DE1423545A1

DE1423545A1 - Anordnung zum Betrieb von mechanischen Schwingern,insbesondere von Unruhen in Uhren

Info

Publication number: DE1423545A1
Application number: DE19591423545
Authority: DE
Inventors: Schoeninger Dipl-Ing Edgar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-09-17
Filing date: 1959-09-17
Publication date: 1968-12-19
Also published as: DE1423545B2; CH370711A; CH734460A4

Description

1 7 MAi 13 h

AKTIENGESEIISGHAi¹T München 2, ^30ϋ

Witteisbacherplatz 2 PA 59/2766 I

Anordnung zinn Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen in Uhren

Es ist allgemein bekannt, daß die Antriebsimpulse zur Aufrechterhai tung der Schwingweite von Unruhen bzw. Pendeln möglichst währen des Durchschwingens der Unruh bzw. dos Pendeins durch ihre Nullage erfolgen sollen. Es läßt sich auch zeigen, daß tmter Umständen der Antriebsimpuls aus mehreren, sehr kurzen Impulsen pro Halbschwingung bestehen darf, falls die Impulse symmetrisch zur Hullage des Schwingers erteilt werden. Bei elektronischen Uhren bereitet es meist große Schwierigkeiten, der oben erwähnten reglagetechnisch bedingten !Forderung Rechnung zu tragen und gleichzeitig alle anderen technischen Erfordernisse, wie G-owinnung eines geeigneten Steuersignals, richtige Form der Induktionsspannung usv;., zu berücksichtigen. Die von Kontaktuhren her bekannten

809813/0161' bad

Unruh-'bzw. Pendelmotor en sind nur in wenigen Pällen auf tränsietorgesteuerte Uhren ohne weitere© übertragbare Inder Praxis erweisen sie sieh je nach Art des verwendeten Steuerprinzips sogar SQ.B ungeeignet« _; ■■'■■■ ' ·':.■-·

Die heute· allgemein bekannten .Unruhmotoren verwenden in der . Begel z?;ei k^szylindrische Permanentmagnete zur Erzeugung 'eines konstanten elektromagnetischen Feldes, zu dem eine kreisförmige > dreieckfo'rmige oder elliptische Spule Relativbewegung : gm auszuführenin der Xage ist« Bei bewegtem Schwinger wird in der Spule beim Durchgang durch das elektromagnetische PeId eine Spannung induziert.Biese kann bei transistoren enthaltenden Uhren zur Steuerung" der.üntriebsspule Verwendung finde»»: · Die von den bekannten Unruhmotoren gelieferten Spännungssignale erweisen sich jedoch in der Praxis für diese Anwendung als mehr;

ϊ ν

oder vmiger ungeeignet*.

Die bekannte, auf der Unruhe befestigte Breieckspule liefert im Zusammenwirken mit äen beiden auf herkömmliche Art zylindrischen Permanentmagneten ein Signal, das zwar, reglagetechnisch günstig ist, jedoch in seiner Gestalt nicht befriedigt, da, wie aus dem *üiagramm nach tfigur 1 hervorgeht, das die.induzierte Spannung. U in Abhängigkeit von der 2eit t dargestellt, die Hocker 1 und 3 (bzw. A und 6) zu dem Höcker 2 (bzw, 5). etwa im Verhältnis 1:2 stehen» Da der Steuermechänismus für den Unruhmotor auf die Hücker ,1, 3 und 5 anspricht, entsprechend der Polarität der

—3~ . „ BAD ORIGINAL

' . . 809813/0166

Induktionsspannung, findet der Antriebsimpuls jeweils unter verschiedenen elektrischen Bedingungen statt. Dieser Umstandist, wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, für die Gangstabilität solcher Uhren nachteilig» Bei anderen Anordnungen treten ähnliche Schwierigkeiten auf, bzwο liegt das Steuersignal unsymmetrisch zur Hullage des Schwingers Ό Diese Ausführungen versagen daher ebenfalls_o

Zur Vermeidung dieser lachteile ist bereits vorgeschlagen worden, Anordnungen zum Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen in Uhren mit von wenigstens einer Spule ausführbaren, relativ zu, von vorzugsweise Permanentmagneten erzeugten, elektromagnetischen Feldern erfolgenden Schwingungen so aufzubauen, daß mindestens ein Seil der magnetisch wirksamen Spulemjchenkel nicht radial zur Drehachse des mechanischen Schwingers verlaufen und die die elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente (vorzugsweise Permanent-7r.agn.ete) derart angeordnet sind, daß, unabhängig von d er Anzahl der Während des Schwingvorganges jeweils vom.elektromagne tischen Feld durchsetzten Spulenschenkel, die in dieser Spule induzierte Spannung gleiche oder nahezu gleiche Spitzenwerte aufweist.

Die Vermeidung der oben dargestellten !lachteile kann durch die Anordnung.gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die die -elektromagnetischen Felder erzeugenden Elemente so an-

-4~ BAD 809813/0166

geordnet sind, daß der mittlere Abstand der die Pel&er Beugenden Elemente größer oder kleiner als der mittlere Abstand dermagnetisch wirksamen Spufenteile ist, so daß, unabhängig von der Zahl der die elektromagnetischen Felder erzeugenden, - _;, Elemente und Spulen bzw. deren wirksamen !eile, die während des Schwingvorganges induzierte· Spannung gleiche c& er-naheeu gleiche Spitzenwerte aufweist. Damit ist es .also möglich? mit einer Spule mit radialen Schenkeln ein bezüglich der Spann.ungsmaxima symmetrisches Signal su erzeugen, wenn die Magnete nicht äen gleichen gegenseitigen Abstand aufweises wie'die Schenkel der Spüle. Mit üen Permanentmagneten der üblichen Art, 2»3. mit kreissylindrischen Abmessungen und den bisher verwendet ei, Spülen war es bisher nicht möglich, £le in· dem Diagramm naph Figur 1 dargestellten Höcker 1, 3 und 5 gleich groß zu machen. Zum besseren Verständnis sei zunächst das Entstehen des in dem¹ Diagramm nach Figur 1 dargestellten Signals mit einer^ normalen,, zweischenkeligen Flachspule im Zusammenwirkenmit zwei kreiszylindrischen Magneten erklärt. ■ · _;

Wird die als senkrecht zu den Feldern der Magnete A und B wcä · 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) durcii 4en Holm Η« der Höcker 1 induziert. Kurze Zeit später st^hfn Me -beiden Holme H^ und H₂ über den beiden Magneten A und B, ,wodurch der Hocker 2 induziert wird, der naturgemäß etwa doppelt

so groß ist wieder Höcker 1, da der magnetische Fluß durch-

j . - ' ' BAD ORSGWAL

U23545

tf\₄itf.'^pUIf 3 et sit?· doppelt so et&rk ist. Die Spule -bewegt sich nun _:'.inii'tej£jtua4'ββ. tbarstreicht der Holm H₁ den Magnet B (Südpol),

3 induziert wird.

&U Spule Ija-tier eiitgegengeset^ten Hichtung, das ist Zeicheneiiene von rechts nach links, so weist das Signal nfolge. der Hioiitun^sMnderung die umgekehrte Polarität auf j sinngemlß "die Höcker 4 j 5 und 6.

nun anhand eines in Figur 5 dargestellten,

2u wertenden Sciiemas, nliher erläutert: t ^P bfsaesieknete dreieoKahhli^ohe Flachspule *ist au^' einer

*"%lik'tir TsefeBÜgt, welche in bekannter V/eise um den Ptt»kt O

auÄnren kann» Mit A unä B sind zwei quermagneti-

feesieichnet» deren "magnetische Sohv/er-' .. punkte»· mit den Buchstaben m und m* symbolisiert sind. Die. · i-aÄtf'M'' &*& Melden Spulenholme H₁ und H₂ sollen die

><-*":■' h ' ^:' ■ ■ ■ ■

V »ÄeBttrieoh wirksamen Sp.ulenteile, aleo den »elektri«-·

'■ ^{ι f} ■ · '

",Söiiw6|?punkt!? der Spulenholme, darstellen. Die Holme haben j die Breite ß..'Bei\ einer Drehung der Unruhe um den Betrag des " Winkeln "φ um d^e Rotationsachse O ist .ein_NSpulenschenkel etwa

mit einem äev Magnete A bzw. B.

der Ajaiiüthme einer Auslenkung der Unruhe um mehr als 90 (Linksdrehung) aus ihrer gezeichneten Lage stellen sich während 'der'»Uli folgenden Sehwingungsperiode folgende elektrischen ?orin #er Spule ein. Beim Zurückschwingen (Reohtsdrehung)

<.*'"■■ BAD

;■;· - 809813/0106

wird suerst Magnet' B von. Holm H₁ überstrichen. -Auf: Grund &es>. Faraday¹sehen Induktionsgesetzes wird nun diesen Holm.eine ^! · Spannung entsprechend dem im Diagramm nach. Figur 4 dargestellten ?arhöcke,r I induziert, deren Maximalwert durch den'magnetischen Fluß, Windungszahl der Spule und Winkelgeschwindigkeit "bestimmt wird ο Bei einer Weiterdrehung der Unruhe verläßt nun H₁ das Feld von B und es- schneidet nach kurzer Zeit Holm 2 die von B ausgehenden Feldlinien„ Die Anordnung Spule - Magnete ist nun derart gewählt_s daß Holm 1 erst dann in'das feld von Magnet A gelangt, wenn die Anzahl der durch Hg gehenden" Feldlinien des Magneten B wieder abnimmt. Us überstreicht also zuerst Holm % Magnet B bis zur Deckungsgleichheit. Unmittelbar darauf taucht Holm H₁ in das feld von Magnet A; ein» Ist H₁ deskungsglsieh · mit A, hat l%2 das Feld von B gerade verlassen» Kurze % ei t später befindet-sich, dann auch Holm 1 in praktisch

Spulenklemmen. erscheint während obiger Vorgänge der Mittelhb'cker II, der etwa gleichen Spitzenwert besitzt wie -Vorhölc- ^:)mt" %o Hooker IJ dauert Jeioöti doppelt so lange _?. da beide Magnete Γ zeitlich hin.tereina&dex' von der Spule überstrichen werden« gchließlieh gslamgt noch Hg in das feld von A und es wird Machhöclter III induziert. Beim Zurückschwingen d er Unruhe hat das 'Signa} sinngemäß gleiche Gestalt _t jedoch umgekehrte Polung und es entstehen d'ie Höcker. I¥_s Y und -YX*, ' _:;-'

Die Anordnung der Magnete wurde derart getroffen, daß der Abstand der magnetischen Schwerpunkte mund, m¹ etwa um die Breite s eine-

- ;. . . ^s BAD ORiQiMAL ~"⁷~

8098 13/0 166

Spulenschenlcels größer ist als der Abstand der Mittelpunkte M ' und M¹ der Holme H^ und H₂«

Es wäre auch eine Anordnung möglich, bei der der Abstand der Punkte m und m¹ um den Betrag s kleiner als der Abstand M und M^f ist ο Die Spitzenwerte der induzierten Spannung bleiben eberfalls gleich groß," die Ausführung der Spule gestaltet sich jedoch . ungunstiger.* Schließlich könnte jäer Abstand mm* mehr als UP" + s betragen. Diese Anordnung liefert jedoch ein zeitlich zu gedehntes Signal, wodurch reglageteehnisch ungünstigere Verhältnisse entstehen»

I¹Ur MM* + s as min' erhält das Signal die in dem Diagramm nach Figur 4 gezeigte Form und enttiält nur Hocker mit den gewünschten Spitzenwerten gleicher Größe. Mittelhöcker II (bzw. V) dauert doppelt so lange als Hocker I und III (bzw. IV und VI). Dieser Effekt ist erwünscht. Bekanntlich spricht ein zum Antrieb der Unruhe verwendeter Transistorverstärker nur auf eine Polarität der Höcker an, erteilt also gemäß dem Spannungsverlauf nach Bild während der-einen Halbschwingung und während der darauffolgenden Halbperiode einen Antriebsimpuls an die Unruhe. Da nun die Dauer des Mittclhöckers doppelt so groß ist wie die der Vor- bzw. Nachhöcker, ist die vom Transistorverstärker an die Unruhe abgegebene Leistung während beider Halbschvingungen gleich groß.

Auf Grund beschriebener Anordnung wird die Spule in keiner Stellung vom gesamten Fluß aller beteiligten Magnetelemente durchsetzt.

Zur Erzielung einer möglichst hohen Spannung in. der Spule werten daher große Magnete mit vorzugsweise ovalen fessWo liehen Abmessungen verwendet, um möglichst die gesamte elektrische Spulenfläche zu erfassen. ' -. ... ..,, .

9 Patentansprüche
4 figuren ■

' . BAD 809813/0166

Claims

H'23545

Patentans.piüöhet

K Anordnung'zum Betrieb von mechanischen Schwingern, insbesondere von Unruhen in^.tlhren, ait von wenigstens einer ,Spule ausführbaren, relativ z\x_t von vorzugsweise zwei Permanentmagneten erzeugten, elektromagnetischen Feldern erfolgenden Schwingungen» dadurch gekennzeichnet, daß die .die elektromagnetischen Felder erzeugenden-Biemente so angeordnet, sind, daß der mittlere Abstand der die Felder Elemente größer oder kleiner als der mittlere der magnetisch wirksamen Spulenteile ist» so daß₉ unabhängig von der Zahl der dia elektromagnetischen'Felder erzeugende». Elemente und,Spulen bsw. deren wirksamen !eile, d|e-während dw-Schwingvorgangee induzierte Spannung gleiche —' oder nahezu gleiche' Spitzenwerte, aufweist.

2* Äaqrd&ung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß , ' bei ,vorgege'beiier Anordnung der Spulenschenkel die Anord- ■

»Uögder'4ie elektromagnetischen Felder erzeugenden EIe- ·.' meßte derart erfolgt, daß das. Vektorprodukt aus magneti-" schem Kraftf^^: der Spule mit der'mittleren Gtesohwindigkeit der; Spuiensßhenkel konstant oder nahezu konstant ist«

3. Anordnung.naöh Anspruch_t1,und 2, dadurch gekennzeichnet, ■ 'daß äer mittlere Abstand äev die elektromagnetischen Felder

awzQVigeiiiaQYL Elemente sioh um die Breite eines magnetisch fci-rkjsamen· Spuiettfte'ils (Spulenschenkel) unterscheidet»

.'· /v-l;, . \ 009813/0166

#„ Anordnung nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere-Abstand der die elektromagnetischen Felder erzeu-

.." genden: Sleüiente um die Breite eines magnetisch wirksamen .Spulenteiles (Spulenschenkel) größer ist»

5« Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4,. dadurch ^gekennzeichnet, d& Spule als Antriebsspule flach ausgebildet und auf der Unruhe befestigt ist-

6V Anordnung nach wenigstens einem der-Ansprüche "1 bis 5, da-.durqh'gekeniizeiGiinet» daß die Mittelpunkte der wirksamen fpuXenteile der die elektromagnetischen Felder erzeugenden auf der Peripherie eines'Kreises um die Drehachse

liegen» "~ ·...--

Ι» Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6,-da-_

durch" gekennzeichnet, daß die Antriebsspule Dreieckeform - · - besitzt... . . ^: .;, -.-. . . . . . ■ ; " = '

S= Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7? da- duroh.gekennzeichnet? ämß die die elektromagnetisehen leider erzeuge.nden Blemente (Permanentmagnete) nicht kreisförmigen. Querschnitt, vorzugsweise längliche bzw. ovale Form, besitzen=

ο Verwendung der Anordnung*nach Anspruch 1 bis 8 in üransiscorarmbanduhren .„

_r-:-J: ■] \/_: ■■■...';.. ;. ^: . ■.bad■■ ordinal. -

■ Γ 809013/0168