-
Elektromagnetisch kontaktlos gesteuerte Antriebsvorrichtung für den
Gangordner eines zeithaltenden Gerätes Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch
kontaktlos gesteuerte Antriebsvorrichtung für den Gangordner eines zeithaltenden
Gerätes, vorzugsweise einer tragbaren Uhr, mit einem elektronischen Verstärkerelement,
vorzugsweise einem Transistor, in dessen Eingangskreis eine Steuerspule und in dessen
Ausgangskreis eine Triebspule unter derartiger enger Kopplung miteinander liegen,
daß durch die Induktion des Steuerimpulses in der Steuerspule nach Art einer Sperrschwingerschaltung
nadelförmige Antriebsimpulsgruppen antreibend auf den Gangordner erzeugbar sind.
-
Es sind bereits Antriebsvorrichtungen der genannten Art bekannt, die
einen Selbstanlauf des Gangordners aus dem Stillstand ermöglichen. Bei einer bekannten
Schaltung ist eine induktive Rückkopplungsschaltung vorgesehen, zwischen deren Spulen
eine mit dem Gangordner in Verbindung stehende geschlitzte Scheibe so angeordnet
ist, daß sich in der Nullage des Gangordners eine enge Kopplung der Spulen ergibt.
Es entstehen auf diese Weise nach Art einer Sperrschwingerschaltung Impulsgruppen,
welche den Selbstanlauf und auch den weiteren Antrieb des Systems bewirken (deutsche
Auslegeschrift 1049 788). Bei dieser Vorrichtung ist nicht mit Sicherheit dafür
gesorgt, daß tatsächlich der Selbstanlauf bei vergrößerten Reibungen erfolgt bzw.
daß sich der Schlitz der vorgesehenen Scheibe bei Stillstand des Gangordners genau
in der Lage befindet, in welcher er die Kopplung der Spulen ermöglicht.
-
Es sind weiterhin selbsttätig anlaufende Systeme ohne Sperrschwingerschaltung
mit nur einer einzigen Spule auf der Unruh bekannt. Es handelt sich hier um Kippschaltungen,
durch welche unabhängig von der Bewegung des mechanischen Schwingers im Takt der
Eigenfrequenz des Schwingers Antriebsimpulse erzeugt werden, die nach dem Anlauf
des mechanischen Schwingers durch diesen synchronisiert werden. Die Schaltung arbeitet
aber stets als reine Kippschaltung, d. h., die erzeugten Impulse sind weitgehend
unabhängig von der Schwingeramplitude, weshalb eine Eigenstabilisierung der Schwingeramplitude
unter Umständen schwer erreichbar ist. Außerdem sind die bekannten Kippschaltungen
verhältnismäßig aufwendig, da sie zu ihrer Funktion mehrere Transistoren benötigen.
-
Bei einer weiteren bekannten Schaltung ist im Steuerkreis des Verstärkerelements
ein Kondensator vorgesehen, der zur Erzeugung einer Vorspannung über einen Widerstand
aufgeladen wird. Bei dieser Schaltung sind Vorkehrungen getroffen, um Rückkopplungsschwingungen
zu unterdrücken, so daß einen Selbstanlauf bewirkende Antriebsimpulsgruppen nicht
entstehen können.
-
Bei einer Motorschaltung mit benachbarten Spulen ist zur Erzeugung
eines starken Selbstanlaufmoments im Steuerkreis des vorgesehenen Transistors ein
über einen Widerstand aufgeladener Kondensator vorgesehen. Hier wird bei stillstehendem
Rotor ein Antriebsimpuls erzeugt, der mindestens bei einem Unruhsystem, bei welchem
der Anlauf gegen die Rückstellfeder erfolgen muß, einen Selbstanlauf nicht mit genügender
Sicherheit gewährleistet.
-
Bei einer weiteren bekannten Antriebsschaltung für einen mechanischen
Schwinger ist ein besonderer Zeitschaltkreis vorgesehen, welche einen elektronischen
Verstärker steuert, der mittels eines Transformators rückgekoppelt ist. Dieser Transformator
enthält einen vom Anker des Schwingers durchschwungenen Luftspalt. Bei stillstehendem
Anker werden Triebimpulse erzeugt, welche den Anker in Bewegung setzen, worauf durch
den Schwinger in den Spulen der Verstärkerschaltung Spannungsimpulse erzeugt werden,
welche den Zeitschaltkreis synchronisieren. Auch diese Schaltung besitzt das Verhalten
einer reinen Kippschaltung. Die Schaltung ist verhältnismäßig aufwendig. Die exakte
Arbeitsweise ist wesentlich von der exakten Bemessung aller Schaltelemente abhängig.
Im übrigen sind mehrere Spannungsquellen erforderlich, deren Spannungen ebenfalls
einen wesentlichen Einfluß auf den Impulseinsatz haben. Im Normalbetrieb erfolgt
hier im übrigen die Erzeugung des Antriebsimpulses durch Rückkopplung zwischen den
Spulen. Eine solche Rückkopplung ist für den Normalbetrieb unerwünscht,
da
der Schwingungseinsatz der Schaltung von verschiedenen Zufälligkeiten abhängt, so
daß die zeitliche Impulslänge nicht immer gleichbleibt.
-
Schließlich ist auch eine Antriebsschaltung für einen Drehschwinger
bekannt, bei welcher ein beim Anlauf im A-Betrieb arbeitender Verstärker vorgesehen
ist, der nach dem Anlauf auf B-Betrieb umgesteuert wird. Auch bei dieser Schaltung
wird nur ein einzelner Antriebsimpuls erzeugt, der nicht in jedem Fall mit genügender
Sicherheit den Selbstanlauf bewirkt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher bei einfachem Aufbau ein einwandfreier
Anlauf sichergestellt ist und nach erfolgtem Anlauf eine selbsttätige Umschaltung
auf eine für den Isochronismus günstige Betriebsweise erfolgt. Die Erfindung ist
gekennzeichnet durch die Verwendung derartiger Schaltelemente in der elektronischen
Verstärkerschaltung, daß auch bei stillstehendem Gangordner aus der Schaltung selbst
Startimpulse im Triebkreis erzeugbar sind, die einen Selbstanlauf des Systems ermöglichen,
jedoch derart abgewandelt, daß die als Impulsgruppen aus der Sperrschwingerschaltung
gebildeten Stariimpulsgruppen nur bei Stillstand und kleinen Amplituden von diesen
zusätzlichen Elementen ausgelöst werden, daß dagegen bei normaler Amplitude des
Gangordners die Antriebsimpulse ausschließlich durch die Induktion in der 'Steuerspule
von dem relativ bewegten Magnetsystem zur Wirkung kommen.
-
Auf diese Weise erfolgt mit Sicherheit aus dem Stillstand ein Selbstanlauf,
und zwar auch dann, wenn die im Stillstand erzeugten Stromimpulsgruppen eine verhältnismäßig
geringe Amplitude haben, da der Gangordner periodisch mit seiner eigenen Schwingungsperiode
angestoßen wird. Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die elektrische Schaltung der erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung, F i g. 2 die Anordnung der Steuer- und Triebspule im Luftspalt
der Magnete auf dem Schwinger, F i g. 3 a und 3 b die in der Triebspule auftretenden
Stromimpulse und die Kondensatorspannung im Stillstand des Gangordners, F i g. 4
die die Triebspule durchfließenden Stromimpulse bei kleiner Gangordneramplitude,
F i g. 5 a bis 5 d- die Schwingungsamplitude des Gangordners in Abhängigkeit von
der Zeit, die in der Steuerspule erzeugten Steuerspannungsimpulse, die in der Steuerspule
fließenden Stromimpulse und die in der Triebspule fließenden Stromimpulse.
-
In F i g. 1 ist mit L1 die Steuerspule bezeichnet, welche mit der
Triebspule L2 gekoppelt ist. Die beiden Spulen L1 und -L., liegen im Eingangs- und
Ausgangskreis des Transistors Tr, welcher den von der Spannungsquelle E gelieferten,
die Triebspule L, durchfließenden Strom steuert. Im Eingangskreis des Transistors
Tr ist in Reihe mit der Steuerspule L1 der Kondensator C vorgesehen, und es ist
die Basis des Transistors Tr über den hochohmigen Widerstand R mit dem negativen
Pol der Spannungsquelle E verbunden. Zwischen Basis- und Kollektorelektrode des
Transistors kann ein Kondensator CN vorgesehen sein, welcher eine Justierung ermöglicht.
-
Die beiden Spulen L1 und L2 sind gemäß F i g. 2 unmittelbar benachbart
angeordnet und liegen mit ihren aktiven Spulenseiten in der Ruhelage des Gangordners
in den Luftspalten zwischen den Permanentmagneten A1, A3 und Az, A4. Diese Permanentmagnete
sind an dem Gangordner befestigt und miteinander durch die Rückschlußplatten Bi
und B2 aus magnetisch leitendem Material verbunden.
-
Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung
ist folgende: Bei Stillstand des Gangordners wird der Kondensator C über den Widerstand
R derart aufgeladen, daß die Basis des Transistors Tr eine negative Vorspannung
solcher Größe erhält, daß der Transistor beim Auftreten der geringsten Steuerspannung
ausgesteuert wird. Durch die Kopplung der Spulen L1 und L2 erfolgt bei dieser Basisvorspannung
von selbst ein Anschwingen des aus dem Kondensator C und der Spule L1 bestehenden
Schwingungskreises im Eingangskreis des Transistors. Da der im Eingangskreis des
Transistors fließende Wechselstrom durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors
gleichgerichtet wird, wird der Kondensator aufgeladen, und zwar derart, daß die
Basis des Transistors eine positive Vorspannung erhält, wodurch die elektrischen
Schwingungen abreißen. In diesem Augenblick erfolgt über den Widerstand R wiederum
eine Umladung des Kondensators C, wodurch die Basis des Transistors wieder eine
negative Vorspannung erhält. Es werden somit in der Triebspule L, Stromimpulsgruppen
erzeugt, die voneinander einen bestimmten zeitlichen Abstand haben. Durch geeignete
Bemessung des Widerstandes R und des Kondensators C sowie der Kopplung der Spulen
L1 und L., läßt es sich erreichen, daß der zeitliche Abstand der in der Spule L2
erzeugten Impulsgruppen etwa gleich der Eigenschwingungsperiode des nicht dargestellten
Gangordners ist.
-
Die bei Stillstand des Gangordners in der Triebspule L2 auftretenden
Stromimpulse sind in F i g. 3 a grafisch dargestellt. F i g. 3 b zeigt die Spannung
an dem Kondensator C. Es ist darauf zu achten, daß die auftretenden Impulsgruppen
eine möglichst hohe Amplitude haben und nur kurze Zeit andauern, da sie sonst auf
den Gangordner auch eine bremsende Wirkung ausüben. Dies läßt sich durch eine geeignete
Bemessung des Kondensators C sowie durch GegenkoppIungsmittel, die möglichst frequenzabhängig
sein sollen, erreichen. Der Kapazitätswert des Kondensators C kann in weiten Grenzen
verändert werden, jedoch hat sich eine Kapazität von 4 Mikrofarad als zweckentsprechend
erwiesen.
-
Durch die in der Triebspule L2 auftretenden Stromimpulsgruppen wird
der Gangordner periodisch mit seiner Eigenfrequenz angestoßen, wodurch nunmehr in
der Steuerspule L1 zusätzliche Spannungsimpulse erzeugt werden, welche auf die Basis
des Transistors Tr einwirken. Der Gangordner übernimmt damit bei einer relativ kleinen
Amplitude die Auslösung der durch die Rückkopplungsschaltung erzeugten Impulsgruppen.
F i g. 4 zeigt die bei kleiner Amplitude des Gangordners auftretenden Impulse. Der
verwendete Gangordner trägt ein Permanentmagnetsystem mit zwei vom Magnetfluß durchsetzten
Luftspalten gemäß F i g. 2, welche in der Nullage des Gangordners die aktiven Leiter
der Spulen L1 und L2 aufnehmen. Es entsteht deshalb in einer Schwingungsrichtung
in der Nullage des Gangordners ein verhältnismäßig breiter Antriebsimpuls, während
in. der anderen Schwingungsrichtung symmetrisch zur Nullage zwei Impulse geringerer
Breite auftreten.
Durch die Spannungsimpulse, welche in der Steuerspule
L, durch den schwingenden Gangordner erzeugt werden, wird ebenfalls der Kondensator
C derart aufgeladen, daß nach Ausschwingen der Magneten aus dem Bereich der Spulen
die Basis des Transistors Tr eine immer stärker werdende Spannung in positiver Richtung
erhält. Die Höhe dieser Vorspannung ist von der Amplitude des Gangordners abhängig.
Durch diese Vorspannung werden die Rückkopplungsschwingungen unterdrückt, und es
arbeitet die Antriebsanordnung von einer bestimmten Vorspannung an bzw. von einer
bestimmten Gangordneramplitude an praktisch nur noch auf magnetomechanischem Weg,
d. h., es treten praktisch rechteckförmige Stromimpulse auf, die praktisch keine
Rückkopplungsschwingungen mehr enthalten. Mit zunehmender Amplitude nimmt die zugeführte
Energie ab. Dadurch ergibt sich eine Amplitudenstabilisierung in bestimmten Grenzen,
ohne daß überschüssige Energie vernichtet werden muß.
-
Die beschriebene Antriebsvorrichtung ist außer für Unruhschwinger
für Schwinger jeder anderen Art verwendbar. Sie ist ebenfalls verwendbar für den
Antrieb von elektronisch gesteuerten Motoren.