DE1423544B2 - Anordnung zum betrieb von mechanischen schwingern insbeson dere von unruhen in uhren - Google Patents

Description

1 2

Es ist allgemein bekannt, daß die Antriebsimpulse mit sind also von Signal zu Signal unterschiedliche

zur Aufrechterhaltung der Schwingweite von Unruhen physikalische Bedingungen vorhanden und für den

bzw. Pendeln möglichst während des Durchschwin- Antrieb nicht optimal.

gens der Unruh bzw. des Pendels durch ihre Nullage Es sind auch Anordnungen mit zwei Spulen beerfolgen sollen. Es läßt sich auch zeigen, daß unter 5 kanntgeworden, die die gleichen Nachteile aufweisen, Umständen der Antriebsimpuls aus mehreren, sehr wie oben beschrieben. Eine weitere Anordnung arkurzen Impulsen pro Halbschwingung bestehen darf, beitet zwar mit zu den Spulenschenkeln versetzten falls die Impulse symmetrisch zur Nullage des Magneten, verwendet aber wiederum zwei Spulen. Schwingers erteilt werden. Bei elektrischen Uhren Durch das Versetzen der Magnete würde an sich eine bereitet es meist große Schwierigkeiten, der obener- io Signalverbesserung im Sinne der Erfindung erzielt wähnten Forderung Rechnung zu tragen und gleich- werden, jedoch entstehen durch die Benutzung der zeitig alle anderen technischen Erfordernisse, wie Ge- zwei Spulen verwendenden Anordnung wiederum winnung eines geeigneten Steuersignals, richtige eine Vielzahl von amplitudenabhängigen Span-Form der Induktionsspannung usw. zu berücksich- nungen, die zum Antrieb einer elektronischen Uhr tigen. Die von Kontaktuhren her bekannten Unruh- 15 nicht zweckmäßig sind.

bzw. Pendelmotoren sind nur in wenigen Fällen auf Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist

transistorgesteuerte Uhren ohne weiteres übertragbar. es, ein zur Nullage des Schwingers symmetrisches

In der Praxis erweisen sie sich je nach Art des ver- Signal zu erzeugen, und zwar sowohl nach der Form

wendeten Steuerprinzips sogar als ungeeignet. als auch nach der Amplitude der Spannungen.

Die heute allgemein bekannten Unruhmotoren ver- 20 Außerdem soll eine dritte Bedingung erfüllt sein,

wenden in der Regel einen oder mehrere kreiszylin- und zwar soll der Flächeninhalt der induzierten

drische Permanentmagnete zur Erzeugung eines Icon- Spannung bei einer Drehung in Linksrichtung des

stanten magnetischen Feldes, zu dem eine kreis- Schwingers genauso groß seih wie bei einer Drehung

förmige, dreieckförmige oder elliptische Spule ReIa- in Rechtsrichtung.

tivbewegungen auszuführen in der Lage ist. Bei be- 25 Damit soll erreicht werden, daß der Energieinhält

wegtem Schwinger wird in der Spule beim Durch- der Antriebsimpulse links- und rechtsdrehend gleich

gang durch das elektromagnetische Feld eine Span- groß ist.

nung induziert. Diese kann bei Transistoren enthal- Außerdem war es Ziel der Erfindung, bei jeder

tenden Uhren zur, Steuerung der Antriebsimpulse Halbschwingung der Unruh möglichst wenige Im-

Verwendung finden. Die von den bekannten Unruh- 30 pulse zu erzeugen.

motoren gelieferten Spannungssignale erweisen sich Die Erfindung, die sich auf einen kontaktlos über jedoch in der Praxis für diese Anwendung als mehr eine elektronische Schaltung, vorzugsweise eine Tranoder weniger ungeeignet. sistorschaltung, gesteuerten mechanischen Schwinger

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gez. B. die bekannte, auf der Unruh befestigte Drei- 35 rätes, vorzugsweise als Unruh einer tragbaren Kleineckspule im Zusammenwirken mit den beiden zylin- uhr, mit Steuer- und Triebspannung in einem Spulendrischen Permanentmagneten ein Signal liefert, das system, vorzugsweise in einer mit der Unruh schwinzwar reglagetechnisch günstig ist, jedoch in seiner genden Spule, durch Relativbewegung des Spulen-Gestalt nicht befriedigt, da wie aus dem Diagramm systems gegenüber Magnetfelderzeugern, vorzugsnach F i g. 1 hervorgeht, das die induzierte Span- 4° weise Permanentmagneten, wobei kurz vor der nung U in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt, Nullage des Schwingers in.einer aktiven Spulenseite, die Hocker 1 und 3 (bzw. 4 und 6) zu dem Hocker 2 in der Nullage in zwei aktiven Spulenseiten, kurz (bzw. 5) im Verhältnis 1 :2 stehen. Da der Steuer- nach der Nullage wieder nur in der einen aktiven mechanismus für den Unruhmotor auf die Hocker Spulenseite jeweils eine Impulsspannung als Steuer-1, 3 und 5 anspricht, entsprechend der Polarität der 45 spannung der elektrischen Schaltung erzeugt wird, Induktionsspannung, findet der Antriebsimpuls je- und zwar bei jeder Halbschwingung des mechaweils unter verschiedenen elektrischen Bedingungen nischen Schwingers, und mit einer derartigen elekstatt. Dieser Umstand ist, wie der Erfindung zugrunde frischen Schaltung und Anordnung des den Schwinger liegende Untersuchungen gezeigt haben, für die Gang- antreibenden Systems, daß bei jeder Halbschwingung Stabilität von solchen Uhren sehr nachteilig. 50 mindestens eine der entstehenden Impulsspannungen,

Bei anderen Anordnungen treten ähnliche Schwie- vorzugsweise in der einen Halbschwingung, der Im-

rigkeiten auf, bzw. liegt das Steuersignal unsymme- puls in der Nullage, in der anderen Halbschwingung

trisch zur Nullage des Schwingers. Diese Ausfüh- zwei Impulse symmetrisch zur Nullage als Triebim-

rungen versagen daher ebenfalls. pulse ausgenützt werden, bezieht, sieht vor, daß der

Die heute allgemein bekannten Unruhmotoren ver- 55 geometrische Verlauf der aktiven Spulenseiten bei wenden in der Regel ein oder mehrere kreiszylin- der Relativbewegung zu der Form der Magnete bzw. drische Permanentmagnete zur Erzeugung eines kon- zu der Form der Verkettungsfläche der Magnetfeldstanten magnetischen Feldes, zu dem eine oder erzeuger, vorzugsweise der Permanentmagnetpole, so mehrere Spulen Relativbewegungen ausführen. So ist gewählt ist, daß das für die Größe der in der Steuerz. B. eine Anordnung bekanntgeworden, die unter 60 spule erzeugten Impulsspannungsteile maßgebende Verwendung von drei Spulen und drei symmetrisch Produkt aus Verkettungsfläche, Windungszahl und angeordneten Magneten, die an sich zur Nullage Geschwindigkeit unabhängig von der Anzahl der symmetrische Signalspannungen erzeugt. Nach- jeweils vom Magnetfluß durchsetzten Spulenschenkel teilig für den Betrieb einer transistorgesteuerten oder ist, derart, daß mindestens die Steuerimpulse, die elektronisch gesteuerten Uhr ist dabei die Vielzahl 65 Triebimpulse bewirken, gleiche oder nahezu gleiche der entstellenden Signale, die außerdem, da die Ge- Spitzenwerte der induzierten Spannung aufweisen,
schwindigkeit des Schwingers sinusförmig ist, eine Die Anordnung gemäß der Erfindung vermeidet sinusförmige Amplitudenabhängigkeit aufweist. Da- die genannten Nachteile, indem sie von dem Ge-

danken ausgeht, dem Unruh- bzw. Pendelmotor eine ganz spezielle Form zu geben. Elektrotechnisch gesehen besteht die Forderung darin, daß die Hocker 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 möglich. Zum besseren Verständnis dieser These sei zunächst das Entstehen des in dem Diagramm nach Fig. 1 dargestellten Sinais mit einer normalen, zweischenkeligen Flachspule im Zusammenwirken mit zwei kreiszylindrischen Magneten erklärt.

Wird die als senkrecht zu den Feldern der Magnete A und B und um O 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 Strang H₂ der Hocker 1 induziert. Kurze Zeit später stehen die beiden Stränge H₁ und H₂ über den beiden Magneten A und B, wodurch der Hocker 2 induziert . wird, 'der naturgemäß doppelt so groß ist wie der ' Hocker 1, da der magnetische Fluß durch die Spule jetzt doppelt so stark ist. Die Spule bewegt sich nun weiter und es überstreicht der Strang H₁ den Magnet B (Südpol), wodurch der Hocker 3 induziert wird.

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

Die Erfindung vermeidet nun die Spannungsunterschiedlichkeit der Hocker bei Anordnungen zum Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen in Uhren, mit von wenigstens einer Spule ausführbaren, relativ zu, von vorzugsweise durch Permanentmagnete erzeugten, elektromagnetischen Feldern erfolgenden Schwingungen, dadurch, daß mindestens ein Teil der magnetisch wirksamen Spulenschenkel nicht radial zur Drehachse des mechanischen Schwingers verlaufen und daß die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (vorzugs- ) weise Permanentmagnete) derart angeordnet sind, daß, unabhängig von der Anzahl der während des Schwingvorganges jeweils vom elektromagnetischen Feld durchsetzten Spulenschenkel, die in dieser Spule induzierte Spannung gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, daß bei vorgegebener Anordnung der Spulenschenkel die Anordnung der die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente derart erfolgt, daß das Vektorprodukt aus magnetischem Kraftfluß der Spulen und der mittleren Geschwindigkeit der Spulenschenkel konstant oder doch nahezu konstant ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform besitzt die Antriebsspule, die als Flachspule ausgebildet und auf der Unruh befestigt ist, Rechtecksform, während die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (Permanentmagnete) nicht kreisförmigen Querschnitt — 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, daß Spulenschenkel und Permanentmagnete zur Symmetrieachse OP bestimmte Winkel einschließen, der magnetische Fluß durch die Spule gleiche Größe aufweist, unabhängig davon, ob ein bzw. mehrere Magnete der Anordnung sich gerade zentrisch unter den Schenkeln der Spule befinden.

Es ist demnach dafür Sorge getragen, daß je nachdem, ob ein oder beide Schenkel vom Feld der Permanentmagnete erfaßt werden, die vom magnetischen Fluß durchflutete Fläche der Spulenschenkel gleich

ίο 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 an Hand des in F i g. 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 O mit ρ bezeichnet ist. R und T sind die Strahlen vom Drehpunkt O durch M und M' und α der von den Strahlen R und T eingeschlossenen Winkel. Der Abstand r der beiden Punkte M und M' ist so gewählt, daß bei Drehung der Spule um den Winkel (in der Zeichnung ist die Spule nach der Drehung um den Winkel α strichpunktiert eingetragen) jeweils der zugehörige Spulenschenkel deckungsgleich mit dem Permanentmagnet ist. Dabei erfaßt der Schenkel etwa die doppelte Magnetfläche als in der skizzierten Lage dargestellt ist. Somit ist auch der magnetische Fluß durch den Schenkel doppelt so groß wie in der skizzierten Lage. Da der Fluß durch den anderen Schenkel jedoch O 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.: es genügt unter Umständen, wenn nur ein Teil des Spulenschenkels nicht radial verläuft. Diese Formen sind jedoch fertigungstechnisch 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 Fall auch kreisförmigen Querschnitt haben können, zusammengesetzt sein und der jeweils gegebenen Spulenform, zumindestens in ihrer Anordnung, angepaßt sein.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kontaktlos über eine 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 Nullage in zwei aktiven Spu-

lenseiten, kurz nach der Nullage wieder nur in der einen aktiven Spulenseite jeweils eine Impuls-Spannung als Steuerspannung der elektrischen Schaltung erzeugt wird, und zwar bei jeder Halbschwingung des mechanischen Schwingers, und mit einer derartigen elektrischen Schaltung und Anordnung des den Schwinger antreibenden Systems, daß bei jeder Halbschwingung mindestens eine der entstehenden Impulspannungen, vorzugsweise in der einen Halbschwingung, der Impuls in der Nullage, in der anderen Halbschwingung zwei Impulse symmetrisch zur Nulllage als Triebimpulse ausgenutzt werden, dadurch gekennzeichnet, 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 in der Steuerspule erzeugten Impulsspannungsteile maßgebende Produkt aus Verkettungsfläche, Windungszahl und Geschwindigkeit unabhängig von der Anzahl der jeweils vom Magnetfluß durchsetzten Spulenschenkel ist, derart, daß mindestens die Steuerimpulse, die Triebimpulse bewirken, gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte der induzierten Spannung aufweisen.

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

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

4. Gangordnerschwinger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule Rechteckform besitzt.

5. Gangordnerschwinger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die magnetischen Felder erzeugenden Elemente (Permanentmagnete) vom Radialverlauf abweichende, längliche bzw. ovale Querschnitte haben.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen