DE1423544A1 - Anordnung zum Betrieb von mechanischen Schwingern,insbesondere von Unruhen in Uhren - Google Patents

Description

Anordnung zum Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere

von Unruhen in Uhren.

Es ist allgemein bekannt, daß die Antriebsimpulse zur Aufrechterhaltung der Schwingweite von Unruhen bzw. Pendeln möglichst während des Durchschwingens der Unruhe bzw. des Pendels durch ihre Ifullage erfolgen sollen. Es läßt sich auch zeigen, daß unter Umständen der Antriebs impuls aus mehreren, sehr kurzen Impulsen pro Halbschwingung bestehen darf,, falls die Impulse symmetrisch zur Uullage des Schwingers erteilt werden. Bei elektrischen Uhren bereitet es meist große Schwierigkeiten, der oben erwähnten reglagetechnisch bedingten Forderung Rechnung zu tragen und gleichzeitig alle anderen technischen Erfordernisse, wie Gewinnung eines geeigneten Steuersignals, richtige Form der. Induktionsspannung usw. zu berücksichtigen. Die von Kontaktuhren her bekannten Unruh- bzw. Pendelmotoren sind nur in wenigen Fällen auf transistorgesteuerte Uhren ohne weiteres übertragbar. In der Praxis erweisen sie sich je nach Art des verwendeten Steuerprinzips sogar als ungeeignet.

Die heute allgemein bekannten Unruhmotoren verwenden in der Regel einen, oder mehrere kreiszylindrische Permanentmagnete zur Erzeugung eines konstanten elektromagnetischen Feldes, zu dem eine

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kreisförmige, dreieckförmige oder elliptische Spule Relativbewegungen auszuführen in der Lage ist. Bei bewegtem Schwinger wird in der Spule beim Dyrolaossig ehirek das elektromagnetische Feld eise Spannung iMusiesrt« Diese kann "bei Transistoren enthaltenden Uhren zur Steuerung der Antriebsimpulse Verwendung finden. Die von den bekannten Unruhmotoren gelieferten Spannungssignale erweisen sich jedoch in der Praxis für diese Anwendung als mehr oder weniger ungeeignet.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß z.B. die bekannte, auf der Unruhe befestigte Dreieckspule im Zusammenwirken mit den beiden zylindrischen Permanentmagneten ein Signal liefert, das zwar reglagetechnisch günstig ist, jedoch in seiner Gestalt nicht befriedigt, da wie aus dem Diagramm nach Figur 1 hervorgeht, das die induaierte Spannung U in Abhängigkeit von der Seit t darstellt, die Höcker 1 und 3 (bzw. 4 und 6) zu dem Hocker 2 (bzw. 5) im Verhältnis 1:2 stehen. Da der Steuermechaniemua für den Unruisaotor auf die Höcker 1, 3 und 5 anspricht, entsprechend der Polarität der Induktionsspannung, findet der Antriebsimpuls jeweils unter verschiedenen elektrischen Bedingungen statt. Dieser Umstand ist, wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, für die Gangstabilität von solchen Uhren sehr nachteilig.

Bei anderen Anordnungen treten ähnlich· Schwierigkeiten auf, tsw. liegt dai Steuersignal unsymmetrisch sur Nullag* ά·β Sckwi&g«rs.

Die·· Ausführungen vereegta «aller ttetafall·.

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Sie heute allgemein bekannten Unruhmotoren verwenden in der Hegel ein oder Mehrere kreiszylindrische Permanentmagnete zur Erzeugung eines konstanten elektromagnetischen Feldes, su dem «ine oder mehrere Spulen Relativbewegungen ausführen. So ist s.B· eine Anordnung bekannt geworden, die unter Verwendung von drei Spulen und drei symmetrisch angeordneten Magneten, die an sich zur Hullage symmetrische Signalspannungen erzeugt. Nachteilig für den Betrieb einer transistorgesteuerten oder elektronisch gesteuerten Uhr ist dabei die Vielzahl der entstehenden Signale die auSerdem, Aa die Geschwindigkeit des Schwingers sinusförmig ist, eine sinusförmige Amplitudenabhängigkeit aufweist. Damit sind also ron Signal zu Signal unterschiedliche physikalische Bedingungen rorhanden und für den Antrieb nicht optimal.

Ss sind auch Anordnungen mit zwei Spulen bekannt geworden, die die gleichen Nachteile aufweisen, wie oben beschrieben. Sine weitere Anordnung arbeitet zwar mit zu den Spulenschenkeln versetzten Magneten, verwendet aber wiederum zwei Spulen. Durch das Versetzen der Magnete wurde an sich eine Signalverbesserung im Sinne der Erfindung erzielt werden, jedoch entstehen durch die Benutzung der zwei Spulen verwendenden Anordnung wiederum eine Vielzahl von amplitudenabhingigen Spannungen, die zum Antrieb einer elektronischen Uhr nicht zweckmäßig sind.

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Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es, ein zur Nullage des Schwingers symmetrisches Signal zu erzeugen, .und zwar sowohl nach der Form als auch nach der Amplitude der Spannungen.

Außerdem solle eine dritte Bedingung erfüllt sein, und zwar soll der Flächeninhalt der induzierten Spannung bei einer Drehung in Linksrichtung des Schwingers genauso groß sein wie bei einer Drehung in Rechtsrichtung.

Damit soll erreicht werden, daß der Energieinhalt der Antriebsimpulse links- und rechtsdrehend gleich groß ist.

Außerdem war es Ziel der Erfindung, bei jeder Halbschwingung der Unruh möglichst wenige Impulse zu erzeugen.

Die Erfindung, die sich auf einen kontaktlos über eine elektronische Schaltung, vorzugsweise eine Transistorschaltung, gesteuerten mechanischen Schwinger als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, vorzugsweise als Unruh einer tragbaren Kleinuhr, mit Steuer- und Triebspannung in einem Spulensystem, vorzugsweise in einer mit der Unruh schwingenden Spule, durch Relativbewegung des Spulensystems gegenüber Magnetfelderzeugern, vorzugsweise Permanentmagneten, wobei kurz vor der Nullage des Schwingers in einer aktiven Spulenseite, in der Nullage in JBwei aktiven Spulenseiten, kurz nach der Nullage wieder nur in der einen aktiven Spulenseite jeweils eine Impulsspannung als Steuerspannung der elektrischen Schaltung erzeugt wird, und zwar bei jeder Halbechwingung des mechanischen Schwingers,

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vorzugsweise der Unruh, und mit einer derartigen elektrischen Schaltung und Anordnung des den Schwinger antreibenden Systems, daß bei jeder Halbschwingung mindestens eine der entstehenden Impulsspannungen, vorzugsweise in der einen Halbschwingung, der Impulsein der Nullage, in der anderen Halbschwingung zwei Impulse symmetrisch zur Nullage als Triebimpulse ausgenützt werden, bezieht, sieht vor, daß der geometrische Verlauf der aktiven Spulenseiten bei der Relativbewegung zu der Form der Magnete bzw. zu der Form der Verkettungsfläche der Magnetfelderzeuger, vorzugsweise der Permanentmagnetpole, so gewählt ist, daß das für die Größe der erzeugten Impulsepannungsteile maßgebende Produkt aus Verkettungsfläche, Windungszahl und Geschwindigkeit unabhängig von der Anzahl der jeweils durchsetzten Spulenschenkel ist, derart, daß mindestens die als Triebimpulse ausgenutzten Impulse gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte der induzierten Spannung aufweisen.

Sie Anordnung gemäß der Erfindung vermeidet nun diese Nachteile, indem sie von dem Gedanken ausgeht, dem Unruh- bzw. Pendelmotor eine ganz spezielle Form zu geben. Elektrotechnisch gesehen besüit die Forderung darin, daß die Hooker 1, 3 und 5 gleiche Größen aufweisen müssen, um einen gut arbeitenden Unruhmotor zu erhalten.

Mit Permanentmagneten üblicher Art (z.B. mit kreiszylindrischen Abmessungen) und den bisher verwendeten Spulen ist dies nicht möglioh. Zum besseren Verständnis dieser These sei zunäohst das

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Entstehen des in dem Diagramm nach Figur 1 dargestellten Signals mit einBr normalen, zweischenkeligen !Flachspule im Zusammen- wirken mit zwei kreiszylinclriselieB, Meisten erklärt.

Wird die als senkrecht zu den Feldern der Magnete A und B und um 0 drehbar gedachte Spule Sp über den beiden Magneten in der "Zeichenebene von links nach rechts bewegt, so wird zunächst beim Überstreichen des Magneten A (Nordpol) durch den Holm H^ der Höcker 1 induziert. Kurze Zeit später stehen die beiden Holme H- und Hg über den beiden Magneten A und B, wodurch der Höcker 2 induziert wird, der naturgemäß doppelt so groß ist wie der Höcker 1, da der magnetische Fluß durch die Spule jetzt doppelt so stark ist. Die Spule bewegt sich nun weiter und es überstreicht der Holm H- den Magnet B (Südpol), wodurch der Hocker 3 induziert wird.

Schwingt die Spule in der entgegengesetzten Richtung, das ist in der Zeichenebene von rechts naeh links, so weist das Signal infolge der !Richtungsänderung die umgekehrte Polarität auf; es entstehen sinngemäß die Höcker 4,5 und 6.

Di· Erfindung vermeidet nun die Spannungsunterschiedlichkeit der Höcker bei Anordnungen zum Betrieb vor. mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen in Uhren, mit von wenigstens einer Spule ausführbaren, relativ zu, von vorzugsweise durch Permanentmagnei* erzeugten, elektromagnetischen Feldern erfol-

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genden Schwingungen, dadurch, daß Bindestens ein Teil der magnetisch wirksamen Spulenschenkel nicht radial zur Drehachse des mechanischen Schwingers verlaufen und daS die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (vorzugsweise Permanentmagnete) derart angeordnet sind, dafl, unabhängig von der Anzahl der während des Schwingvorganges jeweils rom elektromagnetischen Feld durchsetzten Spulenschenkel, die in dieser Spule induzierte Spannung gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, da8 bei vorgegebener Anordnung der Spuleaschenkel die Anordnung der die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente derart erfolgt, dai das Vektorprodukt aus magnetischem Kraftflufi der Spulen und der mittleren Geschwindigkeit der Spulenschenkel konstant oder doch nahezu konstant ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform besitzt die Antriebsapule, die als FlaohspLe ausgebildet und auf der Unruhe befestigt ist, Reohtecksform, während die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (Permanentmagnete) nicht kreisförmigen Quer-

schnitt - vorzugsweise längliche bzw. ovale Form - besitzen. In Abänderung dieser Ausführung kann jedes der die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente auch aus mehreren kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Permanentmagneten bestehen.

Durch die Erfindung wird bewirkt, dafl Spulensohenkel und Permanentmagnete zur Svmmetrleaohse OP bestimmte Winkel elnsohliessen, der magnetische Flut duroh die Spule gleiche Grolle aufweist,

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unabhängig davon, ob ein bew. mehrere Magnete der Anordnung sich gerade zentrisch unter den Schenkeln der Spule befinden.

Es ist demnach dafür Sorge getragen, daß je nach dem, ob ein oder beide Schenkel vom Feld der Permanentmagnete erfaßt werden, die von magnetischen Fluß durchflutete Fläche der Spulenschenkel gleich groß oder annähernd gleich groß ist (gleiche Permanentmagnete und gleiche Feldstärke in diesem Beispiel vorausgesetzt). Ist dies der Fall, so sind die induzierten Spannungen und die einzelnen Spannungshöcker von gleicher Größe.

Die Erfindung, die insbesondere die Herstellung von Transistorarmbanduhren ermöglichen soll, wird anhand des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert«

M und M' seien die "magnetischen Schwerpunkte" der Schenkel der Spule Sp, die in der skizzierten Lage mit den magnetischen Schwerpunkten der gemäß der Erfindung ausgestatteten Magnete A und B zusammenfallen, deren Abstand vom Drehpunkt 0 mitg bezeichnet ist. R und T sind die Strahlen vom Drehpunkt 0 durch M und M¹ und (C der von den Strahlen R und T eingeschlossenen Winkel. Der Abstand r dei beiden Punkte M und M¹ ist so gewählt, daß bei Drehung der Spule um den Winkel (in der Zeichnung ist die Spule nach der Drehung um den Winkel«4 strichpunktiert eingetragen) Jeweils der zugehörige Spulenschenkel deckungsgleich mit dem Permanentmagnet ist. Dabei erfaßt der Schenkel etwa die doppelte Magnetfläche als in der skiezierten lage dargestellt ist. Somit ist auch der magnetische Fluß durch den Schenkel doppelt so groß wie in der skieeierten Lage. Da der Fluß durch den anderen

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Schenkel jedoch 0 ist, ist der Gesamtfluß durch die Spule in beiden Längen derselbe und daher auch die induzierte Spannung •vom gleichen Wert.

Selbstverständlich läßt sich der gleiche Effekt auch mit anderen Spulenformen realisieren, deren Schenkel nicht radial verlaufen, z.B. durch Trapezspulen, Parallelogramme usw.t es genügt unter Umständen, wenn nur ein Teil des Spulenschenkels nicht radial verläuft. Biese Formen sind jedoch fertigungstechnisch schwer zu realisieren. Ebenso brauchen die Permanentmagnete nicht aus einem Stück zu bestehen, sondern können, wie auch bereits oben dargestellt, aus mehreren Magneten anderer Form, die in diesem Pail auch kreisförmigen Querschnitt haben können, zusammengesetzt sein und der jeweils gegebenen Spulenform, zumindestens in ihrer Anordnung, angepaßt sein.

6 Patentansprüche

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Claims (6)

- 10 - U23544 Neue Patentansprüche

1. Kontaktlos über jsine elektronische Schaltung, vorzugsweise eine Transistorschaltung, gesteuerter mechanischer Schwinger als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, vorzugsweise als Unruh einer tragbaren Kleinuhr, mit Steuer- und Triebspannung in einem Spulensystem, vorzugsweise in einer mit der Unruh schwingenden Spule, durch Relativbewegung des Spulensystems gegenüber Magnetfelderzeugern, vorzugsweise Permanentmagneten, wobei kurz vor der Nullage des Schwingers in einer aktiven Spulenseite, in der Fullage in zwei aktiven Spulenseiten, kurz nach der Nullage wieder nur in der einen aktiven Spulenseite jeweils eine Impulsspannung als Steuerspannung der elektrischen Sehaltimg erzeugt wird, und zwar bei j«*der Halbsehwingung des mechanischen Sohwingers, vorzugsweise der Unruh, und mit einer derartigen elektrischen Schaltung und Anordnung des den Schwinger antreibenden Systems, daß bei jeder Halbsehwingung mindestens sine der entstehenden Impulsepannungen, vorzugsweise in der einen Halbsehwingung, der Impuls in der Nullage, in der anderen Halbsehwingung zwei Impulse symmetrisch zur Nullage als Triebimpulse ausgenützt werden, dadurch gekennzeichnet , daß der geometrische Verlauf der aktiven Spuleneeiten bei der Relativbewegung zu der Form der Magnete buw. zu der Form der Verkettungsfläehe dar Magnetfelderzeuger, vorzugsweise der Permanentmagnetpol®, so gawählt ist, daß das für die Größe der erzeugten Xapuleepanmmgst@ile maSgebende Produkt aus Verkettungefläoh®, Windtmges#"i, und

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unabhängig τοη der Anzahl der jeweils durchsetzten Spulenachenkel ist, derart, daß mindestens die als Triebimpulse ausgenutzten Impulse gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte,da· induzierten Spannung aufweisen.

2. Gangordnerschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Spulenschenkel.mindestens teilweise einen vom Radialverlauf abweichenden Verlauf besitzen, desgleichen dl· Polfläohe der Magnetfelderzeuger.

3. Gangordnerschwinger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule als Antriebsspule flach ausgebildet und auf der Unruh befestigt ist.

4. Gangordnerschwinger nach wenigstens einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, dal die Antriebsspule Rechteckform besitzt.

5. Gangordnerschwinger naohwenigstens einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (Permanentmagnete) vom Radialverlauf abweichende, längliche bzw. ovale Querschnitte haben.

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6. Gangordnerschwinger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß .jedes der die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente aus mindestens zwei, z.B. kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Permanentmagneten besteht»

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