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Schaltungsanordnung zum Antrieb einer Uhrenunruh Die Erfindung bezieht
sich auf eine kontaktlos über elektronische Glieder gesteuerte Schaltungsanordnung,
vorzugsweise eine Transistorschaltungsanordnung, zum Antrieb einer Uhrenunruh mit
einem magnetischen Kreis, der eine durch Antriebsimpulse vom Ausgang der elektronischen
Schaltung kurzfristig erregte Antriebsspule sowie mindestens einen Dauermagneten
als Steuerelement des Eingangskreises der elektronischen Schaltung aufweist.
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Zur Vergrößerung der magnetischen Kopplung zwischen Spule und Steuerelement
ist häufig ein ständig mit der Spule magnetisch gekoppeltes magnetisierbares, aber
remanenzarmes Teil vorgesehen, das beispielsweise aus einem Spulenkern, einem Polschuh
oder irgendeiner Jochkonfiguration bestehen kann, durch welche ein Luftspalt definiert
wird. Hinsichtlich der Anordnung des Dauermagneten und dieses mit der Spule gekoppelten
magnetisierbaren Teils bestehen mehrere Möglichkeiten: Entweder sind die Spule mit
ihrem Kern sowie dem den Luftspalt definierenden magnetisierbaren Teil stationär
angeordnet, während der Dauermagnet mit der Unruh schwingt, oder aber Spule und
Dauermagnet sind stationär, während das magnetisierbare Teil fest mit der schwingenden
Unruh verbunden ist; schließlich sind auch zur Beseitigung der Störeinflüsse von
magnetischen Fremdfeldern Systeme mit schwingender Triebspule und ortsfesten Dauermagneten
bekannt.
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Diese bekannten Schaltungsanordnungen arbeiten derart, daß beim Schwingen
der Unruh, vorzugsweise im Bereich ihrer Nullage, in einer im Eingangskreis der
Schaltung liegenden Steuerspule durch den Dauermagneten ein Steuerimpuls induziert
wird, durch welchen ein Erregerstromstoß in der Antriebsspule erzeugt wird. Das
diesen Erregerstromstoß begleitende Magnetfeld der Antriebsspule wirkt auf das Triebelement
der Unruh, vielfach den zugleich als Steuerinduktor verwendeten Dauermagneten so
zurück, daß die Schwingungen der Unruh aufrechterhalten werden.
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Gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen mit Luftspulen haben diese
mit magnetisierbaren Teilen, wie Spuleneisenkernen, Polschuhen und ähnlichen Jochsystemen,
arbeitenden Schaltungen zwar den Vorzug, daß ihr Wirkungsgrad besser ist, sie weisen
jedoch den Nachteil auf, daß sich nach Beendigung eines Antriebsimpulses ein gewisser
remanenter Magnetismus in diesem magnetisierbaren Teil nicht vermeiden läßt, da
ja praktisch kein vollkommen remanenzfreies magnetisches Material existiert. Dieser
remanente Magnetismus hat ein der Beschleunigung der Unruh nach dem Passieren der
Nullage entgegengesetzt gerichtetes, kleines Bremsmoment zur Folge, das zumindest
teilweise den gegenüber Luftspulen erhöhten Wirkungsgrad wieder herabgesetzt und
das außerdem einen Isochronismusfehler begünstigt.
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Bei Kontaktuhren hat man dieses Problem bereits dadurch zu lösen versucht,
daß man einen zusätzlichen zweiten permanenten Magneten am Uhrwerksgehäuse angeordnet
und derart bemessen und polarisiert hat, daß das Störmoment für die Isochronismusbedingungen,
das durch die Remanenz des Elektromagnetkerns entsteht, möglichst aufgehoben wird.
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Diese Lösung hat den Nachteil, daß ein zweiter Dauermagnet im Uhrengehäuse
untergebracht werden muß, was nur auf Kosten eines erhöhten Raumbedarfs und eventuell
eines weiteren Streuflusses möglich ist; darüber hinaus jedoch läßt sich dieses
Lösungsprinzip bei kontaktlos gesteuerten Schaltungsanordnungen praktisch deshalb
nicht verwirklichen, weil dieser zusätzliche Dauermagnet im allgemeinen auch die
Steuerspule beeinflussen und damit Störimpulse auslösen würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei kontaktlos gesteuerten
Schaltungsanordnungen das Problem der Beseitigung des remanenten Magnetismus in
den magnetisch ständig mit der Antriebsspule gekoppelten magnetisierbaren Teilen
ohne Verwendung eines zusätzlichen Magneten zu lösen. Dabei
macht
die Erfindung von einer an sich bei Kontaktuhren bekannten, jedoch zu einem ganz
anderen Zweck verwendeten Maßnahme Gebrauch. Es ist bei Kontaktuhren nämlich bekannt,
zur Verhinderung einer Funkenbildung an den Kontakten entweder dem Kontakt selber
oder aber der Antriebsspule einen Kondensator derart parallel zu schalten, daß nach
der Kontaktöffnung, also nach Beendigung jedes Antriebsimpulses, dieser Kondensator
sich im der Richtung des Antriebsimpulses entgegengesetzten Sinne in die Spule hinein
entladen kann. Die selbstverständliche Tatsache, daß dieser Kondensatorentladungsstrom
gleichzeitig auch ein Entmagnetisierungsfeld für die eventuell vorhandenen, mit
der Spule gekoppelten magnetisierbaren Teile darstellt, spielt jedoch in diesem
Falle überhaupt keine Rolle, weil man bei Kontaktuhren die Isochronismusbedingungen
auf einfachere Weise, beispielsweise durch Bemessung der Kontaktdauer, erfüllen
kann. Darum hat man bisher auch diesem »Nebeneffekt« der Kondensatorentladung zum
Zweck der Verhinderung einer Funkenbildung keinerlei Beachtung geschenkt.
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Man hat zwar auch bereits in Sperrschwingerschaltungen für elektromechanische
Wandler von einem Sperrkondensator Gebrauch gemacht, dessen Aufgabe darin besteht,
für eine hinreichend große, die anziehende Kraft im Augenblick der Erregung des
Transistorsperrschwingers überwiegende Abstossungskraft des Antriebssystems zu sorgen,
jedoch wurde hierbei auf eine eventuelle Beseitigung des Remanenzmagnetismus kein
Wert gelegt.
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Ausgehend von einer kontaktlos über elektronische Glieder gesteuerten
Schaltungsanordnung, vorzugsweise eine Transistorschaltanordnung, zum Antrieb einer
Uhrenunruh mit einem magnetischen Kreis, der eine durch Antriebsimpulse vom Ausgang
der elektronischen Schaltung kurzfristig, vorzugsweise im Bereich der Nullage der
Unruh, erregte Antriebsspule, ein ständig mit dieser Spule magnetisch gekoppeltes
magnetisierbares, aber remanenzarmes Teil, z. B. einen Spulenkern oder einen Polschuh,
sowie mindestens einen Dauermagneten als Steuerelement des Eingangskreises der elektronischen
Schaltung und gegebenenfalls zugleich als Antriebselement für die Unruh unter Beeinflussung
durch die Antriebsspule aufweist, wobei eines der beiden zuletztgenannten Elemente
- der magnetisierbare remanenzarme Teil oder der Dauermagnet - mit der Unruh beweglich
und das andere Element stationär angeordnet ist, kennzeichnet sich die Erfindung
zur Lösung der obengenannten Aufgabe dadurch, daß der Antriebsspule in von Kontaktuhren
zum Zweck der Funkenlösung an sich bekannter Weise ein sich periodisch aufladener
Kondensator so zugeordnet und so bemessen ist, daß dieser sich nach Beendigung jedes
Antriebsimpulses in diesem Impuls entgegengesetzter Richtung in die Antriebsspule,
unter Entmagnetisierung des etwa verbliebenen remanenten Magnetismus, hinein entlädt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
von Schaltungsanordnungen näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 bis 14 verschiedene
Schaltungsbeispiele und F i g. 15 ein den zeitlichen Verlauf der Spannung an der
Antriebs und Steuerspule darstellendes Diagramm. Allen in den F i g. 1 bis 14 gezeigten
Verstärkerschaltungen ist eine Steuerspule B, im Basiskreis des Transistors T und
eine Antriebsspule B. im Kollektor- oder Emitterkreis des Transistors gemeinsam.
Bei der Schwingung des mit der Uhrenunruh verbundenen magnetisierbaren Teils bzw.
Dauermagneten relativ zu den beiden Spulen werden in an sich bekannter Weise in
der Steuerspule Impulse induziert, welche den Transistor T in den leitenden Zustand
schalten, wodurch die Antriebsspule einen Erregerstromstoß erhält; das so periodisch
erzeugte Magnetfeld der Antriebsspule hält die Schwingungen der Uhrenunruh aufrecht.
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Alle in den Figuren dargestellten Verstärker werden ferner über eine
Batterie P gespeist.
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Nach F i g. 1 ist der für den Entmagnetisierungseffekt verantwortliche
Kondensator C parallel zu der im Emitterkreis des Transistors T liegenden Antriebsspule
B. geschaltet. Dieser Kondensator C wird durch die beim Verschwinden des Antriebsimpulses
erzeugte Selbstinduktionsspannung an der Spule B. aufgeladen und entlädt sich anschließend
durch diese Antriebsspule im zur Richtung des Antriebsimpulses entgegengesetzten
Sinne. Durch dieses Entmagnetisierungsfeld der Antriebsspule wird in dem mit der
Antriebsspule magnetisch ständig gekoppelten Teil, z. B. dem Spulenkern, einem Polschuh
oder einem Joch, der eventuell verbliebene remanente Magnetismus beseitigt, der
den Wirkungsgrad des folgenden Antriebszyklus schwächen und den Isochronismus stören
würde.
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Der temperaturabhängige Widerstand R im Basiskreis des Transistors
T sorgt in an sich bekannter Weise für eine Kompensation der Temperatureffekte in
der Schaltung.
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Nach F i g. 2 liegt der Kondensator C in Reihe mit der Antriebsspule
B" im Emitterkreis des Transistors T. In diesem Falle wird der Kondensator von der
Batterie P durch den Antriebsimpuls selber aufgeladen und entlädt sich anschließend
über den Widerstand R wiederum in die Antriebsspule unter Erzeugung eines Entmagnetisierungsfeldes
hinein. Die Dauer der Entladung des Kondensators C wird durch die vom Widerstand
R abhängige Zeitkonstante RC bestimmt. Durch geeignete Wahl dieser Zeitkonstanten
läßt sich erreichen, daß der Transistor T bei Erzeugung des folgenden Induktionsimpulses
in der Steuerspule B, noch gesperrt bleibt, so daß nur jeder zweite Steuerimpuls,
welcher von der hin- und herschwingenden Unruh erzeugt wird, in einen verstärkten
Antriebsimpuls verwandelt wird. Das bedeutet, daß nur bei jedem zweiten Schwingungsrichtungswechsel
der Unruh ein Antriebsimpuls wirksam wird, was bekanntlich, insbesondere bei großen
Uhrenamplituden tragbarer Uhren, für das Isochronismusverhalten günstiger ist.
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In der Schaltung nach F i g. 3 entlädt sich der Kondensator C, der
parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T liegt, über die Antriebsspule
und die Batterie. Die Sperrdauer des Transistors T wird in diesem Falle durch das
aus Widerstand R 1 und Kondensator C 1 gebildete Zeitglied bestimmt, indem die Basis
des Transistors T das zwischen Widerstand R 1 und Kondensator C1 herrschende Potential
erhält.
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Die Schaltung nach F i g. 4 ist eine Variante der Schaltungen nach
den F i g. 1 und 2 mit einem zusätzlichen Kondensator C2 im Emitterkreis des
Transistors
T sowie einem parallel zu diesem Kondensator liegenden und von diesem entkoppelten
Widerstand R. In diesem Falle bestimmt die Zeitkonstante RC2 die Sperrdauer des
Transistors.
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F i g. 5 zeigt eine durch Kombination der Merkmale der Schaltungen
nach F i g. 3 und 4 vervollkommnete Schaltung, bei der außerdem eine zum Kondensator
C 1 (entsprechend F i g. 3) parallelliegende Diode D auf Grund ihrer Schwellspannung
von etwa 0,3 V in Verbindung mit dem Widerstand R 1 für eine bestimmte Basisvorspannung
sorgt. Bei dieser Schaltung bestimmen die beiden Zeitkonstanten RC2 und R 1C1 die
Sperrdauer des Transistors.
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Die Schaltung nach F i g. 6 entspricht im Prinzip der nach F i g.
3, wobei jedoch diesmal die Antriebsspule im Kollektorkreis des Transistors T liegt
und außerdem zur Kompensation von Temperatureffekten ein temperaturabhängiger Widerstand
R in den Basiskreis geschaltet ist.
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In der Schaltung nach F i g. 7 liegt die Antriebsspule wiederum im
Kollektorkreis des Transistors und parallel zum Kondensator C. Außer einem temperaturabhängigen
Widerstand R im Basiskreis sorgt der durch den Kondensator C 2 entkoppelte Widerstand
R 1 im Emitterkreis für eine Verbesserung der Stabilität gegenüber Temperatureffekten.
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Eine ähnliche Maßnahme ist in der Schaltung nach F i g. 8 getroffen,
in welcher der Kondensator C 2 nach F i g. 7 durch eine Siliciumdiode d ersetzt
ist. Die Diode wird erst oberhalb einer Schwellspannung von etwa 0,3 V leitend,
während der Spannungsabfall an Widerstand R 1 infolge des Ruhestroms nur die Größenordnung
von 0,2 V hat.
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In der Schaltung nach F i g. 9 wird die Basisvorspannung des Transistors
T durch einen aus einer Zenerdiode Z und einem temperaturabhängigen Widerstand R
bestehenden Spannungsteiler bestimmt. Die Zenerspannung wird um einige zehntel Volt
niedriger als die Spannung der Batterie gewählt. Im Falle der Verwendung eines Siliciümtransistors
schaltet man der Zenerdiode Z, unter Fortlassung des Widerstandes R, einen Widerstand
parallel.
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In der Schaltung nach F i g. 10, die eine Variante der Schaltung nach
F i g. 6 darstellt, dient eine zusätzliche Diode d im Basiskreis des Transistors
dazu, das Auftreten von Störschwingungen zu verhindern, die sich als Folge der Kopplung
von Antriebsspule und Steuerspule ergeben könnten.
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In der Schaltung nach F i g. 11, die der Schaltung nach F i g. 2 entspricht,
ist die Antriebsspule in zwei Teile B.' und B." unterteilt, wobei lediglich der
Spulenteil B.' das Entmagnetisierungsfeld erzeugt.
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In der Schaltung nach F i g. 12 sorgt ein Hilfstransistor T1,
dessen Basis mit dem Emitter des Transistors T gekoppelt ist, für eine Begrenzung
des Hauptstromimpulses durch den Transistor T und die Antriebsspule B",. Wenn der
Spannungsabfall am Widerstand R im Emitterkreis des Transistors T bei ansteigendem
Strom einen bestimmten Wert überschreitet, dann schaltet der Transistor T 1 in den
leitenden Zustand, was eine Sperrung des Transistors T zur Folge hat. Die Sperrdauer
des Transistors T wird durch die Zeitkonstante R1C1 bestimmt.
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Die Schaltung nach F i g. 13 ist eine Variante der Schaltung nach
F i g. 5 und die Schaltung nach F i g. 14 eine Variante der Schaltung nach F i g.
11. Im letzten Falle ist dem Teil Bm der Antriebsspule noch eine Diode D vorgeschaltet,
die den zusätzliehen Widerstand R 2 nach Überschreiten ihrer Schwellspannung entkoppelt.
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F i g: 15 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Spannungen
V", an der Antriebsspule und V, an der Steuerspule, wie er im Prinzip durch die
beschriebenen Schaltungen nach der Erfindung erzeugt wird.
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Wie die beschriebenen zahlreichen Schaltungsvarianten zeigen, läßt
sich die Erfindung auf mannigfache Weise, selbstverständlich auch mit weiteren Varianten,
als sie hier beschrieben sind, verwirklichen.