DE1218363B - Mechanisches Schwingsystem, insbesondere Pendel oder Unruh zum Antrieb von Uhren und anderen zeithaltenden Geraeten - Google Patents

Mechanisches Schwingsystem, insbesondere Pendel oder Unruh zum Antrieb von Uhren und anderen zeithaltenden Geraeten

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DE1218363B
DE1218363B DEK35295A DEK0035295A DE1218363B DE 1218363 B DE1218363 B DE 1218363B DE K35295 A DEK35295 A DE K35295A DE K0035295 A DEK0035295 A DE K0035295A DE 1218363 B DE1218363 B DE 1218363B
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DE
Germany
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temperature
field
pendulum
time
coil
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Application number
DEK35295A
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English (en)
Inventor
August Hettich
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Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Original Assignee
Kieninger and Obergfell GmbH and Co
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/02Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a pendulum
    • G04C3/027Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a pendulum using electromagnetic coupling between electric power source and pendulum
    • G04C3/0278Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a pendulum using electromagnetic coupling between electric power source and pendulum the pendulum controlling the gear-train by means of static switches, e.g. transistor circuits

Description

  • Mechanisches Schwingsystem, insbesondere Pendel oder Unruh zum Anfrieb von Uhren und anderen zeithaltenden Geräten Die Erfindung betrifft ein mechanisches Schwingsystem, insbesondere Pendel oder Unruh zum Antrieb von Uhren und anderen zeithaltenden Geräten, das von einem durch einen elektronischen Kreis erzeugten Magnetfeld angetrieben wird und Mittel zur Kompensation der temperaturabhängigen Gangänderung (des Temperaturganges) des Schwingsystems aufweist.
  • Als Nachteil hat sich bei diesen Anordnungen die ebenfalls bekannte Tatsache herausgestellt, daß die meisten elektronischen Schaltungsanordnungen eine verhältnismäßig starke Temperaturabhängigkeit besitzen, weil die in ihnen verwendeten Schaltungsbauelemente, beispielsweise Transistoren, besonders solche aus Germanium, temperaturabhängige Widerstandskennlinien aufweisen. Diese Temperaturabhängigkeit überträgt sich im allgemeinen auch auf das mechanische Schwingsystem bzw. auf die durch dieses bestimmte Frequenz, was sich besonders bei dessen Anwendung zum Antrieb und/oder zur Steuerung von Uhren und anderen zeithaltenden Geräten nachteilig auswirkt.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß der Temperaturgang des elektronischen Kreises durch einen passend gewählten und geeignet geschalteten temperaturabhängigen Widerstand, beispielsweise einen Heißleiter, kompensiert wird. Diese Kompensation läßt sich jedoch nur schwer in idealer Weise verwirklichen, weil man die Temperaturkurve des Kompensationselementes nicht mit völliger Genauigkeit der gewünschten Form anpassen kann.
  • Eine bekannte Maßnahme zur Kompensation der Temperatureinflüsse auf den Gang des Pendels besteht darin, einem am Pendelende angeordneten Magneten, der mittels einer an einen elektronischen Kreis angeschlossenen Steuer- und Generatorspule in Schwingung gehalten wird, einen ortsfesten Magneten aus temperaturabhängigem Magnetmaterial zuzuordnen, dessen magnetische Feldkraft unter dem Einfluß der Temperatur variiert und somit einen ehtsprechend variablen Einfluß auf den Pendelgang ausübt, wodurch dessen Temperaturabhängigkeit kompensiert wird.
  • Eine andere bekannte Anordnuna zur Kompensation des Temperaturganges besteht darin, dem schwingenden Magneten eine Kurzschlußspule zuzuordnen, bei der selbsttätig eine von der Amplitude des Pendels abhängige elektromagnetische Bremskraft beim -periodischen Hin- und Herschwingen des ZD Pendelmagneten erzeugt wird.
  • - - Die beiden bekannten Maßnahmen sind jedoch zur hinreichenden Kompensation der durch die bei elektronischen Uhren auftretenden, stark temperaturabhängigen Transistorrestströme bedingten Temperaturfehler des Ganges der Uhr nicht geeignet, da die Kompensationswirkung entweder nur bei zu großer oder nur bei zu kleiner Schwingungsamplitude eintritt, nicht aber je nach Erfordernis in beiden Fällen nebeneinander. Im üb#rigen entsteht durch diese bekannten Kompensation#maßnahinen ein wenn .auch nur vergleichsweise geringfügiger Energieverbrauch des Schwingers.
  • Es ist zwar bereits vorgeschlagen -worden, durch Anwendung eines Bimetallkörpers die Abstimmung des mechanischen Gebildes zu.-verändern und hierdurch den Temperatureinfluß des elektronischen Kreises zu kompensieren, ohne diesen selbst primär zu beeinflusssen. Dies hat jeä#ch.den Nachteil, daß eine Korrektur dieser Maßnaliffie einen Eingriff in den Gang der mechanischen Anordnung voraussetzt und deshalb beispielsweise nicht bei laufender Uhr vorgenommen werden kann.
  • Die -Erfindung setzt sich die Aufgabe, einen anderen Weg zür Temperaturkompehsation zu finden, der die Einstellung bei laufender Uhr, ohne Einflußnahme auf den durch den elektronischen Antriebskreis erzeugten Antriebsimpuls ermöglicht und der nach einmaliger Einstelluftg der Kompensation des Temperaturganges sowohl hinsichtlich zu großer als auch zu kleiner Amplitude wirksam,ist.
  • Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe unter Vermeiduna der erwähnten Nachteile dadurch gelöst, daß dem die Antriebsenergie liefernden Magnetfeld ein weitgehend temperaturunabhängiges, gleichsinniges Zusatzgleichfeld solcher Größe überlagert ist, daß das durch den temperaturabhängigen Transistors reststrom bedingte Dauerfeld durch das Zusatzfeld so weit verstärkt wird, daß der, Temperaturgang ein Minimum ist. Es wird dabei also die überraschende Maßnahme angewendet, das durch den Transistorreststrom gebildete, den Temperaturgang in erster Linie hervorrufende Dauerfeld auch noch zu verstärken. Der erzielte Vorteil - nämlich eine sehr weitgehende Kornpensation des Temperaturganges mit einfachen, leicht zu bedienenden Mitteln - überwiegt bei weitem den Nachteil einer Vergrößerung des Dauerfeldes mit entsprechender, allerdings nur geringfügiger Erhöhung des Energiebedarfs und des entstehenden vergrößerten, jedoch nunmehr praktisch konstant bleibenden Gangfehlers, dessen Ausregelung durch die ohnehin erforderliche Regellage ohne weiteres möglich ist.
  • Durch die Erfindung wird also der Vorteil erreicht, daß durch die überlagerung eines im wesentlichen konstanten Zusatzgleichfeldes von bestimmter Größe mit dem die Antriebsenergie liefernden Magnetfeld die Abhängigkeit des Ganges des Schwingungssystems von Änderungen des Kreiswiderstandes der elektronischen Schaltung und mithin von Änderungen des Dauerfeldes ein Minimum erreicht und damit auch der Einfluß des stark temperaturvariablen Transistorreststromes ganz oder angenähert aufgehoben wird.
  • Die Fachwelt hat bisher noch nicht von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß - wie nachstehende Gleichung (5) zeigt - diese Abhängigkeit bei zunehmendem Dauerfeld zunächst einem Minimum und sodann wieder höheren Werten zustrebt. Dieses Minimum ist nicht sehr scharf ausgeprägt, so daß die bei der versuchsweisen Einstellung der Kompensation des Temperaturganges nur einer Uhr ermittelten Werte, auch bei anderen Uhren der gleichen Type ohne vorherigen weiteren Versuch eingestellt werden können, ohne daß wesentliche, durch die Toleranzen der Bauelemente bedingte Abweichungen in der Kompensation des Temperaturganges der Uhren zu be,-fÜrchten wären.
  • Die physikalischen Grundlagen der erfindungsgemäßen Kompensation des Temperaturganges seien an Hand der folgenden rechnerischen Betrachtung erläutert: Die Kreisfrequenz der Schwingung eines freien und gedämpften Pendels berechnet sich zu (vergleiche z. B. »Die Uhr«, Bielefeld, 1957, Heft 4, S. 13) Hierin ist c die Richtkraft pro Zentimeter, und zwar in Richtung der Schwingungsbahn. Beim Pendel ist dies die Tangentialkomponente des Gewichtes G. Die von der Richtkraft ausgeübteXraft p wächst also mit dem Weg, mit dem Ausschlag x, so daß bei gerader Kennlinie der Richtkraft p = c - x wird. . k bedeutet die Dämpfungskraft pro Einheitsgeschwindigkeit, also pro cm/sec. Die von ihr ausgeübte Widerstandskraft W wächst also mit der Ge, schwindigkeit so daß W = k - Y wird, Ihr Wort wird experimentell ermittelt und hat die Dimension g-sec-l.
  • m bedeutet die Masse (g), rm den- Radius des Schwingungsmittelpunktes (cm) und v die Zeit einer Volfschwingung .(sec).
  • Aus Gleichung (2) wird durch Einsetzen von Gleichung (1) und unter Benutzung von Gleichung (3), also bei CP Bezugnahme auf das Feld gl, ergibt sich dann die Zeit einer Vollschwingung zu Gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht das mechanische System aus einem Pendel, das einen Permanentmagneten trägt, welcher in oder über einer Spule 2 schwingt, die über einen Transistor an eine Batterie angeschlossen ist. In diesem Falle sind die Masse m und der, Radius rm unabhängig vom Transistor, d. h. diesem gegenüber konstant. Anders verhält es sich dagegen mit den Größen gl und k, d. h. mit jenen Kräften, die den Schwinger in die Ruhelage zu ziehen versuchen.
  • Die Größe gi drückt das Kraftfeld aus, in dem sich der Schwinger bewegt, Dieses enthält jedoch nicht nur das Schwerefeld der Erde, sondern auch das Magnetfeld der Spule, das durch den Reststrom des Transistorkreises erzeugt wird in Verbindung mit dem Magnetfeld des Dauermagneten. Die Feldkraft gi ist also diejenige Größe, in die die Temperaturabhängigkeit des elektronischen Kreises eingeht und auf Grund deren nach Gleichung (5) auch die Frequenz des mechanischen Systems temperaturabhängig wird, Steigt die Temperatur, so wird der Widerstand des Transistors kleiner, also sein Reststrom größer, folglich auch das durch ihn erzeugte Magnetfeld und folglich auch gl größer. Wie Gleichung (5) zeigt, wird hierdurch die Schwingungszeit kleiner, d. h., der Schwinger oder sonstige mechanische Körper bewegt sich schneller.
  • Bei der vorangehenden überlegung ist vorausgesetzt, daß das Feld des Dauermagneten des Schwingsystenis sowie rm praktisch temperaturunabhängig sind.
  • Die Größe k enthält alle Kräfte, welche der Bewe-"ung (Y des mechanischen Körpers, vorzugsweise Schwingers, entgegenwirken, d. h. die Schwingung des Pendels dämpfen. Die Dämpfungskraft setzt sich zusammen vor allem aus der mechanischen Dämpfung auf Grund der Reibung des Schwingers am umgebenden Medium, insbesondere der Luftreibung und der Lagerreibung, ferner der elektrischen Dämpfungskraft auf Grund der vom schwingenden Magneten in den Spuleriwindungen induzierten elektrischen Spannung.
  • Wird diese Spannung durch einen Widerstand verbraucht, so wirkt der entstehende Strom als dämpferide Kraft auf den Schwinger. Im vorliegenden Fall wird der erwähnte Widerstand gebildet durch den Widerstand der Spulenwindungen, durch den Transistor und durch den Widerstand etwa kurzgeschlossener Strombahnen. Alle diese Widerstände unterliegen den Temperaturänderungen. Steigt hierbei die Temperatur, so wird der Widerstand des Transistors kleiner, derjenige der Spulenwindungen - sofern Kupfer verwendet wurde - jedoch größer. Sie wirken also gegensinnig. Wird aber ein solches Verhältnis beider gebildet, daß der Gesamtwiderstand durch den Temperaturabstieg dennoch kleiner wird, so wird der induzierte Strom größer, folglich wird auch k größer. Wie Gleichung (5) zeigt, wird dann die Schwingungszeitr größer, so daß der Schwinger langsamer geht.
  • Der Versuch bestätigt die aus der Gleichung (5) C aewonnenen Ergebnisse. Sie wurden an Hand eines Ausführungsbeispieles der Erfindung ermittelt, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
  • 5 bedeutet eine Pendelstange, an deren Ende über einen Bügel 6 ein Dauermagnet 7 befestigt ist, welcher beim Schwingen periodisch in drei Spulen 1, 2, 3 taucht. Die Spulen 1 und 2 liegen in an sich bekannter Weise im Ein- und Ausgang eines Transistors 8. Die Spule 1 dient als Steuerspule, während die im Ausgang des Transistors und in Serie mit einer Spannungsquelle 9 liegende Spule 2 als Motorspule treibend auf den Magneten 7 wirkt. Parallel zur Spule 2 liegt in bereits vorgeschlagener Weise ein Dämpfungswiderstand 10.
  • Die Spule 3 dient zur überlagerung eines geeigneten magnetischen Zusatzfeldes. Sie ist über einen einstellbaren Widerstand 11 an eine Gleichspannungsquelle 12 angeschlossen. An Stelle der Spule 9 kann zur Erzeugung des Zusatzfeldes auch die Antriebsspule 2 herangezogen werden. Der Erfindungsgedanke läßt sich sinngemäß auch dann realisieren, wenn die Kennlinien der Richtkraft anders verlaufen als beim Ausführungsbeispiel, also z. B. auch dann, wenn die Richtkraft nicht in einem linearen Verhältnis zur Auslenkung des Schwingers steht.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Mechanisches Schwingsystem, insbesondere Pendel oder Unruh zum Antrieb von Uhren und anderen zeithaltenden Geräten, das von einem durch einen elektronischen Kreis erzeugten Magnetfeld angetrieben wird und Mittel zur Kompensation der temperaturabhängigen Gangänderung (des Temperaturganges) des Schwingsystems aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Antriebsenergie liefernden Magnetfeld ein weitgehend temperaturunabhängiges, gleichsinniges Zusatzgleichfeld solcher Größe überlagert ist, daß das durch den temperaturabhängigen Transistorreststrom bedingte Dauerfeld durch das Zusatzfeld so weit verstärkt wird, daß der Temperaturgang ein Minimum ist.
  2. 2. Schwingsystern nach Anspruch 1, dadurch crekennzeichnet, daß das Zusatzfeld durch eine besondere Spule mit Justierwiderstand gebildet ist. 3. Schwingsystein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule des Schwingsystems zur Erzeugung des Zusatzfeldes mit herangezogen ist.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1090 564, 65 772 (Zusatz zur Patentschrift Nr. 1092 411).
DEK35295A 1958-07-14 1958-07-14 Mechanisches Schwingsystem, insbesondere Pendel oder Unruh zum Antrieb von Uhren und anderen zeithaltenden Geraeten Pending DE1218363B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1090564A (fr) * 1953-09-17 1955-03-31 Hatot Leon Ets Perfectionnements apportés aux mécanismes horaires et aux appareils analogues
FR65772E (fr) * 1953-10-21 1956-03-12 Hatot Leon Ets Perfectionnements aux appareils horaires électromagnétiques

Patent Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1090564A (fr) * 1953-09-17 1955-03-31 Hatot Leon Ets Perfectionnements apportés aux mécanismes horaires et aux appareils analogues
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