DE1175160B

DE1175160B - Timing device

Info

Publication number: DE1175160B
Application number: DES61254A
Authority: DE
Inventors: Robert Cecil Braithwaite; Frank Norris Moore Sergeant
Original assignee: S Smith and Sons Ltd
Current assignee: S Smith and Sons Ltd
Priority date: 1958-01-08
Filing date: 1959-01-07
Publication date: 1964-07-30

Description

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.Time measuring device The invention is based on a time measuring device with a balance wheel and a return spiral spring that swings around the zero position, with only a single bobbin seated close to the circumference of the balance and with a stationary one Magnet that interacts with the vibrating coil in such a way that in the coil periodically a control pulse can be generated, and with such an electronic Circuit, preferably, wise transistor circuit that contactless in the same coil from the output of the electronic circuit periodically a drive pulse arises, which maintains the vibration of the balance wheel.

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.In a known arrangement of this type, purely sinusoidal control pulses and drive pulses occur that cannot be permitted for clocks exposed to vibrations, so that this system is only suitable for laboratory equipment because here the balance coil is designed as a ring coil over the entire circumference, i.e. always an equal magnetic flux penetrates the coil parts passing through the air gap of the magnet. Hence, according to the law the control voltage and thus the increased drive voltage depends exclusively on the sinusoidal changing instantaneous speed of the balance wheel. In a watch with two coils on the balance wheel, the control coil has therefore been designed as a very small oval coil, which makes production expensive and complicates the power supply. Known clocks with fixed coils and magnets on the balance wheel, which produce only short pulses in the zero position, avoid this disadvantage, but are very sensitive to interference fields.

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.The purpose of the invention is to provide a proportionate in its structure simple timing device, which is therefore insensitive to vibrations, because only short pulses are generated in the zero position, but without the advantages of systems with a single balance reel that also serves as a control and drive coil to give up.

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.In a timing device of the type mentioned above, the inventive Solution characterized in that when used in systems that have a drive pulse only allow it to appear in the vicinity of the zero position - the active coil sides are axially parallel run and the magnet system with one of the width of the active coil sides about corresponding, also axially parallel air gap and the electronic Circuit is designed such that only when one side of the coil is passed through the air gap the drive impulse is able to occur.

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.According to an expedient development of the invention, the magnetized Component arranged in such a way that it generates a magnetic field running in one direction, which intersects the path of the coil and is of such magnitude that one of the two aforementioned sides within the field and the other in a practically field-free Area lies.

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.Preferably, the coil forms a rectangle, of which the two active sides run parallel to the axis of rotation of the balance. The inventive Device can also be proposed for other types of balance, however unpublished system with a transformer with a saturable core, its Primary side with the only coil in the collector circuit and its secondary side in the Base circuit of the transistor is to be used. Between the coil and the primary side A rectifier can be provided for the transformer.

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.According to another development of the invention, this is the one above Defined device for a watch, which oscillation amplitudes greater than r 180 ° allows, characterized by an RC combination between the rectifier and the primary side of the transformer with such a time constant that all secondary pulses be suppressed.

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.The invention is now to be reproduced by way of example Drawing will be explained in more detail, namely shows F i g. 1 a balance component group and the solenoid control circuit, while F i g. 2 is a circuit diagram of a pulse generator represents.

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.In Fig. 1 shows an embodiment of the balance wheel assembly of the magnetic circuit. A balance wheel 31 and a balance shaft 30 of the usual embodiment are attached so that they are capable of rotating about the axis of the balance shaft. A rectangular spool 32 is attached to balance wheel 31, on one side near its circumference, the spool lying in a plane parallel to the axis of the balance shaft. A short bar magnet 33 sits between the arms of a U-shaped soft iron component 34 in such a way that a gap 35 remains between one pole of the magnet and the adjacent arm of the component 34. This group of magnetic components is arranged in such a way that it lies in a radial plane of the balance shaft 30, while the coil 32 can move freely through the gap 35. It can be seen that the arm of the component 34 is located near the gap between the balance shaft and the mounting spool 32. The balance wheel is reset periodically by means of a pair of counter-acting spiral springs. The coil 32 is connected to the control circuit according to FIG. 2 connected. The coil spring anchorages are attached in such a way that when the balance is in its rest position, the coil lies symmetrically in the gap 35.

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.The electrical control circuit which is connected to the coil 3 via the spiral springs will now be described. A first terminal of the coil 3 is connected to the negative terminal 20 of a low voltage direct current supply source. The second connection of the coil is connected to the collector connection of a transistor 21, the emitter electrode of which is connected to the positive supply connection 22. The positive connection of a rectifier 23 is connected to the collector connection, while the negative connection is connected to the negative supply connection 25 via the primary coil of a transformer 24. The secondary coil of the transformer 24 is connected between the base electrode and the emitter electrode of the transistor 21.

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.The operation of the control circuit is as follows: When the coil 3 swings back and forth in the magnetic flux field, an alternating voltage is induced in it, and when the second connection is positive relative to the first connection, a current flows through the rectifier 23 and the primary side of the transformer. The transformer 24 is connected in such a way that the voltage induced in the secondary coil as a result of the increasing primary current influences the base electrode of the transistor 21 in a negative direction relative to the emitter electrode. A current now begins to flow in the collector control circuit, part of which flows through the coil 3 in the opposite direction to the induced voltage, with the result that a force acts on the coil and balance wheel, which tends to increase their angular velocity, while another part of the current flows through the rectifier and the transformer primary. The higher current in the primary control circuit of the transformer induces a higher voltage in the secondary control circuit, which increases the collector current of the transistor. It can be seen that the positive feedback across the transformer results in a rapid increase in the collector current and therefore the current flowing through the coil. This process is stopped by the saturation of the core of the transformer, as a result of which the induced secondary voltage of the transformer drops to zero. When this occurs, the transistor immediately returns to its initial quiescent state. It should be noted that a current pulse is only initiated when the coil passes through its rest position in a certain direction, thereby causing a voltage pulse with a correspondingly precise sense of direction. The effective impedance of the coil control circuit is increased by the rectifier 23 in order to reduce the damping effect when the induced voltage has the opposite sense of direction.

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.The impulse supply circle has the twisting, the oscillation amplitude to keep it at a constant value. As the amplitude increases, the angular velocity decreases at each point in the oscillation, along with the strength of the induced in the coil Tension, too. This voltage acts on the current pulse, as already explained, contrary, and an increase in tension thus causes a corresponding decrease the strength of the current pulse and thus the effort to reduce the amplitude. A similar compensatory effect takes place when the amplitude is below its normal value falls off.

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.A change in the supply voltage, which is the maximum value of the current changes across the coil is caused by a change in the saturation time of the transmitter and thus compensated for the duration of the pulse.

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.Provision has been made so that the balance is able to swing over slightly less than 180 ° on each side of its rest position. It is of great importance that the amplitude is prevented from exceeding 180 ° (as a result of external disturbances) or more, because only one pulse should be initiated with a complete oscillation. The compensation effect explained above helps to bring the amplitude back to its normal value; however, mechanical stops can also be provided. An alternative method of preventing more than one pulse from occurring in a complete cycle is to include a capacitor and resistor connected in parallel in the junction between the negative terminal of rectifier 23 and the primary side of transformer 24 . The capacitor is then charged when a pulse occurs and now prevents another pulse from being caused until it is discharged through the resistor. The time constants of the capacitor and resistor are chosen so that after charging, all further pulses are blocked for a period that is slightly less than the period of a complete oscillation. With this arrangement, the normal amplitude may exceed 180 °.

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.The collector current pulses can be used for any purpose for which a timing determination signal is desired. In particular, an electromagnetic coil may be wired in series with a DC power source to operate the drive mechanism for the hands of a watch. The balance-wheel component group can be used to drive the hands of a watch directly. In this case the balance shaft is provided with a roller and a pin which interacts with the fork of a lever on which a single wheel escapement sits. This escapement is alternately in operative connection with the teeth of two interlocking gear wheels, which drive the gear mechanism. The movement is illustrated and described in British Patent 227499. Alternatively, the movement can be driven by the balance wheel assembly through a non-reversible gear connection as illustrated and described in British Patent Specification 300992.

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.The mode of operation of the in F i g. 1 according to the invention shown Embodiment is as follows: When the coil moves through the gap, a positive and a negative voltage pulse are created in it in succession induced. The order of these pulses depends on the direction of movement of the coil independent. Since the control circuit according to FIG. 2 only responds to pulses with a certain Responds to polarity, will be one during each pass of the coil through the gap Drive impulse caused. This embodiment arrangement has the advantage that the The balance can swing over about 330 ° on each side of its rest position. Then, when the balance assembly rotates, the perpendicular sides of the spool can to pass freely through the gaps between the component 34 and the pole faces and thus to cut the magnetic flux field in the gaps at right angles. In the In the middle position, the vertical sides are each in the middle of the column. the upper side of the coil is above the soft iron component, while the lower circular side surrounds the soft iron component without touching it.

Claims

Claims: 1. Timepiece with a balance wheel and a return spiral spring, which swings around the zero position, with only one, close to the circumference of the balance seated coil and with a stationary magnet, the one with the oscillating coil cooperates in such a way that a control pulse can be generated periodically in the coil, and with such an electronic circuit, preferably transistor circuit, that contactless in the same coil from the output of the electronic circuit periodically a drive impulse arises, which maintains the oscillation of the balance wheel, characterized by that - when used in systems that have a drive pulse only in the vicinity of the zero position - the active coil sides run axially parallel and the magnet system with one of the width of the active coil sides approximately corresponding, also axially parallel Equipped air gap and the electronic circuit is designed such that Only when one side of the coil passes through the air gap, the »drive impulse occurs able «.

2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetized Component (33) is arranged so that it has a magnetic field extending in one direction which intersects the path of the coil and has such an extent that a the aforementioned two sides within the field and the other in one handy field-free area.

3. Timing device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the coil forms a rectangle, of which the two active Sides run parallel to the axis of rotation of the balance.

4. Setup according to one of the Claims 1 to 3, characterized by the use in a system with a Transmitter (24) with a saturable core, the primary side of which is the only one Coil in the collector circuit, and its secondary side in the base circuit of the transistor lies.

5. Device according to claim 4, characterized by a rectifier (23) between the coil (3) and the primary side of the transformer (24).

6. Establishment according to claim 5, for a watch which allows oscillation amplitudes greater than ± 180 °, characterized by an RC combination between the rectifier (23) and the Primary side of the transmitter (24), with such a time constant that all Side pulses are suppressed. Publications considered: French Patent Nos. 1090 564, 1134 560; British Patent No. 776,639; U.S. Patents No. 2,260,847, 2,574,136. Earlier patents considered: German Patent No. 1073 967.