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Elektrische Uhr Das Hauptpatent beinhaltet eine elektrische Uhr mit
einer über eine Transistorschaltung kontaktlos selbstgesteuerten Unruhanordnung
mit induktiver Erzeugung der Steuerspannung in einer Kernspule ün Eingang der Verstärkerschaltung
und einer aus unmagnetischem Trägermaterial bestehenden Unruh mit einem auf ihr
angebrachten axial polarisierten Triebagneten, die in jeder Halbschwingung durch
einen Impuls mit Abstoßungskräften angetrieben wird. Bei der Ausführung nach dem
Hauptpatent sind zu die- i sem Zweck zwei getrennte Kernspulen-Anordnungen und auf
der Unruh zwei getrennte Permanentmagneten erforderlich, um einerseits die Steuerspannung
zu erzeugen und andererseits die Antriebsimpulse mit Abstoßungskräften zu erteilen.
Dieser Aufbau bedingt einen nicht unerheblichen Aufwand und Raumbedarf.
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Die Erfindung bezweckt und ermöglicht, mit geringerem Aufwand und
einfacherem Aufbau die Eigenschaften des Antriebssystems noch zu verbessern; dies
wird erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Merkmale erreicht: a) Verwendung
einer Unruh mit einem einzigen Permanentmagneten, der sowohl die Steuerspule induktiv
beaufschlagt als auch im Nullagenbereich von der Triebspule antreibend beeinflußt
wird, mit im Verhältnis zum Schwingungsbogen sehr geringer Dimension und
b) Verwendung eines für Steuer- und T e spule gemeinsamen Kerns, gleichfalls
mit in fangsrichtung im Verhältnis zum Schwingungsbogen geringer Dimension, durch
dessen Luftspalt der Unrahmagnet in der Nullage hindurchtritt.
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Es entfällt hierbei je einer der gemäß Hauptpatent erforderlichen
Permanentmagenten und Spulenkerne. Dank der gegenseitigen Kopplung von Steuer- und
Triebspule ist es möglich, durch Rückkopplungswirkung stärkere und präzisere Antriebsimpulse
zu erzielen, die eine noch bessere Ausnutzung der verfügbaren Energie ermöglichen.
Die Anschwingeigenschaften sind dadurch wesentlich günstiger, besonders wenn die
Kopplung so eng gewählt wird, daß ein selbsterregter Sperrschwinger entsteht, welcher
durch die Steuerspannung lediglich synchronisiert wird. Die Anschwingeigenschaften
sind hier besonders günstig, weil auch beim vollständigen Fehlen von Steuerspannungen
Antriebsimpulse erteilt werden, die bei jeder noch so geringen Asymmetrie des Magneten
im Luftspalt des Spulenkerns die Unruh aus ihrer Gleichgewichtslage auslenken. Es
ist schwierig, die Impulsdauer selbst bei enger Kopplung beliebig kurz zu wählen.
Das spielt jedoch bei der erfindungsgemäßen Anordnung keine Rolle, weil auch bei
relativ langen Antriebsstromstößen nie eine bremsende Wirkung auf die Unruh erfolgen
kann.
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Es sind zwar bereits Zeitmesser bekannt, deren Gangregler auch nur
einen quer zur Schwingungsrichtung magnetisierten Permanentmagneten aufweist, bei
welchen jedoch dieser Permanentmagnet mit versetzt angeordneten Spulen derart zusammenwirkt,
daß die Flußverkettung zwischen dem Permanentmagneten und den einzelnen Spulen verschieden
ist. Dabei werden auch bei jedem Nulldurchgang des Gangordners durch seine Nullage
Stromimpulse in der Antriebsspule erzeugt, von welchen jedoch jeder zweite bremsend
wirkt, weil sich der Permanentmagnet bzw. dessen wirksamer Pol bei jedem Auftreten
eines Stromimpulses auf derselben Seite der Antriebsspule befindet. Bei anderen
ähnlichen Zeitmessern ist die Amplitude des Gangreglers derart bemessen, daß der
einzige Permanentmagnet nicht ganz über die Steuerspule schwingt, sondern nur von
einer Seite in dieselbe eintritt und nachher wieder ausschwingt. Dabei werden die
Steuer- und Antriebsimpulse jeweils in der Nähe des einen Umkehrpunktes der Schwingung
erzeugt, was sich auf den Isochronismus sehr nachteilig auswirkt.
Bei
einer weiteren vorbekannten Lösung ist ein in Schwingungsrichtung magnetisierter
Magnet auf einer Unruh angebracht, derart, daß zwei Pole desselben mit der Steuer-
und Antriebsspule zusammenwirken. Dabei treten Antriebsimpulse nur bei jedem zweiten
Nulldurchgang der Unruh auf. Um hierbei eine genügende Feldstärke in der Steuerspule
zu erzielen, ist aber die ganze Unruh als Magnet auszubilden, und es sind mitschwingende
Rückschlußscheiben aus Weicheisen anzubringen, was eine sehr umständliche und teure
Konstruktion bedingt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zur Symmetrierung der Antriebsimpulse
auf dem die Antriebs- und Steuerspule tragenden Kein einen Permanentmagneten anzubringen,
dessen Feld beim. Ein-oder Austreten einer Grenzzone zwischen mindestens zwei auf
dem Gangordner angebrachten Permanentmagneten einen Antriebsinipuls erzeugt, welcher
symmetrisch zu dem durch den Stromdurchgang durch die Antriebsspule erzeugten Antriebsimpuls
liegt. Diese Lösung ist mit großem Aufwand verbunden, denn es sind nicht nur auf
dem Gangordner mehrere teure Permanentmagneten anzuordnen, sondern auch auf dem
festen Kernsystem. Zur Erzielung derselben Wirkung wurden auch umständliche Verstärker
und Magnetsysteme auf dem Gangordner vorgeschlagen, um zwe ' i zum Nulldurchgang
symmetrische Antriebsinipulse zu erzeugen. Zwar ist es bei vielen dieser bereits
vorgeschlagenen Lösungen auch möglich, bei jedem Nulldurchgang einen Antriebsünpuls
zu erzeugen, doch gestattet die. Erfindung die Erzielung gleicher Effekte mit den
oben bezeichneten viel einfacheren Mitteln. Auch beim Erfindungsgegenstand wird
nämlich der auf dem Gangordner befestigte Permanentmagnet vor jedem Nulldurchgang
in den noch feldfreien Luftspalt des Kerns gezogen, und es genügt daher, gemäß der
Erfindung die elektromagnetischen Antriebsimpulse jeweils beim Austritt des Permanentmagneten
aus dem Luftspalt zu erteilen, um ebenfalls je zwei zum Nulldurchgang symmetrische
Antriebsimpulse und damit insgesamt eine im Zeitpunkt des Nulldurchgangs wirksame
Antriebskraft zu erhalten.
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-In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Uhr dargestellt, wobei die Zeichnung nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen
Teile zeigt.
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F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht dieser Teile und
F i g. 2 ein elektrisches Schaltschema der Uhr.
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Die in F i g. 1 perspektivisch dargestellte Uhr weist ein schwingfähiges
Organ auf, welches im Ausführungsbeispiel als - Unruh 1 ausgebildet
ist, deren Achse 2 einerseits in einer Platine 3 und anderseits in einer
an der Platine befestigten Brücke 4 gelagert igt. Eine Flachspirale 6 üblicher
Ausführung ist mit ihrem inneren Ende an einer auf der Achse 2 sitzenden Spiralrolle
7 und mit ihrem äußeren Ende mittels eines Spiralklötzchens 8 an der
Brücke 4 befestigt.
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Auf dem Kranz der JUnruh 1 ist ein kleiner permanenter Stabmagnet
9 befestigt. Neben der Unruh 1 ist ein Weicheisenkern 10 angeordnet,
welcher zwei getrennte Wicklungen 13 und 14 (F i g. 2) trägt. Der
Kein ist derart angeordnet, daß der Magnet 9 bei der Schwingung der Unruh
1 frei durch den Luftspalt des an der Platine befestigten Kerns
10 durchtreten kann. Die gegenseitige Lage des Kerns 10 und des Magneten
9 ist so gewählt, daß sich der Magnet 9 ganz und symmetrisch im Luftspalt
des Kerns 10 befindet, wenn die Unruh in ihrer Ruhelage steht. Diese gegenseitige
Lage der Teile ist in F i g. 1 dargestellt.
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Die Uhr weist ferner eine Gleichstroffiquelle 11
und einen elektronischen
Schalter, im vorliegenden Fall einen Transistor 12 auf.
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F i g. 2 zeigt das elektrische Schaltschema der in F i
g. 1 dargestellten Uhr. Die auf den Kein 10 gewickelte Spule
13 ist in den Kollektorstromkreis des Transistor 12 geschaltet, und der Emitter
des Transistors wird z. B. über einen an die Batterie 11 angeschlossenen,
geeignet dünensionierten Spannungsteiler aus den Widerständen 15 und
16 auf einem geeigneten Betriebspotential gehalten. Die Basis des Transistors
12 ist mit dem einen Ende der Wicklung 14 verbunden, deren anderes Ende über einen
Widerstand 17 und einen Kondensator 18 mit der einen Batterieklemine
verbunden ist.
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Das übersetzungsverhältnis und der Kopplungskoeffizient des durch
die Wicklungen 13 und 14 und den Kern 10 gebildeten Transformators
sind so gewählt, daß die dargestellte Schaltung grundsätzlich als Sperrschwinger
arbeitet. Das Ruhepotential der Basis gegenüber dem Emitterpotential ist jedoch
sö gewählt, daß der Sperrschwinger sich nicht selbsttätig erregt und auch ohne äußeren
Startimpuls nicht in schwingendem Zustand verbleibt.
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Wird jedoch die Unruh aus der in F i -. 1 dargestellten Ruhelage
ausgelenkt und dann freigegeben, so wird bei der ersten Annäherung des Magneten
9
an den Kern 10 in der Wicklung 14 eine Spannung in dem Sinne induziert,
daß der Transistor 12 gesperrt bleibt. Unmittelbar nach überschreitung der Gleichgewichtslage
der Unruh, d. h. bei beginnendem Austritt des Magneten 9 aus dem Luftspalt
des Kerns 10,
wird durch die einsetzende Abnahme des Flusses im Kein
10 eine entgegengesetzte Spannung induziert, durch welche der Transistor
12 leitend wird. Der in der Spule 13 einsetzende Strom unterstätit die Abnahine
des magnetischen Flusses im Kein 10, so daß durch die beschleunigte Abnahme
des magnetischen Flusses in der Spule 14 eine noch höhere Spannung ün gleichen Sinne
induziert wird, die wiederum einen Stromanstieg im Kollektorkreis des Transistors,
also in - der Spule 13 zur Folge hat. In der für Sperrschwinger üblichen
Weise geht diese Erhöhung des Stromflusses im Kollektorkreise weiter bis Sättigung
des Transistorstromes eintritt, wodurch nun die in der Spule 14 induzierte Spannung
und dadurch auch der Stromimpuls in der Spule 13 zusammenbricht. Der Sperrschwinger
wird also durch jeden in der Spule 14 induzierten Steuerimpuls zu einer einzigen
aperiodischen Relaxationsschwingung angeregt. Dabei kehrt die Flußrichtung iin Kein
10 kurz nach dem Einsatz des Kollektorstromes um. Dadurch wird der Magnet
9 nach überschreiten seiner Mittellage durch den erst jetzt auftretenden
erhöhten magnetischen Fluß im Kern 10 und in dessen Luftspalt vom Kern
10 weggestoßen und erhält somit einen Antriebsimpuls, welcher zur Aufrechterhaltung
der Unruhschwingung genügt. Beini nächsten Durchgang des Magneten spielen sich genau
dieselben Vorgänge ab, so daß also dem Magneten 9 nach jedem Durchgang durch
den Luftspalt des Kerns 10 ein Antriebsimpuls erteilt wird.
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Mittels der Unruhschwingung werden in an sich bekannter Weise die
Uhrzeiger angetrieben. Dieselben könnten auch durch einen Schrittschaltmotor angetrieben
werden, welcher z. B. von den im Kollektorkreis
des Transistors
auftretenden Stromimpulsen angetrieben würde. Zu diesem Zweck kann im Kein
10 ein geeigneter Luftspalt vorgesehen werden, in welchem ein Anker beweglich
angeordnet ist und bei jedem magnetischen Impuls angezogen wird und wobei der Anker
ein Schrittschaltwerk zum Antrieb der Uhrzeiger treibt. Es wäre auch möglich, die
in einer der dargestellten Schaltungen auftretenden elektrischen Impulse zur Synchronisierung
eines weiteren Sperrschwingers heranzuziehen, welcher seinerseits in der beschriebenen
Weise einen Antriebsmotor für die Uhrzeiger antreiben würde.
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Es wäre auch möglich, den oben beschriebenen Sperrschwinger so zu
dimensionieren, daß er mit einer etwas unterhalb der Drehschwingerfrequenz liegenden
Frequenz selbsterregt weiterschwingen kann und durch die z. B. in der Wicklung 14
induzierten elektrischen Impulse mit dem Drehschwinger synchronisiert wird.
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An Stelle eines Transistors könnte natürlich auch eine Elektronenröhre
verwendet werden, welche je-
doch den Nachteil mit sich bringt, einen Heizstrom
zu benötigen.
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Gegebenenfalls könnte der Kern 10 eine einzige Wicklung aufweisen,
welche über ein geeignetes Netzwerk sowohl die Steuerimpulse abgibt als auch die
Antriebsstromimpulse aufnimmt.