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Schaltungsanordem g für elektronisch betriebene Uhren Die bisherigen
Uhreakonstruktionen mit elektronischem Antrieb arbeiten zumeist mit räumlich getrennten
Spulen für die Erregung und für den Antrieb. Diese Konstruktionen haben größtenteils
den Nachteil, daß stabfönnige Magnete Verwendung finden müssen, welche in die Spulen
eintauchen. Hierdurch ergeben sich unzweckmäßige Auf-bauten für die Uhren und unschönes
Aussehen. Die Spulen müssen eine bestimmte Größe haben, um den Erregerimpuls zu
erzeugen und um den Antriebsimpuls für die Aufrechterhaltung des mechanischen Schwingungsvorganges
zu übertragen. Die Spulen können nicht vollstän-dig verkleidet werden, da
die Stabmagnete in die Spulen einschwingen müssen, damit der Impulseinsatz in oder
mindestens benachbart der Nullage des Pendes auftreten kann. Es ist eine genaue
Lage- und Spulenjustierun,g für die Uhren erforderlich, danuit kein Anschlagen des
Pendels erfolgen kann.
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Man hat daher, wie bekannt, die Spulenanordnungen auch so getroffen,
daß sie auf einem Spulenkörper konzentrisch umeinander gewickelt sind und nur an
einer Seite oder in der Mitte des Schwingungsbogens befestigt sind. Das Pendel muß
dabei einen gebogenen Pendelkörper mit Haltern an beiden Seiten aufweisen, und die
Nachteile der erforderlichen genauen Lage-und Spulenjustierung bzw. Magnetjustierung
treffen dafür noch in erhöhtem Maße zu. Der hier durch die enge Kopplung der Spulen
auftretende Rückkopplungseffekt, welcher zu einem Oszillator führt, bedingt aber
wechselnde Impulse auch für die magnetischen Kräfte des Antriebsspulenfeldes. Diese
Wechselimpulse werden durch Widerstände, welche aber immer Verluste bedingen, unterdrückt.
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, den Magneten im Pendel, in der Uängsachse
des Pendels orientiert, anzuordnen und das Pendel über Spulen hinwegschwingen zu
lassen. So ist z. B. eine Konstruktion bekanntgeworden, bei der die Erreger- und
Antriebsspulen nebeneinanderliegen und bei der der Magnet einmal in der Reihenfolge
Erregerspule - Antriebsspule in der einen Schwingungsrichtung und zum anderen
in der Richtung Antriebsspule-Erregerspule in der anderen Schwingungsrichtung des
Pendels die Spulen überschwingt. Derartige Anordnungen haben aber den Nachteil,
daß das Maximum des Schwingungsimpulses als Steuerimpuls nicht mit dem Maximum des
Triebimpulses zusammenfällt, so daß der Wirkung rad zum mindesten sehr schlecht
ist.
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Es ist auch bereits eine Pendeluhr bekannt, bei welcher auf der Eingangsseite
einer mehrstufigen Verstärkerschaltung ein aus Spule und Kondensator aufgebauter
Schwingungskreis vorgesehen ist, der durch eine am Pendel befindiliche schwingende
Kondensatorbelegung gegenüber einer ortsfesten Kondensatorbelegung oder durch mit
dem Pendel schwingende Magneten oder Spulen induktiv so stark verstimmt werden soll,
daß entweder der Schwingungskreis ständig schwingt und beim Durchgang des Pendels
dürch die Nullage kurzfristig unterbrochen wird oder aber nur während des Durchganges
durch die Nullage kurzfristig angefacht werden soll. Abgesehen davon, daß diese
Anordnung durch die verwendeten Röhren sowohl als auch durch die zahlreichen Schaltelemente
selbst für eine Großufir viel zu aufwendig ist, kann diese Anordnung nicht für genügend
kurze Impulse von der Ausgangsseite der Verstärkerschaltung bei allen Betriebsbedingungen
eingerichtet werden, so daß praktisch nur die Lösung bekannt ist, vom Ausgang der
Verstärkerschaltung ein Relais zu schalten, also jede Sekunde ein Relais zusätzlich
einzuschalten, das in Wirklichkeit den Antriebsirapuls des Pendels steuert. Zwar
ist bei dieser Anordnung das Pendel selbst von der mechanischen Arbeit der Kontaktbetätigung
)befreit, aber die Relaiskontakte sind denselben Störungen unterworfen wie bei den
bekannten Kleinuhren und Aufzugsuhren.
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Von anderer Seite ist vorgeschlagen worden, unerwünschte Rückkoppluxeschwingungen
bei den eng gekoppelten nebeneinanderliegenden Spulen durch Parallelschaltung eines
Kondensators zur Antriebsspule
zu verhindern. Im Gegensatz zu allen
oben auführten Konstruktionen, welche den Transistor lediglich als Schalter benutzen
und die durch enge Kopplung von Spulen auftretende Schwingungen durch besondere
Schaltmittel ständig unterdrücken, wobei Elemente wie Kondensatoren und Widerstände
zur ständigen oder zeitweiligen Unterdrückung als Schaltelemente verwendet werden,
wird bei der Erfindung ausdrücklich, wie auch nach weiteren Vorschlägen, insbesondere
des Erfinders selbst, von diesen bei den obengenannten bekannten Schaltungsanordnungen
unterdrückten Schwingungen kurzfristig zur Einleitung eines Antriebsimpulses auf
den Gangordner Gebrauch gemacht. Um die zwangläufig durch die Schaltungsanordnung
entstehenden Wechselimpulse in der Antriebsspule während des e arößten Teiles der
Schwingung vollständig zu unterdrücken und während des eigentlichen Antriebsimpulses
zugleich mit Sicherheit nur einseitig gerichtete Impulse wirksam werden zu lassen,
wird erfindungsgemäß bei einem System mit in Richtung der Achse des Pendels oder
Drehschwingers polarisierten, in diesem selbst angeordneten Permanentmagneten, und
mit Spulen, deren Wickelachsen der Magnetachse in der Nullage entsprechen, mit dem
Mittelpunkt unter dem Ruhepunkt des Schwingers, die Schaltungsanordnung so abgewandelt,.
daß die Erregerspule gleichstrommäßig über eine Diode zwischen Emitter oder Pluspol
der Stromquelle und Basis des Transistors kurzgeschlossen ist.
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Es ist ein nicht vorveröffentlichter älterer Vorschlag gemacht worden,
einem System mit in Richtung der Längsachse des Pendels polarisierten, im Pendelkörper
selbst angeordneten Permanentmagnetsystem so koaxiale Spulen zuzuordnen, daß ihre
Wickelachse, der Pendelachse in der Nullage entsprechend, mit dem Mittelpunkt unter
dem Ruhepunkt des Pendels angeordnet ist. Hierfür wird also kein Elementenschutz
beansprucht, sondern nur Schutz in Vereinigung mit der oben angegebenen und im Anspruch
gekennzeichneten Abwandlung dieser Anordnung, daß gleichzeitig die Erregerspule
gleichstrommäßig über die Diode zwischen Emitter oder Pluspol der Stromquelle und
Basis des Transistors gleichstrommäßig kurzgeschlossen ist.
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Nach einem eigenen Vorschlag des Erfinders ist vom Erfinder eine solche
Diode bereits für die Unterdrückung von Hemmungsimpulsen angegeben, die im Leitungszug
liegt, um bei der Erzeugung mehrerer Erregerimpulse nur die Impulse mit der richtigen
Polarität an die Basis gelangen zu lassen, welche zu einer öffnung des Transistors
führen. Im Gegensatz hierzu ist die Sperrdiode bei der erfindungsgemäßen Anordnung
nicht als Schalterdiode wirksam, sondern sie schließt immer ohne jede Unterbrechung
die Erregerspule gleichmäßig kurz.
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Die Erregerspulen von Steuer- und Triebspulen der eingangs erwähnten
Systeme mit räumlicher Trennung, welche immer mit einer sehr hohen Windungszahl
bei geringem Drahtquerschnitt angelegt sein müssen, besitzen einen hohen Gleichstromwiderstand.
Dieser Gleichstromwiderstand in der Größenordnung von Kiloohm wirkt aber schaltungstechnisch,
da er zwischen Emitter und Basis liegt, als Widerstand zur Erzeugung einer negativen
Basisvorspannun-. Hierdurch entsteht ein Dauerstrom auch während der Ruhepausen,
der in der Größenordnung des Antriebsstromes liegt. Der Gesamtstromverbrauch für
den elektronischen Antrieb kann daher größenordnungsmäßig bereits in einer Höhe
liegen, welche den elektronischen Antrieb unwirtschaftlich macht. Die eigentliche
Belastung der Stromquelle durch die Antriebsspule selbst ist verhältnismäßig gering,
da die Impulse immer nur sehr kurze Zeit wirksam sind. Die Belastung der Batterie
wird aber erhöht durch den Dauerstrom, welcher seinerseits wieder durch die Schaltungsanordnung
bedingt ist. Auch dieser Nachteil wird, wie weiter unten näher erläutert wird, durch
die Spurdiode der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
für den Antrieb von Uhren aller Art weist ferner ganz außerordentliche Vorteile
sowohl für den Aufbau als auch für das Aussehen der Uhren auf, dabei sind die Nachteile
des Dauerstromes und der getrennten Spulenanordnung vermieden. Die Erreger-und Antriebsspule
werden in an sich bekannter Weise konzentrisch umeinander angeordnet. Die innere
Spule wird zweckmäßig als Antriebsspule ausgelegt und die äußere Spule als Erregerspule.
Der innere Durchmesser der Erregerspule entspricht dabei dem Außendurchmesser des
verwendeten Magneten. Die Spulenkombination selbst wird vorteilhaft unterhalb der
Platine, also im eigentlichen Sockel der Uhr, angeordnet. Sie ist daher nicht sichtbar.
Der Mittelpunkt der Spulenkombination liegt genau unter dem Mittelpunkt des Magneten
in Rul-resteUung in bezug auf den Drehausschlag in beiden Richtungen. Der Magnet
selbst ist ähnlich dem vorher erwähnten, aber nicht vorveröffentlichten Vorschlag
so angeordnet, daß seine Pole in Richtung der Achse des Pendels oder des Drehschwingers
liegen und ein Nord- oder Südpol also in Ruhestellung direkt über der Mitte der
beim Erfindungsgegenstand nicht nur koaxialen, sondern konzentrischen Spulenkombination
mit der richtigen Polarität in bezug auf den Pol steht. Da nach einer zweckmäßigen
Weiterbildung der Erfindung der Außendurchmesser des verwendeten Magneten dem Innendurchmesser
der Erregerspule entspricht, entsteht bei der Auslenkung des Magneten nach jeder
Seite aus der Ruhelage sofort ein Impuls in dieser Erregerspule. Die Antriebsspule
ist zweckmäßig so geschaltet, daß ein abstoßender Impuls in bezug auf den Pol des
Permanentmagneten, welcher der Spulenseite zugekehrt ist, entsteht. Der Erregerimpuls
führt also dazu, daß beim Ausschwingen des Magneten nach jeder Seite ein abstoßender
Impuls in der Antriebsspule auftritt. Der Antrieb wirkt also im Gegensatz zu den
bisherigen Uhrenkonstruktionen beim Durchtritt durch den Nullpunkt gleichmäßig nach
jeder Seite. Hierdurch wird eine Ganggenauigkeit und eine Regelmöglichkeit der Uhr
erzielt, welche mit den bisher bekannten Mitteln unmöglich war.
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Durch die Anordnung der beiden Spulen entsteht eine feste Kopplung,
die ohne besondere schaltungstechnische Vorkehrungen zu einem selbsterregten Schwingungsvorgang
der Transistorschaltanordnung führen würde. Dadurch wäre eine Funktionsfähigkeit
der Uhr unmöglich. Ist nun zur Vermeidung dieser Selbsterregung nach der einen Variante
der Erfindung zusätzlich zu den anderen Schaltungselementen die hochsperrende Diode
über die Erregerspule zwischen Emitter und Basis geschaltet, so liegt gleichstromäßig
die Emitterspannung an der Basis, und der hohe Gleichstromwiderstand der Erregerwicklung
kann nicht zur Erzeugung einer negativen Basisvorspannung
wirksam
werden. Da immer die Emitterspannung an der Basis liegt, ist im Gegensatz zu anderen
Schaltungen der Ruhestrom gleich Null, da ohne negative Basisvorspannung kein Kollektorstrom
im Transistorkreis ffießen kann.
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Wird die Antriebsspule nicht in den Kollektorkreis, sondern in den
Emitterkreis geschaltet, so wird nach der zweiten Variante der Erfindung die Diode
zwischen Basis und den Pluspol der Stromquelle geschaltet. Hierdurch wird sogar
noch eine vollständige Sperrung durch die auftretende positive Basisvorspannung
herbeigeführt, da die Antriebsspule als Gleichstromwiderstand im Emitterkreis liegt
und daher die Emitterspannung negativ gegenüber der Basisspannung, welche direkt
am Pluspol der Spannungsquelle liegt, ist.
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Es kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft sein,
in den Diodenkreis einen Widerstand einzufügen, mit dem die Vorspannung der Basis
genau abgeglichen werden kann, da man auf diese Weise einmal exakt den Ruhestrom
auf Null einstellen und zum anderen die Höhe des Erregerimpulses einregulieren kann.
Da von der Höhe des Erregerimpulses direkt die Schwingungsweite abhängig ist, so
kann man mit diesem kleinen Widerstand die Uhr praktisch in einfachster Weise einregulieren.
Das Kurzschließen des Gleichstromwiderstandes der Erregerwicklung hat außerdem noch
den Vorteil, daß eine Temperaturkompensation des Transistors damit verbunden ist,
da immer Emitter-und Basisspannung gleich sind oder aber die Basisspannung sogar
über der Emitterspannung liegt.
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Der Permanentmagnet kann in einem Kugelpendel oder in einem Pendel
beliebiger Form untergebracht werden. Er ist nicht sichtbar. Auch bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Systems bei einem Drehschwinger werden die Perrnanentmagneten
an der Schwingerscheibe selbst angebracht.
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Da die gesamte Spulenkombination im Gehäuse angeordnet ist, also von
außen nicht sichtbar ist, werden Uhrenkonstruktionen möglich, welche ein forinschönes
Aussehen aufweisen. Durch die Anordnung der Spulenkombination ergibt sich außerdem
noch der Vorteil, daß irgendwelche Leitungen gleichfalls nicht sichtbar sind. Für
den Reparateur von Uhren ist daher das Abnehmen des eigentlichen Uhrwerkes ganz
wesentlich vereinfacht. Die gesamte mechanische Konstruktion der Uhr kann für Reparaturzwecke
abgenommen werden, ohne daß irgendwelche Arbeiten an der elektrischen Schaltung
erforderlich sind.
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Die Stromquelle selbst kann gleichfalls unterhalb des Sockels angeordnet
werden. Da ein Dauerstrom und damit eine Dauerbelastung der Batterie nicht auftritt,
kann die Stromquelle wesentlich kleiner gewählt werden, als bei allen mit Ruhestrom
arbeitenden elektronischen Antrieben mit Transistoren. An Stelle einer Trockenbatterie
kann selbstverständlich auch ein Kleinstakkumulator mit eingebauter Wiederladeschaltung
Verwendung finden.
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Die Schaltungsanordnung bietet auch die Möglichkeit, den elektronischen
Antrieb auch für Großuhrenschwinger auszunutzen. Reicht der erzielbare Antriebsimpuls
mit einem Transistor nicht aus, so wird gemäß einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung
der Erfindung ein zweiter Leistungstransistor dazugeschaltet. Der erste Transistor
liegt in der gleichen Schaltungsanordnung, und der zweite Transistor wird mit der
Basis direkt an den Emitter des ersten Transistors angeschaltet. Die am Emitter
auftretenden Spannungsschwankungen entsprechen den Impulsen, steuern daher den Leistungstransistor.
Die Antriebsspule oder mehrere Antriebsspulen bei solchen Großuhren werden in den
Kollektorkreis des Leistungstransistors eingeschaltet. Auch bei dieser Schaltungsanordnung
ist der Ruhestrom vollständig Null. Durch den Erregerimpuls entsteht über die Verstärkung
des ersten Transistors zum zweiten Transistor der erforderliche hohe Antriebsimpuls.
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Die gesamte Anordnung kann für derartige Uhren noch dahingehend erweitert
werden, daß sie selbst anlaufen, also nicht angestoßen werden müssen. Für diesen
Zweck wird als Kern der Spulenkombination ein kleiner Permanentmagnet verwendet.
Die Polarität dieses kleinen Kernmagneten wird so gewählt, daß eine geringe abstoßende
Kraft auf den antreibenden Magneten ausgeübt wird. Diese geringe Kraft reicht dazu
aus, um den Magneten aus dem Ruhepunkt auszulenken, und hierdurch wird sofort in
der Erregerspule ein Impuls erzeugt.