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Zeithaltendes, elektrisches Gerät, insbesondere elektrische Uhr, mit
einem Unruhgangordner Die Erfindung bezieht sich auf ein zeithaltendes, elektrisches
Gerät, insbesondere eine elektrische Uhr, mit einem Unruhgangordner, bei welchem
die Schwingbewegung unter Anwendung einer elektronischen Schaltung, vorzugsweise
einer Transistorschaltung, erfolgt, deren durch Induktion beeinllußbares Eingangsglied,
vorzugsweise Eingangsspule, von einem relativ zu ihm bewegten Permanentmagneten
beeinflußbar ist, und deren Ausgangsglied, vorzugsweise Ausgangsspule, elektromagnetisch
auf den Gangordner, insbesondere einen vom Steuermagneten räumlich und magnetisch
getrennten Anker, z. B. aus Weicheisen, antreibend zurückwirkt.
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Es ist bereits eine elektrische Uhr mit einem Unruhgangordner, dessen
Antrieb über eine Transistorschaltung erfolgt, bekannt, bei welcher zusammen mit
der Unruh ein axial polarisierter Permanentmagnet bewegt wird, welcher eine mit
einem Magnetjoch versehene Spule beeinflußt. Bei dieser Uhr ist dem bewegten Permanentmagneten
das Magnetjocb nur in der Ruhelage der Unruh zugeordnet, während außerhalb der Nullage
die Kraftlinien des Permanentmagneten vollständig durch die Luft verlaufen. Das
bewegte Magnetfeld ruft in den umgebenden Teilen Wirbelströme hervor, durch welche
der Gangordner in unerwünschter Weise gedämpft wird, und die Unruh ist durch äußere
Störfelder leicht beeinflußbar.
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Es ist weiterhin eine elektrische Uhr mit einem über eine Transistorschaltung
angetriebenen Unruhgangordner bekannt, bei welcher mit dem Gangordner ein entweder
radial oder in Umfangsrichtung der Unruh polarisierter Permanentmagnet bewegt ist,
welchem mit der Unruh schwingende Rückschlußteile zugeordnet sind. Bei der verwendeten
Permanentmagnetanordnung ist es jedoch auch noch nicht hinreichend möglich, außerhalb
der Magnetanordnung verlaufende Kraftlinien zu vermeiden, selbst wenn sie bei den
bekannten radial polarisierten Unruhmagneten die Unruhwelle selbst auf der einen
Seite als Eisenrücksehlußweg dient. Auch hier treten also eine Dämpfung und Einflüsse
magnetischer Störfelder auf. Das gleiche gilt für eine bekannte Unruh mit mehreren
abwechselnd axial polarisierte Stabmagneten im Umfang, die nur einseitig mit einer
Rückschluß-Tragplatte versehen sind.
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Die Erfindung, die die Schaffung einer besonders streuarmen Magnetanordnung
bezweckt, ist bei einem! Gerät der eingangs genannten Gattung dadurch gekennzeichnet,
daß mit der Unruh schwingende Rückschlußteile auf beiden Seiten mindestens eines
mit der Unruh zusammenwirkenden Gliedes der elektronischen Schaltung, vorzugsweise
des Eingangsgliedes, insbesondere der Eingangsspule, gebildet sind, jedoch derart
abgewandelt, daß mindestens ein axial polarisierter Permanentmagnet in der Nähe
der Unruhwelle angeordnet ist und den Magnetkreis dort bildet bzw. schließt. Vorzugsweise
ist den mit der Unruh schwingenden Rückschlußteilen am Umfang der Unruh ein weiterer
axial polarisierter Stabmagnet zugeordnet, der ein mit der Unruh zusammenwirkendes
Glied der elektronischen Schaltung, vorzugsweise die Eingangsspule, periodisch beaufschlagt.
Der axial polarisierte, in der Nähe der Unruhwelle angeordnete Permanentmagnet besteht
vorzugsweise aus mindestens einem die Unruhwelle umgebenden Hohlzylinder. Bei der
erfindungsgemäß ausgebildeten Unruhanordnung wird nicht nur das außerhalb des Magnetsystems
verlaufende Magnetfeld' verringert, sondern damit im Zusammenhang auch das auf die
Steuerspule einwirkende Magnetfeld verstärkt, wodurch die Steuerspannung vergrößert
wird bzw. die Steuerspule oder die Magneten verkleinert werden können.
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Die Erfindung ist an Hand der Zdchnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetisch
angetriebene Unruhanordnung, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2'-2' der F i
g. 1,
F i g. 3 Einzelteile der Anordnung nach F i g. 1 und F i g.
4 die elektrische Schaltung der Anordnung nach F i g. 1.
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In der Zeichnung bedeuten allgemein: BAL ein Schwungrad (Unruh) eines
mit konstanter Periode schwingenden Gangordners, A ein beweglicher Dauermagnet,
dessen Pole durch die Enden eines Pfeiles bzw. die Buchstaben N (Nord) und
S (Süd) bezeichnet sind, BC eine Wicklung, in welcher durch die Bewegung
eines Magneten ein veränderlicher Strom i induziert wird, welcher den elektronischen
Verstärker steuert, Tr einen Transistor und BM eine bzw. mehrere Antriebsspulen,
welche von dem Ausgangsstrom des elektronischen Verstärkers durchflossen werden,
wobei die Stromquelle G die Energiequelle darstellt.
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Die Anordnung nach F i g. 1 besteht im wesentlichen aus einem selbstgesteuerten
Unruhgangordner BAL, welcher auf einer senkrechten Achse 1 auf einer Zapfenlagerung
gelagert ist. SP ist die zugehörige Spiralfeder. Auf der Achse 1 des Gangreglers
ist ein weitgehend geschlossener Magnetkreis angeordnet, welcher durch die aus ferromagnetischem
Material bestehenden Arme 2 und 3 sowie die Permanenimagneten Al, A2, A3 und A5
gebildet wird. Unterhalb des Magneten A3 befindet sich von diesem in geringem Abstand,
ein fester Magnet A4 in Form eines zur Achse konzentrischen Ringes. Dieser Magnet
ist auf der Grundplatte befestigt.
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Die Magneten weisen die in F i g. 3 dargestellten Formen auf. Die
Größe der Anordnung ist aus dem beigefügten Maßstab 4 zu ersehen. Die Magneten
A 1 bis A4 müssen aus einem Material mit sehr hoher Koerzitivkraft hergestellt sein
(z. B. keramisches Material). Der kleine Magnet A5 ist vorzugsweise ein Material
sehr großer magnetischer Konzentration (Gütemaß entsprechend dem Energieprodukt
B - H.x). Die exzentrischen Teile des beweglichen Magnetkreises sind durch
die Gegengewichte 5 aus nichtmagnetischem Material ausgewuchtet.
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Zwischen dem Ende N des Magneten A5 und dem Arm 3 tritt eine flache-
und dünne Spule BC frei hindurch, welche in eine` Scheibe 6 aus Isoliermaterial
eingelassen ist. Diese Scheibe wird durch zwei seitliche Stützen 7 und 8 gehalten.
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Der Luftspalt zwischen 7 und 8 ist sehr klein, vorzugsweise kleiner
als 1,5 mm. Die Spule enthält mehrere hunderte Windungen aus feinem Draht, beispielsweise
aus Reinkupfer öder emailliertem Silber. Die Winklung BC besteht beispielsweise
aus sehr dünnem isoliertem Draht, dessen Durchmesser geringer als 0,03 mm ist. Die
Spule kann auch durch ein bekanntes fotografisches öder elektrochemisches Verfahren
hergestellt werden (ä. B. in Form von auf isolierende Filme gedrückten, sehr feinen
und eng aneinanderliegenden leitenden Strichen).
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Der Gangregler HAL besteht aus einem nichtmagnetischem Material wie
Messing. Er ist mit zwei kleinen U-förmigen Teilen Ff und Ff' versehen, die
entsprechend F i g. 3 angeordnet sind. Diese Teile bestehen aus geglühtem Weicheisen
oder aus einer weichen Legierung hoher magnetischer Permeabilität und geringer Hysteresis
(Fe-Ni-Legierung). Als Gegengewichte sind die Messingteile cp, cp' vorge- t sehen.
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Die Teile Ff und Ff welche ferromagnetische Reiter darstellen, bewegen
sich frei zwischen den Polenden 9 und 10 eines Antriebselektromagneten, dessen Erregerspulen
mit BM 1 und BM 2 bezeichnet sind. Der Elektromagnet ist beispielsweise auf
einer Stütze 11 aus nichtmagnetischem Material, z. B. Messing, befestigt.
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Die elektrische Schaltung ist schematisch in F i g. 4 dargestellt.
Ein Widerstand R bewirkt die Herabsetzung des Eingangsstromes i auf ein Minimum.
In dem die Antriebsspule BM enthaltenden Ausgangskreis des Verstärkers Tr
kann man einen Leistungsverstärker ATr einschalten, welcher eine oder mehrere Nebenuhren
mittels der Energiequelle GP speist.
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Ein Beispiel einer Nebenuhr ist in F i g. 4 dargestellt. Mit 12 ist
der permanentmagnetische schwingende Rotor, mit Br dessen Antriebsspule, mit 13
ein von dem Rotor 12 bewegter und mit 15 ein fein gezahntes Hemmrad bezeichnet.
Die Wirkungswein der Nebenuhr ist für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung.
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Die Arbeitsweise des in der Zeichnung dargestellten, mit großer Amplitude
schwingenden Gangordners ist folgende: Jedesmal, wenn der Magnet A5 und der Arm
3 sich vor den Leitern cl und c2 der Spule BC vorbeibewegen, wird in dieser Spule
ein kurzer Spannungsimpuls induziert. Die Richtung dieser Spannung kehrt sich um,
wenn der Magnet AS bei der Bewegung in einer bestimmten Richtung f1 sich nacheinander
an den Leitern cl und dann an den Leitern c2 vorbeibewegt. Die Polarität der induzierten
Spannung wechselt sich von neuem, wenn sich der Gangregler im umgekehrten Sinne
von f l bewegt. Die Gleichgewichtslage des Gangreglers und die Verbindung der Spule
BC mit der Basis des Transistors Tr und dem Pluspol der Stromquelle G sind so gewählt,
daß ein Stromfluß im Ausgangskreis des Transistors unter folgenden Bedingungen erreicht
wird: Wenn sich der in Richtung'fl (Fig. 2) bewegende Arm 3 vor den Leitern cl vorbeibewegt,
fließt ein Eingangsstrom i (F i g. 4) in der angegebenen Pfeilrichtung, und es wird
die Spule BM von einem kurzseitigem Ausgangsstrom E durchflossen. Der Reiter
Ff' ist so angeordnet, daß die von den Magnetpolen 9 und 10 auf ihn ausgeübte magnetische
Anziehungskraft mit maximaler Stärke in Richtung der Bewegung des Gangreglers BAL
wirkt. Dieser Antriebsimpuls tritt kurz nach Eintritt des Gangordners in seine Gleichgewichtslage
auf.
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Wenn sich der Gangregler BAL in zum Pfeil 1,
umgekehrter Richtung
dreht, wird durch die Magneten Al, A2 und A6 in der Spule BC von neuem eine elektromotorische
Kraft induziert. Der durch diese elektromotorische Kraft erzeugte sehr kurze Stromstoß
i bewirkt einen Ausgangsstromstoß 1, und dieser erregt den Antriebsmagneten
BM kurzzeitig. Der Reiter Ff muß auf den Schwinger BAL so angeordnet sein,
daß er durch die zeitweise von den Stromimpulsen E magnetisierten Pole 9 und 10
angezogen wird. Die elektromagnetische Anziehungskraft macht sich auf dem zweiten
Reiter Ff' nicht wesentlich bemerkbar, da dieser Teil von den Polstücken 9 und 10
weit entfernt ist.
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Der Gangregler erhält also kurz nach jedem Durchtritt durch die Gleichgewichtslage
einen Antriebsimpuls. Die Windungszahlen der Spulen und die Spannung der Stromquelle
G können leicht so gewählt werden, daß die im Gleichgewichtszustand erreichte Amplitude
des Schwingers sehr groß wird (z. B. Schwingungsbogen von etwa 270° beiderseits
der
Gleichgewichtslage). Man erhält auf diese Weise Schwingungen des Gangordners mit
einer Genauigkeit, wie sie mit den besten freien Hemmwerken mechanischer Uhren erreichbar
sind.
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Die unregelmäßigen Verluste der gezeigten Gangordneranordnung infolge
Reibung sind sehr gering, denn sie sind auf die Reibung der sehr feinen Zapfen der
vertikalen Achse 1 geschränkt. Man kann diese Verluste noch verringern, indem man
die Zapfen in Steinen lagert und den Abstand der Magnete As und A4 so einstellt,
daß die zwischen den gleichnamigen Polflächen auftretende magnetische Abstoßung
das Gewicht des mit dem beweglichen Magnetkreis versehenen Gangreglers genau ausgleicht.
Die Antriebsimpulse entstehen nur in der Nähe der Ruhelage des Gangordners. Alle
elektromagnetischen Kräfte werden automatisch aufgehoben, sobald sich die Teile
Ff und Ff' von den Polen 9 und 10 entfernen, z. B. mehr als 2 mm. Auf diese Weise
kann keine elektromagnetische oder magnetische Kraft zum falschen Zeitpunkt auf
die Antriebsorgane wirken und die Schwingungsperiode stören, wenn der Gangregler
merklich vom Totpunkt entfernt ist.
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Der mit dem Gangordner bewegte Magnetkreis, welcher durch Induktion
das Eingangssignal des Transistors erzeugt, ist fast vollkommen geschlossen, und
er ist astatisch ausgebildet, d. h., das Erdfeld ist ohne Wirkung auf diese Anordnung.
Die Streuung des durch die Magnete A1 bis A5 erzeugten Magnetflusses ist sehr gering
und hat praktisch keine schädliche Wirkung auf die von dem Dauermagnetsystem ziemlich
weit entfernte Unruhspirale SP.
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Die in F i g.1 dargestellte Vorrichtung ist mit kleinen Abmessungen
ausführbar. Alle Organe können in ein dichtes Gehäuse mit elektrischen Anschlüssen
eingeschlossen werden. Man erhält eine räumlich kleine und zerlegbare Anordnung.
Geringe Schräglagen haben einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Periode des Gangreglers,
weshalb die Anordnung nach F i g. 4 für Fahrzeuge verwendbar ist (Schiffe, Flugzeuge,
Züge, Omnibusse usw.).
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Der Antriebselektromagnet kann auch nur eine einzige Spule
BM enthalten. Der auf die Spule BC wirkende Magnetkreis kann auch nur einen
einzigen Magneten in Unruhnähe enthalten, z. B. statt der drei Magnete A1, A2, A3
einen längeren Hohlzylindermagneten 16 in A b b. 4, wobei gegebenenfalls nicht nur
die Weicheisenteile 2, 3 vorhanden sind, sondern auch der Magnet A, bzw.
A in F i g. 1 bzw. 4 durch einen Weicheisenpolschutz ersetzbar ist.