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Elektromechanischer Frequenzgeber für Uhren und andere zeithaltende
Geräte Es ist ein elektromechanisches Schwingungssystem bekannt, das als Antrieb
und/oder Gangregler für Uhren und andere zeithaltende Geräte geeignet ist, und dessen
wesentliches Merkmal darin besteht, daß einem elektronischen Glied, z. B. einem
Transistor oder einem anderen Halbleiter-Bauelement, zwei eng benachbarte Spulen
als Eingangs- und Ausgangsimpedanzen derart angeordnet sind, daß in an sich bekannter
Weise ein elektrischer Schwingungskreis gebildet wird, welcher jedoch durch Zuordnung
elektrischer Ausgleichsglieder, bei einer bekannten Uhr eines der Triebspule parallel
geschalteten Dämpfungskondensators, zu mindestens einem Teil der Spulen, vorzugsweise
derjenigen im Transistor-Ausgang, so stark gedämpft ist, daß nur in bestimmten Stellungen
des Schwingers, vorzugsweise durch die induktive Beaufschlagung der Spulen durch
den mechanischen Schwinger, der elektrische Kreis zum Schwingen gebracht wird und
seinerseits scharfe Impulse zum Antrieb des Schwingers liefert, außerhalb der Impulszeit
dagegen am Schwingen gehindert wird.
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Die physikalische Wirkungsweise, auf der die durch das geschilderte
elektromechanische Schwingungssystem erzeugte Impulsgabe beruht, besteht darin,
daß der elektrische Schwingungskreis in den verschiedenen Stellungen des mechanischen
Schwingers eine verschiedene Abstimmung bzw. Rückkopplung besitzt, derart, daß während
der kurzzeitigen engen Rückkopplung eine impulsartige Schwingung des Kreises zustande
kommt, während außerhalb dieser Zeit keine Schwingung zustande kommt, da die Bedämpfung
durch die zusätzlichen Ausgleichsglieder bei geringer werdender Kopplung die Schwingungen
rasch abreißen läßt. Dabei war bei den bekannten Uhren die Anordnung im allgemeinen
so getroffen, daß der mechanische Schwinger einen oder mehrere dauermagnetische
Teile aufweist, insbesondere bei Pendeluhren einen stabförmigen, in Schwingungsrichtung
sich erstreckenden Permanentmagneten am Pendelende, welcher rhythmisch ganz oder
teilweise in mindestens eine der Spulen, vorzugsweise beide Spulen eintaucht und
hierbei die Kopplung der Spulen ändert, oder es war eine Speiche einer Unruh als
diametral polarisierter Magnet ausgebildet, oder es waren auf dem Unruhreifen kleine
axialpolarisierte Stabmagnete aufgebracht. Alle schwingenden Magnete, vor allem
auf kleinen Unruhen, haben den Nachteil, daß das System von äußeren magnetischen
Störfeldern im Isochronismusverhalten erheblich beeinflußbar sind. Bildet man zur
Verringerung dieses Einflusses das Unruh-Magnetsystem als astatisches Doppelsystem
aus, so wird die Bauhöhe erheblich vergrößert, was bei Armbanduhren untragbar wäre.
Sehr kleine Magnete, selbst bei Verwendung teuerer hochkoerzitiver Magnetstoffe,
ergeben nur verhältnismäßig kleine Amplituden des Steuerimpulses, so daß erhebliche
Verstärkungsgrade, also höherer Stromverbrauch, erforderlich sind.
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Es ist später bei Systemen mit schwingendem Pendelmagnet vorgeschlagen
worden, die erstrebte Wirkung auch dadurch zu erreichen, daß in Ein- und/oder Ausgang
des elektronischen Vierpols mindestens eine zusätzliche Impedanz, beispielsweise
Spulen, vorhanden ist, die dazu dient, eine enge Kopplung auch an sich räumlich
nicht benachbarter Impedanzen des Schwingungskreises herzustellen; ferner ist vorgeschlagen
worden, die Veränderung der Kopplung statt durch einen schwingenden Magneten durch
ein schwingendes Weicheisenstück od. dgl. oder durch eine Bewegung der Spulen gegeneinander
hervorzurufen. Auch ist es zum Teil bekannt, zum Teil vorgeschlagen, den Störeinfluß
von Fremdfeldern dadurch auszuschalten, daß man die Triebspule auf der Unruh, die
Steuerspule ortsfest im Nullagen-Bereich, ortsfesten, axial polarisierten Dauermagneten
zugeordnet anbringt; auch das vergrößert die Bauhöhe, und da der verstärkte Ausgangsstrom
des Transistors der Triebspule, z. B. über die Spiralfeder zugeführt werden muß,
so ergeben sich nicht unbeträchtliche Schwierigkeiten der Stromzuführung. Diese
sind noch größer, wenn auch die Steuerspule auf der Unruh angebracht ist, ganz abgesehen
davon, daß eine solche
Anordnung keine zeitweilige enge Kopplung
ergibt. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die enge Kopplung der Spulen im Rhythmus
der mechanischen Schwingung periodisch durch gegenseitige Abschaltung zwei eng benachbarter
Spulen mittels einer mit der Unruh schwingenden elektrisch leitenden Scheibe zu
unterbrechen. Es ist dabei auch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der zwei raumfeste
Spulen in axialem Abstand voneinander befindliche Spulen und eine mit dem Gangordner
umlaufende Blendenscheibe sowie zusätzlich eine Elektromagnetspule im Ausgang des
Transistorkreises und einem Weicheisenstück auf der Unruh vorgesehen sind. Diese
Anordnung ist also nur arbeitsfähig, wenn die Abschaltungsblende mit der Unruh schwingt,
das erhöht gleichfalls die Bauhöhe des Unruhsystems und erschwert die Verwendung
genormter Unruhsysteme sowie Montage und Auswuchtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bisher als Schwinger
verwendeten Magnetkörper mit seiner Fremdfeldempfindlichkeit zu vermeiden und die
durch dessen Streuwirkung bedingten Energieverluste einzusparen, ohne auf die bei
Pendeluhren schon sehr bewährte koaxiale, insbesondere konzentrische Anordnung der
periodisch eng gekoppelten Spulensysteme verzichten zu müssen, und ohne die Stromzuführungsschwierigkeiten
der mit schwingenden Unruh-»Trieb«-Spulen arbeitenden Uhren im gleichen Maße in
Kauf nehmen zu müssen. Diese koaxiale, vorzugsweise konzentrische Spulenanordnung
ist sowohl bezüglich der Impulsschärfe als auch hinsichtlich der besseren Temperaturunabhängigkeit
des Gangordners von Vorteil.
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Die Erfindung geht aus von einem elektromechanischen Schwingungssystem
für Uhren und andere zeithaltende Geräte, bestehend aus einem elektronischen Glied,
aus dem zwei eng benachbarte Eingangs-und Ausgangsspulen derart zugeordnet sind,
daß ein elektrischer Schwingungskreis gebildet wird, welcher jedoch so stark gedämpft
ist, daß er nur in bestimmten Stellungen eines mechanischen Schwingers durch induktive
Beaufschlagung der Spulen durch den mechanischen Schwinger zum Schwingen gebracht
wird und dabei scharfe Impulse zum Antrieb des Schwingers liefert, außerhalb der
Impulszeit dagegen am Schwingen gehindert wird.
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Erfindungsgemäß wird bei einem solchen System die gestellte Aufgabe
dadurch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst: a) mindestens zwei Spulen
(5, 7) sind in an sich bereits vorgeschlagener Weise relativ zueinander schwingbeweglich
angeordnet, und zwar derart, daß die im Basis-Emitterkreis liegende Steuerspule
(5) auf dem mechanischen Schwinger (1) und mindestens eine, im Ausgang des
elektronischen Gliedes (4) befindliche Spule (7) raumfest angeordnet ist, so daß
zwei Spulen (5, 7) im Kopplungszustande, d. h. in der Nulllage des Gangordnerschwingers,
koaxial eng benachbart zueinander angeordnet sind; b) als Aufpunkt für die Antriebsimpulse
(8) ist auf dem mechanischen Schwinger (1) in an sich bekannter Weise ein
besonderes Antriebsorgan, nämlich ein Weicheisenstück (10) angeordnet, dem
mindestens eine der im Ausgang des elektronischen Gliedes angeordneten raumfesten
Spulen als impulserzeugendes Organ (8) zugeordnet ist; c) mindestens eine der in
der Nullage räumlich eng gekoppelten Spulen (5, 7) wird auch bei gesperrtem elektronischen
Glied (4) von einem zur Erzeugung eines koppelnden magnetischen Feldes hinreichenden
Leerlaufstrom durchflossen.
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Wie bei mit Steuer-Permanentmagneten arbeitenden Unruhuhren an sich
bekannt ist, sind also am Unruhsystem der Steuerkreis und das - hier aus Weicheisen
bestehende - Triebelement räumlich voneinander trennbar, und nur der erheblich geringere
Steuerstrom muß, z. B. über die Spiralfeder, von der Unruh zum Transistor »ab«-geleitet
werden.
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Soll die Impulsschärfe durch eine Blende noch verbessert werden, so
kann gemäß zweckmäßiger Weiterbildung eine ortsfeste Blende (12, 13) verwandt
werden, welche die Bauhöhe des Unruhsystems nicht zu vergrößern braucht.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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1 bedeutet eine Unruh in an sich bekannter Bauart, die auf
Grund der Wirkung der Rückstellkraft einer Unruhfeder 2 Schwingungen im Sinne des
Pfeiles 3 auszuführen vermag. 4 ist ein Transistor, in dessen Eingang - nach
dem Ausführungsbeispiel im Emitterbasiskreis - eine Spule 5 liegt, die auf dem Unruhreif
fest angeordnet ist und infolgedessen an den Unruhschwingungen teilnimmt. Die eine
Zuführung - diejenige zur Basis - wird teilweise durch die Unruhfeder
2 hergestellt. Die Verbindung a-a ist zeichnerisch nicht dargestellt und
wird in üblicher Weise durch eine elastische Drahtverbindung hergestellt. Im Ausgang
des Transistors - im Emitterkollektorkreis - liegen eine elektrische Spannungsquelle,
vorzugsweise Batterie 6, und zwei raumfeste Spulen 7 und
8 miteinander in Serie. Die Spule 8 ist mit einem Weicheisenkern 9
versehen, dem ein auf dem Unruhreif sitzendes Weicheisenstück 10 zugeordnet
ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende. Wenn sich die Spule
5 innerhalb der Spule 7 befindet, ist zwischen beiden die engste Kopplung hergestellt,
so daß der aus dem Transistor und den drei Spulen gebildete elektrische Schwingungskreis
zum Schwingen veranlaßt wird, wodurch die Spule 8 erregt wird und das Eisenstück
10 anzieht. Hierdurch wird die Unruh veranlaßt, sich weiter zu drehen, so
daß die Spule 5 das Innere der Spule 7 wieder verläßt, was ein Aufhören des Schwingens
der elektrischen Kreise und damit der Erregung der Spule 8 zur Folge hat. Auf Grund
der Direktionskraft der Feder 2 dreht sich daraufhin die Unruh wieder zurück, worauf
sich das Spiel wiederholt. Die Bedämpfung des Schwingkreises kann durch ein mit
11 in der Figur gestrichelt angedeutetes zusätzliches Ausgleichsglied bewirkt werden;
gegebenenfalls kann auch der Widerstand der Elektromagnetspule 8 so bemessen und
geschaltet sein, daß er zur Bedämpfung mit beiträgt.
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Eine zweckmäßige Abwandlung der beschriebenen Ausführungsbeispiele
besteht darin, den mechanischen Schwinger als Longitudinalschwinger auszubilden.