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Von einem Primärelement gespeistes elektrisches Kleingerät, insbesondere
elektrische Unruhuhr Die Erfindung bezieht sich auf ein von einem Primärelement
gespeistes elektrisches Kleingerät, insbesondere eine elektrische Unruhuhr, mit
elektronischer Steuerung des Antriebs, vorzugsweise einer Unruh und des Zeigerwerks
einer Kleinuhr, z. B. mit Transistoren, dessen mechanische und elektrische Glieder
so angelegt sind, daß zur möglichst langen Betriebsfähigkeit ein Höchstmaß der mittleren
Dauerstromstärke während einer Antriebsperiode, z. B. der ganzen Schwingungsperiode
des Gangordners.,
nicht überschritten wird.
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In dem Bestreben, das Primärelement möglichst wenig zu belasten, hat
man bei derartigen Kleingeräten, z. B. bekannten elektronischen Pendeluhren, die
mittlere Dauerstromstärken bereits auf etwa 0,08 mA herabgesetzt.
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Es ist weiterhin bekannt, der Triebspule des Gangordners (Unruh) ein
den Zeigerwerkantrieb steuerndes Relais parallel zu schalten, so daß der Gangordner
von zusätzlicher mechanischer Arbeit entlastet ist, also weitgehend frei schwingen
kann. Zum Zweck der Regulierung sind dabei auch RC-Glieder mit Regelwiderstand in
den Relaiskreis, geschaltet.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die elektronische
Steuereinrichtung eines derartigen elektrischen Kleingeräts, z. B. einer Frequenznormale,
Zeitnormale, vorzugsweise Unruhuhr, in der Richtung weiter zu verbessern, daß noch
eine größere Lebensdauer bzw. durch längere Spannungskonstanz langfristigere Ausnutzbarkeit
des Primärelements erzielt wird als bisher.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen haben gezeigt,
daß der bisher beschrittene Weg, die Strombelastung des Primärelements immer weiter
herabzusetzen, nicht beliebig ohne Nachteile für die Spannungskonstanz des Elements
fortgesetzt werden kann.
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Die Erfindung geht dabei aus von einem von einem Primärelement gespeisten
elektrischen Kleingerät, insbesondere einer elektrischen Unruhuhr, mit elektronischer
Steuerung des Antriebs vorzugsweise einer Unruh und des Zeigerwerks einer Kleinuhr,
z. B. mit Transistoren, bei welchem die mechanischen und elektrischen Glieder so
angelegt sind, daß zur möglichst langen Betriebsfähigkeit ein Höchstmaß der mittleren
Dauer-Stromstärkewährend einer Antriebsperiode, z. B. der ganzen Schwingungsperiode
des Gangordners,
5 nicht Überschritten wird, wobei z. B. für elektronische Pendeluhren eine
Größenordnung von etwa 0,08 mA erzielbar ist.
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Bei derartigen Geräten, vor allem Unruhuhren, wird erfindungsgemäß
die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß auch bei Kleingeräten, insbesondere Unruhuhren,
solcher Abmessungen., daß an sich wesentlich kleinere Höchststromstärken
- als bei elektronischen Pendeluhren energetisch ausreichend wären, eine solche
Anpassung des Geräts, insbesondere der elektronischen Unruhuhr, an das Element vorgenommen
wird, daß eine solche Mindeststromstärke -
als mittlere Dauer-Stromstärke auftritt, daß nach einigen Tagen des Stromflusses
über eine möglichst lange Zeit sich ein praktisch konstanter Spannungsverlauf ergibt,
wobei für ein Luftsauer-Stoffelement die optimale Stromstärke
zwischen 0,04 und 0,09 mA, insbesondere bei 0,07 mA, liegt.
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An Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform der elektronischen
Steuerungsanordnung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt ist, sei der-Erfindungsgedanke
näher erläutert.
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In den Fig. 1 bis 3 sind zunächst drei schematische Kurven über den
Entladungsverlauf einer Batterie, beispielsweise eines Luftsauerstoff-Elements,
gezeichnet. Auf der Abszisse sind die Anzahl Jahre und auf der Ordinate ist die
jeweilige Klemmenspannung der
Batterie in Volt aufgetragen. In Fig.
1 sind die Verhältnisse bei einer ständigen Belastung der Batterie mit etwa 1 mA
dargestellt. Fig. 2 zeigt die Verhältnisse bei einer nichtbelasteten, auf Lager
befindlichen Batterie. Die Kurve gemäß Fig. 3 ergibt sich bei einer ständigen Belastung
der Batterie mit etwa 0,3 mA. Man sieht aus den Kurven, daß durch eine günstige
gleichmäßige niedrige, andererseits oder nicht »zu niedrige« Bemessung der Entladungsstromstärke
der Batterie nicht nur eine erheblich größere Konstanz der Batteriespannung, sondern
auch noch eine erheblich größere Lebensdauer der Batterie erzielt wird. Die Werte
rechts von der senkrechten Geraden 1 sind zwar teils - für Fig. 3 - nach Messungen
extrapolierte, teils - für Fig. 1 und 2 - auf Grund von Angaben, der Batteriefirmen
über Lagerfähigkeiten geschätzte Werte; die Konstanz der links von der Linie 1 gezeichneten
Kurvenzweige läßt jedoch mit Klarheit die gute Konstanz der Batteriespannung bei
Einhaltung der Regel gemäß der Erfindung erkennen. Das Optimum der Entladungsstromstärke
liegt um etwa 0,07 mA herum.
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Zur optimalen Ausgestaltung der elektronischen Steuerungsanordnung
für eine Uhr mit Rückkopplungsschaltung mittels Halbleiterbauelemente, insbesondere
Transistors, bei welcher ein elektrisch angetriebener mechanischer Schwinger in
Wechselwirkung mit einer Generatorspule und einer Motorspule steht, ist gemäß einer
zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung der mechanische Schwinger als reine Frequenznormale
ausgebildet und zum Antrieb des Zeigerwerks eine Relaisanordnung mit einem polarisierten
Relais vorgesehen, welche von der elektronischen Steuerungsanordnung gesteuert wird;
zweckmäßigerweise liegt die Relaisspule parallel zur Motorspule im Ausgangskreis
der Halbleiter-, vorzugsweise Transistorschalt- und/oder Verstärkungsanordnung.
Zweckmäßigerweise ist das steuernde Halbleiterbauelement als reiner Schalter ohne
Verstärkungswirkung ausgelegt.
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Es ist bereits vorgeschlagen, in dem elektronischen Rückkopplungskreis
elektrische Ausgleichsglieder, beispielsweise einen Widerstand, vorzugsweise Ohmschen
Widerstand, in Ein- und/oder Ausgangskreis vorzusehen. Gemäß einer anderen zweckmäßigen
Weiterbildung der Erfindung ist der Widerstand der Relaisanordnung für den Zeigerwerk-Antrieb
so zu dimensionieren, daß der zum elektrischen Ausgleich, insbesondere,zur Unterdrückung
der Schwingneigung des Transistorkreises, dienende Widerstand ganz oder teilweise
durch den Relaiswiderstand ersetzt wird und infolgedessen in Fortfall kommen kann.
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In Fig. 4 und 5 ist eine elektronische Steuerungsanordnung für eine
Unruhuhr als Ausführungsbeispiel dargestellt. 2 bedeutet einen stabförmigen Dauermagneten,
der auf einem Unruhreif 11 angeordnet ist und innerhalb der Zeichnungsebene gegen
die Direktionskraft einer Unruh-Spiralfeder 3 zu schwingen vermag. 12 bedeutet eine
magnetische Rückschlußplatte. Die Schwingungen werden durch zwei in bereits vorgeschlagener
Weise aufeinander gewickelte Spulen 4 und 5 aufrechterhalten, welche über einen
Transistor 6 miteinander rückgekoppelt sind; als Energiequelle dient eine Batterie
7.
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Parallel zur Motorspule 5 liegt im Ausgangskreis - d. h. im Beispielsfalle
im Emitter-Kollektor-Kreis - des Transistors ein Relais B. Die Wicklung des Relais
8 ist so dimensioniert, daß sie gleichzeitig als Beruhigungswiderstand für den Transistorkreis
dient. Dem Relais 8 ist ein Schwinganker 9 zugeordnet, durch den bei jeder Erregung
des Relais 8 ein Zahnrad 10 weiterschaltet, das mit dem Zeiger verbunden ist. Bei
Ausbildung des Relais als polarisiertes Relais und gleichzeitiger Verwendung nur
eines Transistors kann man sich eines beispielsweise in der Fernschreibtechnik viel
verwendeten Relais bedienen, das bei jeweils nur einer Stromrichtung anspricht und
nach Beendigung des Erregungsimpulses dieser einen Richtung wieder selbständig in
seine Ausgangslage zurückfällt. Der Schwinger 2 ist so dimensioniert, daß er bei
jedem Hin- und Hergang einen einzigen Impuls in der Generatorspule 4 erzeugt. Sämtliche
Daten des elektronischen Kreises sind derart bemessen., daß im Ernitter-Kollektor-Kreis
im Mittel ein Strom von 0,07 mA fließt. Hierbei spielt auch die richtige Auswahl
der Transistortype eine wichtige Rolle. Er muß eine solche Charakteristik haben,
welche in der Umgebung des Arbeitspunktes möglichst horizontal verläuft, so daß
er - ohne zu verstärken - als reiner Schalter wirkt. Durch besondere Formgebung
des Magneten, beispielsweise als Hufeisenmagnet, läßt sich ein besonders steiler
Impuls erzielen., was ebenfalls günstig in dem erwähnten Sinne wirkt.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Es
liegt im Rahmen der Erfindung - je nach Anwendungszweck -, statt einer Unruh einen
anders gearteten Schwinger, besonders einen Pendelschwinger, zu verwenden oder den
Magneten feststehend und umgekehrt die Spulenanordnung als beweglichen Schwinger
auszubilden. Um eine möglichst gleichmäßige Entladung der Batterie zu erzielen,
kann unter Umständen dieser noch ein Glättungsvierpol, insbesondere eine Kondensatoranordnung,
vorgeschaltet sein, der die impulsartige Entladung glättet und eine kontinuierliche
Belastung der Batterie bewirkt. Ferner können in der in der Einleitung bereits angedeuteten
Weise die Spulen 4 und 5 durch eine andere Induktionsanordnung bzw. kontaktlos wirkende
Steuerbauelemente ersetzt sein, wie auch an die Stelle des Transistors eine andere
entsprechend elektronisehe Schaltvorrichtung treten kann.
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Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der zwei über
den Transistor oder ein anderes schaltendes Bauelement, vorzugsweise Halbleiterbauelement,
rückgekoppelte Spulen 14 und 15 einen als Stator wirkenden Elektromagnetkern 16
erregen und dadurch ein Polrad 17 in Umlauf versetzen, welches unter der Wirkung
einer in die Kerben eines Kerbenrades 18 einrastender Feder 19 in Pfeilrichtung
eine ruckartige Drehbewegung ausführt und auf diese Weise als Schrittschaltwerk
wirkt, das unmittelbar ein Zeigerwerk anzutreiben vermag. Fig. 7 zeigt ein Gesperre,
mittels dessen von der oszillierenden Bewegung der Unruhe 11 gemäß Fig. 4 und 5
unter Umständen eine schrittartige Bewegung direkt abgenommen werden kann, ohne
daß die Relaisanordnung 8 bis 10 erforderlich ist.