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Zeitmeßeinrichtung Die Erfindung geht aus von einer Zeitmeßeinrichtung
mit einer Unruh nebst Rückstellspiralfeder, die um die Nullage schwingt, mit nur
einer einzigen, in Umfangsnähe an der Unruh sitzenden Spule und mit einem ortsfesten
Magneten, der mit der schwingenden Spule derart zusammenwirkt, daß in der Spule
periodisch ein Steuerimpuls erzeugbar ist, und mit einer derartigen elektronischen
Schaltung, vorzugs, weise Transistorschaltung, daß kontaktlos in der gleichen Spule
vom Ausgang der elektronischen Schaltung periodisch ein Triebimpuls entsteht, der
die Schwingung der Unruh aufrechterhält.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art treten deshalb rein sinusförmige
Steuerimpulse und Triebimpulse auf, die für Erschütterungen ausgesetzte Uhren nicht
zugelassen werden können, so daß dieses System nur für Laborgeräte geeignet ist,
weil hier die Unruhspule als Ringspule über den ganzen Kreisumfang ausgebildet ist,
also stets ein gleicher Magnetfluß die jeweils durch den Luftspalt des Magneten
durchtretenden Spulenteile durchsetzt. Mithin ist nach dem Gesetz
die Steuerspannung und damit die verstärkte Triebspannung ausschließlich von der
sinusfö,rmig sich ändernden Momentangeschwindigkeit der Unruh abhängig. Bei einer
Uhr mit beiden Spulen auf der Unruh hat man deshalb die Steuerspule als ganz kleine
Ovalspule ausgebildet, was die Fertigung teuer macht und die Stromzuführung kompliziert.
Bekannte, nur kurze Impulse in der Nullage bewirkende Uhren mit ortsfesten Spulen
und Magneten auf der Unruh vermeiden zwar diesen Nachteil, sind dafür aber gegen
Störfelder sehr empfindlich.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer in ihrem Aufbau verhältnismäßig
einfachen Zeitmeßeinrichtung, die gegen Erschütterungen deshalb unempfindlich ist,
weil nur kurze Impulse in der Nulllage erzeugt werden, ohne dabei jedoch die Vorteile
von Systemen mit einer einzigen, zugleich als Steuer-und Triebspule dienenden Unruhspule
aufzugeben.
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Bei einer Zeitmeßeinrichtung der eingangs genannten Art ist die erfindungsgemäße
Lösung dadurch gekennzeichnet, daß-bei Verwendung in Systemen, die einen Triebimpuls
nur in der Nähe der Nullage entstehen lassen - die aktiven Spulenseiten achsparallel
verlaufen und das Magnetsystem mit einem der Breite der aktiven Spulenseiten etwa
entsprechenden, ebenfalls achsparallelen Luftspalt ausgerüstet und die elektronische
Schaltung derart ausgebildet ist, daß nur beim Durchgang der einen Spulenseite durch
den Luftspalt der Triebimpuls aufzutreten vermag.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der magnetisierte
Bauteil so angeordnet, daß er ein in einer Richtung verlaufendes Magnetfeld erzeugt,
welches den Weg der Spule schneidet und ein solches Ausmaß hat, daß eine der beiden
vorgenannten Seiten innerhalb des Feldes und die andere in einem praktisch feldfreien
Bereich liegt.
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Vorzugsweise bildet die Spule ein Rechteck, von welchem die beiden
aktiven Seiten parallel zur Drehachse der Unruh verlaufen. Die erfindungsgemäße
Einrichtung kann auch bei einem für andere Unruharten schon vorgeschlagenen, jedoch
nicht veröffentlichten System mit einem Übertrager mit einem sättigbaren Kern, dessen
Primärseite mit der einzigen Spule im Kollektorkreis und dessen Sekundärseite im
Basiskreis des Transistors liegt, verwendet werden. Zwischen der Spule und der Primärseite
des übertragers kann ein Gleichrichter vorgesehen sein.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die vorstehend
definierte Einrichtung für eine Uhr, welche Schwingungsamplituden größer als r 180°
zuläßt, gekennzeichnet durch eine RC-Kombination zwischen dem Gleichrichter und
der Primärseite des Übertragers mit einer derartigen Zeitkonstanten, daß alle Nebenimpulse
unterdrückt werden.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt
F i g. 1 eine Unruh-Bauteii_gruppe
und den Magnetsteuerkreis, während F i g. 2 ein Schaltdiagramm eines Impulsgenerators
darstellt.
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In F i g. 1 ist eine Ausführungsform der Unruh-Bauteilgruppe des Magnetkreises
dargestellt. Ein Unruhrad 31 und eine Unruhwelle 30 üblicher Ausführungsform
sind so befestigt, daß sie eine Drehbewegung um die Achse der Unruhwelle herum auszuführen
vermögen. Eine rechtwinklige Spule 32 ist am Unruhrad 31, und zwar auf der einen
Seite in der Nähe seines Umfangs, befestigt, wobei die Spule in einer Ebene parallel
zur Achse der Unruhwelle liegt. Ein kurzer Stabmagnet 33 sitzt zwischen den Armen
eines U-förmigen Weicheisenbauteils 34, und zwar derart, daß zwischen einem Pol
des Magneten und dem benachbarten Arm des Bauteils 34 ein Spalt 35 bleibt. Diese
Magnetbauteilgruppe ist derart angeordnet, daß sie in einer Radialebene der Unruhwelle
30 liegt, während die Spule 32 sich frei durch den Spalt 35 hindurchbewegen kann.
Es ist ersichtlich, daß sich der Arm des Bauteils 34 in der Nähe des Spaltes zwischen
der Unruhwelle und der Befestigungsspule 32 befindet. Die Unruh wird mittels eines
Paares entgegengesetzt wirkender Spiralfedern periodisch zurückgestellt. Die Spule
32 ist mittels dieser Spiralfedern am Steuerkreis gemäß F i g. 2 angeschlossen.
Die Spiralfederverankerungen sind derart befestigt, daß dann, wenn sich die Unruh
in ihrer Ruhestellung befindet, die Spule symmetrisch im Spalt 35 liegt.
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Es soll nunmehr der elektrische Steuerkreis beschrieben werden, der
über die Spiralfedern hinweg mit der Spule 3 in Verbindung steht. Ein erster Anschluß
der Spule 3 ist an den negativen Anschluß 20
einer Niederspannungs-Gleichstromlieferquelle
gelegt. Der zweite Anschluß der Spule ist an den Kollektoranschluß eines Transistors
21 angeschaltet, dessen Emitterelektrode an den positiven Zufuhranschluß 22 angeschlossen
ist. Der positive Anschluß eines Gleichrichters 23 steht mit dem Kollektoranschluß
in Verbindung, während der negative Anschluß über die Primärspule eines Übertragers
24 an den negativen Zufuhranschluß 25 gelegt ist. Die Sekundärspule des übertragers
24 ist zwischen die Basiselektrode und die Emitterelektrode des Transistors 21 geschaltet.
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Die Wirkungsweise des Steuerkreises verläuft wie folgt: Wenn die Spule
3 im Magnetflußfeld hin und herschwingt, wird in ihr eine Wechselspannung induziert,
und wenn der zweite Anschluß relativ zum ersten Anschluß positiv ist, so fließt
ein Strom über die Gleichrichter 23 und die übertragerprimärseite hinweg. Der Übertrager
24 ist derart angeschlossen, daß die in der Sekundärspule als Folge des zunehmenden
Primärstroms induzierte Spannung die Basiselektrode des Transistors 21 relativ zur
Emitterelektrode in negativer Richtung beeinflußt. Es beginnt nunmehr ein Strom
im Kollektorsteuerkreis zu fließen, von welchem ein Teil über die Spule 3 in entgegengesetzter
Richtung zur induzierten Spannung fließt, was zur Folge hat, daß eine Kraft auf
Spule und Unruh einwirkt, die das Bestreben hat, deren Winkelgeschwindigkeit zu
erhöhen, während ein anderer Teil des Stroms über den Gleichrichter und die Transformatorprimärseite
hinwegfließt. Durch den höheren Strom im Primärsteuerkreis des Übertragers wird
eine größere Spannung im Sekundärsteuerkreis induziert, was ein Erhöhen des Kollektorstroms
des Transistors zur Folge hat. Es ist ersichtlich, daß die positive Rückkopplung
über den Übertrager hinweg ein schnelles Anwachsen des Kollektorstroms und daher
des über die Spule fließenden Stroms zur Folge hat. Dieser Vorgang kommt durch die
Sättigung des Kerns des Übertragers zum Stoppen, wodurch die induzierte Sekundärspannung
des Übertragers auf Null abfällt. Wenn dies erfolgt, kehrt der Transistor unmittelbar
darauf in seinen Anfangsruhezustand zurück. Es wird darauf hingewiesen, daß ein
Stromimpuls nur dann in die Wege geleitet wird, wenn die Spule durch ihre Ruhestellung
in einer bestimmten Richtung hin durchläuft, um dadurch einen Spannungsimpuls mit
entsprechend gennauem Richtungssinn hervorzurufen. Durch den Gleichrichter 23 wird
die wirksame Impedanz des Spulensteuerkreises erhöht, um dadurch dann, wenn die
induzierte Spannung den entgegengesetzten Richtungssinn besitzt, die Dämpfungswirkung
zu reduzieren.
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Der Impulslieferkreis hat das Bestrehen, die Schwingungsamplitude
auf einem konstanten Wert zu halten. Wenn sich die Amplitude erhöht, nimmt die Winkelgeschwindigkeit
an jedem Punkt in der Schwingung, zusammen mit der Stärke der in der Spule induzierten
Spannung, zu. Diese Spannung wirkt dem Stromimpuls, wie bereits erläutert wurde,
entgegen, und eine Zunahme der Spannung bewirkt somit eine entsprechende Abnahme
der Stärke des Stromimpulses und somit das Bestreben, die Amplitude zu verkleinern.
Eine ähnliche Ausgleichswirkung findet statt, wenn die Amplitude unter ihren Normalwert
abfällt.
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Eine Änderung der Lieferspannung, welche den Höchstwert des Stroms
über die Spule hinweg ändert, wird durch eine Änderung der Sättigungszeit des ühertragers
und somit der Zeitdauer des Impulses ausgeglichen.
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Es ist Vorsorge getroffen, daß die Unruh nach jeder Seite ihrer Ruhestellung
über etwas weniger als 180° zu schwingen vermag. Von großer Bedeutung ist es, daß
ein überschreiten der Amplitude von 180° (als Ergebnis äußerer Störungen) oder mehr
verhindert wird, denn nur ein Impuls soll bei einer vollständigen Schwingung in
die Wege geleitet werden. Die oben erläuterte Ausgleichswirkung unterstützt ein
Zurückbringen der Amplitude auf ihren Normalwert; es können jedoch auch mechanische
Anschläge vorgesehen werden. Ein Alternativverfahren, um das Auftreten von mehr
als einem Impuls bei einer vollständigen Schwingung zu verhindern, besteht darin,
einen Kondensator und einen Widerstand, die parallel geschaltet sind, in die Verbindung
zwischen dem negativen Anschluß des Gleichrichters 23 und der Primärseite des Übertragers
24 einzubauen. Der Kondensator wird dann, wenn ein Impuls auftritt, aufgeladen
und verhindert nunmehr so lange das Verursachen eines weiteren Impulses, bis er
über den Widerstand entladen wird. Die Zeitkonstanten von Kondensator und Widerstand
sind so gewählt, daß nach dem Aufladen alle weiteren Impulse für eine Zeitdauer,
die etwas niedriger als die Zeitdauer einer vollständigen Schwingung ist, gesperrt
werden. Bei dieser Anordnung darf die Normalamplitude l80° übersteigen.
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Die Kollektorstromimpulse können für jeden beliebigen Zweck verwendet
werden, für den ein Zeitfolgebestimmungssignal gewünscht wird. Insbesondere kann
eine elektromagnetische Spule in Reihe mit einer Gleichstromlieferquelle so verdrahtet
sein, daß
sie den Antriebsmechanismus für die Zeiger einer Uhr zu
betätigen vermag. Die Unruh-Bauteilgruppe kann zum -unmittelbaren Antrieb der Zeiger
einer Uhr verwendet werden. In diesem Falle ist die Unruhwelle mit einer Rolle und
einem Stift versehen, welcher mit der Gabel eines Hebels zusammenwirkt, auf dem
eine einzige Radhemmung sitzt. Diese Hemmung steht wechselweise mit den Zähnen zweier
ineinandergreifender Gangräder in Wirkverbindung, welche das Gangwerk antreiben.
Das Uhrwerk ist in der britischen Patentschrift 227499 veranschaulicht und
beschrieben. Alternativ kann das Uhrwerk durch die Unruh-Bauteilgruppe über eine
nicht umkehrbare Getriebeverbindung, wie sie in der britischen Patentschrift
300992 veranschaulicht und beschrieben ist, angetrieben werden.
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Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten erfindungsgemäßen
Ausführungsform ist wie folgt: Wenn die Spule sich durch den Spalt hindurchbewegt,
werden in ihr in Aufeinanderfolge ein positiver und ein negativer Spannungsimpuls
induziert. Die Reihenfolge dieser Impulse ist von der Bewegungsrichtung der Spule
unabhängig. Da der Steuerkreis nach Fig. 2 nur auf Impulse mit einer bestimmten
Polarität anspricht, wird während jedes Durchgangs der Spule durch den Spalt ein
Antriebsimpuls hervorgerufen. Diese Ausführungsanordnung hat den Vorteil, daß die
Unruh über etwa 330° auf jeder Seite ihrer Ruhestellung hinwegschwingen kann. Dann,
wenn sich die Unruh-Bauteilgruppe dreht, vermögen die lotrechten Seiten der Spule
frei durch die Spalte zwischen dem Bauteil 34 und den Polflächen hindurchzugehen
und somit das Magnetflußfeld in den Spalten im rechten Winkel zu schneiden. In der
Mittelstellung liegen die lotrechten Seiten jeweils in der Mitte der Spalte. Die
obere Seite der Spule befindet sich oberhalb des Weicheisenbauteils, während die
untere kreisförmige Seite den Weicheisenbauteil umgibt, ohne diesen zu berühren.