DE1673728C3 - Timer drive - Google Patents
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Description
motors, eines Ankerhebels und einer Antriebssperre sowie eine Schaltung einer Antriebsstufe,motors, an armature lever and a drive lock as well as a circuit of a drive stage,
Fig.2a bis 2e Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Kollektor- und Basisspannungen d<;r Transistoren der Antriebsstufe im synchronen Betrieb,2a to 2e diagrams of the time course of collector and base voltages d <; r transistors of the drive stage in synchronous operation,
Fi g. 3 a bis 3 d Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Kollektor- und Basisspannungen der Transistoren der Antriebsstufe während der EinschwingzeiLFi g. 3 a to 3 d diagrams of the time course of collector and base voltages of the transistors the drive stage during the settling time
Bei einem astabUen Multivibrator ist die Basiselektrode eines Transistors 1 über einen Kondensator S mit der Kollektorelektrode eines Transistors 2 und in ähnlicher Weise die Basiselektrode des Transistors 2 über einen Kondensator 6 mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 verbunden. Die Emitterelektroden der beiden Transistoren liegen auf Masse. In der Kollektorstrecke des Transistors 1 befindet sich eine Spule 3, die in Serie mit einem Basiswiderstand 8 des Transistors 2 geschaltet Lt. In analoger Weise Hegt in der Kollektorstrecke des Transistors 2 eine Spule 4 in Serie mit einem Basiswiderstand 7 des Transistors 1. Die Spulen 3 und 4 sind gegengleich gewickelt, so daß die in ihnen induzierten Spannungen in Gegenphase zueinander liegen, und haben die Form einer Scheibe. Die Verbindungsstrecke der beiden Basiswiderstände 7 und 8 ist über einen nicht dargestellten Handschalter mit dem Pluspol einer Batterie 10 verbunden, deren Minuspol auf Masse Hegt.In an astabUen multivibrator, the base electrode of a transistor 1 is via a capacitor S with the collector electrode of a transistor 2 and similarly the base electrode of the transistor 2 is connected to the collector electrode of the transistor 1 via a capacitor 6. The emitter electrodes of the two transistors are grounded. Located in the collector path of transistor 1 a coil 3, which is connected in series with a base resistor 8 of the transistor 2 Lt. In analog Way, a coil 4 in series with a base resistor 7 of the lies in the collector path of the transistor 2 Transistor 1. The coils 3 and 4 are wound in opposite directions, so that the voltages induced in them are in phase opposition to each other and have the shape of a disk. The link between the two base resistors 7 and 8 is via a manual switch, not shown, to the positive pole Battery 10 connected, the negative pole of which is connected to ground.
Ein Unruhmotor enthält eine nicht näher bezeichnete Welle, auf der Scheiben 13,14 des Unruhwerkes sitzen. Zwei Paare von zylindrischen Dauermagneten, von denen ein Magnet 17 in Fig. 1 dargestellt ist, sind auf den Scheiben 13, 14 derart angeordnet, daß sich jeweils Nord- und Südpol gegenüberliegen.A balance motor contains an unspecified shaft on the disks 13, 14 of the balance mechanism sit. Two pairs of cylindrical permanent magnets, one of which is shown in FIG. 1, are arranged on the discs 13, 14 in such a way that the north and south poles are opposite each other.
Die zueinander parallelen Scheiben 13 und 14 sind aus remanentem Magnetmaterial gefertigt, während die Dauermagneten aus permanentem Magnetwerkstoff, wie z. B. Ferrit, bestehen.The mutually parallel disks 13 and 14 are made of remanent magnetic material, while the permanent magnets made of permanent magnetic material, such as. B. ferrite exist.
Am Rande der oberen Scheibe 13 und der unteren Scheibe 14 ist jeweils ein Ausgleichsgewicht 16 angebracht. At the edge of the upper disc 13 and the lower Disc 14 has a counterweight 16 attached to it.
Die scheibenförmigen Spulen 3, 4, weiterhin als die Scheibenspule bezeichnet, sind auf einem nicht dargestellten Tragarm montiert. Die Scheibenspule ist exzentrisch uiid in einer bestimmter. Höhe angebracht, um die Luftspalte der Magnetpaare durchsetzen zu können. Die Exzentrizität der Anordnung verhindert Interferenz zwischen der Schwingungsbewegung der Scheibenspule und der des Unruhrades. The disc-shaped coils 3, 4, further referred to as the disc coil, are on a not shown Support arm mounted. The disc coil is eccentric uiid in a certain. Height attached, in order to be able to enforce the air gaps of the magnet pairs. The eccentricity of the arrangement prevents interference between the vibratory motion of the disc coil and that of the balance wheel.
Die Zahl der Spulenwindungen der Spule 3 und 4 ist gleich groß, und die Scheibenspule wird vorteilhafterweise durch das gleichzeitige Aufwickeln zweier isolierter Kupferdrähte hergestellt.The number of turns of the coil of the coil 3 and 4 is the same, and the disc coil is advantageous made by winding two insulated copper wires at the same time.
Das eine Ende einer Unruhfeder 12 ist an der Welle des Unruhmotors und das andere Federende an einem Bolzen befestigt. Die Unruhfeder hat die Aufgabe, das Unruhrad stets in seiner Gleichgewichtslage festzuhalten und die gewünschte Geschwindigkeit zu regeln. Die gegenseitige Lage der Dauermagneten und der Scheibenspule liefert maximale Magnetfeldstärken in den Luftspalten in der Gleichgewichtslage des Unruhrades.One end of a balance spring 12 is on the shaft of the balance motor and the other end of the spring attached to a bolt. The task of the balance spring is to keep the balance wheel in its equilibrium position hold and regulate the desired speed. The mutual situation of the Permanent magnets and the disc coil delivers maximum magnetic field strengths in the air gaps in the Equilibrium position of the balance wheel.
Das schwingende Unruhrad erzeugt ein Drehmoment. Die Bewegung des Unruhrades wird dazu auf einen Hebel 24 und anschließend auf ein Sperrad 25 übertragen, das schrittweise in Drehrichtung geschaltet wird. Die Übertragung der Drehung des Sperrades 25 erfolgt über einen Schaft 25 a auf ein Antriebsritzel 26 und von dort auf ein Zahnradgetriebe des Zeitwerkes (nicht eingezeichnet).The swinging balance wheel generates torque. The movement of the balance wheel becomes this transferred to a lever 24 and then to a ratchet wheel 25, which is switched gradually in the direction of rotation will. The transmission of the rotation of the ratchet wheel 25 takes place via a shaft 25 a on a Drive pinion 26 and from there to a gear drive of the timer (not shown).
Die Richtung der Drehmomentübertragung ist umgekehrt wie bei den bekannten mechanischen Bauarten des Zeitwerkes. Diese Antriebsart ist dem Fachmann als reversierter Sperradmechanismus bekannt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten astabUen Multivibrator sind weiterhin variable Widerstände 21 und 22 an die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 angeschlossen. Die Widerstände 21,22 ermöglichen eine manuelle Einstellung des Schwingungswinkels des Unruhrades.The direction of torque transmission is reversed to that of the known mechanical designs of the Zeitwerk. This type of drive is known to those skilled in the art as a reversed ratchet mechanism. In the astabUen multivibrator shown in Fig. 1 are also variable resistors 21 and 22 connected to the collectors of transistors 1 and 2. The resistors 21,22 enable manual adjustment of the balance wheel oscillation angle.
Die variablen Widerstände 21 und 22 in den Kollektorstrecken sind an die Verbindungspunkte der Kondensatoren und der Antriebsspulen angeschlossen. Die einstellbaren Widerstände 21 und 22 gehören nicht zu den Schaltkreisen, die die Vorspannung der Transistoren beeinflussen. Da der Spannungsabfali des Kollektor- oder Antriebsstromes am Ende des variablen Widerstandes, resultierend aus dem Stromdurchfluß, die Höhe der Vorspannung nicht beeinflußt, sind die einstellbaren Widerstände 21, 22 entsprechend der Größe des Kollektorstromes ausgelegt. Die Schwingungsamplitude des Un- ruhradcs wird durch Einstellen der Größe der Widerstände 21, 22 verändert.The variable resistors 21 and 22 in the collector paths are connected to the connection points of the Capacitors and the drive coils connected. The adjustable resistors 21 and 22 belong not to the circuits that affect the biasing of the transistors. Since the voltage drop of the collector or drive current on End of the variable resistance, resulting from the current flow, the level of the bias voltage not influenced, the adjustable resistors 21, 22 are designed according to the size of the collector current. The oscillation amplitude of the ruhradcs is changed by adjusting the size of the resistors 21, 22.
Die Transistoren 1 und 2 sind Silizium-Transistoren vom npn-Typ. Die Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode werden mit den Buchstaben b, e und c gekennzeichnet. Die zufolge der Bewegung des Unruhrades induzierten Spannungen in den gegengleich gewickelten Spulen zeigen eine Phasenverschiebung von 180°. Die Kollektorelektroden der beiden Transistoren 1 und 2 sind durch die Kondensatoren 5 und 6 mit den Basiselektroden der Transistoren 2 und 1 verbunden.The transistors 1 and 2 are silicon transistors of the npn type. The base, emitter and collector electrodes are identified with the letters b, e and c . The voltages induced in the counter-wound coils as a result of the movement of the balance wheel show a phase shift of 180 °. The collector electrodes of the two transistors 1 and 2 are connected to the base electrodes of the transistors 2 and 1 through the capacitors 5 and 6.
Die Kondensatoren 5 und 6 bestimmen zusammen mit den Widerständen 7 und 8 die Zeitkonstanten der Schaltkreise.The capacitors 5 and 6 together with the resistors 7 and 8 determine the time constants of the circuits.
Beginnt das Unruhrad zu schwingen, so wird zufolge der Änderung der Magnetfeldstärke in den
Luftspalten der Magnetpaare Wechselspannung in den Spulen 3 und 4 induziert.
Die Verkettung der Spule mit dem magnetischen Fluß hängt von ihrer Lage zu den Magneten ab. In
der Stellung mit dem maximalen magnetischen Fluß tritt auch die maximale Drehgeschwindigkeit des Unruhrades
auf, die eine maximale Spannungsinduktion zur Folge hat. In Abhängigkeit von der Lage
der Spule ändert sich auch die Richtung des magnetischen Flusses in der Spule. Eine Richtungsumkehr
des magnetischen Flusses bewirkt eine Polaritätsumkehr der in der Spule induzierten Spannung. Die induzierten
Spannungen zeigen deshalb die Form vonIf the balance wheel begins to oscillate, alternating voltage is induced in the coils 3 and 4 as a result of the change in the magnetic field strength in the air gaps of the magnet pairs.
The interlinking of the coil with the magnetic flux depends on its position in relation to the magnets. In the position with the maximum magnetic flux, the maximum rotational speed of the balance wheel also occurs, which results in a maximum voltage induction. Depending on the position of the coil, the direction of the magnetic flux in the coil also changes. Reversing the direction of the magnetic flux reverses the polarity of the voltage induced in the coil. The induced voltages therefore show the shape of
Impulsgruppen, wobei jeweils eine Gruppe aus einem mittleren Impuls großer Amplitude und zwei benachbarten Impulsen kleinerer Amplitude besteht. In den Fig. 2a und 2b sind derartige Impulsgruppen dargestellt.Pulse groups, with one group each consisting of a middle pulse of large amplitude and two neighboring ones There are pulses of smaller amplitude. Such pulse groups are shown in FIGS. 2a and 2b shown.
Werden an Stelle der Spulen 3 und 4 Widerstände verwendet, so liegt die Schaltung eines astabilen Multivibrators vor, dessen Zeitkonstante bekanntlich durch das Produkt aus Kapazität (5 oder 6) und Widerstand (7 oder 8) gegeben ist. Die Zeitkon-If resistors are used instead of coils 3 and 4, the circuit is an astable one Multivibrators before whose time constant is known to be given by the product of capacitance (5 or 6) and Resistance (7 or 8) is given. The time con
stante ist bei der vorliegenden Erfindung bedeutend größer als die Schwingungsperiode des Unruhrades, wodurch dessen Beeinflussung durch die Antriebsstufe weitgehend vermieden wird. In the present invention, the constant is significantly greater than the period of oscillation of the balance wheel, whereby its influence by the drive stage is largely avoided.
Praktische Werte sind ζ. B. 0,4 sec für die Schwingungsperiode des Unruhrades und 47 see für die Zeitkonstante des astabilen Multivibrators.Practical values are ζ. B. 0.4 sec for the period of oscillation of the balance wheel and 47 seconds for the time constant of the astable multivibrator.
Bei geschlossenem Spannungsschalter, der nicht näher dargestellt ist, läuft ein Großteil des Stromes der Batterie 10 durch den Widerstand 7 oder 8 und und ein kleiner Betrag durch die Spule 3 oder 4 und den Kondensator 5 oder 6 zur Basiselektrode des Transistors 1 oder 2. Welcher der beiden Transistoren angesteuert wird, hängt von den Unterschieden in den Transistorkenndaten ab und ist ohne Einfluß auf die vorliegende Erfindung.When the voltage switch, which is not shown in detail, runs a large part of the current of the battery 10 through the resistor 7 or 8 and and a small amount through the coil 3 or 4 and the capacitor 5 or 6 to the base electrode of the transistor 1 or 2. Which of the two transistors is driven depends on the differences in the transistor characteristics and has no influence on the present invention.
Der Transistor 2 leitet z. B. während der ersten Halbperiode zu Schwingungsbeginn des Unruhrades den Strom. Es bewirkt dann jede Lageänderung zufolge der Rückkopplungswirkung des Multivibrators eine Verschiebung des Arbeitspunktes des Transistors 1 in Richtung Sperrstellung.The transistor 2 conducts z. B. during the first half period at the beginning of the oscillation of the balance wheel the stream. It then causes any change in position due to the feedback effect of the multivibrator a shift in the operating point of transistor 1 in the direction of the blocking position.
Es fließt dabei Strom durch die Spule 4, und die dazu proportionale Antriebskraft bewegt das Unruhrad in die entsprechende Richtung. Die dabei in den Spulen 3 und 4 induzierten Spannungen sind proportional zur Bewegung des Unruhrades und weisen eine Phasendifferenz von 180° auf. Da der Transistor 1 weiterhin gesperrt bleibt, ist die Kollektorspannung eCl des Transistors gleich der Summe aus Batteriespannung E und der induzierten Spannung. Bei leitendem Transistor 2 wird der Kondensator S entsprechend der in F i g. 1 eingezeichneten Polarität aufgeladen.Current flows through the coil 4, and the driving force proportional to it moves the balance wheel in the corresponding direction. The voltages induced in the coils 3 and 4 are proportional to the movement of the balance wheel and have a phase difference of 180 °. Since the transistor 1 remains blocked, the collector voltage e Cl of the transistor is equal to the sum of the battery voltage E and the induced voltage. When the transistor 2 is conductive, the capacitor S is corresponding to that shown in FIG. 1 polarity shown.
In der darauffolgenden Halbperiode ändert das Unruhrad seine Bewegungsrichtung und damit auch die induzierte Spannung ihre Polarität.In the following half-cycle, the balance wheel changes its direction of movement and thus also the induced voltage its polarity.
Die induzierte Spannung in Spule 4 hält über den Kondensator 5 die Basiselektrode des Transistors 1 eine Zeitlang gesperrt. Überschreitet die Basisspannung die Basis-Emitter-Sperrspannung VBE, wird der Transistor 1 leitend, und es fließt Strom durch die Spule 3, der eine zusätzliche Ablenkung des Unruhrades auslöst.The induced voltage in coil 4 keeps the base electrode of transistor 1 blocked for a while via capacitor 5. If the base voltage exceeds the base-emitter reverse voltage V BE , the transistor 1 becomes conductive and current flows through the coil 3, which triggers an additional deflection of the balance wheel.
Im selben Moment wird die Basiselektrode des Transistors 2 durch die Aufladung des Kondensators 6 negativ vorgespannt, und der Transistor sperrt Der Kondensator 5 wird dabei geladen.At the same time, the base electrode of the transistor 2 becomes due to the charging of the capacitor 6 negatively biased, and the transistor blocks. The capacitor 5 is charged.
Aus den voranstehenden Ausführungen folgt als wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß die Antriebsstufe in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Frequenz des Unruhrades schwingtFrom the foregoing it follows as an essential advantage of the invention that the drive stage in accordance with the predetermined frequency the balance wheel swings
Die Transistoren sperren und leiten abwechselnd den Strom, so daß zweimal ein Antnebsmoment pro Schwingung auf das Unruhrad ausgeübt wird.The transistors block and alternately conduct the current, so that twice an Antnebsmoment per Vibration is exerted on the balance wheel.
Das Zusammenwirken des Multivibrators mit den möglichen Richtungsänderungen der Antriebskraft des Unruhrades bewirkt eine sofortige" Beschleunigung der Schwingungsbewegung und somit das schnelle Erreichen einer stabilen Lage.The interaction of the multivibrator with the possible changes in direction of the driving force of the balance wheel causes an immediate "acceleration of the oscillation movement and thus that rapid achievement of a stable position.
Die Antriebsstufe verwirklicht ein leichtes, schnelles und zuverlässiges Selbstanlassen der Anordnung durch die Schaltoperation. zufolge der Schwingunjgsperioden des Unruhrades.The drive stage realizes an easy, quick and reliable self-starting of the arrangement by the switching operation. according to the oscillation periods of the balance wheel.
Verschiedene Spannungskurven bei stabilen Betriebsbedingungen sind in F i g. 2 aufgetragen. Die Abbildungen a, b und c, d zeigen die Zeitabhängjgkeit der Kollektorspannung eCv eCz der Transistoren 1 bzw. 2 und die Basisspannung eßl und eBi der Transistoren 1 und 2.Various voltage curves under stable operating conditions are shown in FIG. 2 applied. Figures a, b and c, d show the time dependency of the collector voltage e Cv e Cz of transistors 1 and 2 and the base voltage e ßl and e Bi of transistors 1 and 2.
Die Basiselektroden der Transistoren 1 und 2 sind infolge des Mittelwertes der Kondensatorgleichspannung FCs oder VC9 negativ vorgespannt. Überschreitet die Basisspannung die Basis-Emitter-Sperrspannung VBE, so fließt Basis- und Kollektorstrom. Bei Erreichen einer Sättigungsspannung VBE (s) durchfließt der Kollektorstrom zweimal die entsprechende Spule während einer Schwingungsperiode. Die Durchflußzeiten sind mit Z1 und f., bezeichnet (siehe Fig.2e). Die Öffnungszeiten der Transistoren sind sehr kurz, und der Antrieb des Unruhrades erfolgt jeweils bei dessen maximaler Schwingungsgeschwindigkeit, so daß die Antriebskraftvoll wirksam wird.The base electrodes of transistors 1 and 2 are negatively biased due to the mean value of the DC capacitor voltage F Cs or V C9. If the base voltage exceeds the base-emitter reverse voltage V BE , base and collector current flow. When a saturation voltage V BE (s) is reached, the collector current flows through the corresponding coil twice during one oscillation period. The flow times are denoted by Z 1 and f. (See Fig. 2e). The opening times of the transistors are very short, and the balance wheel is driven at its maximum oscillation speed, so that the driving force is fully effective.
Die Einstellung der variablen Widerstände 21 und 22 regelt die Kollektorstromverstärkung und somit den Schwingungswinkel des Unruhrades.The setting of the variable resistors 21 and 22 regulates the collector current gain and thus the oscillation angle of the balance wheel.
Die in den F i g. 3 a, 3 b, 3 c und 3 d dargestellten Diagramme zeigen die Kollektorspannungen eCt und eCl und die Kollektorströme iCi und iCl der Transistoren 2 und 1 als Funktion der Zeit beim Einschwingen des astabilen Multivibrators auf die Frequenz des mechanischen Schwingers.The in the F i g. 3 a, 3 b, 3 c and 3 d shown diagrams show the collector voltages e Ct and e Cl and the collector currents i Ci and i Cl of the transistors 2 and 1 as a function of the time when the astable multivibrator settles to the frequency of the mechanical oscillator.
Das Schließen des Handschalters bewirkt einen Antriebsstrom (s. Fig. 3c), der die Unruh durch ein plötzlich auftretendes Moment antreibt. Gleiduieitig wird eine Spannung K", wie in Fig. 3b dargestellt, induziert.Closing the hand switch causes a drive current (see Fig. 3c), which drives the balance wheel through a suddenly occurring moment. A voltage K ″, as shown in FIG. 3b, is also induced.
Die Spannungs- und Stromkurven zeigen, daß die geforderte Synchronisation zwischen der von der Antriebsstufe gelieferten Schwingung und der Unr ruhradschwingung hergestellt werden kann, so daß innerhalb kürzester Zeit die synchronisierte Schwingung mit der stabilisierten Grundschwingung übereinstimmt. The voltage and current curves show that the required synchronization between the Drive stage supplied vibration and the Unr ruhradschwendung can be produced so that the synchronized oscillation matches the stabilized fundamental oscillation within a very short time.
Nach Erreichen stabiler Betriebsbedingungen der Antriebsstufe weisen die Stromimpulse, die das Unruhrad antreiben, eine konstante Dauer und Größe auf (s. F i g. 3 c, 3 d).After the drive stage has reached stable operating conditions, the current pulses emit the balance wheel drive, a constant duration and size (see Fig. 3 c, 3 d).
Die erfindungsgemäße Anordnung schwingt auch bei kleineren Werten des Gleichstromverstärkungsfaktors der Transistoren an. Zum Anschwingen ist keine eigene »Anlaßschaltung«, wie sie bei üblicher Antrieben häufig verwendet wird, erforderlich.The arrangement according to the invention also oscillates with smaller values of the direct current amplification factor of the transistors. There is no separate "starter circuit" for starting, as is the case with conventional ones Drives used frequently are required.
Gegenüber den bekannten Zeitwerkantrieben steig beim erfindungsgemäßen Antrieb die Schwingungsgeschwindigkeit beim Anlaufen sehr schnell ao. Ds überdies ein Schwingungswinkel von 60 bis 80° fii die Aufrechterhaltung der Bewegung des Zeitwerte genügt, kann die automatische Startdauer kleimer.al 1 Sekunde sein.Compared to the known timer drives, the vibration speed increases very quickly ao when the drive according to the invention is started. Ds In addition, an oscillation angle of 60 to 80 ° fii the maintenance of the movement of the time value is sufficient, the automatic start time can be kleimer.al Be 1 second.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (1)
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