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Kontaktlos gesteuerter mechanischer Schwinger als Gangordner eines
zeithaltenden Geräts Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlos gesteuerten
mechanischen Schwinger als Gangordner eines zeithaltenden Geräts, insbesondere einer
tragbaren elektrischen Kleinuhr, z. B. Armbanduhr, bei welchem mit dem Gangordner
(Unruh) eine sowohl vom periodisch induzierten Steuerstrom als auch vom Antriebsstrom
durchflossene einzige Spule gegenüber ortsfesten Magneten schwingt und die Triebimpulse
über ein kippfähiges System von zwei miteinander elektrisch gekoppelten Verstärkertrioden
im Takt der mechanischen Schwingung steuerbar sind.
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Es ist eine Anordnung bekannt, die zum Antrieb eines Elektromotors
und einer elektronisch gesteuerten Uhr sich verwenden läßt. Sie bedient sich eines
rückgekoppelten Gegentaktverstärkers mit vorgeschalteter Phasenumkehrstufe und steuert
damit das Antriebsorgan des Elektromotors bzw. des Uhrwerks. Dies Bauart verwendet
zwei Antriebsspulen und zwei Steuerspulen, welche galvanisch nicht miteinander verbunden
sind. Die Anordnung verfügt auch über einen Selbstanlauf, der durch ein RC-Glied
realisiert wird und der Anordnung astabiles Kippverhalten verleiht. Der relativ
hohe Schaltungsaufwand, der durch die Verwendung von vier Spulen einer Phasenumkehrstufe
mit nachfolgenden Gegentaktverstärkern entsteht, lassen den Einbau in Kleinstuhren
nicht zu: Schließlich ist die für Uhren notwendige Bedingung eines kurzen nullpunktsymmetrischen
Antriebsimpulses nicht exakt erfüllt (USA.-Patentschrift 2 81.4 769).
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Eine andere bekannte Vorrichtung zum Antrieb eines Gangordners besteht
aus einem Oszillator und einer Verstärkerstufe, die synchron zum pulsweise arbeitenden
Oszillator einen Fortschaltemechanismus betätigt. Die Steuerung des Oszillators
wird durch eine auf der Unruh befestigte geschlitzte Abertionsscheibe hergestellt,
die im Rhythmus der mechanischen Schwingung zwischen dem aus zwei Steuerspulen gebildeten
Joch hindurchschwingt und so mittels Dämpfungs- und Kopplungsänderung den Antriebsimpuls
taktmäßig steuert, der über eine dritte Spule dem mechanischen System zugeführt
wird. Auch diese bei richtiger Justierung der Schlitzscheibe zur Nullage der Unruh
aus ihr selbst anlauffähige Anordnung benötigt drei Spulen und ist daher verhältnismäßig
aufwendig, so daß eine Unterbringung in kleinen elektrischen Gebrauchsuhren kaum
möglich ist. Ferner ist das System gegen magnetische Störfelder zwar wegen Fortfall
eines Permanentmagnetenauf der Unruh und Verwendung eines. Weicheisenankers relativ
geschützt, aber dafür ist die Remanenz des Kerns der dritten (Antriebs-) Spule durch
Auftreten von Bremskräften außerhalb der Impulszeit wieder ungünstig für den Mechanismus.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, unter Verwendung eines
einzigen Verstärkerelements, einer Induktivität und einer Kapazität Uhrenantriebe
auf dem Prinzip des Sperrschwingers aufzubauen. Diese Anordnungen sehen bewegliche
Permanentmagnete vor, welche in der feststehenden Spule zum Zeitpunkt der Antriebsimpulsgabe
eine Steuerspannung induzieren. Für tragbare Kleinuhren erweist sich dieses Prinzip
jedoch als nicht geeignet, da die Induktivität zur Drehung der Phase immer aus zwei
Wicklungen bestehen muß; deren zweite (und auch dritte) hier durch einen Übertrager
gebildet ist, und daher eine Unterbringung derselben auf dem beweglichen Gangordner
infolge der vielen getrennten Zu= leitengen nicht möglich ist; die umgekehrte Anordnung
aber, Induktivitäten fest, Magnete beweglich; ist wegen der Fremdfeldbeeinflussung
physikalisch ungünstig, wozu bei Kernspulen, noch die obenerwähnten Bremskräfte
außerhalb der Impulszeit treten. Einen Selbstanlauf besitzt dieses vorgeschlagene
System nicht (deutsches Patent 1073 967).
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Es ist ferner eine Anordnung vorgeschlagen worden, welche nur eine
einzige feststehende Spule als Steuerung und Antrieb vermittelndes Element vorsieht,
die mit einem schwingenden Weicheisenanker zusammenwirkt und an einen Spulentransistor
in bistabiler Schaltung oder eine Vierschichtdiode (p, n, p, n) angekoppelt ist,
so daß das System ohne Permanentmagnet durch Änderung der Induktion bei Annäherung
des Unruhankers an die einzige Spule umsteuerbar ist.
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Diese Konstruktion ist zwar an sich einfach, jedoch kann sie nicht
von selbst anlaufen.
Schließlich ist auch schon vorgeschlagen worden,
den Zeigerantrieb einer Uhr durch einen Synchronmotor zu betätigen, der von einem
frei schwingenden Magnetstück gesteuert wird, das der Unruh einer Uhr entspricht
und über eine Gegentaktschaltung mit zwei Trioden impulsmäßig angetrieben wird.
Zwar hat dieses System den Vorteil des Selbstanlaufes, jedoch ist der Stromverbrauch
so hoch, daß die in Kleinuhren praktisch mögliche Batterie in verhältnismäßig kurzer
Zeit entladen wäre. Außerdem ist es für den Isochronismus ungünstig, daß der Antriebsimpuls
auf das Magnetsystem in der Endlage erfolgt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein kontaktlos gesteuertes
Antriebssystem für den mechanischen Schwinger eines zeithaltenden Gerätes zu schaffen,
bei dem lediglich eine einzige Spule als Steuer- und Antriebsspule verwendet wird,
das ferner aus dem Stillstand von selbst anschwingen kann und bei dem ferner der
Energieverbrauch und der Aufwand an Teilen verhältnismäßig gering ist. Diese Aufgabe
wird bei dem eingangs erwähnten Schwinger erfindungsgemäß durch die Verwendung einer
Kette von zwei Transistoren erzielt, von denen der eine nur als Steuertransistor,
der andere nur als Antriebstransistor wirkt, jedoch derart abgewandelt, daß das
eine Ende der einzigen Spule über einen so bemessenen Kondensator an die Basis des
Steuertransistors angeschlossen ist, daß der entstehende Kippgenerator einerseits
vom mechanischen Schwinger synchronisiert wird, andererseits eine solche Eigenschwingung
hat, daß bei Stillstand der Gangordner zum Selbstanlauf der Unruhspule gegenüber
dem räumlich entsprechend angeordneten Magnetsystem angeregt wird.
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Diese Anordnung weist also ein Minimum an elektrischen Komponenten
auf und benötigt insbesondere lediglich eine Spule. Auch der Energieaufwand ist
durch eine scharfe Steuerung des Impulses so klein, daß die für tragbare Uhren üblicherweise
kleine Batterie mit einer Ladung eine verhältnismäßig lange Zeit auskommt. Außerdem
ist durch die Wirkung der Anordnung als Kippgenerator im Stillstand ein rascher
Selbstanlauf gewährleistet.
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Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung
werden die eine Kette bildenden zwei Transistoren in einer besonders günstigen Anordnung
komplementär zueinander geschaltet. Bei dieser Anordnung ist die Schaltung des Kippgenerators
verhältnismäßig einfach, so daß auch der Gesamtaufbau einfach und für Kleinuhren
besonders geeignet ist. Gegebenenfalls können nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung
der Erfindung die beiden Transistoren auch in Art einer Verstärkerschaltung nach
Art einer astabilen Kippschaltung zueinander angeordnet sein.
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Als bekannt vorausgesetzt wird außer der Verwendung von hintereinandergeschalteten
Transistorstufen, wobei der zweite Transistor jedoch lediglich dazu dient, das z.
B. durch piezoelektrische Anregung erzeugte Signal noch über die Verstärkung im
ersten Transistor hinaus zu verstärken, die Verwendung von RC-Kippkreisen auch im
Steuerspulenkreis von mit zwei Spulen ausgestatteten Transistor-Stimmgabel-Uhren,
wo der RC-Kreis aber lediglich zur Steuerung des Impulseinsatzes und zur Erleichterung
der Temperaturkompensation eines nicht selbstanlauffähigen Systems dient; ferner
ist bekannt ein Kippgenerator mit Thyratronröhre, der die Spannung am Thyratron
so lange erhöht, bis die Zündspannung erreicht wird, worauf die Triebspule einer
Taktfeder kurzfristig erregt wird, die mit einem Steuermagnet eine Steuerspule erregt,
die ihrerseits wieder den Kippgenerator synchronisiert. Dieses System ist zwar selbstanlaufend,
aber durch zwei bzw. drei Spulen (eine Trieb-, zwei symmetrische Steuerspulen) und
die hohe Betriebsspannung (300 Volt) für das Thyratron und die nachgeschalteten
weiteren Verstärkerstufen für den Zeigerwerksmotor sehr aufwendig.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des mechanischen Aufbaues
des erfindungsgemäßen Schwingorgans und zwei Ausführungsbeispiele für die hierzu
gehörenden elektrischen Schaltungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht
eines mechanischen Schwingorgans, wobei einzelne Teile entlang der Linie 1-1 der
F i g. 3 geschnitten oder aufgebrochen sind, F i g. 2 eine Teilansicht in Richtung
des Pfeiles A, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 eine
erste Ausführungsform einer Kippgeneratorschaltung, F i g. 5 eine zweite Ausführungsform
einer Kippgeneratorschaltung.
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In der F i g. 1 ist eine Unruhwelle mit 10 bezeichnet, die bei
11 in einer Platine 13 und bei 12 in einer Brücke
14 gelagert ist. Auf der Unruhwelle 10 ist ein scheibenförmiger Schwingkörper
18 befestigt, der im Abstand von der Mittelachse eine Antriebsspule
19
trägt. Mit 20 und 21 sind zwei Spiralfedern bezeichnet, deren
eine Enden mit der Unruhwelle bzw. dem Schwingkörper und deren andere Enden mit
Bolzen 25 und 26 verbunden sind, die in der Platine 13 befestigt sind. Da die Antriebsspule
19 über diese beiden Spiralfedern ihren Strom erhält, ist eine der Spiralfedern
gegen Masse isoliert.
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Die Verbindungsleitungen zwischen Spiralfedern und Antriebsspule sind
in der Zeichnung nicht eingezeichnet.
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Auf der Unruhwelle ist ferner noch die übliche Einrichtung (Fortschaltstift)
zur übertragung der Schwingung der Unruh auf das Zeigerwerk angeordnet.
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Auf der Brücke 14 ist ein aus magnetisierbarem Material bestehendes
Joch 30 befestigt, auf dem drei permanente Magnete 32, 33 und 34 parallel zueinander
angeordnet sind. In Ruhelage der Unruh ist dabei der mittlere als Hauptmagnet bezeichnete
permanente Magnet 33 koaxial mit der Antriebsspule 19. Die beiden als Seitenmagnete
bezeichneten Magnete 32 und 34 sind entgegengesetzt als der Hauptmagnet 33
polarisiert (vgl. F i g. 2).
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Im folgenden sollen die in F i g. 4 und 5 dargestellten Schaltungen
des näheren beschrieben werden. Die Antriebsspule und der Hauptmagnet sind in beiden
Schaltungen entsprechend den F i g. 1 bis 3 mit 19 bzw. 33 bezeichnet.
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In F i g. 4 ist der Anschlußpunkt 40 der Antriebsspule 19 mit
dem Emitter eines Transistors 42 und mit dem Pluspol einer Stromquelle 43
verbunden, während der Verbindungspunkt 45 der Antriebsspule 19 mit dem Kollektor
eines Transistors 46 und über eingn Kondensator 47 mit der Basis des Transistors
42 verbunden ist. Die Basis des Transistors 46 ist außerdem am Kollektor
des Transistors 42 angeschlossen.
Die Basis des Transistors 42 ist
ferner über einen einstellbaren Widerstand 48 mit dem Emitter des Transistors 46
und mit dem Minuspunkt der Stromquelle 43 verbunden.
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In dem Schaltschema nach F i g. 5 ist der Verbindungspunkt 50, an
den das eine Ende der Antriebsspule 1.9 angeschlossen ist, mit dem Pluspol einer
Stromquelle 51, ferner über einen Widerstand 52 mit der Basis eines Transistors
54 und außerdem über einen einstellbaren Widerstand 56 mit der Basis eines zweiten
Transistors 58 verbunden. Von dem an das andere Ende der Antriebsspule 19 angeschlossenen
Verbindungspunkt 60 führt eine Leitung zum Kollektor des Transistors 54, und dieser
Punkt ist ferner über einen Kondensator 62 mit der Basis des Transistors 54 verbunden.
Vom Kollektor des Transistors 58 führt eine Verbindung über einen Kondensator 64
zur Basis des Transistors 54, und zwischen Kollektor und Emitter des Transistors
58 ist noch ein Ableitwiderstand 66 angeschlossen.
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Auf die Wirkungsweise der beiden Kippgeneratorschaltungen nach F i
g. 4 und 5 braucht nicht näher eingegangen zu werden, da sie ohne weiteres verständlich
ist.