DE1423544C - Anordnung zum Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere 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.

Dieheute 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 kon- Spannung bei einer Drehung in Linksrichtung des

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

förmige, dreieckförmige oder elliptische Spule ReIa- in Rechtsrichfung.

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

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- 40 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 Höcker Spulenseite jeweils eine Impulsspannung als Steuer- V 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 trischen 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. 5° 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 Rclativbewegungen 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 entstehenden 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-

Claims (6)

1423 644

3 4

danken ausgeht, dem Unruh- bzw. Pendelmotor eine OP bestimmte Winkel einschließen, der magnetische

ganz spezielle Form zu geben. Elektrotechnisch ge- Fluß durch die Spule gleiche Größe aufweist, uiiab-

sehen besteht die Forderung darin, daß die Höcker hängig davon, ob ein bzw. mehrere Magnete der An-

1, 3 und 5 gleiche Größen aufweisen müssen, um Ordnung sich gerade zentrisch unter den Schenkeln

einen gut arbeitenden Unruhmotor zu erhalten. "5 der Spule befinden.

Mit Permanentmagneten üblicher Art (z. B. mit Es ist demnach dafür Sorge getragen, daß je nachkreiszylindrischen Abmessungen) und den bisher ver- dem, ob ein oder beide Schenkel vom Feld der Perwendeten Spulen ist dies nicht möglich. Zum besseren manentmagnete erfaßt werden, die vom magnetischen Verständnis dieser These sei zunächst das Entstehen Fluß durchflutete Fläche der Spulenschenkel gleich des in dem Diagramm nach Fig. 1 dargestellten Si- ίο groß oder annähernd gleich groß ist (gleiche Permanals mit einer normalen, zweischenkeligen Flach- nentmagnete und gleiche Feldstärke in diesem Beispule im Zusammenwirken mit zwei kreiszylindrischen spiel vorausgesetzt). Ist dies der Fall, so sind die inMagneten erklärt. duzierten Spannungen und die einzelnen Spannungs-

Wird die als senkrecht zu den Feldern der Ma- hocker von gleicher Größe.

gnete A und B und um O drehbar gedachte Spule Sp 15 Die Erfindung, die insbesondere die Herstellung

über den beiden Magneten in der Zeichenebene von von Transistorarmbanduhren ermöglichen soll, wird

links nach rechts bewegt, so wird zunächst beim an Hand des in F i g. 3 dargestellten Ausführungs-

■ Überstreichen des Magneten A (Nordpol) durch den beispiels näher erläutert:

Strang H₂ der Hocker 1 induziert. Kurze Zeit später M und M' seien die »magnetischen Schwerpunkte« stehen die beiden Stränge H_x und H_i über den beiden 20 der Schenkel der Spule 5p, die in der skizzierten Lage Magneten A und ö, wodurch der Höcker 2 induziert mit den magnetischen Schwerpunkten der gemäß der Ί wird; der naturgemäß doppelt so groß ist wie der Erfindung ausgestatteten Magnete A und B zusam- -* Höcker 1, da der magnetische Fluß durch die Spule menfallen,-deren Abstand v.om Drehpunkt Of mit q jetzt doppelt so stark ist. Die Spule bewegt sich nun bezeichnet ist. R und T sind die Strahlen vom Drehweiter und es überstreicht der Strang H₁ den Ma- 25 punkt O durch M und M' und <x der von den Strahgnetß (Südpol), wodurch der Höcker 3 induziert len R und T eingeschlossenen Winkel. Der Abstand r wird. der beiden Punkte M und M' ist so gewählt, daß bei

Schwingt die Spule in der entgegengesetzten Rieh- Drehung der Spule um den Winkel (in der Zeichtung, das ist in der Zeichenebene von rechts nach nung ist die Spule nach der Drehung um den Winlinks, so weist das Signal infolge der Richtungsände- 30 kel χ strichpunktiert eingetragen) jeweils der zugerung die umgekehrte Polarität auf; es entstehen sinn- hörige Spulenschenkel deckungsgleich mit dem Pergemäß die Höcker 4, 5 und 6. manentmagnet ist. Dabei erfaßt der Schenkel etwa

Die Erfindung vermeidet nun die Spannungsunter- die doppelte Magnetfläche als in der skizzierten Lage schiedlichkeit der Höcker bei Anordnungen zum Be- dargestellt ist. Somit ist auch der magnetische Fluß trieb von mechanischen Schwingern, insbesondere 35 durch den Schenkel doppelt so groß wie in der skizvon Unruhen in Uhren, mit von wenigstens einer zierten Lage. Da der Fluß durch den anderen Sehen-Spule ausführbaren, relativ zu, von vorzugsweise kel jedoch O ist, ist der Gesamtfluß durch die Spule durch Permanentmagnete erzeugten, elektromagne- in beiden Längen derselbe und daher auch die indutischen Feldern erfolgenden Schwingungen, dadurch, zierte Spannung vom gleichen Wert,
daß mindestens ein Teil der magnetisch wirksamen 40 Selbstverständlich läßt sich der gleiche Effekt auch Spulenschenkel nicht radial zur Drehachse des mecha- mit anderen Spulenformen realisieren, deren Schennischen Schwingers verlaufen und daß die die elektro- kel nicht radial verlaufen, z. B. durch Trapezspulen, magnetischen Felder erzeugenden Elemente (vorzugs- Parallelogramme usw.: es genügt unter Umständen, weise Permanentmagnete) derart angeordnet sind, wenn nur ein Teil des Spulenschenkels nicht radial daß, unabhängig von der Anzahl der während des 45 verläuft. Diese Formen sind jedoch fertigungstech-Schwingvorganges jeweils vom elektromagnetischen nisch zu realisieren. Ebenso brauchen die Perma-FeId durchsetzten Spulenschenkel, die in dieser Spule nentmagnete nicht aus einem Stück zu bestehen, soninduzierte Spannung gleiche oder nahezu gleiche dem können, wie auch bereits oben dargestellt, aus Spitzenwerte aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, mehreren Magneten anderer Form, die in diesem daß bei vorgegebener Anordnung der Spulenschen- 50 Fall auch kreisförmigen Querschnitt haben können, kel die Anordnung der die elektromagnetischen FeI- zusammengesetzt sein und der jeweils gegebenen Spuder erzeugenden Elemente derart erfolgt, daß das lenfonn, zumindestens in ihrer Anordnung, angepaßt Vektorprodukt aus magnetischem Kraftfluß der Spu- sein,
len und der mittleren Geschwindigkeit der Spulenschenkel konstant oder doch nahezu konstant ist. 55 Patentansprüche:

Gemäß einer besonderen Ausführungsform besitzt

die Antriebsspule, die als Flachspule ausgebildet und 1. Kontaktlos über eine elektronische Schalauf der Unruh befestigt ist, Rechtecksform, während tung, vorzugsweise eine Transistorschaltung, gedie die elektromagnetischen Felder erzeugenden EIe- steuerter mechanischer Schwinger als Gangordner mente (Permanentmagnete) nicht kreisförmigen 60 eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, vorzugs-Querschnitt — vorzugsweise längliche bzw. ovale weise als Unruh einer tragbaren Kleinuhr, mit Form — besitzen. In Abänderung dieser Ausführung Steuer- und Triebspannung in einem Spulenkann jedes der die elektromagnetischen Felder er- system, vorzugsweise in einer mit der Unruh zeugenden Elemente auch aus mehreren kreisförmi- schwingenden Spule, durch Relativbewegung des gen Querschnitt aufweisenden Permanentmagneten 65 Spulensystems gegenüber Magnetfelderzeugern, bestehen. vorzugsweise Permanentmagneten, wobei kurz

Durch die Erfindung wird bewirkt, daß Spulen- vor der Nullage des Schwingers in einer aktiven

schenkel und Permanentmagnete zur Symmetrieachse Spulenseite, in der Nullage in zwei aktiven Spu-

lenseiten, kurz nach der Nullage wieder nur in der einen aktiven Spulenscite jeweils eine Impulsspannung 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 NuIllage 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 Magnetfclderzeuger, vorzugsweise der Permanentmagnetpo'e, so gewählt ist, daß das für die Größe der in der Steuerspule erzeugten Impulsspannungs- ao teile maßgebende Produkt aus Verkettungsfläche, Windungszahl und Geschwindigkeit unabhängig von der Anzahl der jeweils vom Magnetfluß durchsetzten Spulcnschenkel 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 Spulenr schenkel 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. Gangordnerschwihger 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