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Verfahren zur Darstellung des Gangbildes von Uhren Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Darstellung des Gangbildes, d. h. der Gangeigenschaften,
von Uhren unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre zur Bildung eines fortlaufenden
Kurvenzuges.
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Bei den sogenannten Zeitwaagen in der bisher bekannten Ausführung
werden die elektrisch verstärkten Uhrgeräusche bzw. Uhrensignale, also die Hemmungsgeräusche,
welche jeweils beim Ablauf einer Halbschwingung der Unruh durch den Eingriff der
Ellipse in die Gabel und durch den Anker erzeugt werden, auf einem fortlaufenden
Papierstreifen aufgezeichnet. Diese Aufzeichnung erfolgt entweder mittels Durchschlagfunken
oder auf mechanischem Wege mittels Nadelstichen oder Schreibpunkten. Die Wirkungsweise
dieser bekannten Geräte besteht darin, daß ein von einer Normalfrequenz (Quarz)
unter Zwischenschaltung eines Frequenzteilers und eines Verstärkers gesteuerter
Synchronmotor eine mit einer Schneide in Schraubenlinie versehene Walze antreibt.
Gegen diese Schraubenlinie wird ein magnetisch betätigter Schreibbügel im Rhythmus
der Uhrengeräusche bewegt. Hierzu sind ein Mikrophon zur Uhrauflage, ein Verstärker
sowie ein Impulserzeuger mit Gasentladungsröhre (Thyratron) vorgesehen. Sofern die
Umlaufgeschwindigkeit der Schraubenlinie übereinstimmt mit der Frequenz oder einem
Vielfachen der Frequenz des Uhrengeräusches, wird der Schreibbügel immer an der
selben Stelle der Schraubenlinie angezogen, so daß auf einem durchlaufenden Papierstreifen
die Marken der Uhrensignale als in der Papiertransportrichtung liegende Punktreihe
bezeichnet werden. Weicht dagegen die Uhr in ihrem Gang ab, so ergibt sich eine
zur Papierachse mehr oder weniger geneigte Linie, aus deren Neigung der Gang der
Uhr ermittelt werden kann.
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Diesen bekannten Geräten haften Nachteile an. Die PapierstreifenaufZeichnung
stellt einen in der industriellen Fertigung unerwünschten Papierverbrauch dar. Ferner
wirkt sich das verhältnismäßig laute Geräusch, d. h. das Hämmern des Schreibbügels,
störend aus. Schließlich treten durch Abnutzung der beweglichen Teile mit der Zeit
Ungenauigkeiten bei der Aufzeichnung auf. Bei Verwendung von Farbbändern ist die
Ablesegenauigkeit von deren Zustand abhängig.
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Es wurden ferner Uhrenprüfgeräte verwendet, welche als Anzeigeinstrument
eine Kathodenstrahlröhre benutzen. Der Kathodenstrahl wird dabei horizontal im Rhythmus
einer als Normal dienenden Uhr abgelenkt, während ein durch die zu prüfende Uhr
erzeugter Impuls als vertikale Auslenkung erscheint, wobei durch die Fortbewegung
oder den Stillstand der Lichtmarke der falsche oder der richtige Gang der Uhr festgestellt
werden kann. Diese Methode wird auch in der abgewandelten Form angewandt, daß der
als Normal dienenden Uhr für die horizontale Abweichung ein bestimmter bekannter
Gangfehler erteilt wird, so daß die zu beobachtende Bewegung schneller sichtbar
wird und der Gang der Prüfuhr dann durch Abstoppen mittels einer Stoppuhr festgestellt
werden kann.
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Diese bekannten Zeitwaagen liefern kein fortlaufendes Diagramm wie
die mechanischen Einrichtungen, welches eine anschließende Auswertung zuläßt. Ein
solches ist aber für die Prüfung in der Uhrenfertigung wertvoll. Die bekannten anzeigenden
und schreibenden Geräte lassen somit nur Rückschlüsse auf den Gang der zu prüfenden
Uhr, d. h. die Zeitabweichung in der Zeiteinheit, zu. Eine Fehlerquellenbestimmung
ist mit diesen Geräten nicht möglich.
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Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Darstellung
eines Gangbildes von Uhren behoben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß durch
einen Horizontal- sowie einen Vertikalsägezahngenerator großer Linearität (Millerintegrator)
in Verbindung mit einer Gasentladungsröhre (Thyratron) ein rechtwinkliges Koordinatensystem
latent gebildet wird, in welches die Uhrensignale mittels Verstärker und Impulsgenerator
in an sich bekannter Weise durch Helltastung eingeschrieben werden, wobei insbesondere
die unmittelbar vom Verstärker angesteuerte Impulsstufe gleichzeitig als Impulsverdoppler
und Störunterdrücker arbeitet.
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Der Vorteil der Einrichtung gemäß der Erfindung beruht somit darauf,
daß eine rein elektronische
Darstellung unter Beibehaltung des bekannten
Koordinatendiagramms stattfindet. Die durch die mechanisch bewegten Teile eines
Diagrammschreibers bedingten Nachteile werden vermieden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf den Schirm
einer Kathodenstrahlröhre ähnlich wie bei einem Fernsehempfänger ein latentes Raster
geschrieben. Je nach der gewünschten Schreib-bzw. Auslösegeschwindigkeit (Zeitdehnung)
sind die Rasterfrequenzen beliebige Vielfache des Uhrenschlages, wobei diese insbesondere
stufenweise variierbar, z. B. auf die Zeilenfrequenzen 30, 33 und 36 Hz umschaltbar,
sind, was einem 6fachen der Normalfrequenz 5, 5,5 und 6 entspricht. Hierdurch ergibt
sich die Möglichkeit der Prüfung von Uhren verschiedener Schlagzahlen. Die Vertikalfrequenz
wird niedrig gewählt, z. B. '/so Hz, so daß sich nur eine langsame Verschiebung
der Aufzeichnung ergibt.
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Durch entsprechende Anpassung der Gittervorspannung der Kathodenstrahlröhre
wird erreicht, daß diese Raster unsichtbar bleiben. Durch einen Verstärker und einen
besonders ausgelegten Impulsgenerator wird aus dem Uhrensignal in bekannter Weise
ein Rechteck gebildet, dessen Flanken nach Differentiation spitzige Impulse zur
Hellsteuerung des latenten Rasters ergeben.
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Durch entsprechende Dimensionierung des Rasters im Zusammenwirken
mit der Hellsteuerung durch das Uhrensignal erscheinen nun auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre
Lichtpunkte, die durch die langsame Vertikalfrequenz so aneinandergereiht werden,
daß das von der mechanischen Zeitwaage her bekannte Diagramm entsteht.
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Die Raster sind aus Genauigkeitsgründen quarzgesteuert und entsprechen
somit der Normalzeit. Bei Verwendung einer Kathodenstrahlröhre mit verhältnismäßig
langer Nachleuchtdauer bleibt das Diagramm so lange sichtbar, wie dies zur Prüfung
gewünscht wird.
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Durch die kontinuierliche Darstellung des Diagramms ergibt sich eine
feste Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der Aufzeichnung und dem zugehörigen
Gang, so daß der Schirm der Kathodenstrahlröhre mit Winkelstrahlen versehen
und diese Beschriftung mit den zugehörigen Zeitmarken versehen werden können, wonach
die Gangabweichung unntittelbar ablesbar ist.
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Da die Helligkeitssteuerung der Kathodenstrahlröhre praktisch leistungslos
erfolgt, können mit geringen Mitteln aus den Uhrensignalen sehr kurzzeitige Impulse
erzeugt werden, so daß andererseits sehr hohe Harmonische als Ablenk-Raster-Frequenz
verwendet und damit sehr kurze Meßzeiten auch bei kleiner Zeitabweichung, d. h.
bei kleinerer Änderung des Phasenwinkels, erhalten werden können.
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In der Zeichnung ist in Fig. 1 beispielsweise ein erfindungsgemäßes
Gerät im Blockschema gezeigt. Hierbei stellt dar Fig. 1 das Gesamtschaltbild im
Blockschema, Fig.2 das Schaltbild einer Störunterdrückungs-und Impulsstufe entsprechend
Block 3 der Fig. 1, Fig. 3 das Schaltbild eines Sägezahngenerators nach Block
7 für das horizontale Ablenksystem, Fig. 4 das Schaltbild für Block
9, 10 für das vertikale Ablenksystem.
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Hierbei stellt 1 das Mikrophon zur Uhrauflage, 2 einen
Verstärker, der bei e an die Rechteckimpulsstufe mit Differenzierglied
3, dessen Schaltung in Fig. 2 dargestellt ist, angeschlossen ist, wobei a
sodann zur Hellsteuerung der Röhre 4 führt. Der Steuerquarz wird durch 5
dargestellt, welchem sich ein Frequenzteiler 6, ein Horizontalsägezahngenerator
7, dessen Schaltung mit Eingang und Ausgang f in Fig. 3 dargestellt ist, mit der
Endstufe 8 für das horizontale Ablenksystem b der Röhre 4 anschließt.
Eine Laderöhre 9 (Millerintegrator) mit Gasentladungsröhre 10 (Thyratron),
deren Schaltung mit Ausgang g in Fig. 4 gezeigt ist und welche dem schnellen Rücklauf
dient, bildet den Vertikalsägezahngenerator, dem eine Endstufe 11 für das
vertikale Ablenkungssystem c der Röhre 4 folgt.
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Auf dem Schirm der Röhre 4 ist beispielsweise die Schaubildlinie
12 einer Prüfuhr dargestellt, wobei die Neigung ein Maß für die Abweichung
von der Normalfrequenz (Senkrechten) gibt. Zur direkten Ablesung kann vor dem Bildschirm
eine verschiebbare Sichtscheibe angebracht sein, die mit einem Strahlenbändel 13
versehen ist, wobei die Enden der Strahlen mit den zugehörigen Zeitmarken beschriftet
sein können, so daß man in der bei Papierstreifen bekannten Weise am Neigungswinkel
des der Schaubildlinie 12 entsprechenden Strahl 13 die Zeitmarke unmittelbar
ablesen kann.
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Beim Rücklauf des Zeilensägezahnes wird dabei die Helligkeit unterdrückt,
so daß ein zufällig in den Rücklauf fallender Helltastimpuls keine Aufzeichnung
ergeben kann. Bei einer genaugehenden Uhr würde die Aufzeichnung unterbleiben, wenn
die Signale dauernd in den Rücklauf fallen. Aus diesem Grunde wurde die sonst in
Uhrenverstärkern zur Impulserzeugung verwendete Gasentladungsröhre 10
(Thyratron)
durch eine als unselbständige Rechteckstufe (Univibrator) geschaltete Hochvakuumröhre
ersetzt. Diese unselbständige Rechteckstufe wird direkt bei e von dem verstärkten
Uhrensignal angesteuert und liefert ein Rechteck, dessen Länge= Zeitdauer durch
den Kondensator C bestimmt wird. Der Kondensator C wird so ausgelegt, daß die Rücklaufzeit
(Länge des Rechtecks in der horizontalen Zeitkoordinate) n mal 1/E Periode der Zeilenfrequenz
wird. Da beide Flanken des Rechtecks eine Helltastung bewirken können, ergibt sich
eine doppelte Aufzeichnung, so daß auch dann, wenn ein Impuls der Hellsteuerung
in den Rücklauf fällt, eine Aufzeichnung erfolgt. Die Rechteckstufe wirkt
somit auch als Impulsverdoppler.
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Die Verlängerung des Rechteckimpulses hat den Vorteil, daß Störimpulse
keine neuen Kippvorgänge einleiten können und somit diese Schaltung gleichzeitig
die Wirkung einer Störunterdrückung aufweist. Wird dafür Sorge getragen, daß die
Rücklaufzeit des Zeilensägezahnes etwa 30°/o einer Periode beträgt, so ergibt sich
im Zusammenhang mit der Rücklaufaustastung eine Aufzeichnung, die nur an den Bildrändern
doppelt wirkt, wie dies gewünscht ist. Während der Rechteckdauer können weitere
aus dem Verstärker kommende Signale keinen neuen Kippvorgang bewirken, so daß durch
entsprechende Dimensionierung dieses Kondensators C eine wirksame Störimpulsunterdrückung
erreicht wird.
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An die zur Verwendung kommenden Sägezahnspannungen sind hohe Anforderungen
an die Zeitlinearität des Anstieges zu stellen. Es werden deshalb Sägezahngeneratoren
verwendet, welche diese Bedingung erfüllen; sie sind bekannt als Millerintegratoren.
Hierbei ist der Ladekondensator in Cl und C2 unterteilt
und mittels
eines weiteren Ladewiderstandes R an eine veränderliche Spannung gelegt, wodurch
sich eine maximale Linearität erzielen läßt. Der langsame Sägezahn (1/no Hz), der
praktisch den Aufzeichnungsvorschub darstellt, hat in der normalen Ausführung des
Sägezahngenerators (Transitron-Millerintegrator) einen zu langsamen Rücklauf. Da
die Uhrenschläge im Durchnitt in Fünftel-Sekunden-Folge aufeinanderfolgen, muß die
Rücklaufzeit kürzer als 1/5 Sekunde sein. Zur Verbesserung der Rücklaufgeschwindigkeit
wird die in der Fig. 4 dargestellte Schaltung gewählt, wobei die Kathode einer Gasentladungsröhre
10 mit der Anodenseite des Ladekondensators C, (Millerkondensator) verbunden ist,
während das Gitter der Gasentladungsröhre 10 (Thyratron) eine feste Spannung erhält.
Durch die Entladung des Ladekondensators C, wird die Kathode der Gasentladungsröhre
negativer, bis die Zündung einsetzt. Hierdurch kann mittels Veränderung der Gitterspannung
an der Gasentladungsröhre die Kippfrequenz unabhängig von der Veränderung der Anstiegslinearität
eingestellt werden. Der Ladewiderstand R im Anodenkreis der Gasentladungsröhre bestimmt
hierbei die Rücklaufzeit.