DE1673763B2 - Elektrischer zeitgeber bei dem die schwingbewegung der unruh durch einen diese beaufschlagenden messwertwandler aufrechter halten wird - Google Patents

Description

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spule so zugeordnet sind, daß das Stoßwerk in einer pol 7 und der Magnetpol Kl' gegenüber dem Südstabilen vorgespannten Lage gehalten wird, wenn es pol 8 des Dauermagneten 6. Eine Antriebsspule 12 nicht mit der Unruh im Eingriff steht, und daß die und eine Detektorspule 13 erzeugen den magnetischen Schaltung so ausgelegt ist, daß die durch die Antriebs- Kraftfluß des magnetischen Kreises bzw. Änderungen spule induzierte Spannung der durch die Detektor- 5 des Kraftflusses im Bereich der Detektorspule, Die spule induzierten Spannung überlagert wird. Eine Antriebsspule weist äußere Anschlußklemmen 12« solche Schaltung kann beispielsweise darin erkannt und 12c und eine mittlere Anschlußklemme 12Z> auf, werden, daß die KC-Kombination über die Detektor- die Detektorspule 13 hat Anschlußklemmen 13« und spule an einen Abgriff der in den Kollektorkrois 13b. Nicht dargestellt in F i g. I ist ein seiner Art des Antriebstransistors geschalteten Antriebsspule io nach bekannter, dem Anker 4 zugeordneter Mechagelegt ist, zwischen dessen Emitterkreis und den nismus zum Antrieb des Rädergetriebes der Uhr. Basiskreis des Steuertransistors ein zeitkonstanter In seiner in F i g. 1 eingezeichneten Lage wird Begrenzungswiderstand geschaltet ist. In diesem Falle der Dauermagnet 6 durch die Magnetpole 9 und 10' bestimmen dann die Zeitkonstanten des Konden- zurückgestoßen, durch die Magnetpole 9' und 10 sators der RC-Kombination und dieses Begrenzungs- 15 hingegen wird er angezogen, so daß ihm ein Drehwiderstandes die Periode des Antriebsimpulses, wobei moment aufgegeben wird, falls der Impulsstoß groß sie so gewählt sind, daß sie nahezu der Schwingungs- genug ist und in der Antr-.bsspule 12 deshalb ein periode der Unruh entsprechen. Wenn die über den magnetischer Kraftfluß in Ricb'ung des Pfeiles mit Widerstand der /?C-Kombination besorgte Aufladung ausgezogener Linie erzeugt wird. Kommt der Anker 4 des Kondensators erfolgt ist, dann wird der Strom- 20 dann bei seiner Drehung mit dem Impulsstift 3 in fluß in dem Basiskreis des Steuertransistors unter- Berührung, dann wird sein Impuls an die Unruh 1 brachen und damit folglich auch der Antriebsimpuls. weitergegeben. Ist dieser Impuls stark genug, dann Im normalen Schwingungszustand der Unruh, wenn kommt die Unruh 1 wieder außer Eingriff mit dem also deren Schwingungsamplitude relativ groß ist, Anker 4, und während der gleichen Zeit bewegt sich wird dann der Kondensator nur durch die in der 25 der Dauermagnet 6 aus seiner zwischen den Magnet-Antriebsspule und in der Detektorspule induzierte polen 9 und 10' ausgerichteten Lage in eine Lage, Spannung aufgeladen, worüber also erkennbar ist, in welcher er zwischen den Magnetpolen 9' und 10 daß der Unruh zu Beginn ihrer Schwingung ein ausgerichtet ist. Sobald die Unruh 1 wieder in ihre Antriebsimpuls gegenüber dem normalen Schwin- Ausgangslage zurückkehrt, was durch die in ihrer gungszustand größerer Breite übergeben wird. Weitere 3° Spiralfeder gespeicherte Energie bewirkt wird, kommt Schaltungsmöglichkciten zur Erzielung desselben sie wieder mit dem Anker 4 in Wirkverbindung, und Zweckes sind in den Unteransprüchen aufgeführt. zwar nahe des Zentrums ihrer Schwingung. Der

Die Erfindung wird nachfolgend für mehrere Aus- Dauermagnet 6 kehrt dann ebenfalls zurück in seine

führungsbcispielc an Hand der Zeichnung näher Ausgangslage zwischen den Magnetpolen 9 und 10'.

erläutert Es zeigt 35 In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen,

F i g. 1 in schemalischer Darstellung einen elek- daß bei Umkehrung der Drehrichtung der Unruh 1

trischen Zeitgeber mit: einem Stoßwerk als Meßwert- in der Antriebsspule 12 ein magnetischer Kraftfluß

wandler, in Richtung des gestrichelt eingezeichneten Pfeiles

F i g. 2 eine Einzelheit des Zeitgebers gemäß erzeugt wird, und dieser Kraftfluß rtößt den Dauer-

F i g. 1 zur Veranschaulichung des magnetischen 40 magneten 6 in eine umgekehrte Drehrichtung, so daß

Kraftfhsses in dem Meßwertwandler, er durch die Magnetpole 9 und 10' angezogen wird.

F i g. 3 ein Schaubild zur Verdeutlichung der Bewirkt man also mehrmals hintereinander und abAbhängigkeit der magnetischen Potentialenergie P.E. wechselnd in verschiedenen Richtungen einen magnevon dem Drehwinkel des Stoßwerk-Dauermagneten, tischen Kraftfluß über die Antriebsspul·; 12 in Über-

F i g. 4 eine herkömmliche astabile Multivibrator- 45 einstimmung mit der Schwingung der Unruh 1, dann

schaltung zur Verwendung bei einem Zeitgeber der überlagern sich in der Unruh die verschiedenen,

F i g. 1 und 2. von dem Anker 4 abgegebenen Impulse, se daß die

F1 g. 5 bis 8 astabile Multivibratorschaltungen Unruh 1 schließlich die gewünschte Schwingungs-

nach der Erfindung zur Verwendung bei einem elek- amplitude erhält, in welcher ein Gleichgewicht

trischen Zeitgeber nach den F i g. 1 und 2. 50 zwischen zugefürirter Energie und abgegebener Ener-

F i g. 9 ein Schaubild verschiedener Spannungs- gie besteht.
Wellenlinien 'b;i der Schaltung gemäß F i g. 5 und Der Dauermagnet 6 wird ständig von der in F i g. 1

Fig. 10 Schaubilder der Lade:;pannung und des eingezeichneten Lage in die in F i g. 2 eingezeichnete

Stromes, des zeitkonstanten Kondensators, der in Lage überführt, und umgekehrt. Dies wird einmal

den Schaltungen nach den F i g. 5 bis 8 Verwendung 55 durch den magnetischen Kraftfluß der Antriebs-

findet. spule 12 und zum anderen durch die Energie der

In d«n F i g. I und 2 bezeichnet 1 eine Unruh, Unruh 1 bewirkt. Der magnetische Kraftfluß fließt die auf einer Welle 2 gelagert ist. Ein bei 5 gelagerter also von dem Nordpol 7 zu dem Südpol 8 des Dauer-Anker 4 ist in Eingriff bringbar mit einem Impuls- magneten un.l in dazu umgekehrter Richtung jedesmal stift 3 dieser Unruh. Mit 6 ist ein Dauermagnet be- 60 über das Joch 11, wie dies in den F i g. 1 und 2 mit zeichnet der mit Jem Anker in einem Gehäuse den strichpunktierten Pfeilrichtungen angedeutet ist. bewegbar ist. Mit 7 und 8 ist auf den magnetischen Die Richtung geht also in dem einen Fall vom Nord-Nordpol bzw. auf den magnetischen Südpol hin- pol 7 zu dem Magnetpol 9 über das Joch 11 und gewiesen. Mit 9. 9 , 10 und 10' sind magnetische den Magnetpol 10' zu dem Südpol 8. und in dem Pole des Jochs 11 eines magnetischen Stromkreises 65 anderen Falle von dem Nordpol 7 über den Magnetbezeichnet, der den Dauermagneten 6 umgibt. Von pol 9', das Joch 11 und den Magnetpol 10 zu dem diesen magnetischen Polen liegt, wie aus F i g. 1 Südpol 8. Indem in dem Joch 11 die Fließrichtung ersichtlich, der Magnetpol 9 gegenüber dem Nord- de» magnetischer, Flusses umgekehrt wird, wird

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sowohl in der Antriebsspule 12 wie auch in der lorengeht. Ist jedoch die Erhaltungsenergie der Unruh Detektorspule 13 eine Spannung induziert, und die im Zeitpunkt der Einleitung ihrer Schwingung kleiner. Richtung dieser induzierten Spannung ist umgekehrt dann kann der Berg magnetischer Potentialenergie der Richtung des Antriebsstromes. Fließt dieser An- nicht überwunden werden, das heißt, die Unruh wird triebsstrom entgegen der zuvor induzierten Spannung, 5 wieder angehalten. Es ist demzufolge erforderlich, daß dann wandelt sich die elektromagnetische Energie in zum In-Schwingung-Versetzen der Unruh dem Wandmechanische Energie um, und diese mechanische ler ein ausreichend hoher elektrischer Impuls aufge-Energie wird dann der Unruh 1 übergeben. geben wird oder ein Impuls solcher Breite, daß die

Die vorerwähnte induzierte Spannung ist auch Höhe des Berges überwunden werden kann. Da aber gleichzeitig ein Synchronsignal für den elektrischen io nun die zur Verfügung stehende Spannung einer Stromkreis des elektrischen Zeitgebers. Die Breite beispielsweise in eine Armbanduhr eingebauten Batte- bzw. Größe dieser induzierten Spannung entspricht rie verhältnismäßig niedrig ist. muß dafür Vorsorge etwa der Zeitdauer, die benötigt wird, um den Anker 4 getroffen werden, daß die elektrische Schaltung derart mit dem Impulsstift 3 der Unruh 1 in Wirkverbindung ausgelegt wird, daß sie ihre Stoßbreite ausweiten kann, zu bringen. In F i g. 9a ist die Wellenform dieser 15 Bei einer Anordnung gemäß F i g. 1 steht der induzierten Spannung dargestellt. Hierbei bewirkt die Anker 4 des Wandlers zu Beginn der Schwingungen untere Halbwelle α der induzierten Spannung ein auf- der Unruh 1 mit dieser nahezu die gesamte Zeit in wärts gerichtetes Drehmoment, durch welches der Wirkverbindung, so daß über den Stromkreis der Dauermagnet aus seiner zwischen den Magnetpolen 9 Unruh 1 wirksame Stoßenergie übergeben werden und 10' ausgerichteten Lage in seine Lage zwischen ao kann. Im Augenblick des Erreichens einer Amplitudenden Magnetpolen 9' und 10 überführt wird, und die weite, die der stabilen Schwingung der Unruh 1 ent obere Halbwelle b der induzierten Spannung bewirkt spricht, steht der Anker 4 nur sehr kurze Zeit mit der ein nach unten ausgerichtetes Drehmoment, durch Unruh in Wirkverbindung. Dieses Im-Eingriff-Stehen welches der Dauermagnet in seine Ausgangslage des Ankers verkürzt sich zeitlich also stetig, so daß zwischen den Magnetpolen 9 und 10' zurückgeführt 25 schließlich über den Anker 4 der Unruh 1 keine zuwird. Indem nun die Schwingungsamplitude der Un- sätzliche Energie mehr übergeoen werden kann, sollte ruh 1 größer wird, verringert sich gleichzeitig die der elektrische Stromkreis selbst ein sehr breites Stoß-Eingriffszeit des Ankers 4 mit dem impulsstift 3. Ver- feld aufweisen. Es ist deshalb erforderlich, die Stoßgrößert wird also auch die Drehgeschwindigkeit des breite wesentlich zu verengen. Dauermagneten 6 und der Richtungswechsel des 3° Als dem Wandler einen elektrischen Impuls übermagnetischen Kraftflusses, und es vergrößert sich gebende Stromkreise lassen sich in diesem Zusammenschließlich noch die induzierte Spannung, so daß die hang beispielsweise solche denken, bei weichen ein Wellenberge von der in Fig. 9a gestrichelten Form einfacher Verstärker eines Transistors derart geschalin die ausgezeichnete Form übergehen. tet ist. daß die Antriebsspule des Wandlers in dessen

Bei einer Anordnung gemäß F i g. 1 stellt der 35 Ausgleichskreis liegt und die Detektorspule des Wand- Anker 4 mit dem Dauermagneten 6 eine Einheit dar. lers an dessen Basis angeschlossen ist. Denkbar ist Weil wegen des Nordpols 7 und Südpols 8 eine magne- auch ein astabiler Sperrschwinger eines Transistors, tische Belegung entgegengerichteter Polarität auftritt, der über einen zeitkonstanten Kondensator die Schwinwird der Dauermagnet 6 in seinen in den F i g. 1 gungsperiode der Ströme bestimmt und der mit einem und 2 eingezeichneten Lagen zwischen den Magnet- 40 an die Basis des Transistors derart angeschlossenen polen 9 und 10' bzw. 9' und 10 nahezu während der zeitkonstanten Widerstand zusammenarbeitet, daß der gesamten Zeit der Unruhschwingung festgehalten. Transistor leitend gesteuert bzw. auf »an« eingestellt

In dem Schaubild gemäß F i g. 3 ist die Wechsel- ist. wobei die Detektorspule in Reihe mit dem Basisbeziehung zwischen dem Drehwinkel Θ des Dauer- kreis des Verstärkers geschaltet ist. Denkbar ist auch magneten 6 und dessen magnetischer Potentialenergie 45 ein monostabiler oder astabiler SchwingerKreis. der festgehalten. Der Drehwinkel — Θ entspricht der Lage aus zwei Transistoren derselben Polarität oder verdes Dauermagneten gemäß F i g. 1 zwischen den schiedener Polarität gebildet wird. Verwendet man Magnetpolen 9 und 10', der Drehwinkel -f- 0 entspricht jedoch einen einfachen Verstärker, dann kann es der Lage des Dauermagneten 9' und 10 und der Dreh- vorkommen, daß durch die Schwingung der Unruh winkel O₀ entspricht der mittleren Schwenklage des 50 eine induzierte Spannung in der Detektorspule nicht Dauermagneten 6. in welcher sich dieser etwa im erzeugt wird, so daß der Transistor demzufolge nicht Bereich der Spalte zwischen den Magnetpolen 9, 9' angeschaltet werden kann. Es ist demzufolge unmög- bzw. 10. 10' befindet. Zwischen den Drehlagen —0 lieh, die Unruh aus ihrer Nullage heraus zu bewegen, und -f© tritt nach jeweils zwei Verschwenkungen des In einem Sperrschwinger ist die »An«-Zeit de« Dauermagneten bei der Drehlage 0„ ein Berg magne- 55 Transistors, das heißt, die Breite des elektrischeri tischer Potentialenergie auf. Daher muß im stabilen Impulses, bestimmt durch die Selbstinduktivität dei Schwingungszustand der Unruh, in welchem die Am- Antriebsspule und der Detektorspule und durch die plitude verhältnismäßig groß ist, die Erhaltungsenergie Gegeninduktivität oder den Widerstand der Spule höher bemessen sein als*der Wert eines solchen Berges Weil nun die magnetischen Ströme des Wandlers irr magnetischer Potentialenergie. Im stabilen Schwin- 60 allgemeinen, wie aus F i g. 1 erkennbar, über dei gungsstadium, in welchem die Unruh 1 den Anker 4 einen Teil des Joches offen sind, ist die lnduktivitä bewegt und in welchem der Dauermagnet 6 zwischen verhältnismäßig klein und die Breite des elektrischer den Drehwinkeln —0 und -τΘ verschwenkt wird. Impulses ist verhältnismäßig eng. Es wurde darübe verliert nun die Unruh Energie, um über den Berg hinaus bei einer solchen Anordnung des Wandler bei 0_O zu kommen. Diese Energie gewinnt sie aber 65 festgestellt, daß bei Vergrößerung der Amplitude de wieder, wenn sie von der Schwenklage O₀ zu der Unruhschwingungen die Stoßbreite sich vergrößert Schwenklage —0 kommt. Es kann demzufolge fest- Es ist jedoch bei soidien Schaltungen nicht möglich erhalten werden, daß im Ergebnis keine Energie ver- eine selbsterregte Schwingung zu erzielen, was zurück

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zuführen ist auf den zum Einsatz kommenden Wand- periode der Unruh 1. dann ist es in dieser »Ano-Stel-

ler. lung möglich, daß der Stromkreis in eine »An«-Stel-

Was den Fall eines monostabilen, aus zwei Transi- lung überführt wird, wenn die erwähnte induzierte storer, Jerselben Polarität gebildeten Schwingkreises Spannung infolge einer Bewegung der Unruh in einem anbetrifft, so ist auch hier anzuführen, daß sich der 5 Zeitpunkt unmittelbar danach erzeugt wird. Es ist Transistor ebenfalls nicht »an« schalten läßt, ohne daß also selbst mit einer Schaltungsanordnung vorbekannin der Spule eine induzierte Spannung «rzeugt wird. ter Art gemäß F i g. 4 möglich, den Wandler derart wie dies vorstehend für den Verstärker beschrieben zu steuern, daß er in Synchronisation mit der Schwinwurde. Was schließlich noch den Fall eines astabilen gungsperiode der Unruh Energie übergibt. Die Breite Schwingkreises anbetrifft, so ist hier festzustellen, daß »o des zu erzeugenden elektrischen Stoßes ist aber durch •elbst dann, wenn die anfängliche Stoßbreite ver- die Zeitkonstante des Kondensators 18 und durch größert werden kann und die Unruh aus ihrer Ruhe- den Steuerwiderstand 19 des Ladestromes bestimmt, lage heraus in Bewegung gesetzt werden soll, der Dies heißt aber, daß die dem zeitkonstanten Konden-Stromverbrauch unerwünscht ansteigt, was darauf sator 18 hinzuaddierte l.adespannung nur diejenige lurückzuführen ist, daß einer der beiden Transistoren 15 der Energiequelle 23 ist, so daß die maximale Ladewährend der stabilen Schwingung in einer »An«-Stel- spannung des Kondensators 18 die Spannung der lung sich befindet. Energiequelle 23 ist. Die Ladezeit des Kondensators 18

Es wurde vorstehend der Nachweis erbracht, daß es wird bestimmt durch die vorgegebene Zeitkonstante

mit Hilfe bekannter Schaltungen nicht möglich ist. des Kondensators 18 und durch den Widerstand 19. die Unruh von sich aus in Schwingung zu versetzen 20 In einer Ausführungsform gemäß Fig. 1, bei welcher

und zu gleicher Zeit den Energieverbrauch zu ver- der Unruh über einen Wandler zusätzliche Energie

ringern. Um sich nun in die Erfindung leichter ein- übergeben wird, sind die Werte des zeitkonstanten

lesen zu können, soll nachstehend zuerst an Hand der Kondensators 18 und des Widerstandes 19 deshalb

F i g. 4 eine bekannte Schaltung beschrieben werden. fest, so daß die Breite des elektrischen Stoßes bei einer

Diese F ig. 4 zeigt das Beispiel eines astabilen Schwing- 25 Schaltung gemäß F i g. 4 groß genug ist. Es st näm-

kreists mit zwei komplementären Transistoren ver- lieh nicht möglich, die Unruh in Schwingungen zu

schiedener Polarität. Hierbei ist ein NPN-Transistor versetzen, ohne daß zu Beginn ein sehr breiter elek-

für den Antrieb und ein PNP-Transistor für die Steue- frischer Impuls übergeben wird. Es ist dann aber bei

rung vorgesehen. Die gemäß F i g. 9a in der Antriebs- einem solchen Fall zu beachten, daß bei Erreichen spule 17 in Abhängigkeit von der Bewegung der Unruh 30 einer stabilen Amplitude der Unruhschwingung der

induzierte Negativspannung weist eine Richtung auf, elektrische Impuls seine zu Beginn vorhandene Breite

die den Transistor 16 in eine »An«-Stellung bringt. beibehält, so daß nach Außereingriffkommen des

Indem man diese induzierte Negativspannung der Ankers mit der Unruh der elektrische Stromkreis dem

Wartestellung des Steuertransistors 16 hinzuaddiert. Wandler weiterhin eine reaktive elektrische Energie

wird der Stromkreis, der einen zeitkonstanten Kon- 35 übergibt. Verwendet man eine Batterie kleiner Kapa-

densator 18. einen den Ladestrom dieses Kondensators zität, wie es der Fall ist bei Armbanduhren, dann wird

steuernden Widerstand 19. Widerstände 20 und 21 und durch diese Wirkung die Lebensdauer der Batterie

einen Antriebstransistor 15 umfaßt, in eine »An«-Stel- wesentlich verkürzt, so daß sich eine Schaltungs-

lung überführt. Ist der Stromkreis in dieser »An«- anordnung gemäß F i g. 4 in der Praxis nicht bewähren

Stellung, dann bringt der Kollektorstrom des Steuer- 4° kann. Ordnet man in diesem Schaltkreis gemäC

transistors 16 den Antriebstransistor 15 ebenfalls in F i g. 4 eine Diode 22 zusätzlich an. dann absorbier!

eine solche »An«-Stellung. denn der Steuertransistor 16 diese Diode 22 Energie der Antriebsspule 17, und

ist mit seiner Basis über den Widerstand 21 an die zwar während des letzten Stadiums des elektrischen

Basis des Antriebstransistors 15 angeschlossen. Ist nun Impulses.

dieser Antriebstransistor 15 in seiner »An«-Stellung, 45 F i g. 5 zeigt zunächst eine eine positive Rückdann fällt die Kollektorspannung. Durch diesen Abfall kopplung aufweisende Schaltung, in welcher mit 12 der Kollektorspannung öffnet sich der Steuertransi- die Antriebsspule und mit 13 die Detektorspule analog stör 16 immer mehr, das heißt, in dessen Stromkreis der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bezeichnet ist. findet eine positive Rückkopplung statt. Ist der An- Mit 26 ist ein zeitkonstanter Kondensator bezeichnet triebstransistor 15 in seiner »An«-Stellung und gesät- 50 Ein Widerstand 27 steuert den Ladestrom dieses Kontigt, dann gelangt der Strom der Energiequelle 23 als densators, er ist mit einem Basis und Kollektor auf-Antriebsstrom zu der Antriebsspule 17 in einer Rieh- weisenden Steuertransistor 25 verbunden. 29 ist eir tung_: die der induzierten Spannung entgegengerichtet weiterer Widerstand, welcher zwischen dem Steuer ist, und versorgt somit die Unruh 1 mit Energie. Dabei transistor 25 und einem Antriebstransistor 24 liegt nimmt der Ladestrom des Ladekreises des zeit- 55 Die Anschlußklemmen 12a, 12b und 12c entsprecheT konstanten Kondensators 18 allmählich ab. Dieser den mit gleichen Bezugsziffern bezeichneten Anschluß-Ladestrom fließt von der positiven Anschlußklemme klemmen der Antriebsspule 12 in der Ausführunj der Energiequelle23 zu dem Emitter und der Basis gemäß Fig. 1, gleiches gilt auch für die Anschluß des Steuertransistors 16, dann über den Widerstand 19 klemmen 13a und 13b der Detektorspule 13. Dei und den zeitkonstanten Kondensator 18 zu dem KoI- 60 Ladestrom des zeitkonstanten Kondensators 26 wire lektor und dem Emitter des Antriebstransistors 15 gebildet von der positiven Anschlußklemme der Ener und kehrt zurück zu der negativen Anschlußklemme giequelle 31, dem Emitter und der Basis des Steuer der Energiequelle 23. Dieser Abfall des Ladestromes transistors 25, dem Widerstand 27, dem Kondensa unterbricht sehr rasch infolge der erwähnten positiven tor 26, der Detektorspule 13, der Anschlußklemme 12/ Rückkopplung den Antriebstransistor 15 und den 65 und 12 c der Antriebsspule 12, dem Kollektor und den Steuertransistor 16. Emitter des Antriebstransistors 24 und der negativei

Ist die zeitkonstante Entladung des zeitkonstanten Anschlußklemme der Energiequelle 31. Ein Entlade

Kondensators 18 etwas länger als die Schwingungs- Stromkreis wird gebildet von der positiven Anschluß

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klemme der Energiequelle 31. der Anschlußklemmen« gleich der durch die Zeitkonstante des Kondensader Antriebsipule 12. der zwischenliegenden Anschluß- tors 18 und durch den Widerstand 19 bestimmten klemme \2h. der Detektorspule 13, dem Kondensa- Ladezeit ist. also einen nahezu konstanten Wert eintor 26. dem Widerstand 27. einem zeitkonstanten nimmt, ist bei der Schaltung gemäß F i g. 5 die Breite Widerstand 28. der die Schwingungsperiode gegenüber 5 des elektrischen Impulses bestimmt durch eine ausderjenigen der Unruh verlängert, und der negativen reichend lange Ladezeit des zeitkonstanten Konden-Anschlußquelle der Energiequelle 31. Diese Schaltung sators zu Beginn des In-Schwingung-Versetzens der gemäß F i g. 5 kann man als astabile Schwingkreis- Unruh, und diese Ladezeit wird elektrisch gesteuert anordnung bezeichnen, indem hier ein NPN-Transi- durch die induzierte Spannung, die in der Detektorstor 24 und ein PNP-Transistor 25 verwendet wird, »o spule erzeugt wird. Die Detektorspule ist also dann In dieser Schaltung ist schließlich noch eine Diode 30 Teil des Ladestromkreises des zeitkonstanten Kondenvorgesehen. die ähnlich der Diode 22 in der Schaltung sators, wenn sich die Schwingungsamplitude der gemäß F i g. 4 Energie der Antriebsspule absorbiert. Unruh vergrößert.

die in dieser während des letzten Stadiums des elektri- Nachstehend soll noch auf die elektromotorische

sehen Stromes gespeichert ist. F.s soll nun nachstehend 15 Kraft näher eingegangen werden, die zur Ladung des

die Wirkungsweise der Schaltung gemäß F i g. 5 zeitkonstanten Kondensators 26 führt, nachdem der

näher beschrieben werden. Stromkreis der Schaltung gemäß F i g. 5 leitfähig

Wie vorstehend bereits darauf hingewiesen wurde. gemacht wurde. Da nach Einleitung einer solchen

handelt es sich bei der Schaltung gemäß F i g. 5 um Leitfähigkeit des Stromkreises der Antriebstransi-

eine astabile Schwingkreisanordnung, was besagt, daß 20 stör 24 gesättigt ist, kann die Spannung der mittleren

hier selbst dann Schwingungen erzeugt werden, wenn Anschlußklemme lib der Antriebsspule 12 mit einem

die Unruh noch nicht in Schwingungen versetzt wurde. festen Wert \ E angesetzt werden, wobei E die Span-

Diese Schwingungen übergeben elektrische Impulse nung der Energiequelle 31 und \ eine Verhältniszahl

bestimmter Breite an die Antriebsspule 12 des Wand- der Windungen der Spule 12 zwischen den Klemmen

lers. Übersteigen diese elektrischen Impulse den Wert 25 12a und 12r ist. λ kann auch als Windungswiderstand

des Potentialenergieberges gemäß F i g. 3 und über- zwischen den Klemmen XIb und 12c aufgefaßt werden,

geben sie dem Anker 6 des Wandlers gemäß F i g. 1 Die elektromotorische Kraft, die eine Ladung des

ausreichend Energie, dann wird die Unruh 1 in zeitkonstanten Kondensators 26 bewirkt, ist demzu-

Schwingungen versetzt, so daß allmählich die Ampli- folge die Summe einer Differenz zwischen dieser

tuden dieser Unruhschwingungen vergrößert werden. 30 Spannung E, der Energiequelle 31 und der Spannung \ E

Schwingt die Unruh, dann führt dies zur Erzeugung der Anschlußquelle 126 der Antriebsspule 12, einer

einer induzierten Spannung in der Antriebsspule 12 induzierten Spannung V der Detektorspule 13 und

und in der Detektorspule 13. einer Spannung Vm. die in der Detektorspule durch

Bei der Schaltung gemäß F i g. 5 wird die zwischen die Gegeninduktivität von der Antriebsspule 12 erden Anschlußklemmen 12a und 12c in der Antriebs- 35 zeugt wird. Diese elektromotorische Kraft läßt sich spule 12 induzierte Spannung der in der Detektor- daher durch die folgende Gleichung (1) erfassen: spule 13 induzierten Spannung hinzuaddiert. Da nun

die in der Antriebsspule 12 induzierte Spannung zu E— \E~- V ~ Vm --=■- VE^ V ->- Vm, (1)

der Spannung der Energiequelle 31 entgegengesetzt

gerichtet ist. und die in der Detektorspule 13 indu- 40 wobei \' — 1 — \ ist

zierte Spannung die gleiche Richtung wie die Span- Im Bereich des zeitkonstanten Kondensators 26 ist

nung der Energiequelle 31 aufweist, führen diese nun in der »Anstellung des Stromkreises auch ein

induzierten Spannungen der beiden Spulen 12 und 13 Scheinwiderstand Z vorhanden, der sich wie folgt

noch vor der »An«-Stellung des Steuertransistors 25 aufbaut: an der einen Klemme des Kondensators 26

zu einer nahezu stabilen, leitenden Stellung des Tran- 45 liegen die Induktivitäten der Antriebsspule 12 und der

sistors 24. so daß der Antriebsspule 12 elektrische Detektorspule 13 sowie der Widerstand der Windungen,

Impulse übergeben werden, die dann an die Unruh 1 an der anderen Klemme des Kondensators liegt der

weitergeleitet werden und deren Energie vergrößern. Widerstand 27. der Sättigungswiderstand zwischen

Die Schaltung gemäß F i g. 5 ist also eine effektive dem Kollektor und dem Emitter des Antriebstransi-

Synchronisierungsanordnung in bezug auf die Schwin- 50 stors 24 und der Sättigurigswiderstand zwischen dei

gungsperiode der Unruh, sie bewirkt, daß der Unruh Basis und dem Emitter des Steuertransistors 25. Is¹

zusätzlich Energie aufgegeben wird. Nachstehend soll nun der Wert des Widerstandes 27 höher als die ande

nun auf die Unterschiede zwischen der Schaltung ren Widerstände, dann erscheint dieser Scheinwider

gemäß F i g. 5 und der vorbekannten Schaltung gemäß stand als Widerstand R. Es ist nun möglich, daß mai

F i g. 4 näher eingegangen werden: 55 den Wert (\'£— Vm) obiger Gleichung im Bereici

1. Die Schaltung gemäß F i g. 5 ermöelicht es. ^{des in} Frage stehenden elektrischen Impulses al unabhängie v"on der Amplitude der~ Unruh- ^kff^ai" ^ans^^{hen ka}™' .™mhch dann, wenn V, schwingung zu Beonn des In-Schwmgun-Ver- ^info'g^{e der} Gegenmduktiv.tat die eine verhalt™ setzens der~Unruh elektrische Imtmlse ausreichen- maßig enge Breite aufweist, nicht so groß ist. Diese der Breite zu erzeugen. " ^{6o Wert Vm wird im ubn}§^{en durch die} Gegeninduktmti _ . , ,. _T. ~ ' . ... von Antriebsspule und Detektorspule erzeugt, und c

2. Erreichen die Unruhschwmgungen eme bestimmte _{bei einer Wan}$i_{erausfühnmg gernä}ß F i g. 1 das Joe Amplitude, dann verkleinert s.ch die Brette der _{sich wfe beschriebeil öffnet kam diese Itlduktivil} elektrischen Impulse stetig, s.e w,rd schließlich _{mit einem sehr kleineQ Wert an rf SQ d} eme Abhangige der Schwmgungsamphtude der ₆. ^ v_orgeSagte zutreffend angenommen werden kan ^ⁿ ' Bei Einleitung der Schwingungen der Unruh 1 kai

Während also bei der herkömmlichen Schaltung daher die Ladespannung V und der Strom des ze

"emäß F i g. 4 die Breite des elektrischen Impulses konstanten Kondensators 26 in den folgenden Gl

chungen dargestellt werden, denn in diesem Zeitpunkt wird ja keine Spannung induziert:

V =-- (λ'£ · Vm)[I -e

X E J- F/H — Γ«

τ Α

hierbei ist C die Kapazität des zeitkonstanten Kondensators 26 und / ist dis Ladezeit.

Die vorstehenden Gleichungen (2) und (3) sind in den Schaubildern der F i g. 1OA und 1OB festgehalten. Die Zeitkonstante für das Laden des Kondensators läßt sich etwa als CR darstellen. Indem der Ladestrom des Kondensators 26 den Steuertransistor 25 in dessen »An«-Stellung überführt, vergrößert sich die Zeitkonstante der Ladung in dem Maße, wie der Widerstand 27 vergrößert wird, es ist also möglich, den Steuertransistor 25 über eine längere Zeit in seiner »An«-Stellung zu halten. Der Antriebstransistor 24 kann daher der Antriebsspule 12 einen sehr breiten elektrischen Impuls übergeben. Diese Impulsbreite wird zu Beginn elektrisch vergrößert, so daß dadurch die Amplitude der Unruhschwingung bis zum Erreichen des gewünschten Wertes vergrößert wird. Indem aber die Amplitude der Unruhschwingung vergrößert wird, vergrößert sich auch gleichzeitig die induzierte Spannung, und der Steuertransistor wird getriggert, noch bevor eine Synchronisierung zwischen der Schwingungsperiode der Unruh und den Perioden der Leitung auf Grund der Zeitkonstante und des elektrischen Stromkreises vorgenommen ist. Wird darüber hinaus noch die erwähnte induzierte Spannung erzeugt, dann wechselt auch der Ladezustand des zeitkonstanten Kondensators. Die endgültige Ladespannung des zeitkonstanten Kondensators 26 nimmt also einen Wechsel von \'E 4- Ve nach \'E 4- Vm -+- V vor. Ist die induzierte Spannung nicht mehr vorhanden, dann nimmt sie wieder ihren Wert \'E -f Vm ein. Indem das Anwachsen der Schwingungsamplitude der Unruh in einem Verhältnis zu dem Anwachsen des Ladestromes steht, wächst die Ladespannung sehr rasch, so daß die Zeitspanne zum Erreichen der Endspannung \'E ~- Vm sehr klein wird.

Die Ladespannung verschwindet sehr rasch, und da diese Ladespannung als Basisstrom des Steuertransistors 25 auftritt, wird auch die Leitungszeit des Steuertransistors 25 verkürzt, die Breite des elektrischen Impulses wird also klein. Ist beispielsweise die induzierte Spannung so groß wie der Wert \'E — Vm. also in einem Zeitpunkt, in welchem der zeitkonstante Kondensator 26 mit der Spannung x'E — Vm nach Erlöschen der Spannung V aufgeladen ist. dann hört diese Aufladung unmittelbar auf, denn die Endspannung dieser Ladespannung beträgt dann \'E + Vm, die Breite des elektrischen Impulses weist dann ihren kleinsten Wert auf. Da die Breite der induzierten Spannung in etwa der Zeit entspricht, in welcher der Anker 4 mit der Unruh 1 im Eingriff steht, und da die Breite des der Antriebsspule 12 übergebenen elektrischen Impulses derart gesteuert ist, daß sie der Breite der induzierten Spannung dann entspricht, wenn die Unruh 1 mit ihren Schwingungen die Amplitude der Endspannung erreicht, ist es möglich, der Unruh 1 mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad zusätzliche Kraft aufzugeben. Wird auf der anderen Seite durch äußere Einflüsse od. dgl. die Amplitude der Unruhschwingungen verringert, dann wird ja dadurch auch die induzierte Spannung kleiner, die Breite des elektrischen Impulses wird dann größer, und es besteht folglich die Tendenz, eine Ve.größerung der Amplitude wieder herbeizuführen.

Die Kurven B der F i g. 10 zeigen das Verhalten der Ladespannung und des Stromes, wenn induzierte

ίο Spannung V erzeugt wird. Versuche haben ergeben, daß sich die Breite des elektrischen Stromes ändert, wenn man von t₀ nach Z_x, geht, wenn /₀ größer ist als /^.

Die F i g. 9 zeigt Wellenformen der Spannung in jedem Abschnitt des elektrischen Stromkreises bei einer Schaltung gemäß F i g. 5. So zeigt die F i g. 9 b die Wellenform der Kollektorspannung des Antriebstransistors 24 und Fig. 9c die Basisspannung des Steuertransistors 25. Die jeweils in den Schaubildern gestrichelt eingezeichneten Kurvenverläufe sind diejenigen zu Beginn des In-Schwingung-Versetzens der Unruh, und die Kurven in ausgezogenen Linien herrschen vor im stabilen Schwingungsstadium der Unruh. Es zeigt sich demzufolge, daß zu Anfang ein ziemlich breiter Impuls vorherrscht, wie dies die gestrichelten Kurven beweisen. In diesem Anfangsstadium wird also nur wenig oder fast gar keine Spannung induziert, wie dies die gestrichelten Linien gemäß F i g. 9 a zeigen. Während des stabilen Schwingens der Unruh hingegen, wo die Amplitude verhältnismäßig groß ist, wird auch sehr viel Spannung induziert (s. F i g. 9 a), wodurch erreicht wird, daß die Impulsbreite der Basisspannung des Steuertransistors und diejenige der Kollektorspannung des Antriebstransistors kleiner wird. Zur ergänzenden Erläuterung der F i g. 9 b und 9 c sei noch darauf hingewiesen, daß die Kurven c und d durch die induzierte Spannung b infolge der Bewegung der Unruh erzeugt sind.

Wie bereits erwähnt, ist der n^'tiere Anschlußpol 12 b der Antriebsspule 12 vorgesehen, um eine Änderung der Breite des elektrischen Impulses dadurch zu erleichtern, daß man die induzierte Spannung V in ein Verhältnis setzt mit der Spannung %'E — Vm mit der Maßgabe, daß die Spannung E

der Energiequelle 31 als x'E auftritt. Ist die Spinning der Energiequelle 31 verhältnismäßig klein, dann wird dieselbe Wirkung erzielt, selbst dann, wenn die Anschlußklemme 13α der Detektorspule 13 direkt an den Kollektor des Antriebstransistors 24 angeschlossen ist In Unterscheidung zu der Schaltung gemäß Fig.; ist bei der Schaltung gemäß F i g. 6 die Detektor spule 13 zwischen dem Emitter des Steuertransistors 2i und dem positiven Anschlußpol der Energiequelle 3 angeordnet. Diese Anordnung bewirkt eine Änderuni der Wellenform der Basisspannung des Steuertransi stors gemäß F i g. 9 c. Es soll aber in diesem Zu sammenhang darauf hingewiesen werden, daß di Schaltung gemäß F i g. 6 dieselbe Wirkung brins wie die Schaltung gemäß F i g. 5, denn der Ladestroi des zeitkonstanten Kondensators 26 hat dadurch kein Änderung erfahren.

Im Falle der in F i g. 7 gezeigten Schaltung sin die elektromotorischen Kräfte, die den zeitkonstante Kondensator 26 aufzuladen vermögen, im wesentliche dieselben wie diejenigen in den Schaltungen gemi den F i g. 5 und 6. Hier treten jedoch die durch d Spannung E der Energiequelle 31 bewirkten Kräi nicht als \'E. sondern als \E auf.

Im Unterschied zu der Schaltung gemäß F i g. 7 ist bei der in F i g. 8 gezeigten Schaltung die Detektnrspule 13 zwischen der mittleren Anschlußklemme 126 der Antriebsspule 12 und dem Emitter des Steuertransistors 25 angeordnet.

Es sei noch abschließend darauf hingewiesen, daß der Widerstand 27 des zeitkonstanten Kondensators 26 in allen Schaltungen dieselbe Wirkung bringt, wenn er an einer beliebigen Stelle des Ladestromkreises des zeitkonstanten Kondensators vorgesehen ist. es muß nur dafür Vorsorge getroffen werden, daß er nicht in Reihe mit der zu einer Schleife geschalteten Energie-

12 und Kollektor und Emitter

welchen ein _{h mö ljch}

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Patentansprüche: Zeitgeber, insbesondere eine Armbanduhr, bei dem die Schwingbewegung der Unruh durch einen diese

1. Elektrischer Zeitgeber, insbesondere Arm- im wesentlichen nur in ihrer Gleichgewichtsstellung banduhr, bei dem die Schwingbewegung der 5 beaufschlagenden Meßwertwandler aufrechterhalten Unruh durch einen diese im wesentlichen nur ist, an welchen eine aus zwei komplementären Tranin ihrer Gleichgewichtsstellung beaufschlagenden sistoren, zwei Spulen und einer J?C-Kombination Meßwertwandler aufrechterhalten ist, an welchen bestehende astabile Multivibratorschaltung angeschloseine aus zwei komplementären Transistoren, zwei sen ist, welche die Unruh zu Beginn ihrer Schwingung Spulen und einer RC-Kombination bestehende io mit einem Impuls großer Breite und dann mit Imastabile Multivibratorschaltung angeschlossen ist, pu.^en kleiner Breite versorgt.

welche die Unruh zu Beginn ihrer Schwingung Bei einem nach der schweizerischen Patentschrift mit einem Impuls großer Breite und dann mit 382 664 bekannten Zeitgeber dieser Art sind auf der Impulsen kleiner Breite versorgt, dadurch Unruh zwei zu deren Achse parallelachsig zur Bereitgekennzeichnet, daß der Meßwertwandler 15 stellung eines geschlossenen Magnetkreises polariin an sich bekannter Weise ein aus einem Anker (4) sierte Dauermagnete als Magnetflußerzeuger befestigt, und einem Dauermagneten (6) bestehendes Stoß- mit welchen zwei in Reihe und entgegengesetzt werk ist, dessen Pendelachse (5) in dem Luftspalt geschaltete, übereinander und versetzt zueinander eines weichmagnetischen Jochs (11) angeordnet angeordnete Flachspulen zur Erzeugung eines induist. welchem die zwei Spulen der Schaltung als 20 zierten Spannungsimpulses gleicher Form bei jedem Antriebsspule (12) und Detektorspule (13) so Vorbeigang der Unruh an ihrer Ruhestellung so zugeordnet sind, daß das Stoßwerk in einer zusammenwirken, daß der durch die astabile Multistabilen vorgespannten Lage gehalten wird, wenn vibratorschaltung bewirkte Antrieb der Unruh in es nicht mit der Unruh (1) im Einsriff steht, und jeder Halbperiode stattfindet.

daß die Schaltung so ausgelegt ist, daß die durch 25 Ein solcher direkter Antrieb der Unruh verhindert

die Antriebsspu.j (12) induzierte Spannung der eine flache Ausführungsmöglichkeit beispielsweise von

durch die Detektorspule (13) induzierten Spannung Armbanduhren. Dieses Hindernis besteht dann nicht,

überlagert wird. wenn als Meßwertwandler ein aus einem Anker und

2. Elektrischer Zeitgeber nach Anspruch 1, einem Dauermagneten bestehendes Stoßwerk verdadurch gekennzeichnet, daß die KC-Kombination 30 wendet wird, dessen Pendelachse in dem Luftspalt (26,27) über die Detektorspule (13) an einen eines weichmagnetischen Jochs angeordnet ist. Die Abgriff (12Λ) der in den Kollektorkreis des An- Verwendung solcher Meßwertwandler auch in Vertriebstransistors (24) geschalteten Antriebsspule bindung mit astabilen Multivibratorschaltungen für (12) gelegt ist, zwischen dessen Emitterkreis und elektrische Zeitgeber ist beispielsweise aus der Liteden Basiskreis des Steuertransistors (25) ein zeit- 35 raturstelle VDI-Z.. 107 (1965) Nr. 11, S. 501 bis 506, konstanter Begrenzungswiderstand (28) geschaltet bekannt. In solchen Stoßwerken hat nun der Dauerist (F i g. 5). magnet in seiner mittleren Schwenklage jeweils einen

3. Elektrischer Zeitgeber nach Anspruch 1, Berg magnetischer Potentialenergie zu überwinden, dadurch gekennzeichnet, daß die /?C-Kombination was zu der Feststellung führt, daß im stabilen Schwin-(26, 27) an einen Abgriff (12/») der in den Kollek- 40 gungszustand der Unruh, in welchem die Eingriffszeit torkreis des Antriebstransistors (24) geschalteten des Ankers mit deren Impulsstift zur Erzielung einer Antriebsspule (12) gelegt ist. zwischen dessen hohen Genauigkeit sehr kurz sein sollte, die Erhal-Emitterkreis und den Basiskreis des Steuertran- tungsenergie höher bemessen sein muß als der Wert sistors (25). in dessen Emitterkreis die Detektor- eines solchen Berges magnetischer Potentialenergie, spule (13) geschaltet ist, ein zeitkonstanter Be- 45 Da nun diese Erhallungsenergie der Unruh beispielsgrenzungswiderstand (28) geschaltet ist (F i g. 6). weise im Zeitpunkt der Einleitung ihrer Schwingung

4. Elektrischer Zeitgeber nach Anspruch 1. in der Regel kleiner ist als dieser Berg magnetischer dadurch gekennzeichnet, daß die /?C-Kombination Potentialenergie, resultieren daraus Startschwierig-(26, 27) über die Detektorspule (13) an eine End- keiten. aus welchen Überlegungen die vorliegende klemme (12r) der in den Kollektorkreis des An- 50 Erfindung ihre Aufgabe herleitet, einen elektrischen triebstransistors (24) geschalteten Antriebsspule Zeitgeber der eingangs genannten Art mit einem (12) gelegt ist. zwischen dessen Emitterkreis und solchen Stoßwerk als Meßwertwandler bereitzustellen, den Basiskreis des Steuertransistors (25). dessen dessen astabile Multivibratorschaltung so ausgelegt Emitterkreis an einen Abgriff (12/>) der Antriebs- ist, daß die Unruh zu Beginn ihrer Schwingung mit spule (12) gelegt ist. ein zeitkonstanter Begren- 55 einem Impuls großer Breite und dann mit Impulsen Zungswiderstand (28) geschaltet ist (F i g. 7). kleiner Breite versorgt wird, um darüber einen solchen

5. Elektrischer Zeitgeber nach Anspruch 1, Berg magnetischer Potentialencrgic des Dauermagnedadurch gekennzeichnet, daß die RC-Kombination ten auch mit einer Batterie solch niedriger Spannung (26. 27) an eine Endklcmmc (12r) der in den zu überwinden, die für den Betrieb von Armband-Kollektorkreis des Antriebstransistors (IA) ge- βο uhren gewöhnlich für ausreichend befunden wird, schalteten Antriebsspule (12) gelegt ist. /wischen Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch dessen Emitterkreis und den Basiskreis des Steuer- gelöst, daß bei einem elektrischen Zeitgeber der eintransistors (25). dessen Emitterkreis über die g.ings genannten Art der Meßwertwandler in an sich Detektorspule (13) an einen Abgriff der Antriebs- bekannter Weise ein aus einem Anker und einem spule (12) gelegt ist. ein zeitkonstanter Begren «5 Dauermagneten bestehendes Stoßwerk ist. dessen zungswiderstand (28) geschaltet ist (F i g. 8). Pendelachse in dem Luftspalt eines weichmagnetischen Jochs angeordnet ist. welchem die zwei

Spulen der Schaltung als Antriebsspule und Detektor-