DE1266236B

DE1266236B - Anordnung zum Antrieb von mechanischen Schwingungssystemen

Info

Publication number: DE1266236B
Application number: DE1960S0067581
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Henker; Dipl-Phys Dr Guenther Kesel; Dipl-Phys Alfred Ottmann; Dipl-Ing Edgar Schoeninger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-03-15
Filing date: 1960-03-15
Publication date: 1968-04-11
Also published as: CH203661A4; GB926511A; CH368100A

Description

Anordnung zum Antrieb von mechanischen Schwingungssystemen Es ist bereits bekannt, den Antrieb für elektrische bzw. elektronische Uhren mit Kontakten oder mit Transistoren zu bewerkstelligen. Solchen Antriebsanordnungen sind jedoch gewisse Nachteile eigen, wie z. B. der Verbrauch der Kontakte durch Abbrand oder mechanische Abnutzung. Die Verwendung von Transistoren erweist sich durch die erforderlichen umfangreichen Schaltungsmaßnahmen als relativ teuer und daher nur bedingt einsatzfähig.
So ist z. B. eine Anordnung zum Antrieb von mechanischen Schwingern bekanntgeworden, welche aus einer zwei Transistoren enthaltenden Kippschaltung besteht, in der die Kollektoren wechselartig auf die Basen der Transistoren rückgekoppelt sind. In die Kollektorleitung eines Transistors ist dabei die Steuerspule, die zugleich Triebspule ist, eingeschaltet.
In einer solchen Anordnung werden komplementäre Transistoren verwendet, d. h., ein Transistor ist vom pnp-Typ, während der andere vom npn-Typ ist.
Da die Transistoren in ihrem Schaltverhalten übereinstimmen müssen, treten dabei für komplementäre Transistoren Forderungen hinsichtlich der Auswahl auf; diese Forderungen sind nicht ohne weiteres für jedes Einzelexemplar erfüllt. Damit wird eine derartige Antriebsanordnung hinsichtlich der Halbleiterbauelemente aufwendig.
Des weiteren tritt bei einer derartigen Anordnung reglagetechnisch ein Nachteil auf.
Die Kippanordnung wird nämlich durch eine Flanke des in der Steuerspule induzierten Steuerimpulses angestoßen. Der Ablauf des Kippvorgangs wird dann nur noch durch die zeitbestimmenden Glieder der Kippanordnung bestimmt. Der Steuerimpuls hat darauf keinen Einfluß mehr. Das bedeutet, daß die durch die Schwingungsweite des mechanisehen Schwingers bestimmte Steuerimpulsform den Steuervorgang nicht mehr beeinflussen kann.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, Antriebsanordnungen für mechanische Schwingungssysteme, insbesondere für elektrische oder elektronische Uhren zu schaffen, bei denen einerseits Bauelemente, die einem Verschleiß unterliegen, vennieden sind und andererseits Schaltungen ermöglichen, die nur einen geringen Aufwand an Schaltelementen erfordern, insbesondere geringe Anforderungen an die einzuhaltenden Toleranzen der elektronischen Bauelemente stellen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen oder Pendeln von Uhren mittels eines elektrischen Antriebskreises und eines durch Kopplung mit dem mechanischen Schwinger diesen Antriebskreis steuernden elektrischen Steuerkreises, in der Antriebskreis und Steuerkreis identisch sind und mindestens eine Tunneldiode als steuerndes Element und eine gleichzeitig als Antriebselement und als Koppelelement zwischen dem elektrischen Kreis und dem mechanischen Schwinger liegende Spule enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei je eine Spannungsquelle und eine Tunneldiode enthaltende Stromkreise elektrisch in Gegentakt geschaltet sind und auf die gleiche Antriebsspulen arbeiten.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein Transistor mit einem ihm zugehörigen Steuerkreis, welcher neben einer Steuerspule ein zeitverzögerndes Glied, z. B. RC-Glied, enthält, vorgesehen ist, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors in den Antriebsstromkreis gelegt ist, so daß während der Impulspausen der Ruhestrom der Tunneldiode abgeschaltet ist.
Die Antriebsspule ist dabei auf dem mechanischen Schwingungssystem angeordnet und führt relativ zu elektromagnetische Felder erzeugenden Elementen, vorzugsweise Permanentmagneten, Bewegungen aus. Andererseits kann die Antriebsspule fest angeordnet sein, und die elektromagnetische Felder erzeugenden Elemente führen Schwingungen gegenüber der Spule aus.
Zum Verständnis eines Uhrenantriebs, wie ihn die Erfindung vorsieht, sei die Arbeitsweise der Tunneldiode an Hand des in F i g. 1 dargestellten Diagramms erläutert, das die Strom-Spannungs-Charakteristik einer solchen Diode im Durchlaßbereich darstellt. Beim Anlegen einer Spannung an die Klemmen der Tunneldiode fließt mit fortschreitender Erhöhung dieser Spannung zunächst ein kräftiger Strom (vgl. Ast A-B), der bei etwa 50 mV einen Maximalwert B an nimmt, dann rasch wieder absinkt (vgl. Ast B-C) und im Bereich von etwa 100 bis 300 mV einen Minimalwert C besitzt. Von diesem Wert C an weist die Tunneldiode den üblichen, beispielsweise von Germaniumdioden her bekannten Verlauf in Durchlaßrichtung (vgl. AstC-D) auf.
An Hand einer an sich bekannten Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 wird die Funktion dieses Steuerelementes für den Antrieb von elektrischen Uhren erläutert. Wie aus der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 hervorgeht, enthält der Antriebskreis einer solchen Uhr außer der Batterie B und der Antriebsspule S nur noch die Tunneldiode T. Die Antriebsspule S, die als Koppelglied die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische besorgt, ist in bekannter Weise auf dem Schwingorgan befestigt und wirkt mit feststehenden Permanentmagneten zusammen. Ebenso ist eine Anordnung möglich, bei der die Spule fest angeordnet ist und die Magnete in an sich bekannter Weise beweglich montiert sind.
Durch die Relativbewegung zwischen der Spule S und dem in der Zeichnung nicht dargestellten Permanentmagneten wird in der Spule S eine Spannung induziert, die zur Steuerung der Tunneldiode T Verwendung findet. Der Vorgang verläuft dabei wie folgt: Beim Eintauchen der Antriebsspule S in das Magnetfeld der nicht dargestellten Permanentmagnete wird die von der Batterie B gelieferte, an der Tunneldiode T liegende Spannung, die die Größe der Minimalspannung der Tunneldiode besitzen soll, infolge der induzierten elektromagnetischen Kraft verkleinert. Dadurch wird, wie ebenfalls aus dem Diagramm nach F ig. 1 erkennbar, der Stromfluß durch die Tunneldiode T vergrößert, der schließlich im Punkt B seinen Maximalwert erreicht. Dieser Strom erzeugt nach der Lentzschen Regel einen die kinetische Energie des Antriebsmechanismus vergrößernden Impuls, der demnach als Antriebsmechanismus zu bewerten ist. Dieser Impuls kann sich naturgemäß auch aus einer Reihe von Impulsen zusammensetzen. Verläßt nun die Spule das magnetische Feld, so verschwindet die induzierte elektromotorische Kraft, die Spannung im Kreis erhöht sich, und die Diodencharakteristik wird dabei von Punkt B nach Punkt C durchlaufen. Da der Strom im Antriebskreis sehr kleine Werte annimmt, kann das Schwingorgan, z. B. die Unruh einer Uhr, den Rest der Periode als praktisch freie Schwingung ausführen.
Bei der zweiten Halbperiode der Schwingungen erfolgt der Durchgang der Spule durch das Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung. Es wird naturgemäß die elektromotorische Kraft in entgegengesetzter Richtung induziert. Da aber das Minimum der Tunneldiode sehr breit ausgeprägt ist, kommt ein Stromfluß im Antriebsstromkreis infolge der geringen Spannungserhöhung nicht zustande. Es wird also kein die Bewegung des Pendels hemmender Stromimpuls ausgelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt.
In der Praxis erweist es sich als vorteilhaft, daß sowohl beim links- als auch beim rechtsseitigen Durchgang des Schwingorgans durch die Nullage ein Antriebsimpuls ausgelöst wird.
Die hier dargestellte Gegentaktschaltung wät den Tunneldioden T, und T2 versorgt die Spule S.
Die in den Gegentaktkreisen angeordneten Spannungsquellen Bi und B, und die Tunneldioden T, und T, sind derart angeordnet, daß jeweils entgegengesetzte Polarität der Dioden und SpannungsqueUen vorhanden ist. Die Anordnung liefert nun in beiden Schwingungsrichtungen des Schwingorgans einen Antriebsimpuls, in dem beim Linksdurchgang durch die Nullage der eine Kreis und beim Rechtsdurchgang der andere Kreis die Stromversorgung für die Antriebsspule übemimmt.
Zur Vermeidung des unerwünschten Diodenreststromes sieht eine Variante der Erfindung vor, wie sie als Ausführungsbeispiel in F i g. 4 dargestellt ist einen Transistor V während der Tastpausen zur Ab- schaltung der Tunneldiode von der Batteriespannung zu verwenden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese durch die Emitter-Kollektor-Strecke des in degi Antriebsstromkreis gelegten Transistors Y erreicht. Zur Aussteuerung des Transistors Y ist eine msätzliche Spule St vorgesehen, welche den Transistor Y während des Nulldurchganges des Pendels durchschaltet und die Tunneldiode an die volle Batteriespannung legt. Zur Erzielung eines genügend langen Steuerimpulses für den Transistor Y ist weiterhin ein Verzögerungsglied, z. B. in Form des in der Anordnung nach F i g. 4 dargestellten RC-Gliedes RC, vorgesehen.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zum Antrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen oder Pendeln von Uhren mittels eines elektrischen An triebskreises und eines durch Kopplung mit dem mechanischen Schwinger diesen Antriebskre steuernden elektrischen Steuerkreises, in der An- triebskreis und Steuerkreis identisch sind und mindestens eine Tunneldiode als steuerndes Element und eine gleichzeitig als Antriebselement und als Koppelelement zwischen dem elektrischen Kreis und dem mechanischen Schwinger dienende Spule enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwei je eine Spannungsquelle und eine Tunneldiode enthaltende Stromkreise elektrisch im Gegentakt geschaltet sind und auf die gleiche Antriebsspule arbeiten.
2. Anordnung zum Antrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen oder Pendeln von Uhren mittels eines elektrischen An- triebskreises und eines durch Kopplung mit dem mechanischen Schwinger diesen Antriebskreis steuernden elektrischen Steuerkreises, in der Antriebskreis und Steuerkreis identisch sind und mindestens eine Tunneldiode als steuerndes El&-ment und eine gleichzeitig als Antriebselement und als Koppelelement zwischen dem elektrischen Kreis und dem mechanischen Schwinger dienende Spule enthält, dadurch gekennzeichnet daß ein Transistor mit einem ihm zugehörenden Steuerkreis, welcher neben einer Steuerspule ein zeitverzögerndes Glied, z. B. RC-Glied, enthält, vorgesehen ist, wobei die Kollektor-Emitter-Streckt des Transistors in den Antriebsstromkreis gelegt ist, so daß während der Impulspausen der Ruhestrom der Tunneldiode abgeschaltet ist. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule auf dem mechanischen Schwingungssystem angeordnet ist und Relativbewegungen gegenüber elektromagnetische Felder erzeugenden Elementen, vorzugsweise Permanentmagneten, auszuführen in der Lage ist. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule fest angeordnet ist, gegenüber der elektromagnetische Felder erzeugende Elemente, vorzugsweise Permanentmagnete, Schwingungen auszuführen in der Lage sind. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Tunneldiode liegende Spannung gleich der Minimalspannung der Tunneldiode (Punkt C) gewählt ist. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Antriebsstromkreis mehrere in Serie geschaltete Tunneldioden Verwendung finden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1072 203; schweizerische Patentschriften Nr. 337 147, 337 794; französische Patentschriften Nr. 1090 564, 1092 411, 1147 598, 1219 452; USA.-Patentschrift Nr. 2 574 136; »The Physical Review«, 1958, H. 2, S. 603/604; »Radio-Mentor«, 1960, H. 1, S. 033/034; »Electronics«, Nr. 45 vom 6. November 1959, S. 54 bis 57; Nr. 48 vom 29. November 1959, S. 60 bis 64; »Bell Journal«, Juni 1959, S. 223 bis 226; »Annales Frangaises de Chronometric«, November 1953, S. 117 bis 124.