DE1523936A1 - Schwingender elektronischer Erregerstromkreis,der zur Erzeugung von Impulsen geeignet ist,um auf diese Weise einem Reglerorgan fuer Uhrwerkbewegungen einen Anfangsstoss zu versetzen und dasselbe im Normalbetrieb zu halten - Google Patents

Description

• Schwingender elektronischer Erregerstromkreis, der zur Erzeugung von Impulsen geeignet ist, um auf diese Vieise einem Reglerorgan für Uhrwerkbewegungen einen Anfangsstoss zu versetzen und dasselbe im Normalbetrieb zu halten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Stromkreise, welche durch Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom gespeist werden und geeignet sind, elektrische Impulse zu erzeugen, die in Kombination mit einem Dauermagneten verwendet werden können, der von einem Organ zur Regelung einer Uhrwe*ewegungg z. B. von einem mit einer Spirale oder einem elastischen Blech bewehrten Schwinghebel oder von einem elektromagnetischen rotierenden Organ getragen wird. Es sind bereits elektronische Vorrichtungen zur Steuerung von Uhrwerkbewegungen bekannt, die jedoch, obwohl sie das Reglerorgan in Schwingung lialten können, nicht fähig sindl dasselbe aus einer anfänglichen Ruhestellung in Bewegung zu versetzen. Anderen bekt-:auiten Vorrichtungen gelingt zwar eine spontane Ingangsetzung des Reglerorganes, aber dazu müssen sie mit Reglerorgantypen zusammenwirken, die bei sehr hot'ier Frequenz (und zwar der Ordnung von Hunderten von Perioden pro Sekunde) und mit einer sehr geringen Amplitude vibrieren können, während sie die spontane Ingangsetzung nicht mit Reglerorganen des Typs "Schwinghebell? erzeugen können, welche mit der Frequenz einer viel n±edrigeren Grössenordnung und mit bedeutend'grösseren Amplituden schwingen.
• Die Ifotwendigkeit, das Merkmal der Selbstingangsetzung zu verwirklichen, ist vor allem dann von äusseister Uichtigxeit, wenn die Uhrwerk-vorrichtung an Körpern oder Gehäusen angebracht ist, deren Abmessungen und Gewichte beträchtlich sind, wie z. J. Radioapparate, KUuilschränke, Kraftfahrzeuge, Liotorboote, und ganz allgemein in allen jenen Fällen, in denen eine zusätzliche mechanische Vorrichtung verlangt wird. Durch die erfindungsgemässe elektronische Vorrichtung werden diese Nachteile beseitigt, da sie in Kombination mit Regulierungs- oder sich drehenden Organen des Schwinghebeltyps o. dgl. für Uhrwierkbewegungen funktionieren kann, wobei sie sowoal die Schwingungen oder die Drehung, nachdem diese einmal ihren Anfang genommen haben bzw. hat, beibehält, als auch die Selbstingangsetzung bewirkt, wenn sich der Schwinghebel in seiner Ruhestellung befindet. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Energiequelle umfasstg deren Strom nur in einer einzigen Richtung fliesst, sowie eine Halbleiter-Vorrichtung mit drei Elektroden, welche Basis, Emitter und Kollektor genannt werdeng ferner eine mit einer mittleren Stromentnahme versehene 1;,licklung, welche dazu bestimmt ist, mit einem Lagneten zusammenzuarbeiten, der von einem Reglerorgan getragen wird, das seinerseits entweder schwingen oder sich drehen kann, sowie einen Kondensator, wobei die Energiequelle derart eingeschaltet ist, dass ihr einer Iol durch wenigstens den Kollektor-Basis-Widerstand der 1--alb-Leiter-Vorrichtung i;:it einem Kondensatorbelab verbunden ist, während ihr anderer l#ol durch die gesamte '.('icklung mit dem anderen Kondensatorbelag verbunden ist und der zuerst genannte Kondensatorbelag mit der Basis und die mittlere Stromentnahme mit dem Emitter verbunden ist, und wobei ferner der zwischen dem Liit dem hondensator verbundenen Ende und der mittleren Stromentnaluae liegende Teil der Wickiung die #rregerwicklung für die elektronische Vorrichtung bildet, in welcher sich induZierte Spannungen entwickeln, welch letztere auf dem vertleibenden und die motorische Wicklung bildenden Teil aer Wicklung beruhang und wobei schliesslich die Ströme, welche besagte motorische lung durchfliessen, und welche auf der periodischen Bedingung der '..albleiter-Vorrichtung beruhen, ein Magnetfeld erzeugeng das geeii-net ist, mit dem vom Regler- oder rotierenden Organ G eilen -#-agneten zus,-nrienzuwirkeill derart, daso die Selbst-,etrag ingangsetzung und der DauerschwinGun-s- oder -drehzustand besag-ten oder Drehorganes verursacht werden. Gemäas einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird zwischen der Basis und dem Kollektor der Halbleiter-Vorrichtung ein Resistor geeigneten Typs eingeschaltet, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändern kann, derartp daso der Gesamtwiderstand der parallelgeschalteten Anordnungg welcher sich aus dem genannten Widerstand und aus demjenigen der Baeis-Kollektor-V6rbindung der Halbleiter-Vorrichtung, z. B. in Gestalt eines Transistors ergibt, praktisch konstant bleibt. Auf diese Weise erlaubt die beschriebene und übrigens an und für sich bereits bekannte parallelgeschaltete Kombination auch danng wenn sich' die Raumtemperatur und infolgedessen auch der Basis-Kollektor-Widerstand ändert, wodurch der letztere danach strebt, die Polarisation des Transistors und daher auch den Betrieb ungünstig zu verändern, die 2olarisation konstant und infolgedessen den Energieverbrauch der vorliegenden elektronischen Vorrichtung bei allen Umweltsbedingungen niedrig zu halten.
• In der 2raxis kann der betreffende Stromkreis in nicht einschränkender Porm so, wie dies beispielsweise in der anliegenden Zeichnung veranschaulicht isty verwirklicht werden. Es zeigen: Pig. 1 ein elektrisches Scheuia der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 eine Ansicht eines Schwinghebels für Uhrwerkbewegungen, der geeignet ist, in Kombination mit dem in Fig. 1 veranschaulichten Stromkreis zu furixtioniereng Fig. 31 einige Spannungskurvent welche cLem Verständ-. 4 und 5 nie des Betriebes des erfindungsgemäsigen Stromkreises dienen.
• In Fig. 1 ist mit 30 der Stromerzeuger und mit 29 als Halbleiter-Vorrichtung ein Transistor bezeichnet, dessen Basis-, Kollektor- und Emitterelektrode mit den Bezugszeichen b. o und e angegeben sind. Mit 13 ist eine durch eine mittlere Stromentnahme P in zwei Teile 13? und 1311 unterteile Spule'bezeichnet, wobei der erste der genannten Teile 131 den Erregerteil und der zweite 1311 den motorischen Teil besagter Spule 13 bildet. 11 ist ein Dauermagnet, während mit 27 ein Kondensator, mit V, die Spannung an den Endendes Kondensators, mit V p die Pilotenspannung, mit V b die Erregerspannung und mit V- die motorische Spannung bezeichnet ist.
• 0 In Fig. 2 ist ein aus amagnetischem Material bestehendes Schwungrad 10 dargestellt, welches einen kleinen Magneten 11 trägt, der in Bezug auf den Mittelpunkt eines abschirmenden Ringes 12 symmetrisch befestigt istg während 24 eine Spirale ist. Die Spule 13 ist dieselbe wie die in Fig. 1 schematisch dargestellte. Andere die in Fig. 2 veranschaulichte Vorrichtung bildende Teile bestehen aus.der einzigen Speiche 17, die mit ihrem verdickten Teil 18 und ihrem Ende 19-191, mit welchem der magnetische Schirm 12 fest verbunden istg gleichzeitig auch als Gegengewicht fungiert.
• Zwecke besserem Verständnis der Beschreibung wird die Wirkungeweise der erfindungsgemässen Vorrichtung nunmehr zuerst vom Gesichtspunkt der Selbstingangsetzung aus und erst danach von demjenigen des Normalbetriebes aus geprüft.
• In den Figuren 3, 4 und 5 sind die Spa--,inungeimpulse (Achsen der Ordinaten) dargestellt, welche im Kondensator 27 mit der Spannung Vee -im Erregertei.«&'» 13' mit der Spannung Vb der Spule und im motorischen Teil 13" mit der Spannung V der Spule erzeugt werden, wb-,hrend-auf den Abszissen die Zeit eingetragen ist.
• Anfängliches Verhalten des Stromkreises gemäss Fig. 1: Zu Beginn sei einzig und allein der Stromkreis betrachtet, ohne das montierte Hegulierungs- oder motorische Organ zu berücksich-Liigeng sowie ohne Einschaltung des Primärelementes, d. h. wenn die Spannungen V, - V b - V 0 = Null sind. Wenn man das Frim-##trelement einschaltet, zirkuliert sofort ein Strom Icbo , der durch die Basis-Koliektor-Verbindungt (welche einen relativ hohen Widerstand besitzt) den Kondensa-Ii'or 27 progeseiv mit gegen die Basis b negativer lolarität und gegen die Spule 13 posLtiver Polarität lädt. Der Transistor wird daher progressiv polarisiert mit nachfolgendem Durchgang durch den motorischen Teil 1311 der Spule 13 eines sich progressiv verstärkenden Stromes 1",* Nenn die Spar-r-0,12-17- an den Enden des Kondensators 27 einen solchen Wert erZeicht, dass der des Transistors über das Knie der GewilLIhurve C in Figi 3) hinaus ahsteigte verst'ärkt sich der den Teil 15d der "#.pule durch--c'liessende Strom in einer sehr kurzz-,n# Ze-#jtspanr.e e*rlieblich (Punkt A in Fig- 3.'#Die Änderung des Stromes im Teil lY' der soeben betrachteten Spule verursacht durch Induktion eine Spannung im Teil 131 der Spule, dessen Polaritäten so, wie dies in Fig. 1 angegeben ist, angeordnet sind, weshalb sich der Transistor äueserst rasch sättigt und solange gesättigt bleibt (Zeit "toll in Fig. 3) 9 bis der Kondensator den Durchgang des Stromes in den Erregerstromkreis gestattet indem er sich positiv auf dem mit der Basis b verbundenen und negativ auf dem mit der Spule verbundenen Kondensat'orbelag auflädt, wonach der Transistor gesperrt wird (Augenblick B mit dem Kondensator beL einer Spannung Vu ' V b - V c Vom Augenblick B an strebt der Kondensator durch den relativ hohen Widerstand der Basis-Kollektor-Verbindung danach, sich im umgekehrten Sinne zu laden, (Zweig B-0 der Kurve V c in Fig. 3), und zwar auf Grund der Anwesenheit des mit seinen Polaritäten verbundenen Primärelementes, wie dies in Fig. 1 angegeben ist. Dadurch erhält die Basis eine gewisse negative Polarisation, welche in Übereinstimmiing mit dem Punkt 0 einen derartigen Wert erreicht, dass der Transistor in Leitung gebracht wird. Auf diese Weise wird der oben beschriebene Zyklus wiederholt, wodurch man eine kontinuierliche Erzeugung von-Impulsen erhält. Die im erfindungsgemässen elektronischen Stromkreis spontan erzeugten äpannunge-und Stromimpulse sind in Pig. 3 dargestellt und besitzen eine eigene Periode mit der Dauer tie Nun versteht es sich von selbst, dass, falls in Kombination mit diesem Stromkreis ein von einem beliebigen beweglichen Organ (Fig. 2) getragener Dauermagnet 11 wirkt, wenn sich der Transistor in der Zeitspanne "toll Cig- 3) sättigt, wodurch er einen Maximalstromdurchgang in dem-motorischen Teil 130 der Spule 13 bewirktg der Magnet einen Stose empfängt, wodurch er sich automatisch in Bewegung setzt.
• Verhalten des Stromkreises gemäas Fig. Vbeim Normalbetrieb: Zwecks bequemerer Beschreibung betrachte man den Stromkreis gemäas Fig.1, welcher mit einem schwingenden Reglerorgan gemäas Fig. 2 gekuppelt ist. Hierzu nehme man eng der Schwinghebel bewege sich mit Normalamplitude, und die Schwingungedauer des Schwinghebels selbst sei t 3 100 Millisekunden (Figuren 4 und 5), welche der Zeitspanne entsprechen, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des Magneten 11 in der Spule 13 (Fig. 2) vergeht. Die Zeitl während welcher der Magnet 11 auf die Spule einwirktg besitzt eine Dauer von t2 = 20 Millisekunden (Figuren 4 und 5); die Auesenenden der Spule sind vom Primärelement 30 bzw. vom Kondensator 27 (Fig. 1) loagelöst. Auf Grund der Wirkung des raschen Durchgangeo des Magneten in der Spule.wird in dieser letzteren eine induzierte Spannung V = Vo+ Vb (P'g' 1) mit einem praktisch fast einusförmigen Verlauf und einer Dauer t2 erzeugt, Wenn man diese Spannungeimpulee von Oszillo-Rraphen abliest. erhält man in Bezug auf die mit dem Tran-

  mittlere

  eintor 29 in "e" (Fige 1) verbundene/Stromentnahme die Wellen-

  formen der Pig. 4.
• Verbindet man nun gemäas der oben angeführten Beechreibung das dem Stromkreis nach Fig. 1 eigene Verhalten mit der Beeinflussung des Magneten auf die Spule 13 während` der Schwingungen des Schwinghebels, ist es klar, dass es, damit es das Regleror'gan nach Fig. 2 isl, weiches die Stromimpulee steuert, erforderlich ist, aass die dem Stromkreis

  1

  eigene Frequenz fl etwas niedriger iät als jene

  f

  2 3 weiche dem schwingenden Organ eigen ist, de hol

  t t und t t2

  3 1 0 2

  Nachdem diese Bedingungen erfüllt sind, wird das Verhalten des Stromkreises dasjenige eines Erzeugers von Impulsen mit kontrollierter Frequenz. Die erhaltenen Wellenformen sind jene, welche in Fig. 5 veranschaulicht sind.
• Da die Zeit t 2 praktisch fast gleich t 3 (Fig. 4) ist, weil der Schwinghebel eine äusserst kleine Amplitude besitzt, kommt es am Anfang vor, dass die Leitungszeit von beträchtlicher Dauer ist, wodurch ein starker Start gestattet wird.
• An diesem Punkte ist es angezeigt zu bemerken, dass man bei praktischen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung die Zweckmässigkeit festgestellt hat, durch geeignete Abmessungen der Elemente zu bewirken, dass die vom blagneten erzeugte 1.,laximalspannung Vb den -t-Vert 0,4 Volt und die Kondensatorspannunge welche geeignet iste die Leitung des Transistors zu bewirkeng 091 Volt erreicht, so dass_ sich folgende blaximalsperrspannung des Kondensators (Punkt A der Kurve V der.Fig. 3)-ergibt: Votl V b + Vet - 094 + (-Otl) = 093 Volt Wie bereits oben gesagtg ist man zweckmässigerweise so vorgegangen, daso der Zeitfraktion der 2eriode von 100 Millisekunden des Schwinghebels (Zeit t 3 in Fig. 4) ein Impuls von etwa 8 + 10 Llillisekunden entspricht .(Zeit t-2/2 in Fig. 5#/. Bei solchen Bedingungen beträgt der vollständige Verbrauch där normal betriebenen Vorrichtung etwa 35 Llikroamp4re, was bin sehr niedriger 't,lert ist. Hierzu versteht man unter vollständigem Verbrauch die Sume, vielche sich aus dem auf der wirklichen und eigentlichen Bewegung des Schwinghebels, die während 10 Millisekunden als vorhanden betrachtet wirdg-beruhenden Verbrauch und dem Dunkelstrom während der restlichen 90 Millisekunden ergibt.
• In der kurzen Periode der Liaximalleitung des Transistors erreicht der Strom I ce Werte von 700 Tlikroampgre.
• # in der Anfangsperiode der Selbstingangsetzung erreicht man Werte von 150 + 200 Yiikroampgre, weil sich auf Grund der noch kleinen Amplitude der isochronen Schwingungen die Zeit t 2 (Fig. 4) verlängert, bis #e fast die gesaLlte Periode von 100 Lillisekunden einnimmt, (wobei sich der kleine Liagnet immer in der Spule 13 bewegt), wesaalb sich der hohe Verbrauch fast kontinuierlich zeigt. Trotzdem ist, wie bereits oben besch-Lieben, die Zeit der Selbstingangsetzung von äusserst kurzer Dauer. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Verbrauch der erfindungsgemässen Vorrichtung bedeutend vermindert ist, und dass ausserdem die Merkmale der vorliegenden Erfindung die Selbstingangsetzung von Uhrwerkbewegungen des Schwinghelbeltyps gestatten.
• Perner ist zu bemerken, daso zur guten Leistung der Vorrichtung auch die Anordnung der Bestandteile des Stromkreises beiträgt. Da nämlich-der Erregerteil 131 der Spule nur aus wenigen Windungen besteht, weil die Polarisation vom Kondensator 27 erteilt wirdp ergibt sich eine Einsparung an Draht mit dem zweifachen Vorteil, erstens eine grössere Windungsanzahl für den motorischen Teil lY' der Spule (nützlicher Teil) verwenden'und zweitens die vom Strom 1 B erzeugte Bremswirkung vermindern zu können.
• Die Abhängigkeit von der Temperatur des Widerstandes der Basis-Kollektor-Verbindung des Transistors kann dadurch korrigiert werden, dass man einen in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen R bezeichneten Reaistor mit besagter Verbindung parallel schaltet, welcher Reaistor einen sich mit der Temperatur ändernden Veränderungakoffizienten mit entgegengesetztem Vorzeichen zu jenem der oben genannten Verbindung besitzt. Auf diese Weise wird die ungünstige Wirkung vermiedeng welche die Verbindung dadurch auf den Verbrauch hätte, daso sie bei hohen Temperaturen ihren Viderstand erheblich verändert. Dank dieser Anordnung gelingt es, wie dies offensichtlich iBtu den Verbrauch innerhalb vernünftig konstanter Grenzen zu halten.

Claims (1)

1. 2 a t e n t a n s p r ü c h e 1. Steuer- und Reglervorrichtung für Uhrwerkbewegungen, bestehend aus einem elektronischen Stromkreis mit einem mechanischen, mit diesem letzteren magnetisch gekuppelten Reglerorgane wobei der Stromkreis mit Gleichstrom gespeist wird und aus einem Transistor, einer sowohl als Erregerteil als auch als motorischer Teil fungierenden Wicklung mit einer mittleren Stromentnahme und schliesolich aus einem Kondensator besteht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t 9 daas für die spontane Erzeugung elektrischer Erregerimpulee im elektronischen Stromkreis eine aus dem Erregerteil (131) mit dem motorischen Teil (13111 zu kuppelnde Wicklung (13) und für dieTrequenzerregung der genannten Impulse und die Gabe der Leitungszeit einer Halbleiter-Vorrichtung (29) eine Gruppe (R-0) vorgesehen ist, die in den Erregerteil OY) des Stromkreiaes selbst eingeschaltet ist, in welchem die Zeitkonstante in Bezug auf die Periode des mechanischen Reglerorganes (10) entweder gleich oder wenig höher ist, oder dann ein Vielfaches beträgtg wobei der Gruppe (R) auch der Widerstand der Basis-Kollektor-Verbindung des Transistors angehört, so daso der elektronische Stromkreis bei Beginn von sich aus Impulse eigener Frequenz erzeugt, welche geeignet sind, das mechanische Reglerorgan in Bewegung zu versetzen, während nach Erreichung des Normalbetriebes dies es mechanische Reglerorgan selbst die Frequenz der Vorrichtung und die Leitungezeit des Transistors kontrolliArt. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine Energiequelle (30), deren einer Pol durch zumindest den Kolleztor-Basis-iiderstand (c-b) der nalbleiter-Vorrichtung (29) mit dem Belag eines Kondensators (27) verbunden ist, während ihr anderer gol durch die gesamte Vlicklung (13) mit dem anderen Kondensaiorbelag verbunden ist, wobei der zuerst genannte hondensatorbelag mit der Basis (b) und eine mittlere Strorilentnahme (P) der Wickiung rait dem Emitter (e) der Halbleiter-Vorrichtung verbunden ist, una der zwischen dem Wit deu Kondensator verbundenen Ende und der mittleren Stromentnahme liegende Teil der Wicklung den Erregerteil (131) bildet, in welchem sich induzierte Spannungen entwickeln, die auf den Strom (I eeo ) beruhen, der den verbleibenden und den motorischen Teil,(1311) der Wicklung bildenden Teil durchfliesst, wobei die den genannten motorischen Teil der Wicklung durchfliessenden und auf der periodischen Leitung der Halbleiter-Vorrichtung beruhenden Ströme ein Magnetfeld erzeugen, welches geeignet ist, mit dem vom Reglerorgan (10) getragenen Magneten (11) zusammenzuwirken, so dass die Selbstingangsetzung und der Dauerschwingzustand des mechanischen Reglerorganes selbst bewirkt wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch g e - k e n n z e i a h n e t 9 dass einer der 2ole der Energiequelle (30) durch den der Kollektor-Basis-Widerstand (c-b) und denjenigen einer Halbleiter-Vorrichtungl sowie durch einen in Parallelschaltung mit dem genannten Koli-ektor-Basis-Widerstand verbundenen Resistor (H) mit einem Kondensatorbelag verbunden istg wobei besagter Resistor einen thermischen VeränderungskuKfizienten seines Widerstandes besitzt2 der ein umgekehrtes Vorzeichen zu jenem des Kollektor-Baeis-I-Iiiderstandes aufweist, derart, dass die parallelgeschaltete Kombination im wesentlichen unempfindlich gegen Temperaturänderungen ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die halbleiter-Vorrichtung mit drei Elektroden (b,c und e) aus einem Transistor (29) des Types PITP besteht, und daas die Energiequelle (30), deren Strom nur in einer einzi--en Richtung fliesst, entweder aus einem Primärelement, oder aus einem Akkumulator oder einem Gleichrichter für Wechselstrom besteht, dessen positiver Pol mit dem einem Ende der Spule (13) und des,-en negativer Pol mit dem Ko.Ilektor (c) v.-rbunden ist. 5. Vorriohtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t dass die Halbleiter-Vorrichtung mit drei Elektrodexi (b,c und e) aus einem Transistor (29) des Types NPN besteht, und dass die Energiequelle (30)9 deren Strom nur in einer einzigen Richtung fliesst, entweder ein Primärelement oder ein Akkumulator oder ein Gleichrichter für Wechsels-L'Orom iste dessen negativer Iol mit einem Ende der Spule (13) und dessen positiver Pol mit dem Kollektor (c) verbunden ist. 6. Vorrichtung nach Anspruch le dadurch g e - k e n ii Z e i c 11 n e t dass das Reglerorgan (10) schwingen kann. -7, Vorrichtung nach A.,isprucb. 6, dadurch g e - k e il n z e i c 11 n e t , dass das Reglerorgan alte einem Schwinghobel des Typs einen mit einer Spirale (24) bewehrten Schwungradea (10) besteht. 8, Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch g e - k e n n z e i a h n o t 9 dann das Regl'erorgan aus einem vibrierenden Organ besteht. 9, Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch g e - k e n n m 9 i o h n o t 9 dans das mechanische Organ aus einem.L-biotor mit polariaiertem Rotor besteht,