DE1548009B2 - Schaltungsanordnung fuer die erregung eines transistorkreises zum antrieb elektronischer uhren mit drehschwinger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die Erregung eines Transistorkreises zum Antrieb elektronischer Uhren mit Drehschwinger, wobei wenigstens ein auf dem letzteren angeordnetes Magnetsystem, dessen magnetischen Kraftlinien im Luftspalt parallel zur Drehschwingerachse verlaufen, mit einer ortsfesten Antriebsspule und wenigstens einer ortsfesten Erregerspule zusammenarbeiten. Für den Antrieb elektronischer Uhren ist bereits eine große Anzahl von Magnet- und Spulensystemen bekannt oder vorgeschlagen worden, die aber erhebliche Nachteile in bezug auf die Spannungs- und Temperaturabhängigkeit aufweisen, weil die Erregerspannung nicht hoch genug ist. Wie bekannt, ist die Erregerspannung direkt abhängig von der Änderung

ίο des magnetischen Flusses beim Durchschneiden der Windungen der Erregerspule. In vielen Uhrenantrieben ist aber die Größe der Erregerspule beschränkt, einmal aus räumlichen Gründen und zum anderen vor allem, um die Schaltzeit für den Antriebsimpuls so kurz wie möglich zu halten. Diese Forderung ist wegen der Isochronismusbedingungen unabänderlich und führt zwangläufig zu kleinen aktiven Spulenbreiten in der Schwingungsrichtung des Gangordners. Mit solchen kleinen Spulen sind aber nur sehr begrenzte Erregerspannungen zu erzeugen.

Man hat zwar — wie beispielsweise die schweizerische Patentschrift 353 691 zeigt — versucht, den geschilderten Nachteil durch Anordnung einer Reihe von hintereinandergeschalteten Erreger- und Antriebsspulen auszugleichen. Wegen der Vielzahl der dabei verwendeten Spulen ist jedoch diese bekannte Anordnung sehr aufwendig, so daß sie nicht nur hohe Kosten verursacht, sondern auch ziemlich viel Platz beansprucht; daher eignet sie sich nicht für Kleinstuhren, in denen der für die Unterbringung der Spulen zur Verfügung stehende Raum sehr beschränkt ist. Darüber hinaus ergibt diese Schaltung nicht einen einzelnen scharfen Impuls in der Nullage, sondern eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Impulse, so daß die Isochronismusbedingungen nur unzureichend erfüllt sind.

Aus der französischen Zusatzpatentschrift 70 016 ist es auch schon bekannt, den Transformationseffekt für die Spannungserhöhung auszunutzen. Die dort beschriebene Schaltungsanordnung weist nur eine einzige, als Solenoid ausgebildete Spule auf. Mit einem Solenoid kann aber bekanntlich nur dann ein ausreichendes magnetisches Feld erzeugt werden, wenn die Zylinderlänge groß gegen den Durchmesser ist; dies schließt jedoch die Anwendung einer Schaltungsanordnung mit einer derartigen Spule in Kleinstuhren aus.

Alle genannten Antriebsvorrichtungen sind beispielsweise für Siliziumtransistoren mit einer Schleusenspannung von 0,6 Volt und Öffnungsspannungen von etwa 2 bis 3 Volt an der Basis nicht ausführbar. Die von der Erregerspule abgegebene Spannung reicht nicht aus, um einen Siliziumtransistor überhaupt zu öffnen. Auch bei Verwendung von Germaniumtransistoren ist bei vielen Systemen die abgegebene Erregerspannung — sie liegt stets unter 0,5 Volt — so niedrig, daß eine sehr starke Spannungs- und Temperaturabhängigkeit besteht.

Durch die britische Patentschrift 906 998 ist zwar eine Zeitmeßeinrichtung mit einer nur eine einzige Spule für Erregung und Antrieb aufweisenden Transistorschaltung bekanntgeworden, bei der eine in dieser Spule induzierte. Spannung transformatorisch so erhöht wird, daß sie bei Anlegung an die Basis des Transistors dessen Schleusenspannung überschreitet; bei dieser bekannten Zeitmeßeinrichtung ist es jedoch für die einwandfreie Funktion erforderlich, daß die aktiven Spulenseiten achsparallel zur Unruh verlau-

fen, und daß das Magnetsystem mit einem der Breite der aktiven Spulenseiten etwa entsprechenden, ebenfalls achsparallelen Luftspalt ausgerüstet ist. Ein derartiger Aufbau ist aber räumlich so aufwendig, daß er in Kleinstuhren nicht ohne weiteres zu verwirklichen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung so auszubilden, daß sie ohne wesentlich erhöhten Raumbedarf eine selbst zum Öffnen eines Siliziumtransistors ausreichende Erregerspannung zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird in einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine solche magnetische Verkettung der Spulen, daß in beiden Schwingungsrichtungen lediglich in der Nullage des Drehschwingers die Erregerspannung einen zum Öffnen eines Siliziumtransistors ausreichenden Wert annimmt, beiderseits der Nullage dagegen stets unterhalb der Schleusenspannung des Transistors bleibt.

Die Vorteile dieser Schaltungsanordnung liegen darin, daß sehr einfache Aufbauten für den Gangordner mit Magneten oder Spulen und für die Erreger- und Antriebsspulen selbst bereits ausreichen, um die Uhr elektronisch zu betreiben. Vor allem für die Kleinstuhren, bei denen durch die Abmessungen bezüglich der verwendbaren Magnete und Spulen Grenzen gesetzt sind, die normalerweise die Ausführung solcher Uhren unmöglich machen, bietet der grundlegende Gedanke der Erfindung die Möglichkeit der praktischen Ausführbarkeit. Da die Schaltungsanordnung und Dimensionierung der Teile ohne weiteres auch die Erzeugung einer hohen Erregerspannung zur Steuerung von Silizium-Halbleitern ermöglicht, können Uhren mit solchen Transistortypen betrieben werden.

Ein außerordentlich großer Vorteil liegt hierbei in der völligen Temperaturunabhängigkeit. Auch die Spannungsabhängigkeit geht durch die Schaltungsanordnung auf ein Mindestmaß zurück, da die verbleibende Restspannung zwischen Emitter und Kollektor auf einen Kleinstwert absinkt. Wenn höhere Betriebsspannungen, insbesondere bei Autouhren, zur Verfügung stehen, ist durch die Vorspannungserzeugung und die richtige Auswahl der Vorwiderstände, welche dafür erforderlich sind, im Emitter- und Kollektorkreis eine weitgehende Spannungsunabhängigkeit zu erzielen. Auf diese Weise ist es möglich, auch Autouhren mit Transistoren herzustellen, was bisher praktisch als unmöglich galt, da die vorgeschriebenen Betriebsbedingungen nicht einzuhalten waren.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 in Ansicht und Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Antriebsspule und drei Erregerspulen sowie den zugehörigen Magneten, wobei sämtliche Spulen im Schwingungsbogen der Magnete angeordnet sind und in einer Ebene liegen,

F i g. 2 in Ansicht und Draufsicht ein zweites Äusführungsbeispiel mit einer Spulenkombination aus Antriebsspule und koaxialer Erregerspule, einer Spulenkombination aus zwei koaxialen Erregerspulen sowie den zugehörigen Magneten, wobei die beiden Spulenkombinationen im Schwingungsbogen der Magnete angeordnet sind, aber in verschiedenen Ebenen liegen,

F i g. 3 in Ansicht und Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer Spulenkombinaton aus Antriebsspule und koaxialer Erregerspule, zwei Erregerspulen sowie den zugehörigen Magneten, wobei sämtliche Spulen in einem von den paarweise einander axial gegenüberliegenden Magneten gebildeten Luftspalt angeordnet sind,

F i g. 4 in Ansicht und Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel, ähnlich demjenigen nach F i g. 1,

ίο aber mit einer Antriebsspule und fünf Erregerspulen, F i g. 5 in Ansicht und Draufsicht ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer Spulenkombination aus Antriebsspule und koaxialer Erregerspule, einer einzelnen Erregerspule sowie den zugehörigen Magneten, wobei sämtliche Spulen in einem von den paarweise einander axial gegenüberliegenden Magneten gebildeten Luftspalt angeordnet sind,

F i g. 6 in Ansicht ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem die zur Antriebsspule koaxial angeordnete und von nur einem Magnet beaufschlagte Erregerspule als Transformator gewickelt ist,

F i g. 7 die Schaltung eines siebten Ausführungsbeispiels, bei dem an die Basis des Transistors eine Vorspannung über einen Spannungsteiler angelegt ist, und

F i g. 8 die Schaltung eines achten Ausführungsbeispiels mit transformatorischer Übertragung der Erregerspannung.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Antriebsspule 2 im Kollektorkreis einer (nicht näher dargestellten) Emitterschaltung, während die hintereinandergeschalteten Erregerspulen 3, 4, 5 im Basiskreis liegen. Sämtliche, in einer Ebene liegenden Spulen befinden sich in einem axialen Luftspalt, der von den an der Unterseite einer oberen kreisförmigen Trägerscheibe 11 befestigten Axialmagneten 6, 7, 8, 9 und einer unteren kreisförmigen Trägerscheibe 12 gebildet ist. Die an der Drehschwingerwelle 10 befestigten Trägerscheiben 11, 12 bestehen aus magnetisierbarem Werkstoff, so daß die obere Trägerscheibe 11 den magnetischen Rückschluß für die Magnete 6, 7, 8, 9 bildet. Die Spulen 2, 3, 4, 5 sind so ausgebildet und nehmen zueinander und zu den mit ihnen zusammenarbeitenden Magneten 6, 7, 8, 9 eine solche Lage ein, daß die Erregerspannung durch magnetische Verkettung in beiden Schwingungsrichtungen lediglich in der Nullage des Drehschwingers einen zum öffnen des (nicht gezeigten) Siliziumtransistors ausreichenden Wert — etwa 2 bis 3 Volt — annimmt, beiderseits der Nullage dagegen stets unterhalb der Schleusenspannung des Transistors bleibt. Der Spulenträger ist mit 1 bezeichnet und nur in der Draufsicht dargestellt.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Drehschwinger drei an der Drehschwingerwelle 10 befestigte Trägerscheiben 11, 12, 13 aufweist, die nicht als Kreisscheiben ausgebildet sind. Die Spulen sind hier zu zwei Spulenkombinationen zusammengefaßt, und zwar besteht die zwischen der oberen Trägerscheibe 11 und der mittleren Trägerscheibe 13 angeordneten Spulenkombination aus einer Antriebsspule 2 und einer koaxialen Erregerspule 3, während die zwischen der mittleren Trägerscheibe 13 und der unteren Trägerscheibe 12 angeordnete Spulenkombination zwei koaxiale Erregerspulen 4, 5 umfaßt. Die Axialmagnete 6, 7 sind an der Oberseite der mittleren Trägerscheibe 13 befestigt und ragen nach oben, während die an der

Unterseite derselben Trägerscheibe befestigten Axialmagnete 8, 9 nach unten ragen.

Beim Drehschwinger der F i g. 3 sind an der Drehschwingerwelle 10 in einem größeren axialen Abstand voneinander zwei Trägerbleche 15 befestigt zur Aufnahme von drei in Schwingungsrichtung nebeneinanderliegenden Axialmagnetpaaren 20, 21, 22. Die beiden Magnete eines jeden Magnetpaares 20, 21, 22 sind axial gegeneinandergerichtet und lassen zwischen sich einen Luftspalt frei, in welchem die Spulen angeordnet sind. In der dargestellten Nullage. des Drehschwingers befindet sich im Luftspalt des Magnetpaares 20 eine Spulenkombination aus einer Antriebsspule 16 und einer koaxialen Erregerspule 17, während im Luftspalt des Magnetpaares 21 und im Luftspalt des Magnetpaares 22 je eine einzelne Erregerspule 18 bzw. 19 angeordnet ist.

Das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im Aufbau ähnlich demjenigen nach Fig. 1, jedoch weist es eine Antriebsspule 16 und fünf Erregerspulen 17,18,19,18,17 auf; die Magnete 20, 21, 22, 23, 24, 25 sind an der Unterseite der oberen von zwei Trägerscheiben 15 aus Blech befestigt und nach unten gerichtet.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 gelangen zwei winkelförmige Trägerbleche 15 für die paarweise axial gegeneinandergerichteten Magnete 20, 21, 22, 23 zur Anwendung. In dem von dem Magnetpaar 20, 22 gebildeten Luftspalt befindet sich eine aus Antriebsspule 16 und Erregerspule 17 bestehende Spulenkombination; in dem von dem anderen Magnetpaar 21, 23 gebildeten Luftspalt ist nur eine einzelne Erregerspule 18 vorgesehen. Wie in allen vorher beschriebenen Beispielen ist auch hier die Anordnung und Dimensionierung der Spulen so, daß nur in der Nullage nach jeder Seite die Beaufschlagung der Erregerspulen dazu ausreicht, den Transistor zu öffnen, während in allen übrigen Lagen die Erregerspannung unterhalb der Öffnungsspannung des Transistors bleibt.

Das gleiche Ergebnis wird beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 dadurch erzielt, daß die von einem einzigen Axialmagnet 20 beaufschlagte, koaxial zur Antriebsspule 16 angeordnete Erregerspule 26, 27 als Transformator, insbesondere Autotransformator, gewickelt ist. Die Erhöhung der Erregerspannung erfolgt hier also transformatorisch. Der Axialmagnet 20 ist auf der Unterseite des oberen von zwei an der Drehschwingerwelle 10 befestigten Trägerblechen 15 angebracht.

An Stelle einer als Transformator gewickelten Erregerspule kann gemäß Fig. 8 auch ein zusätzlicher Kleinsttransformator 32 für die Heraufsetzung der von der Erregerspule 17 gelieferten Spannung vorgesehen sein. In diesem Falle wird die Wicklung der Erregerspule 17 mit stärkerem Draht als üblich ausgeführt und die zum öffnen des Transistors erforderliche Spannung wird von der Sekundärseite des Transformators 32 abgenommen. Dieser Transformator

ίο kann sehr klein sein, etwa in der Größe der normalen Spulenkombination, und gegebenenfalls mit einem Stifteisenkern versehen werden. Die Antriebsspule ist mit 16 bezeichnet.

Der Vorteil eines solchen zusätzlichen Kleinsttrafos besteht darin, daß man die Erregerwicklung so auslegen kann, wie es am wirtschaftlichsten für das Antriebssystem ist. Man wählt den Anpassungswiderstand des Impulstransformators entsprechend. Bei Spulenanordnungen mit Magnetschwingern,

ao welche während der gesamten Schwingungsperiode des Gangordners in der Erregerspule eine also sinusförmige Spannung induzieren, wählt man die Aus- ₍ legung der Erregerspule so, daß während des größten % Teils der Schwingungsdauer von der induzierten

a5 Spannung die Schleusenspannung des zu steuernden Transistors nicht erreicht wird, und nur während eines kleinen Teils des Schwingungsweges das Öffnen des Transistors zur Erzeugung des Antriebsimpulses erfolgt.

Zur Unterstützung dieser Maßnahmen ist es selbstverständlich möglich, in die Schaltung Vorspannungserzeuger nach Fig. 7 anzuordnen, welche an die Basis des Transistors eine Vorspannung unterhalb der Schleusenspannung anlegen. Diese Vorspannung kann beispielsweise über einen Spannungsteiler 30, 31 an die Basis gelegt werden, wobei allerdings die Speisespannung über Vorwiderstände 30' im Emitterbzw. Kollektorkreis auf den richtigen Wert — je nach der Verwendung von Germanium- oder Siliziumtransistoren — festgelegt werden muß. Die Anwendung von solchen Spannungsteilern für die Vorspannung bzw. von Vorwiderständen im Emitter- oder Kollektorkreis ist an sich aus der französischen Patentschrift 1 267 650 bekannt. (i

Auch für Uhrenantriebe, welche von anderen Steuerungsmöglichkeiten Gebrauch machen, wie z. B. durch Anschlagen eines Quarzes, ist die Schaltungsanordnung grundsätzlich geeignet; es braucht nur dem Steuerglied ein entsprechend angepaßter Transformator nachgeschaltet zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für die Erregung eines Transistorkreises zum Antrieb elektronischer Uhren mit Drehschwinger, wobei wenigstens ein auf dem letzteren angeordnetes Magnetsystem, dessen magnetischen Kraftlinien im Luftspalt parallel zur Drehschwingerachse verlaufen, mit einer ortsfesten Antriebsspule und wenigstens einer ortsfesten Erregerspule zusammenarbeitet, gekennzeichnet durch eine solche magnetische Verkettung der Spulen (2 bis 5 bzw. 16 bis 19 bzw. 26, 27), daß in beiden Schwingungsrichtungen lediglich in der Nullage des Drehschwingers die Erregungsspannung einen zum Öffnen eines Siliziumtransistors ausreichenden Wert annimmt, beiderseits der Nullage dagegen stets unterhalb der Schleusenspannung des Transistors bleibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, mit mehreren, im Schwingungsbogen angeordneten und hintereinandergeschalteten Erregerspulen, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, daß in der Nullage sämtliche Erregerspulen (3 bis 5 bzw. 17 bis 19) gleichzeitig und gleichsinnig beaufschlagt werden, während in allen übrigen Lagen höchstens ein Teil der Erregerspulen (3 bis 5 bzw. 17 bis 19) gleichzeitig und gleichsinnig beaufschlagt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, mit nur einer Erregerspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (26, 27) als Transformator gewickelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (26, 27) als Autotransformator gewickelt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Heraufsetzung der Erregerspannung ein zusätzlicher Kleinsttrafo (32) vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Vorspannungserzeugers an die Basis des Transistors eine Vorspannung angelegt ist, deren Wert unterhalb der Schleusenspannung des Transistors liegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung über einen Spannungsteiler (30, 31) an die Basis angelegt ist, und daß zum Abgleich der Speisespannung des Transistors Vorwiderstände (30') im Emitter- bzw. Kollektorkreis angeordnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Spannungserhöhung bei Erregung durch ein anderes Steuerglied diesem ein Trafo nachgeschaltet ist.