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Elektronische Uhr Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische
Uhrg insbesondere
eine elektronische Armbanduhr j, die mit einem
mechanischen
Torsionsoszillator arbeitete welcher wenigstens einen in einer
zur
Werkplatte der Uhr parallelen Ebene schwingenden Arm auf-
weist. Dieser Arm
ist an einer Torsionsfeder befestigto und seine
Schwingungen werden
mit Hilfe eines elektronischen Kreises auf -rechterhaltenj,
der wenigstens einen Transistor sowie eine im
Steuerkreis dieses Transistors
angeordnete Steuerspule und eine
im Arbeitskreis des Transistors angeordnete
Arbeitsspule umfasst
wobei beide Spulen-mit auf
dem Arm befestigten,magnetischen Elementen zusammenarbeiten.
Vorzugsweise bestehen diese auf dem .
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'
Arm befestigten magnetischen
Elemente aus kleinen
Dauermagneten :.
die sich während der Schwingung
des Arms
im Einflussbereich
der
erwähnten
Spulen bewegen.. ,
| it |
| Derartige/Torsionsoszillatoren.arbeitende Uhren sind bereits |
bekannt;
diese Torsionsoszillatoren
habenden Vorzug, .dass
sie ,
| mit verhaltnismassig niedrigen Schwingungsfreug£zen
zwischen |
etwa
10 und 1.50 Hz arbeiten, was
einem mittleren Frequenzbereich
entspricht,
der zwischen dem einer Unruh urid
dem eines piezoelektrischen Oszillators
liegt. -
Bisher-.behannteg mit Torsioneoszillatoren arbeitende Uhren
haben jedoch den Nachteils dass die verwendete Torsionsfeder verh.ältnismassig
lang ist und dass die schwingende Masse .zur Verringerung des Raumbedarfs-verhältnismassig
klein ausgebildet ist. Zur Erzielung hinreichend niedriger Schwingungsfrequenzen
derartiger Torsionsosziüatoren glaubte- man bisher gezwungen
zu sein., die Länge der Torsionsfedern entsprechend hoch wählen
zu missen.
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Um diese Lange der Torsionafeder in kleinen
Uhren- ohne Inkaufnahirie einer zu grossen Bauhöhe der Uhr realisieren
zu können, hat man
daher bereits - als Feder dienende schwingende
Lamellen vorgesehen.,.
die parallel zur Uhrwerksebene
orientiert und mit ihrem einen Ende
in der Umfangsnähe
der Uhr befestigt sind. Diese Anordnung und
Ausbildung- eines mechanischen
Oszillators hat sich jedoch bisher noch nicht bewährt.
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Die bisher verwendeten verhaltnismassig langen Torsionsfedern
bzw. die langen, horizontal zur Uhrwerksebene orientierten
schwingen. den Lamellen haben ausserdem den Nachteil, dass
sich unerwünschte Verbiegungseffekte unter -dem Einfluss der Schwerkraft
bemerkbar
machen, welche, je nach der Lage der- Uhr, in unterschiedlicher
Weise
auf die schwingenden Massen einwirkt. Derartige Verbiegungen
der
Torsionsfeder beeinträchtigen die Konstanz der Torsions# schwingungsfrequenz.
Ausserdem ist zu bertücksichtigen, dass jede
Torsionsfeder
eine zur Torsionaschwingungsamplitude proportionale Verringerung ihrer
aktiven ,Lange erfährt» da sie sich, ja während der
Torsionsachwingung
schraubenförmig verformt. Auch dieser Effekt» der in der Natur
einer Torsionaschwingungen ausführenden Feder liegt»
beeinträchtigt
die Frequenzstabilität des Torsionsschwingungssystemsi da Ja diese
Verkürzung der aktiven Federlange während der Schwingung auch noch
davon abhängt» ob sich die schwingende Masse oberhalb
oder
unterhalb der Feder befindet» also aufgrund ihres Gewichts
entweder, bestrebt ist» den Federarm zusatzlich "zu stauchen»
oder
aber Itzu strecken!t. Ina ersten Falle wirkt die
Schwerkraft der
schwingungen Masse entgegengesetzt zur elastischen
Rückstellkraft der Torsionsfeder, wahrend sie .im anderen Falle
im Sinne
dieser elastischen RUckstellkraft
wirkt.
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Der ErfindungAiegt die Aufgabe zugrunde, eine
neue Anordnung
und Ausbildung eines Torsionsoszillatorsj,
vorzugsweise für elektronische Armbanduhren, zu schaffen, welche bei kleinem
Raumbedarf
eine hohe Frequenzstabilität des Schwingungssystems bei kleinen Frequenzen
sicherstellt. Zu diesem Zwecke ist die
elektronische Uhr nach der Erfindung
dadurch gekennzeichnet» dass
sich der Arm horizontal in einem mittleren
Bereich der Uhr Tiber nahezu die gesamte Ausdehnung der Uhrwerkafläche
erstreckt# die
Torsionafeder, vertikal im zentralen Bereich-der Werkplatte
der
Uhr angeordnet ist und eine Länge hat, die nur einem
Bruchteil der
Länge den Arms entspricht, und dass die erwähnten
Spulen in
Umfangsnahe des Uhrwerks angeordnet sind.
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Dieser Torsionsoszillator=mach der Erfindung hat
den Vorzug, dass man die Tors ionsfeder im zentralen Bereich der
Uhr, senkrecht zur Ebene der. Werkplatte orientiert' befestigen
kann, da die Lange der Torsionafeder nur sehr gering
ist und beispielsweise lediglich
eine Abmessung zwischen
1 und 3 mm zu haben braucht, Die niedrige
Schwingungsfrequenz eines
derartigen Oszillators wird durch das verUltaism2ssig grosse Trägheitamoment
erzielt, das der Oszillator infolge seines langen und schweren Armei aufweist.
Erfinduagsgemass erstreckt sich der an der Torsionafeder befestigte
Arm parallel zur
Uhswerksebene Über nahezu den gesamten
Durchmesser der .
Uhrwerksfläche und kann
beispielsweise bei=norrrmalen Armbanduhren -eine Länge von 15
- 20 mm haben. Da er sehr flach ausgebildet ist,
wird die Bauhöhe
der Uhr durch diesen Arm nicht wesentlich erhöht,
zumal man die Elemente
des elektronischen Kreises in Umfangsnähe der Uhr anordnen kann.
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Gleichzeitig werden durch die. kurze Torsionsfeder nach
der
Erfindung alle jene eingangs erwähnten Effekte wesentlich
verringert»
welche mit der Einwirkung der Schwerkraft auf -die schwingenden Massen
sowie mit der Verkürzung der aktiven-
Federlänge während der Schwingung zusammenhängen.
Ftir die
Befestigung der senkrecht zur Uhrwerksebene orientierten
und -im mittleren Bereich der Werkplatte angeordneten Torsionsfeder
steht ein hinreichend grosser Raum zur Verfügungg derart., dass.
die aus breiten Federlamellen aufgebaute Torsionsfeder über
ihre
gesamte Breite fest in der Werkplatte verankerbär ist.
Dadurch wird
erreichte dass die Torsionsfeder selber einen
hohen Widerstand gegen
eine unerwünschte Verbiegung aufweist$ ohne dass@jedoch
durch diese hohe Biegefestigkeit das Torsionsvermögen der Feder beeinträchtigt
wird.
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Auf
der Zeichnung sind mehrere mögliche Ausführungsformen
der elektrflpiaghen
-Uhr- nach
der Erfindung dargestellt: Esseigen;
| Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform, |
| Fig. 2 und 3 Schnitte entsprechend" den Linien II-II bzw.
III-III-ider- |
| Ausführungsform nach Fig. 1 |
| Fig. 4 eine eldtrische Schaltung für das Schwingungssystem
hach |
| der Erfindung - . |
| Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der |
| elektronischen Uhr nach der Erfindung» |
| Fig. 6 einen Schnitt langs der Linien VI-vI nach Pig. 5@
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| Fig. 7 und 8 .Teilansichten der Ausführungsforn nach Fig.
5 entsprechend |
| - den Linie VII-VII bzw. VM-VIIIs und |
| Fig. 9 die Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der |
| elektronischen Uhr nach der Erfindung. " ` |
| Nach Fig. 1 befindet sich auf der Platine 1 eines Zeitmessers |
| eine Torsionsfeder 2 von kreuzförmigem Querschnitts an deren |
| oberem Teil ein Schwingungsarm 3 angeordnet ist. Die Eigen- |
| schaften derartiger Torsionsfedern sowie deren Montage sind |
| bekannt und- in der Schweizer Patentschrift 367 443 beschrieben
worden. |
Der Schwingungsarm 3 hat an jedem seiner beiden Enden einen
Kopf,
in denn ein Teil
der elektromagnetischen Antriebseinrichtung
für das Schwingungssystem
untergebracht ist. Jeder der Köpfe
besitzt einen axialen
Hohlraum 4 von allgemeiner
zylindrischer
Formt
deren beide Seitenflächen
5 abgeschnitten sind. Der obere
Teil des.
Hohlraums wird durch ein
Joch 6 verschlossen, das eine
zentrale
Hälse
? trägt, die sich in diesen Hohlraum erstreckt .
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und an deren Boden eine Schraube 8 zur Befestigung
den Jochs
im Hohlraum angeordnet ist. Mit Hilfe einer weiteren
Schraube 9s
die von aussen in die erwähnte Hülse eingeschraubt istt
lässt
sich das Trägheitsmoment des Arms und damit
die Frequenz des Schwingungssystems einstellen.
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An der Innenseite den Jochs 6 sind zwei Dauermagnete
10,
die die Form eines Sektors besitzen, derart angeordnet,
dass
ihre Polaritsten entgegengesetzt gerichtet sind.
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In dem vom Joch 6 umschlossenen Hohlraum 4 ist
ferner eine Spule 1Z angeordnets die innerhalb des kreisriogformigen Hohlraums
11 ein hinreichend tronses Spiel gegenüber den Seiten .wänden
des Hohlraums d hat, so dass sie die freie Schwingung
des
Armen 3 mit seinen Kopf nicht beeinträchtigt. Die Spule
1Z ist
(Fig. Z) fest mit der Platine das Zeitmessers verbunden.
Der
äussere -magnetische Kreis des Dauermagneten 10 wird über diese Spule, über das
Joch sowie über die von dem Kopf gebildeten Wände des Hohlraums 4 geschlossen.
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Die erwähnte Spule 12 bildet die im Emitter-Basis-Kreis des Transistors
14 nach der Schaltung der Fig. 4 liegende Steuerspule, Auf der anderen Seite
des Armes 3 befindet sich ein Kopf, der genauso ausgebildet ist, wieder eben
beschriebene Kopf und der in gleicher Weise eine Spule 13, ein Joch und zwei Dauermagnete
15 enthält. Die Spule 13 ist die Arbeitsspule des Schwingungssystems und liegt nach
der Schaltung der Fig. 4 im Kollektorkreis des Transistors 14. -Die durch
die Schwingung des Dauermagneten 10 in der Steuerspule 12 induzierten Ströme steuern
den Transistor 14 in bekannter Weise, so dass die Spule 13 durch den Kollektorstrom
des Transistors 14 erregt- wird und peiodisch auf die beiden Dauermagnete 15 Kräfte
ausllbt, die die Schwingungen des Systems -aufrechterhalten. Die Polaritäten der
beiden Dauermagnete 15 sind wie die der Däüer-=magnete 10 entgegengesetzt gerichtet,
so dass sich ihre-'Wirkungen auf die Spule addieren.
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Fig, 5 zeigt eine zweite Ausftlhrungsform des Schwingungssystems nach,
der Erfindung. Danach sind auf der Platine 1 des Zeitmessers
zwei
Schwingungsarme 16 angeordnet" die um die Achsen ihrer kreuzförmigen Torsionsfedern,
schwingeng nebeneinanderliegen und in jedem Augenblick eine. zueinander engegengesetzte
Bewegungsrichtung haben., so dass sich das System im dynamischen Gle`ichgewicht
befindet, Jeder der beiden Köpfe jedes Armes wird aus einer Platte 18 gebildet..
die im rechten Winkel zum Arm nach unten abgebogen ist. An der Platte 18 ist der
Rand 19 eines Joches ZO befestigt, Der MitteltE.l dieses Joches besitzt eine Schraube
21 zur Justierung der Frequenz des Schwingungssystems und ausserdem vier kleine
Stifte 22 zur Befestigung des Jochs an der Platte.
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Am Boden des Jochs sind zviei Dauermagnete 23 in Sektorforni angeordnet,
deren Polaritäten entgegengesetzt gerichtet sind und die mit einer Spule 9-1.4-
zusammenarbeiten, die in dem von dem Joch und der Platte gebildeten zylindrischen
Flohlraurn angeordnet ist. Mit ihrem Mittelteil i:st diese Spule am Ende eines Kerns
25
befestigt] der durch einen in der Platte 18 ausgesparten Spalt 26 hindurchragt
und an seinem anderen Ende fest mittels einer Schraube 28 und einem. WirLkelstück
27 an der Platine 1 befestigt ist.
| Diese. Anordnung stellt eine besondf_#rs einfa-ite-3.usftfhxlrnl;cf@rtr@. |
| dar ;>nd erlaubt vir -tll:#m eine leichte Dcmontxge. aes Schswiaguags- |
| o'ystf' als, ohne das `i @.',llvo.I die Spule _4'@SSV.
2 lIi': inü5sti. =1 Li`i:iz:l - |
dem :st
auch die Befestigung der Spule selber sehr
einfach. -
Auf Fig. 9
ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Schwingungs-
systems der,
elektronischen Uhr nach der Erfindung
dargestellt. -
Wie im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels sind auf
einer Platine des
Zeitmessers zwei kreuzförmige Torsionsfedern
2 und an deren oberen Enden je ein Schwingungsarm 16 angeordnet. Der Kopf
29 an beiden.
Enden jeder Schwingungsarme hat diesmal
die Form eines Quaders' ragt
senkrecht an den Enden der Armenach
oben und umschliesst einen zylindrischen Hohlraum, von dessen Wänden die,
beiden parallel zur Schwingungsebene der Arme liegenden Seitenflächen
abge-
schnitten sind. Die@Achse dieses zylindrischen Hohlraumes,
welcher
nach der vom anderen Arm abgewandten Seite hin offen ist» liegt
-senkrecht zur Längsachse des Armes und parallel zur Schwingungs-
ebene.
In der Mitte der die Grundfläche des Zylinders bildenden
Wand des
Kopfes -ist ein Dauermagnetstab 30 angeordnet, der in
den zylindrischen
fiohlraum hineinragt`- Von der gegenüberliegenden offenen Seite taucht
eine Spule 31, die mittels eines Winkelstücks 32
auf der Platine befestigt
ist, in den Hohlraum hinein und umschliesst den erwähnten Magneten
30. Die kreisförmigen Zwischenträume zwischen der Wand des Kopfes
29 und de- Spule 31 einerseits. sowie
der Innenwand
der Spule 31 und dem Magneten 30 andererseits. sind
so
bemessen, dass bei der Schwingung des Artries der Magnet
30,
ohne die Spule zu berühren, in die Spule eintauchen bzw. die
Wandung des Kopfes 29, ebenfäll:; ohne die Spule zu berührrnf übe-
die
Spule gleiten kann. Die Wandung den Kopfes 29 bildet gleichzeitig
den
Rückschluss für das Feld des Dauermagneten.
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Von den insgesamt vier Köpfen und Spulen, die.diese Anordnung
an jedem der Enden der Arme trägt' bilden zwei den Steuerteil
und
zwei den Antriebsteil des Schwingungssystems der elektronischen
Uhr.
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Der Gegenstand der Erfindung ist natürlich nicht auf
die hier naher erläuterten Ausführungsformen des vorgeschlagenen Schwingungssystems
einer elektronischen Uhr beschränkt. sondern es liegt in
dem Bereich
des Fachmanns, die Anordnung und die Ausbildung des Kopfes. der
Dauermagneten sowie der Spulen in einem weiten
Bereich zu variieren,
Beispielsweise
kann die Anordnung der Köpfe und der Spulen auf den beiden
Seiten eines der Schwingungsarme derart erfolgen, dass
die
Kopf- und Spulenorientierung nichts wie bei den beiden letzten
beschriebenen Ausftihrungsbeispielens symmetrisch inbezug auf
eine
Mittelebene des Schwingungsarmes sind. sondern symmetrisch . in- beäug
auf die Schwingungsachse des Armes. Das heisst= die
Orientierung
von Kopf und Spule an dem einen Ende des Armes ist
am
anderen Endes des Armes genau um 18.A0 gedreht. Dadurch kann
auf einfache Weise erreicht werden. dass der Schwerpunkt
des
Armes genau in seine Drehachse fällt.