-
Elektronisches zeithaltendes Gerät mit über einer Transistorschaltung
im Normalbetrieb kontaktlos gesteuerten Unruh Vorliegende Erfindung betrifft ein
elektronisches zeithaltendes Gerät mit über eine Transistorschaltung im Normalbetrieb
kontaktlos gesteuerten Unruh.
-
Es sind schon derartige Geräte bekannt mit in Richtung zur Unruhachse
parallel polarisiertem, eine eisenkernlose Eingangs-(Steuer-)Spule induktiv beeinflussenden
Permanentmagneten, der seinerseits von einer zur Steuerspule koaxialen, auf der
gegenüberliegenden Seite der Unruh gelegenen, gleichfalls eisenkernlosen Ausgangs-(Trieb-)Spule
der Transistorschaltung mit verstärktem kurzzeitigem Impuls angenähert im mechanischen
Nullagebereich des Unruh-Schwingsystems angetrieben wird.
-
Eine derartige Anordnung ist in F i g. 1 der anliegenden Zeichnung
schematisch dargestellt, jedoch mit einer nicht dazugehörenden eingezeichneten elektrischen
Verbindung von der später die Rede sein wird.
-
Gemäß dieser Figur trägt die Unruh 1 einen Dauermagneten 2 und ein
gegenüberliegendes Gegengewicht 3, wobei die N-S-Achse des Magneten parallel zur
Drehachse der Unruh liegt, um den Einfluß äußerer magnetischer Felder, wie z. B.
das Feld der Erde, zu beseitigen.
-
In der Ruhelage der Unruh (mechanischer und elektrischer Nullpunkt),
fällt die Magnetachse mit der den beiden Luftspulen 4 und 5 gemeinsamen Achse zusammen,
wobei die erstgenannte Spule unter und die andere über den Magneten angeordnet ist.
-
Die Spule 4, auch steuernde Spule genannt, speist die Basis eines
Transistors 6, dessen Kollektor seinerseits die Spule 5 oder impuslgebende Spule
speist.
-
Schwingt die Unruh 1, so werden die durch die Steuerspule 4 erzeugten
Stromimpulse im Transistor 6 verstärkt und über die Spule 5 auf den Magneten zurückgegeben,
wobei eine Batterie 7 den nötigen Speisestrom liefert. Diese Anordnung weist jedoch
den Nachteil auf, daß die Unruh nicht von selbst anschwingt, sondern sie muß nach
dem Unter-Spannung-Setzen der Vorrichtung irgendwie mechanisch in Bewegung gesetzt
werden.
-
Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, das selbsttätige Anschwingen
der Unruh beim Anlegen der Versorgungsspannung an die Vorrichtung und im Falle einer
zufälligen Stillsetzung der Unruh zu bewirken.
-
Dieses Problem ist zwar schon durch die Verwendung gleichartiger elektrischer
Schaltelemente gelöst worden.
-
Erfindungsgemäß soll das selbsttätige Anschwingen der Unruh beim Anlegen
der Versorgungsspannung durch die vereinigte Anwendung verschiedener im folgenden
erörterter Maßnahmen dem Bekannten gegenüber verbessert werden.
-
Diese Verbesserung liegt unter anderem in der besonders gewählten
mechanischen Nullage der Achse des Unruhmagneten, dann in einer besonderen Gestaltung
des übertragungssystems von der elektrisch angetriebenen Unruh zum von ihr angetriebenen
Zeigerwerk.
-
Um das selbsttätige Anlassen zu gestatten, hat es sich als erforderlich
erwiesen, die Gleichgewichtslage, d. h. die Totpunkt- bzw. Ruhelage der Unruh gegenüber
derjenigen an sich bekannter elektrisch angetriebener Werke der erfindungsgemäßen
Gattung, so zu wählen, daß die Magnetachse der Unruh mit der gemeinsamen Achse der
beiden Spulen nicht übereinstimmt. Die Entfernung zwischen den beiden Achsen soll
nämlich so gewählt sein, daß sich der Magnet in der Nullage im Bereich der größten
Wirksamkeit der Spulen befindet. Diese Entfernung hängt vor allem von den Abmessungen
der koaxialen Spulen ab und wird durchschnittlich gleich sein dem Viertel der Summe
der Durchmesser. Axial zueinander versetzte Spulen, wie sie in zuvor bekannten Werken
benutzt wurden, kommen somit hier nicht in Frage. Würde andererseits die Magnetachse
im Stillstand
in Flucht mit der gemeinsamen Achse beider Spulen
liegen, so entstünde keine tangentiale Kraft, und ein Selbstanlassen wäre ausgeschlossen.
-
Die Versetzung der Magnetachse gegenüber einer der Spulen gemeinsamen
Achse spielt außerdem noch eine große Rolle im Hinblick auf den Isochronismus der
Schwingungen der Unruh im Zusammenwirken mit dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem
auf das Zeigerwerk.
-
Das Erreichen eines isochronen Ganges stellt bei Uhren mit elektronisch
angetriebener Unruh zahlreiche Probleme.
-
Vor allem soll die Unruh lediglich durch das von der Spiralfeder herrührende
Drehmoment zurückgeschwungen werden. Dann soll der Antriebsimpuls auf den Schwinger
gegenüber der Schwingungsperiode genügend kurz sein und gleichzeitig gegenüber der
Totpunktlage symmetrisch wirken.
-
Diese beiden Bedingungen sind bis jetzt noch nie einwandfrei erfüllt
worden.
-
Bekanntlich unterliegt die Unruh außer dem von der Reibung der Achszapfen
und derjenigen der Luft herrührenden Bremsmoment noch dem Widerstand beim Antrieb
des Werkes.
-
Die Lagerreibung kann man hingegen so klein halten, daß man sie den
anderen störenden Wirkungen gegenüber vernachlässigen kann. Durch die Lage des Magneten
parallel zur Drehachse wird ferner die Wirkung des Erdmagnetismus ausgeschaltet.
Es ist aber unter keinen Umständen zulässig die bereits vorgeschlagene Lösung mit
Spulen mit Eisenkernen zu benützen, da die Anziehungskraft zwischen Magnet und Eisenkern
mit Bezug auf das durch die Spiralfeder ausgeübte Drehmoment für den erfindungsgemäßen
Zweck viel zu groß ist.
-
Die Antriebsimpulse müssen der Unruh lediglich die Energiemenge liefern,
die durch die erwähnten Widerstände, Reibung und Antrieb des Werkes, r1. h. der
Zeiger, verbraucht wird. Letzteres verlangt am meisten Energie, weshalb sich die
Erfindung gleichfalls damit beschäftigt. Das weiter unten näher bezeichnete Anführungsbeispiel
geht von der Lehre aus, daß bei sehr kleiner Amplitude während der Selbstanlaufphase
die Unruh noch ohne Antriebsverbindung zum Zeigerwerk bleibt, bei ausreichend groß
gewordener Amplitude und im Normalbetrieb in der einen Halbschwingung der Antriebsimpuls
auf die Unruh symmetrisch zur Nullage ist, in der anderen Halbschwingung zwar, wenn
auch im Verhältnis zur Gesamtamplitude nur geringfügig, unsymmetrisch zur Nullage,
aber durch den entsprechend bemessenen und räumlich verteilten Arbeitswiderstand
des Übertragungssystems zum Zeigerwerk kompensiert.
-
Die Abmessungen und Lage der Antriebsspule sind so zu wählen, daß
der Antriebsimpuls der Unruh in Richtung abseits der Spule der Gleich, gewichtslage
dieser letzteren gegenüber symmetrisch liegt, während der entgegengesetzte Impuls
etwas nach dem Durchgang durch die Gleichgewichtslage mit dem zum Antrieb des Zeigerwerkes
nötigen mechanischen Impuls in Zeit und Lage genau übereinstimmt.
-
Der erste dieser Impulse stört den Isochronismus dank seiner symmetrischen
Verteilung nicht. Den zweitgenannten Impuls kann man trotz seiner unsymmetrischen
Lage dadurch ausgleichen, daß man baulich die beim Vorrücken des Zeigerwerkes verbrauchte
Energie so abstimmt, daß sie so genau wie möglich derjenigen des Impulses entspricht
und der Isochronismus auch in diesem Fall nicht gestört wird.
-
Was nun endlich die zum Selbstanlaufen benutzten Schaltelemente anbetrifft,
so sei bemerkt, däß hierzu -in geeigneter Weise angebrachte Schalter, z.
B. -in Gestalt eines Druckknopfes, an sich bekannt sind. Es ist unter anderem bekannt,
eine Kapazität momentan einzuschalten, deren Ladestrom den Anlaßimpuls liefert.
Diese keine Sicherheit bietende Anordnung zwingt oft zur Widerholung des Anlaßvorganges.
-
Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen in der Selbstanlaufphase
ein erhebliches zusätzliches Potential der Basis wenigstens eines Transistors so
aufzuerlegen, daß der Emitter-Kollektor-Strom während der ganzen Schwingungsdauer
um ein Vielfaches größer ist als der Ruhestrom (A-Betrieb des Transistors), bei
genügend großer Amplitude dagegen der Transistor von Hand oder selbsttätig in den
B-Betrieb zurückführbar ist.
-
Der Vorteil liegt darin, daß man z. B. so lange auf den Druckknopf
drückt, bis das Selbstanlaufen getätigt ist, bei einem Vorgang, der sich mit Sicherheit
abspielt und etwa 3 bis 20 Sekunden in Anspruch nehmen kann.
-
Die Zeichnung zeigt fünf beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,
wie das Anlassen mechanisch möglich ist, wenn die Unruh ein Uhrwerk antreibt, und
wie es möglich ist, die Vorrichtung in dem Sinne zu verbessern, daß sie praktisch
temperaturunabhängig wird.
-
F i g. 1 enthält die bis jetzt noch nicht beschriebenen elektrischen
Verbindungen, welche der ersten Ausführungsform angehören; F i g. 2 ist eine entsprechende
teilweise Draufsicht; F i g. 3 und 4 sind Impulsdiagramme die dem Funktionieren
des Transistors im A-Betrieb bzw. im B-Betrieb entsprechen; F i g. 5 entspricht
dem elektrischen Schema gemäß der zweiten Ausführungsform; F i g. 6 und 7 zeigen
Impulsformen in Abhängigkeit von der Temperatur; F i g. 8 entspricht endlich den
praktisch vorkommenden Anlaßbedingungen; wenn die Unruh ein Uhrwerk antreibt; F
i g. 9 ist ein den weiteren Ausführungsformen entsprechendes Diagramm, das Gültigkeit
hat für die dritte Ausführungsform der F i g. 10, und für die vierte Ausführungsform
der F i g. 11; F i g. 12 zeigt einen Kurvensatz, welcher in allgemeiner Weise das
Verhältnis zwischen Basisspannung (Abszissen in Millivolt) und Basisstrom (Ordinaten
in Mikroampere) in Abhängigkeit von den auf den Kurven angegebenen Temperaturen
für einen Transistor darstellt, wie er in den verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
angewendet wird; F i g. 13 zeigt die Steuerspannung, z. B. in Spule 4 des Beispiels
der F i g. 1; F i g. 14 zeigt zwei übereinandergelagerte Impulskurven; F i g. 15
zeigt endlich eine verbesserte Anordnung der Spulen, welche es auf Grund der vorangehenden
Kurven gestattet, den Gang der Unruh von der umgebenden Temperatur praktisch unabhängig
zu machen.
-
Die erste Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, welche in der
F i g. 1 in Verbindung mit
F i g. 2 dargestellt ist, besteht darin,
daß man nach Belieben eine Brücke zwischen negativem Pol der Batterie 7 und Basis
des Transistors 6 (hier vom p-n-p-Typ und im B-Betrieb arbeitend angenommen) einfügen
kann, und zwar durch Schließen eines Schalters 10, z. B. in Gestalt eines Druckknopfes.
-
Ist die Batterie 7 angeschaltet, so sieht man, daß durch Schließen
des Schalters 10 der Transistor aus dem B-Betrieb in den A-Betrieb versetzt
wird, in welcher der Emitter-Kollektor-Strom groß ist, wie im Diagramm der F i g.
3 dargestellt, in welchem dieser Strom durch die Ordinate 11 des Systems Kollektorstrom-Zeit
der unteren Kurve gemessen wird. Die obere Kurve entspricht den primären Impulsen
von sinusförmiger Gestalt, welche in den beiden Schwingungsrichtungen des Magneten
2 in der Spule 4 induziert werden.
-
Dieser Strom wird mit Hilfe der Spule 5 der ursprünglich in die Ruhelage
der F i g. 2 befindlichen Unruh einen genügend starken ersten Impuls erteilen, daß
der Magnet 2 in der Spule 4 einen Strom erzeugt, welcher durch den Transistor
sehr verstärkt einen neuen Impuls auf die Unruh 1 ausüben wird usw., bis der normale
Gang erreicht wird.
-
Der Strom 11 ist hier mit einer dem A-Betrieb entsprechenden
Ordinate dargestellt worden, es kann aber der dargestellte Wert in den Grenzen,
zwischen welchen das selbsttätige Anschwingen möglich ist, nach Belieben vergrößert
oder verkleinert werden.
-
Die Zeichnung zeigt andererseits eine Unruh, die mechanisch ganz frei
zu schwingen vermag. In Wirklichkeit aber, handelt es sich immer um ein Uhrwerk,
was heißen will, daß die Unruh Werkräder in Gang setzen muß, d. h. zu gewissen Zeiten
einen mechanischen Widerstand zu überwinden hat. Es ist selbstverständlich, daß,
wenn dieser Widerstand im Augenblick des Anschwingens wirksam wäre, das Anlassen
nicht stattfinden könnte, da der kleine erste Impuls dazu ungenügend ist.
-
Man wird weiter unten sehen, daß durch Versetzen der Ruhelage der
Unruh in die Stellung gemäß F i g. 2 nicht nur der erste Impuls ermöglicht wird,
sondern die ersten Schwingungen leer ausgeführt werden können, bis zu einer Amplitude,
wo das Werk mitgenommen wird und die erlangte kinetische Energie genügend groß ist.
-
Schwingt die Unruh und verfügt man nicht über eine genügend starke
Batterie oder wünscht den Wirkungsgrad in energetischer Hinsicht zu verbessern,
so genügt es den Schalter 10 zu öffnen, um den Transistor 6 in den B-Betrieb hinüberzuführen.
Die Impulskurve nimmt dann die Gestalt der F i g. 4 an, wo der Ruhestrom 12 äußerst
klein ist.
-
Wie ersichtlich, ist durch die soeben beschriebene Anordnung das elektrische
Anlassen der Unruh ermöglicht worden, d. h. ohne daß es nötig wird, der Unruh einen
ersten mechanischen Impuls zu erteilen, z. B. durch Hin- und Herschwingen des ganzen
Uhrwerkes.
-
Nach der Schaltung der zweiten Ausführungsform, gemäß F i g. 5, wird
die zusätzliche Anlaßspannung Basis-Emitter des Transistors selbsttätig anulliert,
sobald die Unruh derart schwingt, daß sie ihre Schwingungen selbst unterhalten kann.
-
Es sind wieder die beiden Spulen 4 (Steuerspule) und 5 (Antriebsspule)
vorhanden. Die Schaltung sieht zwei Transistoren 13 und 14 vor, wobei der Kollektor
des zweiten mit der Antriebsspule und die Basis des ersten mit der Steuerspule verbunden
sind. Die Speisung der Basis des Transistors 14 erfolgt über eine aus den beiden
Widerständen 15 und 16 gebildeten Spannungsteiler, welcher die Spannung so unterteilt,
daß der Transistor 14 im A-Betrieb arbeitet. Die Kapazität 17 kann andererseits
als unendlich großer Widerstand (bei Gleichstrom) angenommen werden und liegt zwischen
Emitter des Transistors 13 und Basis des Transistors 14. Man wird diese Kapazität
aus später zu erklärenden Gründen sehr groß wählen.
-
Wird das Ganze unter Spannung gesetzt, z. B. mittels einer Batterie
18, so wird der Kollektorstrom des im A-Betrieb arbeitenden Transistors
14 groß sein, und es überträgt die Antriebsspule 5 der, wie eingangs erklärt,
mit versetztem Nullpunkt stillstehenden Unruh einen verhältnismäßig großen ersten
Impuls.
-
Beim Zurückschwingen der Unruh induziert ihr Magnet einen gewissen
Strom in der Steuerspule 4.
Dieser wird durch den Transistor 13 verstärkt
und über die Kapazität 17 der Basis des Transistors 14 zugeführt, wodurch ein neuer
Impuls auf die Spule 5 gegeben wird, usw. Das selbsttätige Anschwingen der Unruh
hat stattgefunden.
-
Bei jedem Impuls, welcher andererseits am Widerstand 19 abfällt, erhält
aber der Kondensator 17 eine Spannung. Er lädt sich auf, und ist seine Kapazität
richtig bemessen, insbesondere die Zeitkonstante von 17 und 18 groß genug, so bleibt
er geladen und legt an die Basis des Transistors 14 eine positive Spannung. Diese
neue Polarisation der Basis hat aber zur Folge, die Arbeitscharakteristik dieses
Transistors zu ändern, er arbeitet nun im B-Betrieb. Es wird also selbsttätig erreicht,
daß die zweite Verstärkerstufe so lange im A-Betrieb arbeitet, bis die Unruh richtig
ins Schwingen kommt, um dann ohne weiteres in den B-Betrieb überzugehen.
-
Werden die Werte der verschiedenen in Betracht kommenden Teile der
soeben beschriebenen Schaltung richtig gewählt sowie die Transistoren, so kann man
innerhalb gewisser praktischer Grenzen von besonderen Maßnahmen für den Ausgleich
der Einflüsse der Temperatur absehen.
-
Es genügt unter anderem, wenn man zwischen dem Emitter des Transistors
13 und dem positiven Pol einen Widerstand 20 einschaltet, der den Zweck hat, den
Emitter bei ansteigender Temperatur und damit steigendem Emitter-Kollektor-Strom
positiv zu polarisieren, mit dem Zweck, eine vorzeitige Sättigung dieses Transistors
zu vermeiden, welches die Folge hätte, die der Basis des Transistors 14 auferlegte
Hilfsspannung zu anullieren.
-
Versuche haben gezeigt, daß die Vorrichtung bereits bei -I-6° C von
selbst anläuft und, wenn sie in Gang ist, bis zu einer unteren Temperatur von -10°
C weiter funktioniert.
-
Der Transistor 13 wird sich jedoch sättigen, wenn man die unwahrscheinliche
Temperatur von +50° C erreicht. Die F i g. 6 zeigt das Diagramm der Impulse bei
normaler Temperatur im B-Betrieb, die F i g. 7 dasselbe Diagramm bei über 50° C.
Man sieht, daß sich der Transistor im zweiten Fall in Gleichstromsättigung befindet.
-
Es ist natürlich möglich, die Temperaturgrenzen, innerhalb welcher
das selbsttätige Anlassen stattfindet, zu erweitern, z. B. zwischen -10° C und mehr
als T 50° C, indem man der Schaltung besondere
Ausgleichselemente
hinzufügt, die in an sich bekannter Weise eine bessere Temperaturkompensation geben.
Zu diesem Zweck werden im Stromkreis der Steuerspule ein Satz Widerstände und eine
Hilfsbatterie vorgesehen, wobei die Widerstände in Spannungsteilerschaltungen geschaltet
sind, und wobei ein Teil der Widerstände bei Temperaturänderung unveränderlich ist,
während die anderen Widerstände sich umgekehrt proportional wie die Temperatur verändern.
-
Es war weiter oben von einer versetzten Lage des Unruhnullpunktes
die Rede, welche das Anschwiegen erleichtern soll, wenn - und es entspricht dem
verfolgten Ziel - ein Mechanismus, z. B. ein Uhrwerk, angetrieben werden soll.
-
Die F i g. 8 dient dazu, diese Einzelheit des Erfindungsgegenstandes
zu erklären. Es ist eine Draufsicht der Hemmung, über welche der mechanische Antrieb
stattfinden soll.
-
In 28 liegt die Welle der Unruh 1, in 29 die den beiden Spulen gemeinsame
geometrische Achse. Die Steuerspule 4 ist allein sichtbar. In 30 befindet sich das
Hemmungsrad mit sägezahriförmigen Zähnen 31, welche nach jeder Schrittschaltung
durch die Schaltfeder 32 stillgesetzt wird.
-
Das wirksame freie Ende dieser Feder ist derart profiliert, daß der
Schritt in zwei ungleiche Teile geteilt wird, und zwar der kleinste Teil entsprechend
dem Winkel a, über welchen das Hemmungsrad die Feder abstößt, und der größte Teil
entsprechend dem Winkel b, während welchem die Feder 32 das Hemmungsrad antreibt,
d. h. in Drehung versetzt.
-
Der ursprüngliche Impuls wird dem Hemmungsrad durch den Anstoß einer
antreibenden nachgiebigen Stahlfeder 34 gegeben, die auf der Unruhplatte liegt und
auf einen Zahn des Hemmungsrades stößt.
-
Im Antriebssinn (entgegen dem Pfeil 8) stützt sich die Feder 34 auf
der Platte ab, und im entgegengesetzten Sinn (Rückschwingung) biegt sie durch. Eine
in die Platte gefräste Nut 35 erlaubt den Zähnen des Hemmungsrades freien Durchgang.
-
Gemäß F i g. 2 ist der Totpunkt oder mechanische Nullpunkt des Systems
Unruh-Spiralfeder der Achse 29 der Spulen gegenüber seitlich versetzt, so daß der
Magnet die Lage 2 einnimmt, welcher alle in Vollstrich dargestellten Angaben der
F i g. 8 entsprechen. Der Magnet liegt jedoch im Anziehungsfeld der Spulen, d. h.,
daß die magnetometrische Kraft dieser letzteren genügend ist, um den Magneten 2
in Richtnug des Pfeiles 8 zurückzustoßen.
-
Bei seiner Rückschwingung und bis die Mitnehmerfeder 34 auf einen
Zahn des Hemmungsrades aufstößt (Lage 34' dieser Feder und entsprechende Lage 2'
des Magneten), schwingt die Unruh ganz frei. Sie kann somit eine genügende kinetische
Energie aufspeichern, bevor das Hemmungsrad in Bewegung versetzt wird. Die Lage
der die Feder 34 tragenden Platte auf der Unruhwelle 28 soll entsprechend vorgesehen
werden, jedoch so, daß die ursprüngliche Versetzung des Magneten 2 mit Bezug auf
die Achse 29 mit einer so genauen Übereinstimmung wie möglich des Antriebswiderstandes,
des Hemmungsrades und des magnetomotorischen Impulses der Unruh pro Halbschwingung
zusammenfällt. Da die Mitnahme der Unruh etwas nach dem mechanischen Nullpunkt stattfindet,
wird der Isochronismus der Schwingungen dann erreicht, wenn der Antriebswiderstand,
welcher die Schwingungsdauer zu verkürzen sucht, durch einen praktisch gleich starken
Impuls kompensiert wird.
-
Ist das Hemmungsrad um einen Zahn vorgerückt worden, während die Feder
3'4 nach 34" gelangt ist und die Feder von 2 nach 2", so biegt die Feder während
eines kleinen Schwingungswinkels derart durch, daß sie vor einem neuen Zahn zu liegen
kommt, welcher Winkel kleiner sein muß als der Winkel, welchen die Unruh beschreiben
muß, um sich wieder in ihre Gleichgewichtslage (Lage 2 des Magneten) zu befinden.
Dadurch wird vermieden, daß die Feder 34 hinter einem Zahn des Hemmungsrades stecken
bleibt, wenn der Strom unterbrochen wird oder die Vorrichtung bei verbrauchter Batterie
stillsteht.
-
Nach dem Durchbiegen der Feder muß also die Unruh auf jeden Fall den
zwischen den Lagen 2 und 2' des Magneten liegenden Winkel leer beschreiben können.
Der Wert dieses Winkels soll außerdem ein derartiger sein, daß die Rückholkraft
der nicht dargestellten Spiralfeder, welcher diesem Anschlag entspricht, größer
ist als der durch das Durchbiegen der Feder ausgelöste Widerstand. In diesem Fall
kann man sicher sein, daß der induzierende Magnet stets in Stellung 2 stehenbleibt,
d. h. in derjenigen Läge, die für das Selbstanschwingen unbedingt erforderlich ist,
in welcher die Feder 34 die Zähne des Hemmungsrades nicht mehr berührt.
-
Die bestmöglichen Werte der zwischen den Lagen 2 und 2' des Magneten
inbegriffenen Winkel erhält man durch Anpassen des Eindringens der Feder und des
Angriffswinkels mit Bezug auf die Zahnflanken des Hemmungsrades. Bringt man in der
Weise den Widerstand der Feder und Rückimpuls in nächster Nähe des mechanischen
Nullpunktes oder Totpunktes, so wird der Isochronismus der Schwingungen praktisch
gesichert.
-
Entgegen dem, was soeben beschrieben wurde, kann man auch mit einem
einzigen Transistor auskommen, wie dies in den folgenden Ausführungsformen der Fall
ist.
-
Betrachten wir zunächst die Kurve der F i g. 9, in welcher die Ordinaten
der Spannung Basis-Emitter entsprechen und die Abszissen dem Basisstrom. Man sieht,
daß es einen Punkt S gibt, wo eine sehr kleine Erhöhung der Basis-Emitter-Spannung
eine starke Erhöhung des Basisstromes zur Folge hat, während vor dem Punkt S diese
Spannungsänderungen den Basisstrom praktisch nicht beeinflussen, d. h. keine brauchbaren
Änderungen dieses letzteren, bzw. eine Verstärkung oder einen merkenswerten Gewinn
an Strom verursachen. Den Punkt S wird man im folgenden Schwelle nennen, wo die
Kurve Basis-Emitter-Spannung Basisstrom abbiegt.
-
In der Schaltung der dritten Ausführungsform gemäß F i g. 10 ist die
Basis des Transistors 36 mit der Steuerspule 4 verbunden, deren verstärkte Impulse
über den Kollektor auf die Antriebsspule 5 übertragen werden.
-
Da der Transistor vom Typ p-n-p ist, ist seine Basis über die Steuerspule
4 und einem Widerstand 37 mit dem negativen Pol der Batterie verbunden. Dieser Widerstand
hat einen solchen Wert, daß er den zwischen Spule 4 und Emitter eingefügten Kondensator
38 bis zu einer der Schwelle S nahen Spannungswert lädt, welcher der Polarisation
der Basis entsprechen wird.
In diesem Zustand genügt der geringste
Impuls, um im Kollektor einen starken Strom auszulösen und somit auch in der Antriebsspule.
-
Da der ideale Stillstandszustand der Unruh, deren Magnet zwischen
den Spulen 4 und 5 hindurchgeht, praktisch unerreichbar ist, und zwar schon infolge
des Rauschens des Transistors, insbesondere bei den Niederfrequenzen, ergibt sich,
daß diese Vorrichtung ohne weiteres von selbst anläuft.
-
Verstärkte Impulse werden dann von der Spule 4 auf die Spule 5 übertragen,
und zwar entsprechend dem, was schon beschrieben wurde.
-
Wird die Schwingungsamplitude groß genug, so nimmt bei jeder Schwingung
der Eingangswiderstand des Transistors stark ab, die Kapazität 38 entlädt sich zum
Teil und kann sich infolge der gewählten großen Zeitkonstante mit Bezug auf die
Schwingungsperiode nicht mehr aufladen. Nach einigen Schwingungen wird die Kapazität
38 sogar ganz entladen sein,. so daß die Basis des Transistors nicht mehr polarisiert
ist und sein Stromverbrauch zwischen den Impulsen praktisch dem Ruhestrom entsprechen
wird.
-
Die Schaltung gemäß der vierten Ausführungsform der F i g. 11 ist
derjenigen der F i g. 10 identisch, jedoch durch eine Anordnung ergänzt, die den
Einfluß der Temperaturschwankungen auf die Eigenschaften des Transistors 36 ausgleichen
soll.
-
Es handelt sich bloß um das Hinzufügen einer von einer Batterie
42 herrührenden Spannung zwischen Emitter und Basis, die ein Widerstand 43
steuert, welcher stark abnimmt, wenn die Temperatur zunimmt, derart, daß der unveränderlichen
negativen Spannung der Basis eine veränderliche positive Spannung hinzugeschaltet
wird. Man vermeidet in dieser Weise oder vermindert die Ruhestromzunahme, welche
bei zunehmender Temperatur stattfindet.
-
Alle die bis jetzt beschriebenen Anordnungen ergeben die besten Resultate
nur bei gesättigtem Transistor, weswegen schon vorgeschlagen wurde, eine Hilfsspannung
vorzusehen, die in Abhängigkeit der Temperatur den Verstärkungskoeffizient konstant
hält, wenn auch der Transistor solchen Temperaturschwankungen gegenüber sehr empfindlich
ist.
-
Der Kurvensatz der F i g. 13 der Zeichnung veranschaulicht das Verhältnis
zwischen der Spannung der Basis (Abszissen in Millivolt) und Basisstrom (Ordinaten
in Mikroampere) mit Bezug auf verschiedene Temperaturen, die am Kopf der Kurven
angegeben sind; d. h. von links nach rechts 46, 33, 1 und -13° C.
-
Auf diesen Kurven sind die Sättigungspunkte 44, 45, 46, 47 und 48
angegeben, die ihrerseits auf einer Kurve a-b liegen, welche die ersteren schneidet.
-
Bestimmt man durch Versuche die Steuerspannung d, welcher der Sättigung
bei 46° C entspricht (Punkt 44), so erhält man eine Richtung c-d, parallel
zu welcher man durch alle Punkte 45 bis 48 gerade aufzeichnen kann, welche die Abszissenachse
in Punkten schneiden, die für die. in Betracht gezogenen Temperaturen jeweils die
entsprechende Steuerspannung angeben.
-
Die in der Steuerspule induzierte Spannung verläuft nun wie in F i
g. 14 dargestellt. Sie wächst zunächst asymptomatisch an, bei Annäherung des Magneten,
um sodann auf die sinusförmige Form überzugehen. Befindet sich die dem Punkt d der
F i g. 13 entsprechende Steuerspannung z. B. in d', so genügt sie, nach dem Vorhergesagten,
um die Sättigung des Transistors im Punkt 44 der Kurve a-b herbeizuführen, d. h.
bei einer Temperatur von 46° C.
-
Bei einer Temperatur von -13° C wird die dem Punkt f (Gerade e-f der
F i g. 13) entsprechende Spannung z. B. in f' der Kurve der F i g. 14 liegen.
-
Man wird also nur von einer diesem Punkt f entsprechenden Steuerspannung
aus sicher sein, in jedem Fall die Sättigung eines Transistors zu erreichen, welcher
eine Minimaltemperatur von -13 ° C aufweisen kann.
-
Die F i g. 15 zeigt zwei überlagerte Impulse der Antriebskurve, d.
h. die Kurve 49, die der Sättigung im Punkt d und die Kurve 50, die der Sättigung
im Punkt f entspricht.
-
Während die erstgenannte dieser Kurven nur bei 46° C verwirklicht
werden kann, ist die zweitgenannte bereits bei -13° C erreichbar, wenn man ihr die
Charakteristik der Antriebsspule anpaßt, d. h. ihr die Gestalt der Kurve 51 gibt.
-
Diese Bedingung kann auf Grund der abgeänderten Anordnung gemäß F
i g.16 erhalten werden, d. h., wenn man der Wicklung der Steuerspule einen äußeren
Durchmesser gibt, der größer ist als der äußere Wicklungsdurchmesser der Antriebsspule.
-
In 52 liegt die kernlose Steuerspule, in welcher der Magnet
2 beim Vorbeiwandern in Richung des Pfeiles 53 eine Spannung induziert.
-
In 54 liegt die gleichfalls kernlose Antriebsspule zur ersten
koaxial.
-
Man sieht, daß der Außendurchmesser dieser zweiten Spule kleiner ist
als der Außendurchmesser der ersten, so daß der Magnet 2' zuerst in das Beinflussungsfeld
der Steuerspule gelangt,- und dann in dasjenige der Antriebsspule 54 (in der Zeichnung
sind diese Unterschiede übertrieben dargestellt).
-
Betrachtet man nun die F i g.14 und 15, so heißt das, daß der Magnet
in der Spule 52 eine Spannung induziert, die von Null bis zu f anwächst, bevor es
dem Antriebsimpuls der Spule 54 unterliegt, die erst dann wirksam wird und in, der
Tat den durch die Kurve 50 dargestellten Impuls ausübt, welcher bis zu -13° C der
Sättigung des Transistors entspricht.
-
Es ist ferner ersichtlich; daß. der Innendurchmesser 55 der Steuerspule
52 kleiner ist als der Innendurchmesser 56 der Antriebsspule. Der Unterschied ist
gleich demjenigen der Außendurchmesser, damit unter den Spulen Symmetrie herrscht,
z. B. mit Bezug auf die Achse x-y. Dies ist erforderlich, damit die Scheitel A der
Sinuskurve der F i g. 14, welche die Steuerspannung darstellt,. auf denselben Punkt
fällt, wie A' der Sinuskurve der F i g. 15, die dem Antrieb entspricht.
-
Zu bemerken ist, daß das zwischen den Kurven 49 und 50 verbleibende
Feld mit Bezug auf einen Betrieb bei 46° C verlorene Energie darstellt. Da dieses
Extrem sehr selten vorkommt, ist der Verlust in Wirklichkeit proportional kleiner
für normale Benutzungstemperatüren.
-
Der so ergänzte Erfindungsgegenstand sichert nicht nur das selbsttätige
In-Gang-Setzen, das selbsttätige Wieder-in-Gang-Setzen bei zufälligem Stillsetzen,
sondern noch Impulse gleichbleibenden Wertes durch sehr einfache Mittel, ohne Zuhilfenahme
irgendwelcher Hilfsspannung oder von besonderen Mitteln zum Temperaturausgleich.