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Unruh-Gangordner Die Erfindung bezieht sich auf einen Unruh-Gangordner
mit astatischem Magnetsystem, welches mit der Eingangsspule bzw. der Ausgangsspule
einer rückgekoppelten elektronischen Schaltung, vorzugsweise einer Transistorschaltung,
zwecks Aufrechterhaltung der Schwingungen zusammenwirkt, wobei die die Verstärkervorrichtung
steuernde eisenkernlose Spule und die von der Verstärkervorrichtung gespeiste, die
Unruh antreibende eisenkernlose Spule benachbart im Luftspalt des aus zwei entgegengesetzt
polarisierten, auf dem Umfang zweier Unruhkörper angeordneten Magneten bestehenden
astatischen Magnetsystems derart angeordnet sind, daß in der Gleichgewichtslage
der Unruh mindestens die aktiven Leiterbündel im Luftspalt des astatischen Magnetsystems
liegen.
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Es sind derartige Anordnungen bekannt, bei denen jedoch die Spulen
gegenüber der Ruhelage des Magnetsystems versetzt angeordnet sind, wodurch der Antriebsimpuls
nicht exakt in der Nullage des Gangordners entsteht und somit nicht voll bzw. nicht
exakt den Isochronismusbedingungen entsprechend für den Antrieb des Gangordners
ausgenutzt wird. Es werden bei dieser Anordnung zwar in jeder Halbschwingung Stromimpulse
erzeugt, jedoch dient nur ein Impuls je Vollschwingung zum Antrieb des Gangordners,
was also einer Stromverschwendung bei jeder zweiten Halbschwingung entspricht. Es
ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher die nebeneinanderliegenden Spulen von
je zwei gegensinnig magnetisierten Magnetpolen beeinflußt werden. Diese Anordnung
hat den Nachteil, daß ebenfalls je Vollschwingung nur ein Antriebsimpuls im Nullagenbereich
auftritt, aber eine ganze Reihe von Nebenimpulsen auftritt, welche zum isochronen
Antrieb des Gangordners nicht beitragen und eine unnötige Belastung der Stromquelle
bedeuten.
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Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher Steuerspule und Antriebsspule
in verschiedenen Magnetkreisen liegen und von Magnetkernen durchsetzt sind. Die
Steuerspannung wird dadurch erzeugt, daß mit dem Gangordner ein Permanentmagnet
bewegt wird, welcher sich in der Nullage des Gangordners in dem Luftspalt des die
Steuerspule durchsetzenden ferromagnetischen Keines befindet. Auch in den Unterlagen
der französischen Patente 1143 675 und 1147 598 sind elektromagnetische Antriebseinrichtungen
für Schwingeranordnungen beschrieben, bei denen Steuer- und Antriebsspule von Magnetkernen
durchsetzt sind, die Luftspalte bilden, durch welche mit den Schwingern bewegte
ferromagnetische Teile bewegt werden. Solche ferromagnetische Kerne aufweisenden
Systeme zeigen folgende Nachteile: a) Der Impuls tritt bei Verwendung eines Transistors
mit seinem Schwerpunkt der Impulskurve im allgemeinen kurz vor der Nullage auf und
nicht symmetrisch zur Nullage.
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b) Sollen symmetrische Impulse zur Nullage erzielt werden, so sind
entweder sehr komplizierte Magnetformen auf dem Gangordner oder zusätzliche Magnete
im Kern erforderlich, die einerseits aufwendig sind und andererseits den Wirkungsgrad
des eigentlichen Antriebsimpulses wieder herabsetzen.
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c) Auch bei Verwendung von ferromagnetischen Kernen mit geringer Remanenz
treten nach Sperrung des Transistors Bremskräfte auf zwischen dem schwingenden Magnet
und dem Eisenkern, und es können auch schon vor Öffnung des Transistors unerwünschte
Anziehungskräfte auftreten.
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Die Erfindung bezweckt eine Beseitigung dieser Nachteile.
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Bei Gangordnern der eingangs genannten Gattung besteht sie darin,
daß das Spulensystem so angeordnet ist und die Magnete so magnetisiert sind, daß
in der einen Schwingungsrichtung zwei schmale Impulse symmetrisch zur Nullage entstehen
und in der anderen Schwingungsrichtung ein doppelt so breiter Impuls in der Nullage
entsteht. Vorzugsweise sind die insbesondere trapezförmig ausgebildeten Spulen in
radialer Richtung nebeneinander, sich in Richtung auf die Drehachse des Gangreglers
verjüngend, angeordnet. Die plattenförmigen Permanentmagnete des
Gangordners
können auf einer Seite der Drehachse in tangentialer Richtung, und zwar einander
entgegengesetzt, magnetisiert sein. Vorzugsweise sind sie an ihren Polkanten der
radialen Verjüngung der Spulen angepaßt.
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Wie z. B. die in Fig. 8 dargestellten Kurven nach Oszillogrammen zeigen,
gestattet die Erfindung in der Tat, trotz relativ einfacher Magnet- und Spulensysteme
in beiden Halbschwingungen, also rationell, Antriebsbedingungen, die den Schwingungsbedingungen
voll entsprechen.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 bis 3 einen Unruh-Gangregler mit
einem astatischen Magnetsystem, welches aus zwei plattenförmigen Magneten besteht,
Fig. 4 und 5 eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher drei plattenförmige
Magnete verwendet werden, Fig. 6 und 7 verschiedene Stellungen des Gangreglers,
in denen Antriebs- und Steuerimpuls erzeugt werden, und Fig. 8 eine graphische Darstellung
der vom elektronischen Verstärker abgegebenen Stromimpulse.
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In allen Figuren ist die erfindungsgemäße Anordnung durch teilweise
sehr schematische Skizzen dargestellt. Um die Zeichnungen zu vereinfachen, sind
Zubehörteile, wie etwa Träger und Rahmen, nicht gezeigt. Die Luftspalte und die
Stärken sehr dünner Teile sind größer dargestellt, als es den wirklichen Abmessungen
entspricht.
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In den Fig. 1 bis 3@ sind mit A1 und A2 die beiden Permanentmagneten
bezeichnet, welche das asiatische System bilden. Auf der Achse dieses Systems ist
die Spiralfeder sp befestigt. Die beiden Magnete A1 und A2 bilden einen Luftspalt,
in welchem die beiden Spulen BC und BE hineinragen. Diese fest angeordneten
Spulen BC und BE sind flach ausgebildet. Der Spulenkörper IS besteht aus
einem Isolierstoff. Er besitzt vorzugsweise eine Öffnung, ih welche der Transistor
TR eingesetzt ist.
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Die beiden Permanentmagnete Al und A2 sind einander entgegengesetzt
polarisiert und erzeugen zwei den Luftspalt durchsetzende, einander entgegengerichtete
Magnetflüsse, welche in der Ruhelage des Gangordners die aktiven Leiterbündel der
Spulen BC und BE durchsetzen. Die beiden Spulen sind in Durchmesserrichtung
nebeneinander angeordnet und verjüngen sich in Richtung auf die Drehachse des Gangreglers.
Die plattenförmigen Permanentmagnete A 1 und A2 sind in tangentialer Richtung magnetisiert,
während die diametral entgegengesetzten Plattenteile K unmagnetisiert sind. Die
Polkanten der Magnete Al, A2 sind der radialen Verjüngung der Spulen BC und BE angepaßt.
Die Anordnung der Spulen nebeneinander ergibt die Möglichkeit, einen verhältnismäßig
,dicken Draht zu verwenden.
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Der Antrieb des Zeigerwerkes kann durch die in Fig. 1 schematisch
dargestellte Vorrichtung erfolgen. Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Gangregler, welcher
drei Permanentmagnete Al, A2 und A3 enthält. Die Spule BC ist zwischen den Magneten
Al und A2 und die Spule BE zwischen den Magneten Al und A3 angeordnet. Auf
diese Weise werden die induktiven Magnetflüsse, welche durch die aktiven Leiterbündel
der Spulen verlaufen, erhöht, wodurch der Stromverbrauch verringert wird. Um die
Herstellungskosten des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Gangordners zu verringern,
wird vorzugsweise in der Mitte ein verhältnismäßig dicker Magnet A1 aus gepreßtem
Material verwendet, während die dünneren Magnete A., und A3 aus Stahlblech ausgeschnitten
und dann tangential magnetisiert werden.
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Der Gangordner kann das aus Stahl bestehende Schaltrad 40'
schrittweise mit Hilfe des Fingers 39
drehen, wobei das Rad in seine entsprechenden
aufeinanderfolgenden Stellungen durch den kleinen, zusätzlichen Arretierermagnet
49 mit hineingezogen und dort exakt arretiert wird.
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Der Gangordner nach Fig. 2 und 5 eignet sich auch für Kraftfahrzeuguhren,
welche ihren Strom von der im Wagen befindlichen Batterie erhalten. In diesem Falle
kann es nützlich sein, die auf die Spule BE einwirkende Spannung konstant
zu halten. Zu diesem Zwecke können verschiedene Vorrichtungen verwehdet werden,
beispielsweise die schematisch auf der rechten Seite der Fig. 4 gezeigte. Der Stromkreis
enthält einen Widerstand R1 und einen nichtlinearen Halbleiter VDR, dessen Widerstand
selbsttätig fällt, wenn die Spannung U der Batterie steigt. Wenn die Spannung U
auf einen übermäßig hohen Wert ansteigt, hat der Strom 1s im Widerstand R1 die Neigung,
größer zu werden, was den Spannungsabfall an diesem Widerstand vergrößert. Dieser
Spannungsverlust begrenzt die Erhöhung des Antriebsimpulses und regelt die Amplitude
des Gangordners.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen besondere Stellungen des Gangordners, in denen
in der Steuerspule BC ein den Transistor TR aussteuernder Impuls erzeugt wird.
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Die in Fig. 8 mit kräftigen Linien gezeigte Kurve (2) zeigt die Änderung
des Stromes i", welcher durch die Antriebsspule BE fließt, als eine Funktion
der Zeit. Die Kurve (2) gibt die Form der hellen Linie wieder, die auf dem Bildschirm
eines Oszillographen mit Braunscher Röhre erscheint, welcher den Ausgangsstrom i,
des Verstärkers TR analysiert.
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Die mit 0, t1, t2 . . . markierten Punkte entsprechen
den Durchläufen des Gangreglers durch seine Gleichgewichtslage. Die Kurve
(1), welche in gestrichelten Linien gezeigt ist, ist eine Sinuskurve; welche
die Veränderung des Drehwinkels- des Gangreglers als eine Funktion der Zeit zeigt.
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Es ergibt sich, daß in den Zeitpunkten 0 und t2 der Ausgangsstromkreis
des Verstärkers schnell geöffnet wird, was das Auftreten des höchsten Ausgangsstromes
I gestattet. Dies findet statt, wenn die Magnete A1 und A2 des Gangreglers mit höchster
Geschwindigkeit bewegt werden und die Spule BC umgeben, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Nach einer geringen Winkelbewegung bewegen sich die Magnete von der Spule BC weg,
und es fällt der Strom i, rasch auf einen sehr niedrigen Wert 1o. Dieser Strom i.
erzeugt keinerlei elektromagnetische Kraft von Bedeutung, da der magnetische Fluß
in den Spulen praktisch gleich Null ist und die Teile Al, A2 bzw. K weit von den
Spulen entfernt sind.
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yBeim Rücklauf des Gangordners in entgegengesetzter Richtung von f1
wird der Ausgangsstromkreis zweimal hintereinander in der Nähe des Augenblicks t1
geöffnet. Dadurch ergeben sich zwei aufeinanderfolgende Antriebsimpulse, wenn die
Magnete Al und A2 durch die Stellungen verlaufen, die in gestrichelten Linien und
vollen Linien in Fig. 7 gezeigt sind. Diese beiden Impulse liegen sehr nahe zusammen
und sind einem einzigen Impuls gleich, der im Totpunkt stattfindet.
Aus
der Theorie des Betriebes von Uhren folgt, daß die Form des Stromes i, besonders
gut für Uhrwerke geeignet ist, die mit großer Genauigkeit arbeiten sollen. Die Schwingungsbedingungen
der Gangregler entsprechen den besten Hemmwerken, wie sie für die Herstellung von
Chronometern verwendet werden.