DE1673781A1

DE1673781A1 - Zeitmessinstrument

Info

Publication number: DE1673781A1
Application number: DE19671673781
Authority: DE
Inventors: Shelley John Henry; Heeks Thomas Ralph
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1966-09-09
Filing date: 1967-09-08
Publication date: 1971-04-01
Also published as: GB1205753A; CH496276A; ES344858A1; US3512351A; CH1257167A4

Description

Smiths Industries Limited, London H.W.2, Großbritannien ZeitueBinstrument

Die Erfindung betrifft Schaltungen zur Erzeugung elektrischer Schwingungen sowie ZeitmeBinetrumente unter Verwendung derartiger Schaltungen.

Bekannt sind Zeitne8instrumente, bei welchen ein erster Oszillator, welcher Schwingungen mit einer verhältnismSfiig stabilen, höheren Frequenz erzeugt, zur Steuerung eines elektromechanischen Oszillators dient, der bei einer niedrigeren und, innerhalb bestimmter Grenzen, regelbar veränderlichen Frequenz arbeitet, derart, daß die Sohwingungsfrequens des elektromechanischen Oszillators ein

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fester Bruchteil der Frequenz des ersten Oszillators ist.

Bekannt sind auch Zeitmeßinstrumente mit einem elektromechanischen Oszillator wie beispielsweise einer Unruhanordnung mit einem Unruherad und Haarfedern, wobei das Unruherad über einen Zeigerantrieb Zeitanzeigevorrichtungen wie beispielsweise herkömmliche Uhrzeiger antreibt. Ein derartiges ZeitmeBinstrument ist in der britischen Patentschrift 956 768 der Anmelderin beschrieben.

Bekanntlich kann jede periodische Schwingung als additiv aus einer Anzahl sinusf Brmiger Schwingungen aufgebaut betrachtet werden, nämlich der Grundschwingung mit der niedrigsten Frequenz und entsprechenden Harmonischen mit Frequenzen gleich ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Soweit in der nachfolgenden Beschreibung die Phase einer Schwingung erwähnt wird, ist hierunter jeweils die Phase der Grundschwingungskomponente zu verstehen.

Falls wir somit zwei Schwingungen mit Grundschwingungen A sin (pt + a) und B sin (qt + b) haben (wobei p, q, A, a, B, b sämtlich Konstante sind), so beträgt der Phasenunterschied zwischen den Schwingungen (p - q) t + (a - b), d.h. der Phasenunterschied nimmt linear mit der Zeit zu, wobei die Geschwindigkeit der Zunahme proportional der Differenz der Frequenzen ist.

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dsS Es sei betont ,/wenn im Folgenden τοη der Bestimmung relativer Phasen zwischen den Oszillatoren in einem bestimmten Zeitpunkt die Hede ist, Xnderungen der relativen Phase um ganzzahlige Vielfache von 2 ff » soweit sie vor diesem Zeitpunkt aufgetreten sind, außer Betracht bleiben.

Die Erfindung betrifft somit ein ^zeitmeeinstrument mit einem kristallgesteuerten Hochfrequenzoszillator und einem niederfrequenten mechanischen Oszillator, dessen Frequenz durch den Hoohfrequenzoezillator gesteuert ist, sowie mit von dem mechanischen Oszillator über einen Zeigeantriebsmeohanismue angetriebenen Zeitanzeigevorrichtungen.

Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich ein Zeitmefiinstrument dieser Art durch wenigstens einen Zwischenfrequenz oszillator, dessen Frequenz innerhalb Grenzen regelbar und über kurze Zeiten stabil ist, sowie durch Frequenzregler bzw. -Steuervorrichtungen in einer Anzahl gleich der Anzahl der Zwisohenfrequenzoezillatoren plus eins, wobei jeder dieser Frequenzregler die Frequenz je eines der Oszillatoren mit Ausnahme des HochfrequenzOszillators auf einem festen, vorgegebenen Bruchteil der Frequenz des Oszillators mit der näohet heiteren Frequenz halt und jeder derartige Frequenzregler Vorrichtungen zur Erzeugung aufeinanderfolgender Signale in vorgegebenen aufeinanderfolgenden

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Zeitpunkten nach Maßgabe der relativen Phase der Schwingungen der beiden Oszillatoren in den betreffenden Zeitpunkten aufweist, und wobei dieee Signale zur Regelung bzw. Steuerung der Frequenz des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz im Sinne der Eonstanthaltung dieser relativen Phasenbeziehung dienen.

Sie aufeinanderfolgenden Zeitpunkte, in welchen die die jeweilige relative Phasenlage der beiden zu vergleichenden Schwingungen wiedergebenden aufeinanderfolgenden Signale erzeugt werden, betragen zweckmäßig ganzzahlige Vielfache der Periode der Schwingung mit der niedrigeren Frequenz; beispieleweise kann es sich bei diesen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten um solche Zeitpunkte handeln, wenn jeweils jede n-te Schwingung (wobei η eine ganze Zahl ist und auch eins sein kann) durch einen vorgegebenen Punkt in ihrer Periode hindurchgeht. Man erkennt somit, daß jeder der Frequenzregler seinem Wesen nach in der Weise wirkt, daß er langzeitlich eine im wesentlichen feste Phasenbeziehung zwischen den Schwingungen der beiden Oszillatoren, mit welchen der betreffende Frequenzregler verbunden ist, aufrecht erhalt. Dies reicht allein für sich noch nicht aus, um eine feste- Beziehung zwischen den Frequenzen der beiden Schwingungen zu gewährleisten; jedoch erzielt man die erwünschte

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Prequensbesiehung, falls eine eventuelle Änderung der Frequenz der Schwingungen in dem Intervall zwischen der Erzeugung eines der aufeinanderfolgenden Signale und dem nächstfolgenden Signal solcher Art ist, daß die relative Phasenänderung dieses Intervalls hinreichend klein im Vergleich zu 2 IT ist. Falle beispielshalber konkret angenommen wird, daß das die relative Phase wiedergebende Signal jeweils einmal, und zwar für einen Bezugspunkt, in der Periode der Schwingung mit der niedrigeren Frequenz bestimmt wird, und falls das gewünschte Verhältnis zwischen den Frequenzen der beiden Schwingungen r : 1 beträgt (wobei r zweckmäßig eine ganze Zahl ist), so wird die relative Phasenänderung (r(ist) - r) betragen, worin r(ist) der tatsächliche oder ist-Wert des Verhältnisses der Frequenzen bedeutet, der im allgemeinen nicht genau mit r übereinstimmen wird; solange jedoch r(ist) hinreichend nahe gleich r ist, damit r - r(ist) ein kleiner Bruchteil wird, d.h. wesentlich kleiner als eins, wird das gewünschte Verhältnis der Frequenzen auf lange Sicht hin erreicht ·

Solange also die niedrigere Frequenz über die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Bestimmungen der relativen Phasenlage hinreichend stabil ist, um zu gewährleisten, daß jegliche Änderungen der relativen Phase, wie sie durch eine Instabilität

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oder eine Trift tzw. einen Gang d*er Frequenz dea niederfrequenten Oszillators hervorgerufen sein können, klein sind im Vergleich zu 2 T , wird die gewünschte Beziehung zwischen äen Frequenzen der beiden Schwingungen über lange Zeiten hin gewährleistet. In der Praxis "bereitet die Erzielung eines derartigen Grads an Stabilität für den Oszillator mit der niedrigeren Frequenz keine Schwierigkeit. Betrachtet man beispielsweise den Zwischenfrequenz'oszillator bzw. (bei mehreren Zwischenfrequenzoszillatoren) den ZwischenfrequenzoFEfillator m±* der höchsten Frequenz, do braucht, falls die Frequenz des Hochfrequenzoszillators 1. MHz beträgt und r gleich 400 ist, derart, daß die Frequenz des Zwischenfrequenzoszillators 2500 Hz beträgt, und wenn ferner die Bestimmung der relativen Phasenlage jeweils einmal für jede Periode des Zwischenfrequenzoszillators durchgeführt wird, die zufällige oder mittelere Frequenzauswanderung des Zwischenfrequenzoszillators nur kleiner als 1 pro 400 je Periode zu sein; und dies läßt sich unschwer erreichen·

Bei der Herstellung eines Zeitmeßgeräts gemäß der Erfindung wird nach einem zweckmäßigen Verfahren in der Weise vorgegangen, daß man die Frequenz des kristallgesteuerten Hochfrequenzoszillators mißt und den Wert eines Schaltbauteils des bzw', jedes Zwischenfrequenzoszillators so einstellt, daß

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3eweil3 die höhere Frequenz jedes Paars benachbarter Oszillatoren geteilt durch die niedrigere Frequenz eine ganze Zahl ergibt.

Kristalle zum Einbau in einen verhältnismäßig hochfrequenten Oszillator, der in einem definierten Band, beispielsweise zwischen 995 IcHz und 1005 kHz schwingt, sind verhältnismäßig billig käuflich. Teuer ist jedoch ein Kristall, der beim Einbau in einen Oszillator mit einer ganz bestimmten, vorgegebenen Frequenz, beispielsweise 999 040 Hz schwingt. Das vorstehend erwähnte, erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Zeitmeßgerätes gemäß der Erfindung gestattet die Verwendung verhältnismäßig billiger Kristalle, wie an Hand des folgenden Beispiels erläutert werden soll. Es sei angenommen, daß ein Zeitmeßinstrument der eingangs allgemein definierten Art mit einem kristallgesteuerten Hochfrequenzoszillator, einem Zwischenfrequenzoszillator und mit dem niederfrequenten mechanischen Oszillator gebaut werden soll, der mit 5 Hz schwingen soll. In diesem Fall mißt man die Frequenz des HochfrequenzOszillators und teilt sie durch 5, und die Teilungsverhältnisse zwischen der Hochfrequenz und der Zwischenfrequenz einerseits und der Zwisohenfrequenz und der Niederfrequenz andererseits werden gansszahlig und so gewählt,'daß ihr Produkt gleich dem Betrag der Frequenz des Hochfrequenzoszillators geteilt durch 5 wird. Falls beispiele-

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weise die Frequenz des HochfrequenzOszillators 1 001 250 beträgt, so werden die beiden Teilungsverhältnisse dann so gewählt, daß ihr Multiplikationsprodukt gleich 1 001 250, geteilt durch 5, d.h. gleich 200 250 wird. In dem speziellen Beispielsfall könnten die beiden ganzen Zahlen beispieleweise 450 und 445 sein. Falls, um ein anderes Beispiel zu gehen, festgestellt wird, daß der Hochfrequenzoszillator mit einer Frequenz von 1 001 280 schwingt, so wären die beiden Teilungeverhältnisse als solche ganze Zahlen zu wählen, deren Multiplikationsprodukt gleich 1 001 280 geteilt durch 5, d.h. gleich 200=256 ist. In diesem speziellen Fall könnten die beiden ganzzahligen Teilungsverhältnisse 447 und 448 sein. Es ist möglich, die Schwingungsfrequenz eines kristallgesteuerten Hochfrequenzoszillators geringfügig zu ändern, und es dürfte daher möglich sein, für die meisten mit einer Nominalfrequenz von 1 MHz gekauften Kristalle die Frequenz des Oszillators so zu ändern, daß man bei Teilung der Frequenz durch 5 eine Zahl erhält, welche gleich dem Multiplikationsprodukt von zwei nahezu gleichen ganzen Zahlen ist.

Man erkennt, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung die Stabilität der Schwingung des niederfrequenten mechanischen Oszillators gleich der des kristallgesteuerten Hochfrequenz-Oszillators wird. Falls beispielsweise die langzeitige

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Frequeuztrift des hochfrequenten kristallgesteuerten Oszillators ein Teil pro Million beträgt und die Frequenz des mechanischen Oszillators 5 Hz ist, so bleibt die LangzeitstabilltSt des Zeitraeßinstruments gemäß der Erfindung nach wie vor gleich ein Teil pro Million. Eine Abweichung von 1 Teil pro Million entspricht einer Änderung von weniger als einer Minute in einem Jahr, und man ersieht, daß dies insgesamt eine Zeithaltung von sehr hoher Genauigkeit ergibt.

Es sei darauf hingewiesen, daß, falls es sich bei den mechanischen Oszillator um einen elektromechanischen Oszillator handelt, bei welchem die Frequenz seiner elektrischen Schwingungen sich von der seiner mechanischen Schwingungen unterscheidet, beispielsweise doppelt so groß ist wie die mechanische Schwingungsfrequenz, dann die beiden oben erwähnten ganzen Zahlen so gewählt werden müssen, daß ihr Multiplikationsprodukt gleich der Frequenz des Hochfrequenzoszillators geteilt durch die Frequenz der elektrischen Schwingungen des elektromechanischen Oszillators ist.

Die Erfindung betrifft auch die Ausbildung einer Schaltung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen; gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung kennzeichnet sich eine derartige Schaltung durch einen ersten Oszillator zur Erzeugung

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von Schwingungen mit einer ersten, höheren Frequenz, durch einen zweiten Oszillator zur Erzeugung von Schwingungen mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz, durch Schaltmittel zur Erzeugung eines Impulses mit definierter Breite, die kleiner ale die Periode des ersten Oszillators ist, für jede -Schwingung oder für bestimmte ausgewählte Schwingungen des zweiten Oszillators, sowie durch ein UND-Gatter mit einem ersten und einem zweiten Eingang, welchen die Schwingungen des ersten Oszillators bzw. die vorerwähnten Impulse zugeführt werden, derart, daß die Ausgangsgröße des UFD-Gatters eine Funktion der relativen Phasenlage der Schwingungen des · ersten und des zweiten Oszillators ist, wobei die Ausgangsgröße des UHD-Gattere zur änderung der Frequenz des zweiten Oszillators in Sinne einer Konstanthaltung dieser relativen Phasenbeziehung dient.

ErsiehtIieherweise kann diese Schaltung mehrfach zur Erzielung aufeinanderfolgender Frequenzuntereetzungastufen vorgesehen werden. So kann beispielsweise diese Schaltung zur E_rzielung einer Frequenzuntersetzung von 1 MHz auf 2 300 Hz und in einer weiteren Anwendung zur Erzielung einer «eiteren Frequenzuntersetzung verwendet werden. Die Schaltung kann als Teil eines ZeitmeBinstruments, beispielsweise eines Zeitmefiihstruments gemäß der Erfindung, wie oben definiert,

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eingebaut sein. Inabesondere eignet sich dieee Schaltung zur Anwendung in der ersten Stufe eines Zeitmeßinstruments gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben.

Gemäß eiher weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kennzeichnet sich eine Schaltung gemäß der Erfindung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen durch einen ersten Oszillator, welcher Schwingungen mit einer ersten, höheren Frequenz erzeugt, durch einen zweiten Oszillator, welcher Schwingungen mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz erzeugt, durch einen Impulsgenerator zur Erzeugung eines Impulses in jeder Periode der Schwingung mit der zweiten, niedrigeren Frequenz, sowie durch eine bistabile Schaltung, welcher die genannten Impulse des Impulsgenerators sowie die Schwingungen mit der ersten, höheren Frequenz zugeführt werden, wobei die genannten Impulse die bistabile Schaltung zum Kippen aus ihrem Ruhezustand triggern, in welchen die bistabile Schaltung in einem definierten Zeitpunkt in der nächsten Periode der Schwingungen mit der ersten, höheren Frequenz zurückkehrt, derart, daß das Ausgangssignal der bistabilen Schaltung einen Impuls darstellt, dessen Breite von der relativen Phasenlage der beiden Schwingungen abhängt und wobei die Ausgangssignale der bistabilen Schaltung zur Änderung der zweiten, niedrigeren Frequenz im Sinne einer Konstanthaltung der relativen Phasenlage dient.

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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich ein Zeitmeßinstrument durch einen Oszillator zur Erzeugung einer ersten Schwingung, mit einer ersten höheren Frequenz, durch einen elektromechanischen Oszillator, welcher folgende Teile aufweist: eine unter Federvorspannung stehende Unruhe zur Ausführung von Drehschwingungen mit einer zweiten,· niedrigeren Frequenz, eine Magnetanordnung, eine Magnetspulenanordnung, wobei eine dieser Anordnungen an der Unruhe und die andere fest angeordnet ist, derart, daß bei jeder Verschwenkung der Unruhe in jeder Richtung zwei elektromotorische Kräfte entgegengesetzter Polarität in der Spulenanordnung erzeugt werden, sowie eine elektronische Schaltung, welcher die in der Spulenanordnung induzierten EMK's zugeführt werden und welche auf jede dieser induzierten EMK's anspricht und als Folge hiervon der Spulenanordnung einen Stromimpuls zuführt, welcher mit dem von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfluß in Wechselwirkung tritt, wodurch auf die Unruhe ein Drehimpuls im Sinne einer Aufrechterhaltung ihrer Drehschwingungen ausgeübt wird, sowie durch Schaltmittel zur Erzeugung von Signalen nach Maßgabe der relativen Phase der ersten Schwingungen und der in der Spulenanordnung des elektromechanischen Oszillators induzierten EMK's, wobei diese Signale der elektronischen Schaltung dee elektromechanischen Oszillators zugeführt wer-

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den und eine Änderung der relativen Beträge der der Spulenanordnung als Folge von in dieaer induzierten EMK's entgegengesetzter Polarität zugefübrten Stromimpulse im Sinne einer Konstanthaltung der relativen Phasenlage bewirken.

Die Ausbildung eines Zeitmeßinstruments gemäß der zuletzt erwähnten Ausführungsform der Erfindung gibt ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer ganzzahligen Beziehung zwischen der Schwingungsfrequenz eines elektromechanischen Oszillators und der Frequenz eines verhältnismäßig hochfrequenten Oszillators an Hand. Selbstverständlich kann ein Zeitmeßinstrument mit den Merkmalen der zuletzt erwähnten Ausfuhrungsform auch in Verbindung mit den Merkmalen der ersterwähnten grundlegenden Ausführungsform ausgebildet werden; in diesem Fall handelt es sich bei dem Oszillator der: letzten Aueführungsform selbstverständlich um einen der Zwiachenfrequenzoszillatoren der ersterwähnten AusfUhrungsform.

Im folgenden wird ein Zeitmeßinstrument gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des eine Uhr darstellenden Zeitmeßinstrumente als ganzem;

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Fig. 2 bzw. 3 ein detaillierteres Blockschaltbild bzw.

ein detailliertes Schaltbild eines Teils der Uhr;

Fig. 4 verschiedene zu den Block- und Detailschaltbildern

aus den Fig. 2 und 3 gehörige WellenformdarStellungen;

Fig. 5 bzw. 6 ein detaillierteres Blockschaltbild bzw. ein detailliertes Schaltbild «ines anderen Seils der Uhr;

Fig. 7 eine elektrisch gesteuerte Unruhe, die in den Figuren 1, 5 und 6 mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet wird, sowie sinen von der elektrisch gesteuerten Unruhe angeriebenen Zeigermechanismus mit Übertragungsgetriebe f

?lge 8 sine Draufsicht auf die in Fig. 7 gezeigte Unruhe.

In Fig. 1 ist mit 1 ein kristallgesteuerter Hochfrequenzoszillator 1 bezeichnet, welcher eine gute LangeeitStabilität aufweist. Bin Zwischenfrequenzoszillator 3 erzeugt eine elektrische Schwingung, deren Grundechwingungskomponent· eine wesentlich niedrigere Frequenz als die Schwingung des Oszillators 1 besitzt. Die Frequenz des Oszillators 3 ist innerhalb eines begrenzten Bereichs veränderbar, und zwar durch Zufuhr der Ausgangsgröße eines Phasenkomparator 2. Dem Phasenkomparator 2 werden die Schwingungen der Oszillatoren 1 und 3 zugeführt; der Phasenkomparator 2 erzeugt in einen definierten Momeat innerhalb jeder Periode des Oszillators 3 ein Aus-

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gangs signal nach Maßgabe äer relativen Phasenlage dsr Schwingungen der Oszillatoren 1 und 3 in diesem Zeitpunkt. Dieses Auagangssignal wird dem Oszillator 3 in solcher Weise zugeführt, daß dessen Frequenz zur Einhaltung einer festen Phaaenbeziehung zwischen den Schwingungen des Oszillators 3 und damit, wie oben erläutert,- einer festen Frequenzbeziehung zv/ischen dem Hochfrequensoszillator 1 und dem Zwischenfrequenzoszillator 3 gesteuert wird.

Mit 5 ist eine elektrisch gesteuerte Unruhe bezeichnet, welche mit einer wesentlich niedrigeren Frequenz als die Frequenz des Oszillators 3 schwingt und ein herkömmliches Zeigerpaar 7 über einen Zeigermechaniamue und ein Übertragungsgetriebe 6 antreibt. Der Unruhe sind Schaltungsmittel zugeordnet, welche eine elektrische Schwingung mit der doppelten Frequenz der mechanischen Drehschwingungen der Unruhe erzeugen; die Unruhe ist insoweit als ein Oszillator anzusehen und in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren 1 und 5 mit diesem Ausdruck bezeichnet. Die von den Oszillatoren 3 und 5 erzeugten Schwingungen werden einem weiteren Phasenkomparator 4 zugeführt, welcher in einem ^zeitpunkt innerhalb jeder Periode des Oszillators 5 ein Ausgangssignal nach Maßgabe der relativen Phasenlage der Ausgangsgrößen der Oszillatoren 3 und 5 in diesem Zeitpunkt erzeugt.

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BADORlGlNAt

Dieses Ausgangssignal wird dem Oszillator 5 in solcher Weise zugeführt, daß dessen Frequenz zur Einhaltung einer festen Phasenbeziehung zwischen den Oszillatoren 3 und 5 und damit, wie oben erläutert, einer festen Frequenzbeziehung zwischen den Oszillatoren 3 und 5, und somit einer festen Frequenzbeziehung zwischen den Oszillatoren 1 und 5 gesteuert wird.

Die Frequenz der Drehschwingungen der elektrisch gesteuerten Unruhe betrügt 5 Hz (die Frequenz der elektrischen Schwingungen des Oszillators 5 beträgt somit 10 Hz); die Frequenz des kristallgesteuerten Oszillators 1 beträgt nominell 1 MHz, je nach den Kenneigenschaften des jeweiligen besonderen Kristalls. Bei der Herstellung wird in der Weise vorgegangen, daß zunächst das Gerät zusammengebaut und sodann die Frequenz des Oszillators 1 gemessen wird. Die Frequenz des Oszillators wird dann so gewählt, daß die Frequenz des Oszillators 1 geteilt durch die Frequenz des Oszillators 3 eine ganze Zahl ergibt, und daß die Frequenz des Oszillators 3 geteilt durch die Frequenz des Oszillators 5 ebenfalls eine ganze Zahl darstellt. Falls beispielsweise die Frequenz des Oszillators 1 genau 1 MHz beträgt, so wird die Frequenz des Oszillators 3 zu 2,5 kHz gewählt, derart, daß die üntersetzungsverhältniese 400 bzw. 250 betragen. Weiter oben wurden verschiedene andere

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Beispiele angegeben; falle die Bigenechsohwingungsfrequenz dee Oszillators 1 solcher Art sein sollten« daß die Teilung durch zwei Zahlen, die beide ganzzahlig sind, unmöglich ist, so kann die Frequenz des Oszillators 1 geringfügig geändert werden, indem man die Größe einer seiner Schaltungskomponenten, bei der es sich nioht um den Kristall handelt, ändert.

Es sei darauf hingewiesen, daß prinzipiell und grundsätzlich die jeweiligen Intervalle für jedes der beiden Oszillatorpaare, bei welchen die relativen Phasenlagen bestimmt werden, ohne Bedeutung sind« vorausgesetzt lediglich, daß aie hinreichend klein sind, um zu gewährleisten, daß jede Verschiebung der Periode des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz über ein derartiges Intervall hin sehr klein im Vergleich zu der Periode der Schwingungen des höherfrequenten Oezillators ist. Nichtsdestoweniger ist es zweckmäßig, die Intervalle durch den Oszillator mit der niedrigeren Frequenz bestimmen zu lassen, beispielsweise in der Weise, daß eine Phasenbestimmung jeweils für all· *n^M Schwingungen des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz vorgenommen wird, wobei "n" eine ganze Zahl ist ( und bei der bereits beschriebenen Anordnung für beide Frequenzteiler 1 beträgt). Bas von jedem der beiden Phasenkomparatoren erzeugte Signal, welches

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die Phasenbeziehung wiedergibt, wird mit einer Bezugagröße verglichen, welche für einen oder für beide Phasenkomparatoren Null betragen kann oder auch nicht.

Des weiteren "braucht die Bezugsgröße für die die relativen Phasen wiedergebenden Signie nicht notwendigerweise fest zu sein, wenngleich dies vorzuziehen i3t. Beispielsweise könnte sie von der Anzahl von Perioden der Schwingungen des niederfrequenten Oszillators, welche seit dem letzten Phasenvergleich verstrichen sind, abhängig gemacht werden. Dies zieht

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eine beträchtliche Komplizierung nach sich und ist, was die Gesamtgenauigkeit anlangt, tatsächlich nicht so zufriedenstellend, wenngleich es theoretisch die Möglichkeit einer nichtganzzahligen Beziehung zwischen den Frequenzen der Oszillatoren mit höher und denen mit niedrigerer Frequenz eröffnen würde.

Zweckmäßig soll im folgenden zunächst die in den Figuren 7 und 8 zusammen mit anderen Teilen der uhr gezeigte, elektrisch gesteuerte Unruhe beschrieben werden.

Die Unruhe 50 ist auf einer Spindel le*. VtXIe 51 zur Ausführung von Drehschwingungen um die Achse der Welle 51 drehbar gelagert. Die Unruhe 50 trägt zwei flache Spulen bzw.

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Wicklungen 52 und 53 in ihrer Ebene, wobei die Wicklung 52 innerhalb der Wicklung 53 liegt; die Unruhe 50 schwingt in dem Spalt zwischen zwei Magneten 54 und 55t welche Bit Teilen 56 und 57 zur Schließung des Kraftlinienflusses versehen sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Hagnetanordnung als Ganzes stark und fest an der Uhr befestigt ist. Bas eine Ende jeder der beiden Wicklungen 52 und 53 ist Über die Welle 51 und eine Haarfeder 151 mit einer äußeren Schaltung verbunden. Die anderen Enden der beiden Wicklungen sind mit der äußeren Schaltung über Haarfedern 58 bzw. 59 verbunden, welche zusammen nit der Haarfeder 151 die Bewegung der Unruhe 50 in herkömmlicher Weise regulieren. Bei den Schwingungen der Unruhe werden in den Wicklungen 52 und 53» wenn diese durch den Kraftlinienfluß in dem Luftspalt zwischen den Magneten hindurchtreten, elektromotorische Kräfte induziert, wobei jeweils jede in der Wicklung 52, die als Triggerspule wirkt, induzierte EMK der äußeren Schaltung zugeführt wird, welche einen Stromimpuls durch die andere icklung 53« welche als die Antriebswicklung dient, fließen läßt. Dieser Stromimpuls tritt mit dem Kraftlinienfluß in dem Luftspalt in Wechselwirkung und übt einen Impuls auf die Unruhe 50 im Sinne einer Aufrechterhaltung ihrer Schwingungen aus.

Di· Spindel 50 tr&gt ein Hitzel 60, das mit einem Stirnrad

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kämmt, daa Teil eines Aggregate von zwei Zahnrädern ist, wobei das andere Zahnrad mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 7 der Schnitt jeweils durch die Mitte sämtlicher Ritzel geführt ist, wie dies in der Uhrwerkstechnik üblich ist; aus diesem Grunde ist das Ritzel 60 zur Veranschaulichung der Antriebsweiee in Fig. 7 zweimal dargestellt. Das Zahnrad 62 kämmt mit einem auf einer Spindel 64 angeordneten Zahnsektor, welcher den Zeigermechanismus betätigt, der aus einem Zeigerrad 67 und einem Zapfen 68 besteht. Die Einzelheiten des Zeigermechanismue werden hier nicht beschrieben, da sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen.

Der Zeigermechanismus treibt über eine übertragung, welche eine Schnecke 70 und ein Schneckenrad 71 aufweist, eine um die Achse der Spindelwelle 51 drehbare Spindel 72, welche den Stundenzeiger trägt und darüber hinaus, über einen herkömmlichen Cannon-Mechanismus, die Hülse 73» welche den zweiten oder großen Zeiger trägt. Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf die Unruhe, die Wicklungen und die Magneten, aus welchen deren Form ersichtlich ist.

Im folgenden werden nun Fig. 2 und die zugehörigen Wellenformdaretellungen in Fig. 4 beschrieben; der Zwischenfrequenzoszillator 3 erzeugt eine in Fig. 4¹B dargestellte Ausgangs-

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* '.-,·.■ BAD ORIGINAL

größe, welche einen monostabilen Multivibrator 10 zugeführt wird. Die monostabile Vorrichtung 10 erzeugt für jede Periode des Zwischenfrequenzoszillators 3, in einem definierten, weiter unten noch näher erläuterten Zeitpunkt, einen Ausgangsimpuls von fester Breite, der durch eine Differenzierschaltung 11 differenziert wird, wodurch man einen in Figur 4C dargestellten positiven Impuls erhält. Dieser positive Impuls wird in einem Verstärker 12 verstärkt und einem Phasenkomparator 13 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Hochfrequenzoezillatore 1 ist in Fig. 4A dargestellt und wird ebenfalls dem Phasenkomparator 13 zugeführt, welcher einen in Flg. 4D dargestellten Auegangeimpuls erzeugt, dessen Breite von der Phasendifferenz zwischen den von den beiden Oszillatoren 1 und 3 gelieferten Signalen, d.h. ron dem Phasenuntersohied zwischen den in den Figuren 4A und 4B dargestellten Signalen abhängt. Dieser ..-Ausgangsimpuls wird einem Integrator 14 zugeführt, der eine im Vergleich zur Frequenz des ZwischenfrequenzOszillators 3 lange Zeitkonstante besitzt und dessen Auegangssignal die in Fig. 4E dargestellte Wellenform aufweist. Wie ersichtlich feat diese Ausgangewellen^form

den

Charakter eines veränderlichen Gleichetromsignals. Die Ausgangsgröße des Integrators 14 wird dem monostabilen Haitivibrator. 10 zugeführt. Der monostabile Multivibrator 10 wir*

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getriggert, sobald der Betrag des in Fig. 4B gezeigten, von dem Oszillator 3 erzeugten Signals, das in Pig. 4E dargestellte, von dem Integrator 14 zugeführte Signal übersteigt, derart, daß die Phase der von dem monostabilen Multivibrator 10 erzeugten Impulse in Abhängigkeit von der relativen Phase der Oszillatoren 1 und 3 veränderlich ist, obzwar die Breite dieser Impulse und ihr Betrag sich nicht verändern. Die Ausgangsimpulse des monoatabilen Multivibrators 10 werden ferner auch den Oszillator 3 zugeführt und dienen zur änderung der Frequenz dieses Oszillators. Bekanntlich erzeugt eine Energiezufuhr a« Eingang eines Sohwineungssysteme eine Xnderung der Frequenz, falls diese Energie zufuhr in einem anderen Zeitpunkt als dem Bezugszeitpunkt, bzw. im Falle eines elektrischen Systems« in einem anderen Zeitpunkt als demjenigen, in welchem die Ausgangswelle ihren Ifulldurchgang hat, zugeführt wird· Bei der beschriebenen Anordnung wird jeweils jeder Ausgangeimpuls des Multivibrators 10 dem Oszillator 3 zugeführt und Ändert dessen Periode in Abhängigkeit von seiner Phase. In dem Maße, in dem das Ausgangssignal des Phasenkomparator· 13 und des Integrators 14 eine änderung der Phase der Impuls· des moaostablleii multivibrators IO hervorruft, bewirkt •omit das Ausgange signal des Integrators 14 hierdurch eine federung der Periode des Zwieohenfrequeazoszillators. Selbst-

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verständlich ist die Anordnung so getroffen, daß diese änderung in einem Sinne erfolgt, daß der Zwischenoszillator 3 in einer "bestimmten, gewünschten Phasenbeziehung im Vergleich zu dem Hochfrequenzoszillator 1 gehalten und damit, wie oben erläutert, das Frequenzverhältnis «wischen den Oszillatoren 1 und 3 auf dem gewünschten Sollwert gehalten wird. Es sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich eine änderung der Phase der Impulse des monostabilen Multivibrators 10 die Phase der von der Differenzierschaltung erzeugten Impulse (Fig. 4C) und damit die Ausgangsgröße des Phasenkomparator 13 verändert. Infolge des Vorhandenseins der Integrierschaltung 14 ist die Gesamtwirkung dieser Phasenänderung jedoch Null.

Im folgenden wird nun anhand von Fig. 3 das detaillierte Schaltbild der in Fig. 2 gezeigten Schaltanordnung beschrieben. Per Oszillator 1 weist einen Kristall 20, welcher die Frequenz des Oszillators festlegt, sowie einen einzigen Transistor 21 auf und ist von herkömmlichem Aufbau. Der Oszillator 3 ist ein herkömmlicher LC-Oolpitts-Oszillator, dessen Frequenz hauptsächlich durch eine Eisenkerninduktivität 22 und einen Kondensator 23 von festem Wert bestimmt wird. Der Eisenkern der Induktivität 22 ist zur Voreinstellung der Schwingungefrequenz in bekannter Weise und zu dem bereite

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"beschriebenen Zweck mechanisch verstellbar. Die Ausgangsgröße des Oszillators tritt am Kollektor seines Transistors 24 auf und wird Über einen Kondensator 25 dem monostabilen Multivibrator 10 zugeführt. Außerdem dient die Ausgangsgröße des Oszillators auch, wie in der Zeichnung durch die Klemme 26 angedeutet, zur Steuerung des niederfrequenten Oszillators 5.

Der nonoatabile Multivibrator 10 weist drei Traneistoren 27, 28 und 29 auf, von welchen die Traneistoren 27 und 28 vom n-p-n -Tjrp sind und mit ihren Emittern zuaammengeschaltet sind. Ib Ruhezustand ist der Transistor 28 leitend, während die Transistoren 27 und 29 gesperrt sind; die Schaltung verbleibt in diesen Zustand, bis die Spannung an der Basis des Transistors 27 über einen vorgegebenen Pegel bzw. Schwellwert ansteigt, welcher durch die Spannung an der Basis des Transistors 28 eingestellt ist. Sobald die Spannung an der Baeis des Transistors 27 über diesen Schwellwert ansteigt, wird Strom von den Transistor 28 in den Transistor 27 abgezweigt, und die Schaltung kippt in den Zustand um, in welchem die Transistoren 27 und 29 leiten und der Transistor 28 gesperrt ist; ein zwischen dem Kollektor des Transistors 29 und der Basis des Transistors 27 vorgesehener Kondensator 30 ergibt hierbei eine positive Rückkopplung.

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Die Schaltung kehrt nach eine« ftaten Zeitintervall, da· * durch dia Gröle der eineeinen Sehaltungeteile beetiset iet, wieder in ihren Ausgangs- oder BuhsBuatand surUek. INI· Auegangsgröße des monostabilen MuItiTibratore 10 wird an Kollektor dee Transistors 29 abgenoeeen und durch einen Kondensator 31 in der Differenzierschaltung 11 differenziert und sodann dem Verstärker 12 zugeführt, der in herkQmalicher Weise ausgebildet ist und zwei Transistoren 32 und 33 aufweist.

Der Phasenkomparator 13 besteht aue ewei in Reihe geschalteten Transistoren 34 und 35, derart, da· durch ihren testwiderstand 36 nur dann Stroe fließt, wenn beide Tranaistorea durch positive Wellenforsen in den leitenden Zustand gebraoht werden. Die Ausgangsgröße dee VeretÄrkers 12 wird der Basis dea Traneietora 35 «ugeflihrt; die AuacanfagrBie (7ig. 4A) des Oezillatore 1 wird der Basia des Transistor« 34 «ugeführt. Die AuagangagrBle des Phaeenkoiiparatore 12 hat dia For« eohaaler Iapulee, wie in fig, 4D dargeetelltf aie Breite dieser Iapulee hängt τοη der relatiren Phaee der το« Aar Sohaltung 11 (Fig. 4C) und Von de« Ossiilator 1 (Fig. 4A) gelieferten Signale ab, wie ersichtlich· Di· Ausgangsgröße des Phaaenkoaparatore 13 wird da» Integrator 14 eugeführt, welcher einen Traneistor 3? und einen Kondensator 38 aufweist und für eine lange Zeitkonstant·, verglichen alt der

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Periode des Oszillators 3» ausgelegt ist. See Ausgangsaignal des Integrators 14 wird der Basis des Transistors 28 des monostsbilen Multivibrators IO eugeftthrt, derart, da· in de« Male« als der Betrag des Ausgangssigsals des Eevparators 14 (in Fig. 4E dargestellt; sunimit, auch das sur Triggering des Multivibrators 10 erforderliche Potential ansteigt, so daß sich die Phase der Ausgangsimpulse des Multivibrators 10 verändert.

Die Ausgangeinpulse des «onostsbilen Multivibrators 10 werden auch« über einen Widerstand 40, ds« »litter des Transistors 24 angeführt und dienen, wie weiter oben beschrieben, sur *oderung der Periode des Ossillators 3, derart« de· diese Periods von der Phase tsr Ausgangsiapulse dee Multivibrators 10 abhasgt.

Ib folgenden wird nun die in den Figuren 5 und 6 geseigte Schaltung beschrieben. 3ie Ausgangsgreis des Oscillators 5 wird eine« nonoetabilen Multivibrator 16 «»geführt, weloher für iede Periode des Oeeillators 9 eine Awasjsatagr··· im Fora eist· Iapulses erseugt, dessen Breite wssemtlieh kleiner als dis der Periede des OeeilUtere ist «at eoeAt klsiaer si« die halb« Perlode der Brehsohwingusgen der önr»he 50. Si· Ausgangsgreie ds« «onoetabilen Tibrators 16 «ni dis Amsgsts»

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größe des Zwischenfrequenzoszillators 3 werden einer bistabilen Schaltung 17 zugeführt, welche als Phasenkomparator wirkt, wobei die bistabile Schaltung 17 jeweils durch jeden Impuls von dem monostabilen Multivibrator 16 aus ihrem Ruhezustand getriggert wird und durch die nächste Periode von dem Oszillator 3 in ihren Ruhezustand zurück geschaltet wird, und zwar in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb dieser nächsten Periode, derart, daß die Breite des Ausgangeimpulses der bistabilen Schaltung 17 direkt proportional der relativen Phase der Oszillatoren 3 und 5 ist. Die Ausgangsgröße der bistabilen Schaltung 17 in Fora eines Impulses, dessen Breite von der relativen Phase abhängt, wird einem Rampengenerator ("rasp generator") 18 zugeführt, der ein Signal erzeugt, dessen Betsg direkt proportional der Breite des Ausgangs-Impulses der bistabilen Schaltung 17 ist. Die Ausgangsgröße des Rampengenerators 18 wird über einen Verstarker 19 dem Oszillator 5 zugeführt, welcher - wie oben beschrieben -eine elektrisch gesteuerte Unruhe enthalt, und dient dazu, die GrBSe der beiden nächsten in der Antriebsspule 53 auftretenden Antriebsimpulse zu regulieren, derart, daß der Oszillator 5 auf die gewünscht· Frequenz gebracht wird.

Der monoatabile Multivibrator 16 liefert ferner auch ein Signal direkt an den Rampengenerator 18, und zwar wahrend des Ruhe-

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zustande dee monostabilen Multivibrators 16 und nachdem der im vorhergehenden Abschnitt erwähnte Antriebsimpuls reguliert wurde; dieses Signal bringt das Ausgangssignal des Ranpengenerators 18 auf Null zurück, bevor der nächste Phasenvergleich durch den Phasenkomparator 17 erfolgt.

Im folgenden wird nun das detaillierte Schaltbild gemäß Fig. 6 beschrieben. Der Knotenpunkt der Wicklungen 52 und 53 iat mit positiven und negativen Speiseleitungen 75 bzw. 76 über komplementäre Transistoren 77 bzw. 78 verbunden. Das andere Ende der Triggerwicklung 52 ist mit der negativen bzw. der positiven Speiseleitung über gleichartige Schaltungsglieder mit einem Kondensator 79 und einem Widerstand 80 verbunden. Der Knotenpunkt jedes der Kondensatoren 79 mit den Widerständen 80 ist mit der Basis des zugehörigen Transistors verbunden. Während jeder Schwingung der Unruhe wird beim Durchgang der Wicklungen 52 und 53 durch den von den Magneten 54 und 55 erzeugten Magnetfluß eine positive EMK und eine negative EMK in der Triggerwicklung 52 induziert. Wenn in der Triggerwicklung 52 eine positive EMK induziert wird (unter "positiv" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, daß das mit den Kondensatoren 79 verbundene Ende der Wicklung 52 positiv gegenüber dem mit der Wicklung 53 verbundenen Ende wird), wird der Transistor 77 in den leitenden Zustand gebracht

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und es fließt ein Stromimpuls durch die Antriebsspule 53 •von rechts nach links. Entsprechend wird, wenn in der Triggerwicklung 53 eine negative EMK induziert wird, der Traneistor 78 in den leitenden Zustand gebracht, und es fließt ein Stromimpuls durch die Antriebswicklung 53 von links nach rechts. Jeder dieser durch die Antriebswicklung 53 fließenden Stromimpulse tritt in Wechselwirkung mit dem Magnetfluß im Luftspalt zwischen dem Magneten 54 und 55 und bewirkt die Ausübung eines Impulses auf die Unruhe 50 im Sinne einer Aufrechterhaltung ihrer Schwingungen. Einer dieser Impulse erfolgt vor der Bezugsstellung der Unruhe, und ein anderer nach der Bezugs stellung der Unruhe. Bei der gezeigten Schaltung wird d-*e Schwingungsperiode der Unruhe durch änderung der Relativbeträge der beiden Impulse, jedoch nicht des Gesamtbetrags der beiden Impulse, verändert, wodurch gewährleistet wird, daß die Amplitude der Schwingung konstant bleibt.

Der monostabile Multivibrator 16 wird durch die erste in der Triggerwicklung 52 wahrend jeder Schwingung der Unruhe 50 i? izierte EMET betätigt; zu diesem Zweck wird ein Signal VC.2 Knotenpunkt der Wicklungen 52 und 53 abgenommen. Der monostabile Multivibrator 16 weist vier Transistoren 81, 82, 83 und 84 auf,

, Sie Periode des mono·

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stabilen Multivibrators 16 wird durch die Zeitkonstantβ eines Widerstands 85 und eines Kondensators 86 bestimmt. Der Transistor 84 wirkt lediglich als Inverter und ist kein Teil des monostabilen Multivibrators als solchem. Die Ausgangsgröße des monostabilen Multivibrators 16 wird über einen Kondensator 87 der bistabilen Schaltung 17 zugeführt, welche zwei komplementäre Transistoren 88 und 89 aufweist. Die bistabile Schaltung 17 wird durch den von dem Kondensator 87 erzeugten negativen Impuls aus ihrem Ruhezustand getriggert, wobei dieser negative Impuls zu Beginn des Ausgangsimpulses des monostabilen Multivibrators 16 auftritt. Die Ausgangsgröße des Oszillators 3 wird der bistabilen Schaltung über einen itonde&aator 90 und eine Diode 91 zugeführt, die so gepolt ist, daß sie nur positive Signale von dem Oszillator an die bistabile Schaltung 17 durchläßt. Nachdem die bistabile Schaltung 17 aus ihrem Ruhezustand getriggert wurde, triggert das nächste positive Signal die bistabile Schaltung 17 wieder in ihren Ruhezustand zurück, derart, daß die Breit· des Ausgangsimpulses der bistabilen Schaltung 17 direkt proportional der relativen Phasenlage der Oszillatoren 3 und 5 ist. Dieses Auegangssignal wird dem Rampengenerator 18 zugeführt, welcher einen Tranaistor 92 und einen Kondensator 93 aufweist; die Anordnung ist so getroffen, daß sich der Kondensator 93 wahrend des Ausgangssignals der bistabilen Schaltung 17 linear

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auflädt, derart, daß der Betrag des an dem Kondensator 93 auftretenden Signals direkt proportional der relativen Blase ist. Wie oben erwähnt, wird ein von dem Sägezahngenerator erzeugtes Signal dem Verstarker 19 zugeführt» dieser ist ein Push-pull-Verstärker und steuert das Potential des von der Triggerwicklung 52 entfernten Endes der Antriebswicklung 53, mit welchem der Verstärker 19 verbunden ist.

Die oben erläuterte Wirkungsweise erfolgt schnell unmittelbar nach der Zufuhr des Signale von der Triggerwicklung 52 und ist beendet, bevor der entsprechende Stromimpuls durch die Antriebswicklung 53 fließt. Das Potential an dem Kondensator 93 bleibt konstant, bis der monostabile Multivibrator 16 in seinen Ruhesustand zurückkehrt, wenn der Kondensator 91 durch einen parallel zu ihm liegenden und mit dem mono-Btabilen Multivibrator 16 verbundenen Transistor 94 kurzgeschlossen wird. Dies erfolgt erst erheblich naoh-dem der zweite Stromimpuls der jeweiligen betreffenden Schwingung der Unruhe 50 durch die-Wicklung 53 fließt, derart, daß das Potential an dem von der Wicklung 52 entfernten Ende der Antriebewicklung 53 während der beiden Stromimpulse, die während einer bestimmten Schwingung der Unruhe 50 durch die Antriebswicklung 53 geleitet werden, denselben Wert besitzt. Die Erhöhung oder Verringerung des Potentials an dem von der Wick-

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lung 52 entfernten Ende der Wicklung 52 durch den Verstärker 19 hat die Wirkung, daß sich der relative Betrag der beiden durch die Antriebswicklung 53 fließenden Impulse verändert. Palla beispielsweise dieses Ende der Wicklung 53 durch den Verstärker 19 negativ gemacht wird, so hat dies ersichtlich eine Zunahme der Grüße des als Folge der Induktion eines positiven Impulses in der Triggerwicklung 52 durch die Antriebewicklung 53 fließenden Stromimpulses zur Folge und eine Verringerung des Betrags des infolge der Induktion einer negativen BHK in der Triggerwioklung 52 duroh die Antriebewicklung 53 fließenden Stromimpulses. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Verstärker 19 das Potential des mit ihm verbundenen Endes der Wicklung 53 in einem eolohen Sinne verändert, daß die relative Phase der beiden Oszillatoren 3 und 5 auf einen gewünschten Wert gebracht und so, wie bereits erläutert, das Frequenzverhältnis zwischen den Frequenzen der Oszillatoren 3 und 5 auf eine» gewünschten Sollwert gehalten wird.

In dem beschriebenen Aueführungsbeispiel wird die relative Phase der Schwingungen jedes der beiden Oszillatorpaare jeweils für jede Periode des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz bestimmt. Wie oben erläutert, könnte die relative Phase jeweils auch für jede Halbperiode des Oszillators mit

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der Jiiedrigeren Frequenz, oder für eine beliebige systematische Anzahl von Intervallen oder selbst auch für willkürliche Intervalle bestimmt werden, vorausgesetzt, daß diese Intervalle hinreichend klein sind, damit die oben erwähnte Bedingung hinsichtlich der Drift erfüllt wird und unter der v/eiteren Bedingung, daß die Wirkung des dem Oszillator mit der niedrigeren Frequenz zugeführten Steuersignals über ein hinreichend langes Intervall anhält. Jedoch wäre es auch möglich, die erwähnte Bestimmung der relativen Phasenlage

-υahligen
für jede von einer ganz/ Anzahl aufeinanderfolgender Perioden dea Oszillators mit der niedrigeren Frequenz vorzunehmen, worauf dann keine weitere Phasenbestimmung während einer bestimmten Zeitperiode stattfände, deren zulässiger Maximalwert sich durch Überlegungen hinsichtlich der Auswanderung und hinsichtlich des Anhaltens der Wirkung eines dem Oszillator mit der niedrigeren Frequenz zugeführten Steuersignals bestimmen würde. Eine derartige Betriebsart wäre besondere vorteilhaft in solchen Fällen, wo der Leistungeverbrauch eine bedeutsame Rolle spielt, wie beispielsweise bei einer Taschenuhr, da der Leistungsverbrauch wesentlich niedriger sein kann, wenn nur die Oszillatoren arbeiten, als wenn auch die Frequenzkomparatoren in Betrieb sind. Zwar würden derartige Betriebsarten offensichtlich eine gewisse Verschlechterung der Gesamtgenauigkeit des Verhältnisses zwischen den Frequenzen

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der jeweiligen beiden Oszillatoren mit sich bringen? jedoch wäre es für die praktische Anwendung möglich, zu einem geeigneten Kompromiß zwischen der Genauigkeit des Verhältnisses der "beiden Frequenzen einerseits und Gesichtspunkten, wie Größe, Gestehungskosten, Kompliziertheit, Leistungsverbrauch andererseits zu gelangen.

Es sei darauf hingewiesen, daß "bei solchen Ausführungsformen der Erfindung, "bei welchen der Oszillator «it der niedrigeren Frequenz das jeweiligen Oszillatorpaars eine Periode gleich dem r-fachti 33^ Periode des ersten Oszillators haben soll, wobei er eine ganze Zahl ist, die Anordnung vorzugsweise so getrai/^D. sein sollte, daß der Oszillator mit der niedrigeren Frequenz nicht lediglich durch das von dem Phasenkomparator erzeugte Steuersignal in einen Zustand gebracht werden kann, in welchem seine Periode entwederdas (r + 1)-fache (oder ein größeres ganzzahliges Vielfaches) oder das (r - 1)-fache (oder ein beliebiges kleineres ganzzahliges Vielfaches) der Periode des ersten Oszillators ist. Falls dann die erforderliche Beziehung zwischen den Frequenzen der beiden Oszillatoren gestört oder vollständig unterbrochen werden oolite, beispielsweise durch Einschwing-Interferenzen oder vorübergehenden Ausfall der Stromversorgung, so wird bei der folgenden Wiederherstellung der Phasenbeziehung auch die er-

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forderliche Prequenzlieziehung wieder in eindeutiger Weiee hergestellt.

Patentansprüche ϊ

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Claims

Patentansprüche :

1. Zeitmeßinstrument mit einem kristallgesteuerten Hochfrequenzoszillator und einem niederfrequenten mechanischen Oszillator, dessen Frequenz durch den Hochfrequenzoszillator gesteuert ist, sowie mit von dem Mechanischen Oszillator über einen Zeigeantriebsmechanismus angetriebenen Zeitanzeigevorrichtungen, gekennzeichnet durch wenigstens einen Zwiscbenfrequenzoszillätor (3), dessen Frequenz innerhalb Grenzen regelbar und über kurze Zeiten stabil ist, sowie durch Frequenzregler bzw. -Steuervorrichtungen in einer Anzahl gleich der Anzahl der Zwischenfrequenzoszillatoren plus eine, wobei jeder dieser Frequenzregler die Frequenz je eines der Oszillatoren mit Ausnahme des Hoohfrequenzoszillators auf einem festen, vorgegebenen Bruchteil der Frequenz des Oszillators mit der nächst höheren Frequenz hält und jeder derartige Frequenzregler Vorrichtungen zur Erzeugung aufeinanderfolgender Signale in vorgegebenen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten nach Maßgabe der relativen Phase der Schwingungen der beiden Oszillatoren in den betreffenden Zeitpunkten aufweist, und wobei diese Signale sur Regelung bzw. Steuerung der Frequenz des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz im Sinne der Konstanthaltung dieser relativen Phasenbeziehung dienen. 109814/0642

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2. Zeitmeßinstrument nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -- zeichnet, daß wenigstens einer der Frequenzregler Schaltmittel aufweist, mittels welcher für jede Schwingung oder für bestimmte ausgewählte Schwingungen des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz ein Impuls vorgegebener Breite, die kleiner als eine Periode der Schwingungen mit der höheren Frequenz ist, erzeugt wird, sowie ein TJHD-Gatter (13 , Figuren 2 und 3) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, welchen die Schwingungen mit der höheren Frequenz (Fig. 4A) bzw. die vorerwähnten Impulse (Fig. 40) zugeführt werden, derart, daß die Ausgangsgröße (Fig. 4D) des UlfD-Gatters (13) eine Funktion der relativen Phasenlage der Schwingungen mit der höheren und der niederen Frequenz ist, und daß diese Ausgangsgröße des UHD-Gatters (13) zur änderung der Frequenz des Oszillators Bit der niedrigeren Frequenz im Sinne einer Konstanthaltung der relativen Phase dient.

3· Zeitmeßlnstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einer der Frequenzregler einen Integrator (14, Figuren 2 und 3) zur Integration der aufeinanderfolgend erzeugten Signale aufweist, dessen Zeitkonstante groß im Vergleich mit der Periode der Schwingungen mit der niedrigeren Frequenz ist.

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4. Zeitmeßinstrument nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenzregler einen aonostabilen Multivibrator (10, Figuren 2 und 3) aufweist, welcher zu einem Zeitpunkt innerhalb jeder Periode der Schwingungen mit der niedrigeren Frequenz einen Impuls fester Grüße _Ä und fester Breite, die kleiner als die Perlode des Oszillators mit der niedrigeren Frequenz ist, erzeugt, daß der Zeitpunkt innerhalb der Periode der niederfrequenten Schwingungen, in welchem der Impuls erzeugt wird, von der Amplitude der ÄPJsgangsgrSße des Integrators (14) abhängt, und daß der vcn dem monostabilen Multivibrator (10) erzeugte Impuls dem Oszillator mit der niedrigeren Frequenz zugeführt wird, um dessen Periode Im Sinne einer Konstanthaltung der relativen Phase zu ändern.

W 5. Zeitmeßinstrument naoh den Ansprüchen 2 und 4» dadurch

gekennzeichnet , daß den Sohaltmitteln (11, 12, Figuren 2 und 3) des Frequenzregiere zur Erzeugung eines Impulses die von dem monostabilen Multivibrator (10) erzeugten Impulse zugeführt werden.

6, Zeitmefiinstrument naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Frequenzregler die aufeinanderfolgenden Signal· mit einer BezugogrUBe vergleicht.

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7. Zeiteeßlnstrueent naeh einen oder mehreren d«r Ansprüche 1 bis 6« dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einer der Frequenzregler einen Impulsgenerator (16, Figuren 5 und 6) zur Erzeugung eines Impulses in eines definierten Zeitpunkt innerhalt jeder Periode der Schwingungen mit der niedrigeren Frequenz, sowie eine bistabil· Sahaltuug (17, Figuren 5 und 6) aufweist, welcher diese Inpule β und die Schwingungen des Oszillators' «it der höheren Frequenz zugeführt werden, wobei diese zugeführten Impulse die bistabile Schaltung (17) zum Sippen aus ihrem Ruhezustand triggem, in welchen die bistabile Schaltung in einem definierten Zeitpunkt in der nächsten Periode der Schwingungen mit der höheren Frequenz zurückkehrt, derart, daß das AuogmigsBignal der bistabilen Schaltung (17) tin Impuls ist, dessen Breite τοη der relativen Phase der beiden Schwingungen ist, und daß die Ausgangseignale der bistabilen Schaltung (17) zur Xnderung der Frequenz des Oszillator* sit der niedrigeren Frequenz im Sinne einer Konstanthaltung der relativen Phase dienen.

6. ZeitmeBinatruiaent nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dafi der Frequenzregler einen Rampen- bzw, Sägezahngenerator (18) zur Erzeugung eines linear veränderlichen Potentiale während jedes Ausgangssignale der bistabilen Schaltung (17) aufwoiet.

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*--^;k:V4f '·' BAD ORlQtNAt

9. Zeitmeßinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dafl der Rampen- "bzw. Sägezahngenerator (18) mit dem Impulsgenerator (16) verbunden ist, derart daß in den Intervallen zwischen den von dem Impulsgenerator (16) erzeugten Impulsen das Ausgangepotential des Rampen- "bzw. Sägezahngenerator auf einen Bezugswert zurückkehrt.

10. Zeitmeßinatrument nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der mechanische Oszillator ein elektromechanischer Oszillator (5, Figuren 1, 2, 5 und 6) ist, welcher folgende Teile aufweist t eine unter Federvorspannung stehende Unruhe (50, Figuren 7 uni 8) sur Ausführung von Brehschwingungen, eine Magnet anordnung (54 his 57) und eine Anordnung von Magnetspulen (52, 53), wobei eine dieser Anordnungen (52» 53) auf der Unruhe (50) angeordnet ist und die ander· (54 his 57) fest angeordnet ist, derart, daß in der Spulenanordnung (52, 53) bei jeder Verschwenkung der Unruhe (50) in der einen bzw. der anderen Sichtung zwei elektromotorische Kräfte von entgegengesetzter Polarität induziert werden, sowie eine elektronische Schaltung, welcher die in der Spulenanordnung induzierten EJüK's zugeführt werden und welche wenigstens auf einige dieser EMK's anspricht und als Folge

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hiervon der Spulenanordnung (52, 53) einen Stromimpuls »τι-führt, welcher mit dem von der Vagnetanordnung (54 his 57) erzeugten Magnetfluß in Wechselwirkung tritt und auf die Unruhe (50) einen Drehimpuls im Sinne einer Aufrechterhaltung der Schwingungen der Unruhe ausübt.

11. Zeitmefiinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronische Schaltung für jede in der Spulenanordnung (52, 53) erzeugten EMK's der Spulenanordnung einen Stromimpuls zuführt, daß der dem elektromechanischen Oszillator (5) zugeordnete Prequenzregler aufeinanderfolgende Signale nach Maßgabe der relativen Phase der in der Spulenanordnung (52» 53) induzierten EKX's und der Schwingungen uit dar höheren Frequenz erzeugt, und daß diese aufeinanderfolgenden Signale der elektronischen Schaltung zugeführt werden vnd eise Xndenmg der Belativbeträge der der Spulenanordnung (52_f 53) als Folge von in dieser induzierten EMK*s τοη eatge&eng&setstar Polarität jsugeführte Stromlapulee im Sinne ein@r Eaaetaathaltung der relativen Phasenlage bewirken.

12. Zeitmeßinstruraent nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet _P daß die Spulenanordnung eine Triggerwicklung (52), in welcher öl© erwähnten BMK's induziert werden, sowie eine Antriebswicklung (53)_t welcher die

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Antriebsstromimpulee zugeführt werden, aufweist, wobei die Richtung des Stromflusses in der Antriebewicklung (53) von der Polarität der in der Triggerwicklung erzeugten EMK¹S, welche diesen Stromimpuls veranlaßt hat, abhängt, und daß jedes der von dem dem elektromechanischen Oszillator zugeordneten Frequenzregler erzeugten aufeinanderfolgenden Signale das Potential an dem einen Ende der Antriebswicklung (53) steuert, wobei die durch die Antriebswicklung (53) fließenden Stromimpulse durch PotentialKnderungen konstanter Größe am anderen Scde der Antriebswicklung (53) veranlaßt sind.

13. Zeitmeßinstruraent nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß je^v eines der von dem dein elektromechanischen Frequenzoscillator zugeordneten Frequenzregler erzeugten aufeinanderfolgenden Signale als Folge der jeweils ersten bei jeder Verschwenkung der Unruhe (50) in der Triggerwioklung (52) induzierten EMK erzeugt wird und eine Hulerung des Potentials des einen Endes der Antriebswicklmßg (53) bewirkt, welche während beider Antriebaimpulee im Verlauf diener Schwenkung der Unruhe konstant bleibt.

H. Zeitmeßinstrument nach Anspruch 13» wobei der dem elektromechanischen Oszillator zugeordnete Frequenzregler gemäß

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den Ansprüchen 6 -und 9 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite jedes der von dem Impulsgenerator (16, Figuren 5 und 6) erzeugten Impulse größer als das Zeitintervall zwischen der Induktion der jeweils ersten SMK in der Triggerwicklung (52) im Verlauf jeder Verschwenkung der Unruhe (50) und dem Ende des zweiten Stromimpulses in der Antriebswicklung (53) im Verlauf dieser Verschwenkung der Unruhe ist.

15. ZeitweSinstrument nach Anspruch H, gekennzeichnet durch einen Verstärker (19, Figuren 5 und 6), welchem das genannte Potential zugeführt wird und welcher eine Bezugsgröße enthält, mit welcher dieses Potential verglichen wird und dessen Ausgang mit dem erwähnten einen Ende der Antriebswloklung (53) verbunden ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Zeitmeßinstruments gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß man die Frequenz des kri3tallgesteuerten Hochfrequenzoszillators (1) mißt und den Wert eines Schaltbauteils des bzw. jedes Zwischenfrequensoezillators (3) so einstellt, daß jeweils die höhere Frequenz jedes Paars benachbarter Oszillatoren geteilt dur.ch die niedrigere Frequenz eine ganze Zahl ergibt.

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17. Schaltung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator (1) zur Erzeugung von Schwingungen mit einer ersten, höheren Frequenz, durch einen zweiten Oszillator (3) zur Erzeugung von Schwingungen mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz, durch Sohaltniittel (10, 11, 12, Figuren 2 und 3) zur Er-Zeugung einee Impulses mit definierter Breite, die kleiner als die Periode des ersten Oszillators (i).ist, für jede Schwingung oder für bestimmte ausgewählte Schwingungen des zweiten Oszillators (3), sowie durch ein UND-Gatter (13) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, welchen die Schwingungen des ersten Oszillators bzw. die vorerwähnten Impulse zugeführt werden, derart daß die Ausgangsgröße des üHD-Gatters (13) eine Funktion der relativen Phasenlage der Schwingungen dee ersten und des zweiten Oszillators ist, wobei die Ausgangsgröße des UHD-Gatters (13) zur Änderung der Frequenz des zweiten Oszillators (3) im Sinne einer Eonstanthaltung dieser relativen Phasenbeziehung dient.

18. Schaltung nach Anspruch 17 zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, gekennzeichnet durch einen Integrator (H) Kur Integration der Ausgangsgröße des UND-Gatters (13), wobei der Integrator (14) eine im Vergleich zu der zweiten Frequenz lange Zeitkonstantο besitzt.

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19* Schaltung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator (3* Figuren 5 und 6), welcher Schwingungen mit einer ersten, höheren Frequenz erzeugt, durch einen zweiten Oszillator (5), welcher Schwingungen mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz erzeugt, durch einen Impulsgenerator (16) zur Erzeugung eines Impulses in jeder Periode der Schwingung mit der zweiten, niedrigeren Frequenz, sowie durch eine bistabile Schaltung (17), welcher die genannten Impulse des Impulsgeneratora (16) sowie die Schwingungen mit der ersten, höheren Frequenz zugeführt werden, wobei die genannten Impulse die bistabile Schaltung (17) sum Kippen aus?, ihraa Ruhezustand triggern, in welchen dis bistabile Schaltung isi ein©n definierten Zeitpunkt in der nächsten Periode dei^j Schwingungen mit der ersten, höheren Preq^ns snrKokkehrt, derart, daß das Ausgangssignal der bißtafeilea Sohaltimg (IT) ©isen Impuls dar

stallt, ctesaezi Breit« won β.<&τ· ι •slat ä '•'J εϋ CT"'^ ΐΐ 1'Sr=¹V' -^s ssalag2 der beiden S ohwingungeis ubhitngt «Μ mibsi dis ligaalö €©r bi- stabilen Sohaltung (1?) %,m^% %d *fensi|r !!©ρ α^θη₃ sieärlgeren F^equeas im ^öinne eiaar Kesss'Sfja 2⁸O 2.&"fe i Τ#ϊ1 jPilS 8 · dient ₄

20. ZsitmsSinstrument naoli eines oier msh2^ssres. ä®r Vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Oszilla-

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tor (3) zur Erzeugung einer ersten Schwingung, mit einer ersten, höheren Frequenz, durch einen elektromechanischen Oszillator (5)» welcher folgende Teile aufweist: eine unter Feßervorspannung stehende Unruhe (50) zur Ausführung von Drehschwingungen mit einer zweiten, niedrigeren Frequenz, eine Magnetanordnung (54 "bis 5?)» eine Magnetspulenanordnung (52, 53)» wobei eine dieser Anordnungen (52> 53) an der Unruhe (50) und die andere (54 bis 57) fest angeordnet ist, derart, daß bei jeder Verschwenkung der Unruhe (50) in jeder Richtung zwei elektromotorische Kräfte entgegengesetzter Polarität in der Spulenanordming (52, 53) erzeugt werden, sowie eine elektronische Schaltung, welcher die in der Spulenanordnung induzierten EMK's zugeführt werden und welche auf jede dieser induzierten EME¹S anspricht und als Folge hiervon der Spulenanordnung (52, 53) einen Stromimpuls Erführt, welcher mit dein von der Hagnetanordnung (54 bis 57) erzeugten Magnetfluß in Wechselwirkung tritt, wodurch auf die Unruhe (50) ein Drehimpuls im Sinne einer Aufrechterhaituag ihrer Brehsohwingungen ausgeübt wird, sowie duroh Sehaltmlttei .;?S_S 17 _t 18> z»p Erzeugung von Signalen nach Maßgabe dar r*isti?sn Phase eier ersten Schwingungen und der in der Spulenansrunoii*- dta elektromechanischen Oszillators induzierten ESK¹S, wobei diese Signale der elektronischen Schaltung dea elektromechanischen

Oszillators zugeführt werden und eine änderung der relativen Beträge der der Spulenanordnung als Folge von in dieser induzierten EMK's entgegengesetzter Polarität zugeführten Stroininipulse im Sinne einer Konstanthaltung der relativen Phasenlage bewirken.