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Anordnung zur Steuerung von Nebenuhren Die Erfindung geht aus von
einer Anordnung zur Steuerung von Nebenuhren mit periodischen Stromimpulsen, die
durch vom Hauptuhrwerk angetriebene Mittel auf kontaktlosem Wege erzeugbar sind,
unter Verwendung einer derartigen elektronischen Verstärkeranordnung, vorzugsweise
einer Transistoranordnung, daß die in der Hauptuhr erzeugten Impulse verstärkt und
in Impulse von den Nebenuhren angepaßter Polarität und Schaltdauer umgewandelt werden,
und zwar mindestens während der eigentlichen Schaltimpulse ohne Betätigung mechanischer
Kontakte.
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Es sind derartige Anordnungen bekannt, bei denen zur Impulserzeugung
entweder ein vom Uhrwerk im l,'2-Minuten-Rhythmus weitergeschalteter Generator oder
ein in einer Spule angeordneter schwingfähiger Permanentmagnet, der durch einen
vom Uhrwerk angetriebenen Steuerarm einmal in der Minute angestoßen wird, verwendet
wird. Die bekannten Anordnungen benötigen jedoch für einen praktisch du.-chführbaren
Betrieb polarisierter Nebenuhrwerke Wechselimpulse entweder ein dreiadriges Nebenuhrnetz
oder mehr als eine Spannungsquelle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung
von Nebenuhren zu schaffen, mit welcher die Steuerung eines zweiadrigen Nebenuhrnetzes
mit Wechselimpulsen mittels einer einzigen Spannungsquelle möglich ist. Diese Aufgabe
ist unter Verwendung mehrerer wechselweise öffnender Transistoren bereits bekannt.
Die bekannte Anordnung weist aber unzureichende Lösungsmittel auf, so daß bei Verwendung
einer einzigen Batterie für die Speisung des Neb.-nuhrnetzes diese Batterie während
der Impulsgabe kurzgeschlossen wird, ohne daß die zur Verhinderung dieses Kurzschlusses
erforderlichen Zusatzmittel beschrieben sind.
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Bei Uhren der eingangs genannten Gattung ist eine erfindungsgemäße
Lösung der Aufgabe dadurch gegekennzeichnet, daß jedzr Pol der die Nebenuhren speisenden
Gleichstromquelle über je zwei nur ihm zugeordnete, insgesamt vier elektronische
Verstärkerelemente an die. beiden Leitungen des Nebenuhrnetzes angeschlossen ist
und daß vom Uhrwerk angetriebene Mittel zur Erzeugung oder Beeinflussung einer die
Verstärkerelemente in periodischen Zeitabständen steuernden Spannung so vorgesehen
sind, daß die Steuerung der Verstärkerelemente zwangläufig derart erfolgt, daß wechselweise
jeweils das eine der einen Pol der Stromquelle mit einer Leitung des Nebenuhrnetzes
verbindenden Verstärkerelemente gesperrt und das andere geöffnet ist und somit das
Nebenuhrnetz eine wechselnde Polarität erhält. Vorzugsweise werden zur Steuerung
der Verstärkerelemente rückgekoppelte Schwingkreise verwendet, deren Rückkopplung
durch vom Uhrwerk angetriebene Mittel veränderbar ist. In diesem Fall ist für die
Bewegung der die Rückkopplung beeinflussenden Mittel nur eine außerordentlich geringe
Leistung erforderlich, wodurch eine Verkleinerung der Hauptuhr ermöglicht wird.
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Es ist bereits ein elektrisches Zeitmeßgerät bekannt, bei welchem
die kontaktlos arbeitenden Verstärkerelemente durch Impulse gesteuert werden, die
durch rückgekoppelte Schwingkreise mit durch umlaufende Schlitzabschirmscheiben
veränderlicher Kopplung erzeugt sind, jedoch sind auch bei dieser Anordnung für
die Speisung des Nebenuhrnetzes mehrere Spannungsquellen oder bei nur einer Spannungsquelle
mehr als zwei Nebenuhrleitungen erforderlich.
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Es ist schließlich auch bereits ein elektrisches Zeitmeßgerät bekannt,
bei welchem ein mechanisches Schwingorgan mit mechanischem Rückstellkraftglied kontaktlos
durch einen selbst anschwingenden elektronischen Schwingkreisgenerator angetrieben
wird, wobei eine Hinderung der elektronischen Faktoren eines LC-Schwingkr-ises so
erfolgt, daß von dem LC-Schwingkreisgenerator nur in einem kleinen Bruchteil ein
Antriebsimpuls auf den mechanischen Schwinger derart übertragen wird, da.ß der mechanische
Schwinger stets aus der Ruhelage von selbst anläuft. Es handelt sich hier also um
eine Anordnung zur Steuerung der verhältnismäßig sehr geringen Energie zur Aufrechterhaltung
der Schwingung eines Gangordners, jedoch noch nicht um eine , Nebenuhren-Steuerung
mit polarisierten Impulsen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können Schwierigkeiten insofern
auftreten, als die am negativen Batteriepol liegenden Schwingkreise, welche die
mit diesem Pol verbundenen Verstärkerelemente
steuern, außerordentlich
niederahmig aufgeführt werden müssen, weil für die Steuerung der zugehörigen Verstärkerelemente
nur eine sehr geringe Betriebsspannung zur Verfügung steht. Da derartige niederohmige
Schwingkreise schwer anschwingen, sind vorteilhaft besondere Maßnahmen vorgesehen,
um einen sicheren Einsatz der Schwingungen zu gewährleisten. Zum Beispiel kann zur
Erzielung eines sicheren Anschwingens der rückgekoppelten Schwingkreise ein mit
den Schwingkreisen ständig gekoppelter Startschwingkreis vorgesehen sein. Da für
die am positiven Pol der Spannungsquelle liegenden Schwingkreise bzw. für die von
ihnen gesteuerten Verstärkerelemente die gesamte Spannung der Spannungsquelle zur
Verfügung steht, können diese Schwingkreise hochohmig ausgeführt werden, wodurch
ein sicherer Schwingeinsatz gewährleistet ist. Gemäß einer besonders zweckmäßigen
Weiterbildung der Erfindung können deshalb zur Erzielung eines sicheren Anschwingens
die die gleichzeitig auszusteuernden Verstärkerelemente beeinflussenden Schwingkreise
unter sich ständig miteinander gekoppelt -sein. Es kann auch zur Steuerung
der gleichzeitig auszusteuernden Gruppe von Verstärkerelementen je Gruppe auch nur
ein hochohmiger Schwingkreis vorgesehen sein, dessen Schwingungen durch bekannte
übertragungsmittel auf das zweite . Verstärkerelement übertragen werden. Nach einer
zweiten erfindungsgemäßen Lösung, die zur Lösung der Aufgabe das gleiche Prinzip
an sich anwendet, ist - bei Anordnungen der eingangs genannten Gattung - ein Pol
der die Nebenuhren speisenden Gleichstromquelle über zwei nur ihm zugeordnete elektronische
Verstärkerelemente an die beiden Leitungen des Nebenuhrennetzes angeschlossen, und
es sind vom Uhrwerk angetriebene Mittel zur Erzeugung oder Beeinflussung einer die
elektronischen Verstärkerelemente in periodischen Zeitabständen steuernden Spannung
so vorgesehen, daß wechselweise eines der die Spannungsquelle mit einer Leitung
des Nebenuhrennetzes verbindenden Verstärkerelemente gesperrt und das andere geöffnet
ist, während der andere Pol der die Nebenuhren speisenden Gleichstromquelle an die
beiden Leitungen des Nebenuhrennetzes über zwei normalerweise geschlossene mechanische
Kontakte angeschlossen ist, welche von einer vom Uhrwerk angetriebenen Nockenscheibe
derart betätigt werden, daß jeweils einer der beiden Kontakte kurz vor der Aussteuerung
eines dem zweiten Pol der Gleichstromquelle mit eben dieser Leitung des Nebenuhrnetzes
verbindenden elektrischen Verstärkerelementes geöffnet wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser
zeigt Fig. 1 die Schaltung einer Anordnung nach der Erfindung, bei der zur Erzielung
eines sicheren Einsatzes der Rückkopplungsschwingungen ein besonderer Startschwingkreis
vorgesehen ist, Fig. 2 eine Anordnung, bei der die Schwingspulen der hochohmigen
Schwingkreise mit den Schwingspulen der zugehörigen niederohmigen Schwingkreise
ständig gekoppelt sind, Fig. 3 eine Anordnung, bei der nur hochohmige Schwingkreise
vorgesehen sind, deren Schwingungen durch induktive Übertrager auf die Eingänge
der zugehörigen Verstärkerelemente übertragen werden, Fig. 4 eine der Anordnung
nach Fig. 3 ähnelnde Anordnung, wobei statt der induktiven Übertrager einfache direkt
mit den Schwingkreisen gekoppelte Spulen verwendet sind, Fig. 5 und 6 die Anordnung
der einzelnen Schwingkreisspulen und der Rückkopplungsspulen sowie der zwischen
ihnen drehbar gelagerten elektrisch gut leitenden Scheibe, Fig. 7 und 8 die Anordnung
zweier gegensinnig angetriebener elektrisch gut leitender Scheiben zwischen den
Schwingkreis- und Rückkopplungsspulen ge-Fig. 9 eine Anordnung, bei der mit der
zwischen den Schwingkreis- und Rückkopplungsspulen gelagerten Scheibe eine Nockenscheibe
verbunden ist, die zwei das Nebenuhrnetz in den Schaltpausen kurzschließende Kontakte
betätigt.
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In Fig. 1 bezeichnet 10 die einzige das Nebenuhrnetz 11 speisende
Spannungsquelle. Der negative Pol dieser Spannungsquelle 10 ist über eine
Sicherung 12
und einen Widerstand 13 an die Kollektoren der Transistoren 14
und 15 angeschlossen, deren Emitter mit den beiden Leitungen des Nebenuhrnetzes
11 verbunden sind. Mit dem Pluspol der Spannungsquelle 10 sind über die Sicherung
1.6 die Emitter der Transistoren 17 und 18 verbunden, deren Kollektoren mit den
beiden Leitungen des Nebenuhrnetzes 11 verbunden sind. Für die Steuerung der Transistoren
14, 15, 17 und 18 sind rückgekoppelte Schwingkreise vorgesehen, die je einen Transistor
und zwei Spulen enthalten. Der Transistor dieser Schwingkreise ist jeweils mit dem
Index a, also 14 a, 15 a, 17 a und 18
a, mit dem Index b (14 b, 15 b, 17 b, 18 b) und die
Rückkopplungsspule mit dem Index c (14c, 15c,
17e, 18c) bezeichnet.
Die Rückkopplungen in den einzelnen Kreisen werden nun durch von der Hauptuhr betätigte,
in der Fig. 1 der Vereinfachung wegen nicht mit eingezeichnete Steuermittel, wobei
auch an sich die obenerwähnten bekannten Mittel dreiadriger Systeme verwendbar sind,
so beeinflußt, daß jeweils zu den Impulszeiten gleichzeitig die Transistoren
14
und 17 oder die Transistoren 15 und 18 ausgesteuert werden. Während der
Aussteuerung des Transistorenpaares 14, 17 sind die Transistoren 15 und 18 gesperrt,
und umgekehrt. Die Anschlüsse des Nebenuhrnetzes 11 an die Spannungsquelle 10 werden
dadurch ständig umgepolt.
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Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, steht für die Transistoren 14a und
15a nur die am Widerstand 13 abfallende Spannung als Betriebsspannung zur
Verfügung. Die die Spulen 14 c und 15 c enthaltenden Kreise müssen deshalb außerordentlich
niederohmig ausgeführt sein, wodurch das Anschwingen dieser Kreise sehr erschwert
wird. Es ist deshalb noch ein Startschwingkreis mit dem Transistor 19a und den Spulen
19b bis 19e vorgesehen, der dauernd schwingt und ständig mit den Spulen
14 c und 15 c durch die Spulen 19 d und 19 e gekoppelt ist. Es werden also in den
Rückkopplungsspulen 14 c und 15c ständig geringe Wechselspannungen
induziert, die jedoch für die Aussteuerung der Transistoren 14
und
15 nicht ausreichen. Erst wenn die Rückkopplung zwischen den Spulen 14 b
und 14 c bzw. den Spulen 15 b und 15 c durch die von der Hauptuhr betätigten
Steuermittel voll einsetzt, werden die zugehörigen Schalttransistoren 14 bzw. 15
ausgesteuert. Um das Auftreten von Fremdspannungen in dem Nebenuhrnetz 11 während
der. Schaltpausen zu verhindern, wird dieses Netz 11 in den Schaltpausen durch einen
Kontakt 20a des Relais 20 kurzgeschlossen. Die Erregung dieses Relais 20
erfolgt über den
Transistor 21, dessen Eingang über den Übertrager
22 von den durch die Leitung 23 geführten Schwingungen beeinflußt wird. Der Kontakt
20a wird also geöffnet, sowie in der Leitung 23 Schwingungen übertragen werden,
d. h. sowie einer der Transistoren 14, 15, 17 oder 18 ausgesteuert ist.
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Die Schaltung nach Fig.2 entspricht derjenigen nach Fig. 1. Es fehlt
lediglich der Startschwingkreis 19. Um hier ein sicheres Anschwingen der zu den
Transistoren 14 und 15 gehörenden Kreise sicherzustellen, ist die Spule 14c bzw.
die Spule 15c mit der Spule 17 c bzw. 18 c auf einen Spulenkörper gewickelt, so
daß zwischen ihnen eine verhältnismäßig starke Kopplung besteht. Da für die die
Transistoren 17 und 18 aussteuernden Schwingkreise die volle Spannung der Spannungsquelle
10 als Betriebsspannung zur Verfügung steht, können die die Spulen 1.7c und
18c enthaltenden Schwingkreise hochohmig ausgeführt werden, so daß das Anschwingen
dieser Keise in jedem Falle gewährleistet ist.
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In der Schaltung nach Fig. 3 sind die die Transistoren 14 c! und
15 a sowie die Spulen 14 b, 14 c und 15b, 15c enthaltenden Kreise fortgelassen
worden. Es sind lediglich die die Transistoren 17a, 18a und und die Spulen 17 b,
17 c und 18 b, 18 c enthaltenden Kreise beibehalten worden, bei denen
infolge ihrer Hochohmigkeit der Schwingungseinsatz in jedem Falle gewährleistet
ist. Die Schwingungen dieser Kreise werden über die Übertrager 24 und 25 auf die
Eingänge der Transistoren 14 und 15 übertragen. Wird also bei einsetzenden Schwingungen
der Transistor 17 geöffnet, so wird gleichzeitig der zugehörige Transistor 14 geöffnet.
Umgekehrt wird bei ausgesteuertem Transistor 18 auch der zugehörige Transistor 15
ausgesteuert.
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Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 3. Es sind hier
die Übertrager 24 und 25 eingespart worden. Statt dessen sind Wicklungen 26 und
27 vorgesehen, die mit den Wicklungen 17 c und 18 c gekoppelt sind und die in den
Wicklungen 17 c und 18c auftretenden Schwingungen auf die Eingänge der Transistoren
14 und 15 übertragen.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung für die von der Hauptuhr
periodisch zu steuernde Beeinflussung der Rückkopplung zwischen den einzelnen Schwingspulen
und d,---i Rückkopplungsspulen 14b, 15b, 17b, 18b und 1.4c, 15c, 17c,
18e. Zwischen den Schwingspulen und den Rückkopplungsspulen ist eine Scheibe
28 aus elektrisch gut leitendem Material, z. B. Aluminium, angeordnet, die einen
Einschnitt 29 aufweist. Die Scheibe 28 ist auf einer Welle 30 befestigt, die von
dem Uhrwerk der Hauptuhr angetrieben wird. Befindet sich die Scheibe 28 zwischen
den Schwing- und den Rückkopplungsspulen, so ist die Rückkopplung so stark gedämpft,
daß ein Einsatz der Schwingungen nicht erfolgt. Bewegt sich aber der Einschnitt
29 zwischen den Spulen hindurch, so erfolgt eine augenblickliche Entdämpfung der
Rückkopplung, so daß die Schwingungen sofort einsetzen. Um eine möglichst stärke
Kopplung der Spulen untereinander zu erzielen, können die einzelnen Spulen einen
Kern 31 bzw. 32 aus hochpermeablem Material, z. B. Hochfrequenzeisen, enthalten.
Weiterhin kann der Einschnitt 29 in der Scheibe 28 ebenfalls mit hochpermeablem
Material, z. B. Hochfrequenzeisen 33, ausgefüllt sein.
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Sollen die durch die Rückkopplungskreise erzeugten Steuerimpulse möglichst
kurz sein, so können nach den Fig. 7 und 8 zwischen den Rückkopplungs-und Schwingkreisspulen
zwei Scheiben 34 und 35 angeordnet sein, die von dem Uhrwerk der Hauptuhr gegensinnig
angetrieben werden. "Die Scheibe 34 enthält einen Einschnitt 36 und die Scheibe
35 einen Einschnitt 37. Jeweils zwischen den Schwing- und Rückkopplungsspulen liegen
die beiden Einschnitte 36 und 37 übereinander, so daß die Schwing- und Rückkopplungsspulen
in diesem Augenblick miteinander gekoppelt werden.
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Fig. 9 zeigt eine Schaltung, bei der die Transistoren 14 und 15 durch
die Kontakte 38 und 39 ersetzt sind. Diese Kontakte schließen das Nebenuhmetz 11
während der Schaltpausen kurz. Die Betätigung der Kontakte 38 und 39 erfolgt durch
den Arm 40, der auf der die Scheibe 28 tragenden Welle 30 befestigt sein kann. Der
Arm 40 ist auf der Welle 30 gegenüber dem Einschnitt 29 in der Scheibe 28 so versetzt,
daß der Kontakt 38 bzw. 39 geöffnet wird, bevor der Transistor 18 bzw. 17 ausgesteuert
wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Kontakte 38 und 39 stromlos geschaltet
werden, während die Schaltleistung von den Transistoren 17 und 18 übernommen wird.
Es hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer derartiger stromlos geschalteter Kontakte
praktisch unbegrenzt ist. Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 9 ist folgende:
Wird beispielsweise der Kontakt 39 durch den Arm 40 geöffnet, so wird der Kurzschluß
zwischen den beiden Leitungen des Nebenuhrnetzes 11 aufgehoben, und es bleibt lediglich
die untere Leitung mit dem Minuspol der Spannungsquelle 10 verbunden. Kurz darauf
gelangt der Einschnitt in der Scheibe 28 zwischen die Spulen 17 b und 17 c, so daß
diese miteinander gekoppelt werden und der Transistor 17 ausgesteuert wird. Der
Pluspol der Spannungsquelle 10 liegt damit an der oberen Leitung des Nebenuhrnetzes
11. Bei einer Drehung der Welle um 180° wird der Kontakt 38 geöffnet, und kurz darauf
werden durch den Einschnitt in der Scheibe 28 die Spulen 18 b und 18 c miteinander
gekoppelt und der Transistor 18 ausgesteuert. Es liegt jetzt also der Minuspol der
Spannungsquelle 10 an der oberen Leitung, während der Pluspol an der unteren Leitung
liegt.
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Bei den Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 wird die Ausgangsspannung
der Anordnung unabhängig von der Belastung auf einem konstanten Wert gehalten. Die
am Pluspol der Spannungsquelle 10 liegenden Transistoren 1.8 und 1.7 sind stets
voll ausgesteuert, da deren Steuerschwingkreise infolge der zur Verfügung stehenden
vollen Spannung der Stromquelle 10 hochohmig ausgeführt sein können. Für die zu
den Transistoren 14 und 15 gehörenden Steuerschwingkreise steht jedoch nur
die an dem Widerstand 13 abfallende Spannung zur Verfügung. Die Aussteuerung der
Transistoren 14 und 15 hängt somit von der Belastung des Nebenuhrnetzes 11 ab. Mit
steigender Belastung nimmt der Spannungsabfall am Widerstand 13 zu, wodurch die
Aussteuerung des Transistors 14 bzw. des Transistors 15 verbessert wird, so daß
der Spannungsabfall an den Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren verringert
wird. Die Ausgangsspannung der Anordnung bleibt infolgedessen etwa konstant. Eine
Verbesserung der Konstanz der Ausgangsspannung kann noch durch die Elektrolytkondensatoren
41 und 42 erreicht werden.
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Statt der Anordnung nach Fig. 8, bei der zwei gegensinnig
angetriebene
Scheiben 34 und 35 verwendet werden, kann auch eine der Scheiben feststehend angeordnet
sein, wobei in dieser Scheibe an gegenüberliegenden Stellen des Umfangs Einschnitte
vorgesehen sind. Diese Einschnitte sind so angeordnet, daß sie sich zwischen den
gegenüberliegenden Spulen befinden. Die zweite drehbare Scheibe weist wie vorher
nur einen einzigen Einschnitt auf. Eine RückkoppIung zwischen den Spulen tritt auf,
wenn der Schlitz in der umlaufenden Scheibe sich mit einem der in der feststehenden
Scheibe angeordneten Einschnitte deckt.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 9 kann so abgeändert werden, daß
die Erzeugung der Steuerspannung für die Transistoren 17 und 18 in an sich bekannter
Weise (deutsche Auslegeschrift 1033 595) durch auf Schwingfedern angeordnete Magnete
erfolgt, welche in den die Transistoren steuernden Spulen Steuerspannung induzieren.
Die Schwingfedern können durch einen Arm in Schwingungen versetzt werden, der in
zwei Minuten einmal umläuft, so daß pro Minute ein Impuls auf das Nebenuhrnetz gegeben
wird. Der die Schwingfedern anstoßende Arm kann mit dem die Kontakte 38 und 39 (Fig.
9) steuernden Arm 40 auf einer Welle befestigt sein, die von dem Hauptuhrwerk angetrieben
wird. Die beiden Arme werden dann auf der gemeinsamen Welle so gegeneinander versetzt
angeordnet, daß beispielsweise der Kontakt 39 kurz vor dem Anschwingen der den Transistor
17 aussteuernden Schwingfeder geöffnet wird. Die Anordnung kann aber auch derart
vorgesehen sein, daß die Steuerspulen Vorverstärker aussteuern, z. B. die Transistoren
17a und 18a, welche ihrerseits erst die Transistoren 17 und 18 aussteuern. Der Vorverstärker
kann selbstverständlich auch mehrstufig ausgeführt sein.
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In Fig.9 ist der Winkelbereich, in welchem die Kontakte 38 und 39
geschlossen sind, durch die schraffierte Fläche gekennzeichnet. Die Kontaktgabe-bzw.
Öffnungszeiten müssen genau eingehalten werden, damit die Batterie 10 nicht kurzgeschlossen
wird.