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Kontaktlos arbeitende Antriebseinrichtung für den Gangordner einer
elektrischen Uhr Die Erfindung betrifft eine kontaktlos arbeitende Antriebseinrichtung
für den Gangordner einer elektrischen Uhr, vorzugsweise einer Pendeluhr, mit einem
eine eisenkernlose Steuerspule und eine eisenkernlose Antriebsspule enthaltenden
elektronischen Verstärker, vorzugsweise Transistorverstärker, und einer vom Gangordner
getragenen, an den festen eisenkernlosen Spulen vorbeischwingenden Magnetanordnung
mit nur einem die aktiven, in der Nähe bzw. in Richtung der Nullachse, vorzugsweise
der Pendelvertikalen, liegenden Spulenseiten durchsetzenden Magnetfluß.
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Es sind kontaktlos arbeitende Antriebseinrichtungen für Pendeluhren
bekannt, bei denen ein senkrecht zur Pendelachse angeordneter, langgestreckter Permanentmagnet
während seiner Schwingbewegung in eine Spulenanordnung eintaucht. Derartige Antriebseinrichtungen
erfordern außerordentlich genaue Justierung des Pendels, wenn eine Berührung des
Pendelmagneten mit den Spulen vermieden werden soll. Im übrigen weist eine derartige
Antriebseinrichtung verhältnismäßig große Abmessungen auf.
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Es sind auch Antriebseinrichtungen für Pendel bekannt, bei welchen
das Pendel wenigstens einen in Richtung der Pendelachse magnetisierten Permanentmagneten
trägt, der in einer Spulenanordnung vorbeischwingt. Mit diesen bekannten Einrichtungen
sind zwar die Nachteile eines in eine Spulenanordnung einschwingenden Magneten vermieden,
jedoch weisen diese Einrichtungen je nach Art und Aufbau der Spulenanordnung und
der Magnetanordnung Nachteile auf, die den Isochronismus ungünstig beeinflussen.
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Bei Verwendung zweier nebeneinanderliegender Spulen und eines die
Spulen überschwingenden Stabmagneten werden die Leiter der wirksamen Spulenseiten
nicht gleichzeitig vom Magnetfluß des Permanentmagneten durchsetzt. Schwingt bei
einer solchen Einrichtung der Permanentmagnet mit seiner Längsachse an den aktiven
Leitern der Steuerspule vorbei, so erreicht in dieser der induzierte Spannungsimpuls
sein Maximum und ebenso der durch diesen Spannungsimpuls gesteuerte Antriebsstrom
in der Antriebsspule. Dieser Strom kann jedoch auf den Magneten keinen wesentlichen
Antriebsimpuls ausüben, da die vom Magneten ausgehenden Kraftlinien die Antriebsspule
nur in geringem Maße durchsetzen. Schwingt dagegen der Magnet mit seiner Achse an
den wirksamen Leitern der Antriebsspule vorbei, so erreicht der diese Leiter durchsetzende
Kraftfluß zwar sein Maximum, jedoch hat der Antriebsstromimpuls bereits bei weitem
sein Maximum überschritten. Es fällt also nicht der Schwerpunkt des Antriebsstromimpulses
mit dem maximalen, die wirksamen Leiter der Antriebsspule durchsetzenden Magnetfiuß
zusammen. Die auf den Magneten wirkende Antriebskraft K = B - i - Z bleibt
also klein, da der zeitliche Verlauf der Induktion B sowie des Spulenstromes
i
infolge der geometrischen Anordnung der Spulen zeitlich phasenverschoben
ist. Hierdurch wird einerseits der Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung ungünstig
beeinflußt, und zum anderen erfolgt der Antriebsimpuls außerhalb der Nullage des
Pendels, und zwar in gewissem Maße abhängig von der Schwingungsweite, was sich ebenfalls
ungünstig auf den Isochronismus auswirkt.
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Bei Verwendung von zwei koaxial angeordneten Spulen und einem in Achsrichtung
magnetisierten hohlzylinderförmigen Permanentmagneten, dessen Längsachse mit derjenigen
der Spulenachse in der Pendelnullage zusammenfällt, können selbst bei Ausnutzung
abstoßender statt anziehender Magnetkräfte im günstigsten Falle nur unsymmetrische
Impulse erzeugt werden, die sich bekanntlich ungünstig auf den Isochronismus auswirken.
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Bei Verwendung zweier koaxial angeordneter Spulen und zweier die wirksamen
Spulenseiten in der Pendelnullage beaufschlagender Permanentmagneten mit parallelen
Längsachsen und gegensinniger Polarisation treten außer einem Hauptimpuls in der
Pendelnullage Nebenimpulse außerhalb der Nullage auf. Diese Nebenimpulse treten
zwar symmetrisch zur Pendelnullage auf; sie sind aber trotzdem ungünstig für die
Isochronismusbedingungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten kontaktlos
arbeitenden Antriebseinrichtungen zu verbessern, so daß die ungünstige Beeinflussung
der Isochronismusbedingungen vermieden wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß bei
einer Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art die
Spulen im Wirkungsbereich der Magnetanordnung mit nur einer Spulenseite in Richtung
des Magnetflusses hintereinanderliegend derart angeordnet sind, daß diese beiden
Spulenseiten in der Nulllage des Gangordners in an sich bekannter Weise gleichzeitig
vom Magnetfluß durchsetzt sind und daß die diametralen Spulenseiten so angeordnet
bzw. so weit voneinander entfernt sind, daß sie in der Nulllage vom Magnetfluß nicht
mehr durchsetzt werden können. Bei einer solchen Antriebsvorrichtung entsteht je
Vollschwingung nur ein Antriebsimpuls in der Nullage, so daß sich erheblich bessere
Ganggenauigkeiten als mit den bekannten Vorrichtungen erzielen lassen, und zwar
insbesondere auch bei unterschiedlichen Speisespannungen.
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Vorzugsweise ist die der Antriebsspule zugehörige Spulenseite dem
Magneten unmittelbar benachbart. Die beiden Spulen können konzentrisch, mit ihrer
gemeinsamen Achse in die Bewegungsrichtung des Gangordners weisend, angeordnet sein.
Die benachbarten aktiven Spulenseiten können ineinandergewikkelt sein. Vorzugsweise
sind die Spulen in Richtung der Gangordnerbewegung gegeneinander verschiebbar. Die
benachbarten aktiven Spulenseiten können auch gemeinsam in bezug auf die Nullage
des Magneten einstellbar sein.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In dieser zeigen F i g.1 bis 3 schematisch eine Anordnung, bei
welcher die Spulen in Bewegungsrichtung des Gangordners gegeneinander versetzt sind,
und zwar zeigen F i g. 1 und 2 je eine Seitenansicht im Schnitt und F i g. 3 eine
Draufsicht auf die Spulen, F i g. 4 eine Anordnung, bei welcher die Spulen koaxial
angeordnet sind und zwischen ihnen eine Dämpfungsscheibe vorgesehen ist, F i g.
5 a und 5 b zwei Diagramme, welche die Temperaturabhängigkeit und Spannungsabhängigkeit
unter Berücksichtigung der gegenseitigen Lage der Spulen veranschaulichen, F i g.
6 a und 6 b die Temperaturabhängigkeit und Spannungsabhängigkeit des Ganges unter
Berücksichtigung der gemeinsamen Lage der wirksamen Spulenseiten in bezug auf die
Pendelnullage, F i g. 7 und 8 eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die
mit dem Magneten nicht zusammenwirkenden Teile der Spulen vom Magneten weggebogen
sind, F i g. 9 eine Ausführungsform, bei welcher die Spulen koaxial und mit ihrer
gemeinsamen Achse in Bewegungsrichtung des Magneten weisend angeordnet sind, F i
g. 10 bis 17 einige Ausführungen der zwischen den Spulen angeordneten Dämpfungsscheiben.
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Der von dem Gangordner getragene, auf die Spulen einwirkende Permanentmagnet
ist mit 10 bezeichnet. Es handelt sich hier um einen am unteren Ende eines Pendels
befestigten Magneten. Unterhalb des Magneten sind eine Antriebsspule 11 und eine
Steuerspule 12 angeordnet, deren aktive Spulenseiten 13 und 14 in der Nullage des
Magneten übereinanderliegen. Die Breite der Spulenseiten 13 und 14 in Richtung der
Pendelbewegung (Pfeile 15) ist etwa gleich der Breite des Magneten 10 in
dieser Richtung. In der Nullage des Pendels durchsetzen gleichzeitig alle die Steuerspulenseite
14 durchsetzenden Kraftlinien auch die Antriebsspulenseite 13, so daß eine maximale
Antriebswirkung, und zwar im günstigsten Augenblick der Schwingung, erfolgt. Bei
sehr großer Amplitude kann zwar auch in der äußeren Spulenseite 16 der Steuerspule
12 eine Steuerspannung induziert werden, jedoch bleibt der durch diese Steuerspannung
bewirkte Antriebsstrom ohne Wirkung auf den Magneten, da die Antriebsspule vom Magnetfluß
nicht durchsetzt wird und somit keine Kraftwirkung auf den Magneten ausüben kann.
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In F i g. 2 liegt die Steuerspule 11 mit ihrer Spulenseite 14 über
der Spulenseite 13 der Antriebsspule 12. Es ist jedoch in diesem Falle die magnetische
Induktion in der Antriebsspule 12 geringer als bei der Anordnung nach F i
g. 1, wodurch sich auch ein geringerer Wirkungsgrad ergibt. Es ist deshalb eine
Anordnung, bei welcher die Antriebsspule dem Magneten benachbart ist, vorzuziehen.
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In F i g. 4 sind die Steuerspule 12 und die Antriebsspule 11 gleichachsig
übereinanderliegend angeordnet. Die Spulenseiten 13 und 14 liegen auch hier in der
Nullage des Pendels. Der Abstand zwischen den Spulenseiten 13 und 17 bzw. 14 und
16 der beiden Spulen 11 und 12 ist so groß gewählt, daß die Spulenseiten 16 und
17 bei maximaler Pendelamplitude nicht von dem Magneten 10 beeinflußt werden.
Die beiden Spulen 11 und 12 können so eng miteinander gekoppelt sein, daß Rückkopplungsschwingungen
auftreten, insbesondere dann, wenn schon eine geringe, die Rückkopplungsschwingung
anfachende Spannung an der Basis einer die Spulen enthaltenden Transistoranordnung
vorhanden ist. Es läßt sich auf diese Weise ein sicherer Selbstanlauf mit scharfem
Impulseinsatz unter voller Aussteuerung des Antriebsstromes erzielen. Der Kopplungsgrad
zwischen den beiden Spulen 11 und 12 kann in bekannter Weise durch eine Dämpfungsscheibe
18 beeinflußt werden. Diese Dämpfungsscheibe ist fest zwischen den Spulen angeordnet
und bewirkt eine Kopplungsänderung zwischen den Spulen in Abhängigkeit von der Amplitude
des Magneten 10.
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Bei allen Anordnungen der Spulen ist es vorteilhaft, die Spulenseiten
13 und 14 senkrecht zur Pendelbewegung verhältnismäßig lang auszuführen, damit die
Wirkung des Magneten 10 auf die Spulen möglichst unabhängig von der Neigung des
Pendels senkrecht zur Schwingungsebene ist (vgl. F i g. 3).
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Durch gegenseitige Verschiebung der Spulen 11 und 12 in Richtung der
Gangordnerbewegung ist es möglich, die Temperaturabhängigkeit sowie die Spannungsabhängigkeit
der Gangordnerschwingung zu beeinflussen. Die F i g. 5 a und 5 b zeigen Diagramme,
aus denen die Abhängigkeit des Ganges von der Spannung und der Temperatur ersichtlich
ist. Zu jeder Kurve ist die relative Lage der beiden Spulen zueinander angegeben.
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Auch ein gemeinsames Verschieben der beiden Spulen in bezug auf die
Nullage des Pendels ergibt eine Änderung der Temperaturabhängigkeit sowie der Spannungsabhängigkeit
der Gangordnerschwingung. Diese Abhängigkeiten sind in den F i g. 6 a und 6b dargestellt,
wobei wiederum zu jeder Kurve die Lage der Spulen angegeben ist.
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Bei den Ausführungen nach den F i g. 7 und 8 sind die Spulenseiten
13 und 14 der Spulen 11 und 12 wie vorher, in der Nullage des Pendels übereinanderliegend,
in der Nähe des Magneten angeordnet, während die Spulenteile, die von dem Magneten
nicht beeinflußt
werden sollen, vom Magneten weggebogen sind, so
daß diese sich in einem verhältnismäßig großen Abstand vom Magneten befinden und
von diesem praktisch nicht beeinflußt werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt schließlich F i g. 9, nach welcher
die beiden Spulen 11 und 12 koaxial angeordnet sind. Die gemeinsame Längsachse der
beiden Spulen 11 und 12 weist dabei in Richtung der Pendelbewegung. Es befinden
sich also die beiden Spulenseiten 13 und 14 wie auch die beiden Spulenseiten 16
und 17 in der Nullage des Pendels unterhalb des Magneten 10, jedoch die Spulenseiten
16 und 17 in einer so großen Entfernung von dem Magneten 10, daß dieser auf die
Spulenseiten 16 und 17 im wesentlichen keinen Einfluß ausübt.
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In den F i g. 10 bis 16 sind verschiedene Ausführungsformen der Dämpfungsscheibe
18 (F i g. 4) dargestellt. In dieser Dämpfungsscheibe18 sind verschiedene Aussparungen
19 unterschiedlicher Abmessungen und Formen angeordnet. Auch kann die Dämpfungsscheibe18
wechselnde Stärke aufweisen. Fig.17 zeigt eine Ausführung, bei welcher die Dämpfungsscheibe
18 an der Stelle 20 im Querschnitt stark reduziert ist. Je nach der Form und Lage
der Aussparungen bzw. der Stärke der Dämpfungsscheibe 18, ergibt sich ein
bestimmter Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit von der Amplitude des Gangordners. Es
ist hierdurch möglich, eine Stabilisierung der Gangordneramplitude zu erreichen.
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In den Zeichnungen ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für
eine Pendeluhr dargestellt; jedoch ist die Erfindung nicht auf Pendeluhren beschränkt,
kann vielmehr auch bei anderen Gangordneranordnungen, beispielsweise bei einer einen
in Richtung der Drehachse magnetisierten Zylindermagneten tragenden Unruh, verwendet
werden.