13) noch zwei weiteren Spulen (15, 16) in Wechselwirkung zugeordnet ist, die derart im Ein- und Ausgang eines zweiten Verstärkers (17), insbesondere Halbleiter-Bauelements, z. B. Transistors, liegen, daß in der einen Spule (15) auf Grund der Magnetbewegung Induktionsspannungen entstehen können, auf Grund deren in der anderen, im Ausgang des Verstärkers liegenden Spule (16) Ströme erzeugbar sind, die auf den Magneten, vorzugsweise die Amplitude begrenzend, rückzuwirken vermögen.
7. 7. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (12,13) des Kippkreises einerseits und die Spulen (15,16) des zweiten elektrischen Verstärkers (17) andererseits derart zueinander orientiert sind, daß sie jeweils in verschiedenen, vorzugsweise zueinander senkrechten Schwinglagen des Gangordnermagneten mit diesem sich in Wechselwirkung befinden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 836 470; österreichische Patentschrift Nr. 133 325; französische Patentschriften Nr. 1102 373, 1090 564; britische Patentschrift Nr. 601712; USA.-Patentschriften Nr. 1514 751, 2 047 912, 1914 215; Jahrbuch der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie, Stuttgart, 1952, S. 18 bis 24.