DE1773718A1

DE1773718A1 - Antriebsschaltungsanordnung fuer einen Gangordnerschwinger eines zeithaltenden Geraets

Info

Publication number: DE1773718A1
Application number: DE19681773718
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ganter
Original assignee: Gebrueder Junghans GmbH
Current assignee: Gebrueder Junghans GmbH
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1968-06-27
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR2014333A7; DE1773718C3; DE1773718B2

Description

DR. ING. ERNST MAIER PA T X NTANWA LT

8 MÜNCHEN 82

A 14268 den 27. Juni I968

EM /B /Th

Firma GEBRÜDER JUNGHANS GmbH, Schramberg/Württemberg,

Geißhaldenstraße

Antriebsschaltungsanordnung für einen Gangordnerschwinger

eines zeithaltenden Geräts

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den kontaktlosen elektromagnetischen Antrieb eines Gangordnerschwingers eines zeithaltenden Geräts, vorzugsweise einer Uhr, mit einem Hauptverstärkerelement, das durch eine durch die Relativbewegung zwischen einem Magnetsystem und einer Steuerspule erzeugte Spannung gesteuert wird und ausgangsseitig eine vom Magnetsystem beaufschlagte Triebspule

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durchfließende Stromimpulse liefert, wobei die Steuerspule in Reihe mit einem Kondensator in den Steuerkreis des Hauptverstärkerelements geschaltet ist und ein den Steuerkreis mit einem Pol einer Spannungsquelle im Ausgangskreis verbindender Widerstand derart vorgesehen ist, daß der Kondensator auf eine den Hauptverstärker öffnende Vorspannung aufladbar is ti und mit einem auf den Eingangskreis des Hauptverstärkerelements einwirkenden HiIfsverStärkerelement zur Regulierung der Amplitude des Gangordnerschwingers.

Es ist eine Schaltungsanordnung der genannten Art bekannt, bei welcher als Verstärkerelemente Transistoren verwendet sind und der Hilfstransistor ausgangsseitig parallel zur Steuerspule des Haupttransistors geschaltet ist, wobei der Hilfstransistor in seinem Eingang eine Steuerspule enthält, in welcher durch die Relativbewegung zwischen ihr und dem Magnetsystem Impulse erzeugt werden (DAS 1209961). Bei dieser bekannten Schaltung wird ständig ein Teil der in der Steuerspule erzeugten Steuerspannung über den Hilfstransistor abgeleitet, was einen ständigen Verlust bedeutet. Außerdem muß die Amplitude des Gangordnerschwingers sich ^α

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erst um einen vorgegebenen Betrag ändern, bevor der Hilfstransistor wirksam werden kann.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist bereits eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei welcher der von einer zusätzlichen Steuerspule gesteuerte Hilfstransistor ausgangsseitig in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle dem Kondensator im Eingangskreis des Haupttransistors parallel geschaltet ist. Auch hier kann der Hilfstransistor erst nach einer Amplitudenänderung wirksam werden. Außerdem ist hier außer einer zusätzlichen Steuerspule noch eine zusätzliche Spannungsquelle erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen guten Wirkungsgrad aufweist und eine hervorragende Amplitudenstabilisierung des Gangordnerschwingers bewirkt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Hilfsverstärkerelement eingangsseitig zur Triebspule parallel geschaltet ist und ausgangsseitig die Steuerelektrode des Hauptverstärkerelernents mit dem dessen Sperrung

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bewirkenden Pol der Spannungsquelle verbindet. Dabei werden als Verstärkerelemente vorzugsweise Transistoren vorgesehen, wobei die Triebspule zwischen Emitter des Haupttransistors und Spannungsquelle und der Kondensator zwischen Emitter des Haupttransistors und Steuerspule geschaltet ist. Vorzugsweise werden npn-Transistoren verwendet. In die Basiszuleitung des Hilfstransistors kann eine in gleicher Richtung wie die Basis-Emitter-Strecke durchlässig Diode geschaltet sein.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ohne Verwendung einer besonderen Hilfsspannungsquelle erreicht, daß der Kondensator im Eingangskreis des Hauptverstärkere entladen oder umgeladen wird, sobald die Spannung von der Triebspule einen vorgegebenen Wert überschreitet, wodurch von vornherein eine Vergrößerung der Oangordneramplitude verhindert wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bewirkt eine gewisse Verkleinerung der Oangordneramplitude mit steigender Temperatur. Da bei einem Gangordnerschwlnger, insbesondere bei einem Pendel, die Eigenschwingungsdauer mit steigender Temperatur zunimmt, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine weitgehende Tempe-

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raturunabhängigkeit der Schwingeramplitude erreichen, ohne daß hierfür ein besonderer Aufwand getrieben werden muß, bei einem Pendel beispielsweise teure Stäbe aus Invar-Stahl verwendet werden müssen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Spannung am Kondensator im Steuerkreis des Haupttransistors,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der die Triebspule durchfließenden Antriebsimpulse chne Oberschwingungen,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der die Triebspule durchfließenden Stromimpulse mit Oberwellen und

Fig. 5 eine Darstellung einer durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angetriebenen Pendelanordnung.

In Fig. 1 ist mit Tr₁ der Haupttransistor bezeichnet, welcher ausgangsseitig die den Gangordnerschwinger antreiben^/ den Stromimpulse liefert. L₁ ist die Steuerspule, die in Reihe

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mit einem Kondensator Cp im Eingangskreis des Transistors Tr₁ liegt. L₂ ist die Triebspule, die in Reihe mit einer Spannungsquelle U_Q im Ausgangskreis des Transistors Tr, liegt.

ρ Die Spulen L, und Lp sind normalerweise magnetisch

miteinander gekoppelt. Sie sind zweckmäßig ineinander gewickelt. Um das Auftreten von Rückkopplungsschwingungen infolge der engen Kopplung der Spulen z.u vermeiden, ist ein Gegenkopplungskondensator C vorgesehen, welcher Kollektor und Basis des Transistors Tr₁ miteinander verbindet. Ferner ist ein Widerstand R vorgesehen, welcher den Pluspol der Spannungsquelle U_Q mit der Basis des Transistors Tr, verbindet.

Relativ zu den Spulen L₁ und L_g wird ein Magnetsystem, vorzugsweise ein Permanentmagnetsystem, bewegt. Zweckmäßig ist am Gangordnerschwinger ein Permanentmagnet angeordnet, während die Spulen L₁ und L₂ fest angeordnet sind. Grundsätzlich ist aber auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei welcher das Magnetsystem feststeht und die Spulen L₁ und L₂ am Gangordnerschwinger angeordnet sind»

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In diesem Falle sind allerdings bewegliche Zuleitungen für die Spulen erforderlich.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist grundsätzlich bekannt, weshalb sich eine eingehende Erläuterung erübrigt. In bekannter Weise wird der Kondensator Cp über den Widerstand R über den gestrichelt markierten Leitungsweg derart aufgeladen, daß die Basis des Haupttransistors Tr, positiv vorgespannt wird. Dadurch beginnt im Ausgangskreis dieses Haupttransistors Tr, ein Kollektorstrom zu fließen, welcher die Triebspule L₂ durchsetzt. Bei einer geringen Bewegung des Gangordnerschwingers werden in der Steuerspule L, Impulse induziert, welche eine Steuerung des Haupttransistors Tr, bewirken. Die die Triebspule L_? durchfließenden verstärkten Impulse bewirken einen Antrieb des Gangordnerschwingers. Duron die in der Steuerspule L₁ induzierten Impulse wird der Kondensator C,p umgeladen, wodurch der Arbeitspunkt des Haupttransistors Tr, verändert wird und nur die Spitzen der in der Steuerspule L, induzierten Impulse eine Aussteuerung des Transistors Tr, bewirken. Der Gangordnerßchwinger hat dann seine Gleichgewichtsamplitude erreicht. Dieser Vorgang ist in Fig. 2 grafisch dargestellt. Diese Figur zeigt eine grafische Dar-

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Stellung der Spannung am Kondensator C_p in Abhängigkeit von der Zeit t. Während der Zeitspanne von 1 bis 2 wird der Kondensator Cp über den Widerstand R aufgeladen. Im Zeitpunkt 2 beginnt der Gangordnerschwinger zu schwingen, worauf der Kondensator Cp mit der Zeit etwas entladen wird, bis im Zeitpunkt 3 die Gleichgewichtsamplitude erreicht ist. In der * Zeitspanne·zwischen 3 und 4 schwingt der Gangordnerschwinger mit dieser Gleichgewichtsamplitude.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung (Pig. I) enthält ferner einen Hilfstransistor Tr₂, dessen Basis an dem Verbindungspunkt zwischen Kondensator Cp und Triebspule Lp geführt ist. Die Emitter-Elektrode des Transistors Tr₂ ist an den Minuspol der Spannungsquelle U_Q geführt, während die Kollektorelektrode an den'Verbindungspunkt zwischen Steuerspule L, und Kondensator C_p geführt ist. In der Zuleitung zur Basis des Transistors Tr_p kann noch eine Diode D vorgesehen sein, deren Durchlaßrichtung der Durchlaßrichtung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr₂ entspricht.

Übersteigt die Spannung an der Triebspule Lg die Eingangsschwellenspannung des Transistors Tr₂ bzw. die

Summe der Schwellenspannungen der Diode D und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr₂,so wird der Transistor ausgesteuert und es wird über seine Emitter-Kollektor-Strecke der Minuspol der Spannungsquelle U₀ mit dem Verbindungspunkt zwischen Steuerspule L-, und Kondensator Cp verbunden. Über den in der Zeichnung kleingestrichelten Leitungsweg wird der Kondensator C_p entladen oder umgeladen und erhält somit die unterhalb des Kondensators angedeutete Polarität, welche eine Sperrung des Haupttransistors Tr-, bewirkt. Der die Triebspule Lp durchfließende Stromimpuls wird dadurch in seiner Amplitude verringert. Dieser Vorgang ist in Fig. 2 dargestellt. Hier wird im Zeitpunkt dem Gangordnerschwinger ein Stoß erteilt, so daß seine Schwingungsamplitude stark erhöht wird. Dadurch wird der Haupttransistor Tr₁ stärker ausgesteuert, und es übersteigt die Spannung an der Triebspule Lp die Summe der Schwellenspannungen der Diode D und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr₂. Es wird, wie vorher erläutert, der Kondensator Cp umgeladen und damit der Transistor Tr₁ weniger ausgesteuert bzw. gesperrt, so daß die Energiezufuhr zur Triebspule L₂ augenblicklich stark gedrosselt oder unterbunden wird. Nachdem die Amplitude des Schwingers wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt ist, ver-

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läuft die Kondensatorspannung U_, wie in dem Zeitabschnitt zwischen J5 und 4.

Bei der Schaltung ohne den Hilfstransistor Tr_p ergibt sich eine Amplitude des Gangordnerschwingers, die mit steigender Temperatur etwas größer wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird eine gewisse Überkompensation erreicht, d.h. die Amplitude des Gangordnerschwingers nimmt mit steigender Temperatur ab. Da bei einem Gangordnerschwinger, insbesondere bei einem Pendel, die Schwingungsdauer mit steigender Temperatur zunimmt, läßt sich eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit der Schwingeramplitude erreichen. Es sind beispielsweise bei einer Pendelanordnung Pendelstäbe aus Invar-Stahl nicht erforderlich.

Pig. 5 zeigt ein Schwerkraftpendel, das mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angetrieben wird. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nicht nur für den Antrieb von Schwerkraftpendeln, sondern auch in besonderem Maße für den Antrieb von Drehpendeln (Unruhen) geeignet. Das in Fig. 5 gezeigte Schwerkraftpendel ist bei 10 über einen Bolzen 11 an einer

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Tragplatte 12 aufgehängt. 13 ist eine Pendelfeder, an welcher eine verhältnismässig dünne Pendelstange 14 befestigt ist, an welcher wiederum eine stärkere Pendelstange 15 niit einer Pendelmasse 16 befestigt ist. An der Pendelstange 14 ist eine Permanentmagnetanordnung 17 angeordnet, welche mit der Spulen— anordnung L, , L₂ zusammenwirkt, die an einer Tragplatte 18 befestigt ist, die auch die einzelnen Schaltelemente der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung aufnimmt. Zur Herstellung der Schaltungsanordnung kann die Platte 18 beispielsweise mit einer gedruckten Schaltung versehen sein.

An der Pendelstange 14 ist ein Permanentmagnetsystem 17 angeordnet, welches die Spulenanordnung L,, Lp beaufschlagt. Da die Pendelanordnung I3 bis 16 unter bestimmten Voraussetzungen Oberschwingungen ausführen kann, wird in einem solchen Falle auch die Magnetanordnung 17 solche Oberschwingungenausführen. Es ergeben sich dann die in Fig. 4 gezeigten Triebimpulse. Diese Impulse ergaben sich bei einem Neutralisationskondensator C_n von 0,1 ,^cF. Um diese Oberschwingungen zu unterdrücken, war es notwendig, den Neutralisationskondensator C_n auf einen Wert von 0,6 ,"-F zu erhöhen. Es ergaben sich dann die in Fig. J> gezeigten Triebimpulse.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

il.J Schaltungsanordnung für den kontaktlosen elektromagnetischen Antrieb eines Gangordnerschwingers eines zeithaltenden Geräts, vorzugsweise einer Uhr, mit einem Haupt-

* Verstärkerelement, das durch eine durch die Relativbewegung zwischen einem Magnetsystem und einer Steuerspule erzeugte Spannung gesteuert wird und ausgangsseitig eine vom Magnetsystem beaufschlagte Triebspule durchfließende Stromimpulse liefert, wobei die Steuerspule in Reihe mit einem Kondensator in den Steuerkreis des Hauptverstärkerelements geschaltet ist und ein den Steuerkreis mit einem Pol einer· Spannungsquelle im Ausgangskreis verbindender Widerstand derart vorgesehen ist, dass der Kondensator auf eine den Hauptver-

i, stärker öffnende Vorspannung aufladbar ist, und mit einem auf den Eingangskreis des Hauptverstärkerelements einwirkenden Hilfsverstärkerelement zur Regulierung der Amplitude des Gangordnerschwingers, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsver«- stärkerelernent (Tr₁) eingangsseitig zur Triebspule (Lp) parallel geschaltet ist und ausgangsseitig die Steuerelektrode des Hauptverstärkerelements (Tr₁) mit dem dessen Sperrung bewirkenden Pol der Spannungsquelle (U_Q) verbindet.

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Γ/73718 - 15 -
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkerelemente Transistoren (Tr,, Tr_?) vorgesehen sind, dass die Triebspule (Lp) zwischen Emitter

des Haupttransistors (Tr,) und Spannungsquelle (U₀) und der Kondensator (C_p) zwischen Emitter des Haupttransistors (Tr₁) und Steuerspule (L,) geschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von npn-Transistoren.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3# dadurch gekennzeichnet, dass in die Basis-Zuleitung des Hilfstransistors (Tr₂) eine in gleicher Richtung wie die Basis-Emitter-Strecke durchlässige Diode (D) geschaltet ist.

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