DE1773718B2

DE1773718B2 - Antriebsschaltungsanordnung fuer einen gangordnerschwinger eines zeithaltenden geraets

Info

Publication number: DE1773718B2
Application number: DE19681773718
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7230 Schramberg-Sulgen Ganter
Original assignee: Gebrüder Junghans GmbH, 7230 Schramberg
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1968-06-27
Publication date: 1977-05-26
Also published as: DE1773718A1; FR2014333A7; DE1773718C3

Description

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 f'o eine vom Magnetsystem beaufschlagte Triebspule durchfließende Stromimpulse liefert, wobei die Steuerspule in Reihe mit einem Kondensator in den Steuerkreis des Hauptverslärkerelements geschaltet ist und ein den Steuerkreis mit einem Pol einer «■ Spannungsquelle im Ausgangskreis verbindender Widerstand derart vorgesehen ist, daß der Kondensator auf eine den Hauotverstärkcr öffnende Vorspannung aufladbar ist, und mit einem auf den Eingangskreis des Hauptverstärkerelements einwirkenden, zur Regulierung der Amplitude des Gangordnerschwingers dienenden Hilfsverstärkerelement, dessen beide Steuerelektroden an die beiden Klemmen eines im Triebstromkreis liegenden Verbrauchers angeschlossen sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist in der DT-AS 1! 88 514 beschrieben. Mit dieser Schaltung soll der remanente Magnetismus in den ständig mit der Antriebsspule gekoppelten magnetisierbaren Teilen ohne Verwendung eines zusätzlichen Magneten beseitigt werden. Eine Stabilisierung der Amplitude des Gangordnerschwingers ist nicht erreicht Außerdem ist der Wirkungsgrad dieser Schaltung niedrig.

In der DT-AS 12 44 867 ist ein Transistor-Schaltverstärker mit extrem hoher Regelsteilheit beschrieben. Bei dieser Schaltung liegt die Triebspule zwischen der Basis- und der Emitterelektrode eines Regeltransistors. Eine Amplitudenstabilisierung ist nicht vorgesehen.

Weiterhin ist aus der DT-AS 12 09 961 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher ein Hilfstransistor ausgangsseitig parallel zur Steuerspule des Haupttransistors geschaltet ist, wobei der Hilfstransistör in soinem Eingang eine Steuerspule enthält, in welcher durch die Relativbewegung zwischen ihr und dem Magnetsystem Impulse erzeugt werden. Bei dieser Schaltung wird ständig ein Teil der in der Steuerspule erzeugten Sieuerspannung über den Hilfstransistor abgeleitet, was einen ständigen Verlust bedeutet. Außerdem muß die Amplitude des Gangordnerschwingers sich erst um einen vorgegebenen Betrag ändern, bevor der Hilfstransistor wirksam werden kann.

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

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche zu einer schnellwirkenden Amplitudenstabilisierung des Gangordnerschwingers führt und einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad aufweist.

Obige Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Steuerspule zwischen Kondensator unc Widerstand angeordnet ist, daß das Hilfsverstärkerele ment mit seiner Ausgangselektrode an dem Verbin dungspunkt von Steuerspule und Kondensator ange schlossen ist und daß die Triebspule zwischen Basis- unc Emitterelektrode des Hilfsverstärkerelements angeord net ist. Dabei werden als Verstärkerelemente Vorzugs weise Transistoren vorgesehen, wobei die Triebspuk zwischen den Emitter des Haupttransistors und di< Spannungsquelle und der Kondensator zwischen dei Emitter des Haupttransistors und die Steuerspuli geschaltet ist. Vorzugsweise werden npn-Transistorei verwendet. In die Basiszuleitung des Hilfstransistor kann eine in gleicher Richtung wie die Basis-Emitter strecke durchlässige Diode geschaltet sein.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ohn Verwendung einer besonderen Hilfsspannungsquell erreicht, daß der Kondensator im Eingangskreis de Hauptverstärkers entladen oder umgeladen wire sobald die Spannung der Triebspule einen vorgegebe

nen Wert überschreitet, wodurch von vornherein eine Vergrößerung der Gangordneramplitude verhindert wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bewirkt eine gewisse Verkleinerung der Gangordneramplitude mit steigender Temperatur. Da bei einem ^; Gangordnerschwinger, insbesondere bei einem Pendel, die Eigenschwingungsdauer mit steigender Temperatur zunimmt, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit der Schwingerampütude erreichen, ohne daß ι ;> 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 zeigt

F i g. 1 einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

F i g. 2 eine grafische Darstellung der Spannung am Kondensator im Steuerkreis des Haupttransistors, v>

F i g. 3 eine grafische Darstellung der die Triebspule durchfließenden Antriebsimpulse ohne Oberschwingungen,

F i g. 4 eine grafische Darstellung der die Triebspule durchfließenden Stromimpulse mit Oberwellen und ;-.

F i g. 5 eine Darstellung einer durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angetriebenen Pendelanordnung.

In Fig. 1 ist mit Γη der Haupttransistor bezeichnet, welcher ausgangsseitig die den Gangordnerschvinger > antreibenden Stromimpulse liefert. Li ist die Steuerspule, die in Reihe mit einem Kondensator C_P im Eingangskreis des Transistors Tn liegt. L2 ist die Triebspule, die in Reihe mit einer Spannungsquelle LO im Ausgangskreis des Transistors Tn liegt. i^;

Die Spulen L\ und L₂ sind normalerweise magnetisch miteinander gekoppelt. Sie sind zweckmäßig ineinander gewickelt. Um das Auftreten von Rückkopplungsschwingungen infolge der engen Kopplung der Spulen zu vermeiden, ist ein Gegenkopplungskondensator C_n vorgesehen, welcher Kollektor und Basis des Transistors Tn miteinander verbindet. Ferner ist ein Widerstand R vorgesehen, welcher den Pluspol der Spannungsquelle Uo mit der Basis des Transistors Tn verbindet. 4-

Relativ zu den Spulen L\ und L? wird ein Magnetsystem, vorzugsweise ein Permanentmagnetsystem, bewegt. Zweckmäßig ist am Gangordnerschwinger ein Permanentmagnet angeordnet, während die Spulen L\ und L₂ fest angeordnet sind. Grundsätzlich ist aber auch 5ⁱ eine umgekehrte Anordnung möglich, bei welcher das Magnetsystem feststeht und die Spulen L, und L₂ am Gangordnerschwinger angeordnet sind. In diesem Falle sind allerdings bewegliche Zuleitungen für die Spulen erforderlich. y>

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist grundsätzlich bekannt, weshalb sich eine eingehende Erläuterung erübrigt. In bekannter Weise wird der Kondensator C_p über den Widerstand R über den gestrichelt markierten Leitungsweg derart aufgeladen, < daß die Basis des Haupttransistors Tn positiv vorge spannt wird. Dadurch beginnt im Ausgangskreis dieses Haupttransistors Tr\ ein Kollektorstrom zu fließen. welcher die Triebspule L2 durchsetzt. Bei einer geringen Bewegung des Gangordr.erschwingcrs werden in der ■ Steuerspule Li Impulse induziert, welche eine Steuerung des Haupttransistors Tr\ bewirken. Die die Triebspule /.-> durchfließenden verstärkten Impulse bewirken einen Antrieb des Gangordr.ersehwingers. Durch die in der Steuerspule L\ induzierten Impulse wird der Kondensator Cp umgeladen, wodurch der Arbeitspunkt des Haupttransistors Tn verändert wird und nur die Spitzen der in der Steuerspule L\ induzierten Impulse eine Aussteuerung des Transistors Tn bewirken. Der Gangordnerschwinger hat dann seine Gleichgewichtsamplitude erreicht Dieser Vorgang ist in Fig.2 grafisch dargestellt Diese Figur zeigt eine grafische Darstellung der Spannung am Kondensator C_p in Abhängigkeit von der Zeit t Während der Zeitspanne von 1 bis 2 wird der Kondensator C₉ 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 (Fig. 1) enthält ferner einen Hilfstransistor Tr₂, dessen Basis an dem Verbindungspurkt zwischen Kondensator C_p und Triebspule L₂ geführt ist Die Emitter-Elektrode des Transistors Tr₂ ist an den Minuspol der Spannungsquelle U₀ geführt, während die Kollektorelektrode an den Verbindungspunkt zwischen Steuerspule L\ und Kondensator Cp geführt ist. In der Zuleitung zur Basis des Transistors Tr₂ 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 L₂ die Eingangsschwellenspannung des Transistors Tr₂ bzw. die Summe der Schwellenspannungen der Diode D und der Basis-Emiiter-Strecke des Transistors Tr₂, so wird der Transistor ausgesteuert und es wird über seine Emitter-Kollektor-Strecke der Minuspol der Spannungsquelle LO mit dem Verbindungspunkt zwischen Steuerspule L\ und Kondensator C₁, 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 Tn bewirkt. Der die Triebspuie L₂ durchfließende Stromimpuls wird dadurch in seiner Amplitude verringert. Dieser Vorgang ist in F i g. 2 dargestellt. Hier wird im Zeitpunkt 4 dem Gangordnerschwinger ein Stoß erteilt, so daß seine Schwingungsamplitude stark erhöht wird. Dadurch wird der Haupttransistor Tn stärker ausgesteuert, und es übersteigt die Spannung an der Triebspule Lj die Summe der Schwellenspannungen der Diode D und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr₂. Es wird, wie vorher erläutert, der Kondensator C_p umgeladen und damit der Transistor Tn 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, verläuft die Kondensatorspannung (V(,»wie in dem Zeitabschnitt zwischen 3 und 4.

Bei der Schaltung ohne den Hilfstransistor Tr₂ ergibt Mch 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 zu-

nimmt, läßt sich eine weitgehende Tempeiaturunabhängigkeit der Schwingeramplitude erreichen. Es sind beispielsweise bei einer Pendelanordnung Pendelstäbe aus invar-Stahl nicht erforderlich.

Fig.5 zeigt ein Schwerkraftpendel, das mit der erfindungsgemäBen 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 F i g. 5 gezeigte Schwerkraftpendel ist bei 10 über einen Bolzen 11 an einer Tragplatte 12 aufgehängt. 13 ist eine Pendelfeder, an welcher eine verhältnismäßig dünne Pendelstange 14 befestigt ist, an welcher wiederum eine stärkere Pendelstange 15 mit einer Pendelmasse 16 befestigt ist An der Pendelstange 14 ist eine Permanentmagnetanordnung 17 angeordnet, welche mit der Spulenanordnung L\, Li zusammenwirkt, die an einer Tragplatte 18 befestigt ist, die auch die einzelnen Schaltelemente der in F i g. 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 Li, Li beaufschlagt. Da die Pendelanordnung 13 bis 16 unter bestimmten Voraussetzungen Oberschwingungen ausführen kann, wird in einem solchen Falle auch die Magnetanordnung 17 solche Oberschwingungen ausführen. Es ergeben sich dann die in F i g. 4 gezeigten Triebimpulse. Diese Impulse ergaben sich bei einem Neutralisationskondensator Cn von 0,1 μΡ. Um diese Oberschwingungen zu unterdrücken, war es notwendig den Neutralisationskondensator Qv auf einen Wert vor 0,6 μΡ zu erhöhen. Es ergaben sich dann die in F i g. 3 gezeigten Triebimpulse.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für den kontaktlosen elektromagnetischen Antrieb eines Gangordner- .-> schwingers 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 κ 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 Hauptverstärker öffnende Vorspannung aufladbar ist, und mit einem auf den Eingangskreis des Hauptverstärkerelements einwirkenden, zur Regulierung der Amplitude des Gangordnerschwingers dienenden Hilfsverstärkerelement, dessen beide Steuerelektroden an die beiden Klemmen eines im Triebstromkreis liegenden Verbrauchers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steurspule (U) zwischen Kondensator (C_p) und Widerstand (R) angeordnet ist, daß das Hilfsverstärkerelement (Tr₂) mit seiner Ausgangselektrode an den Verbindungspunkt von Steuerspule (U) und Kondensator (C_p) y° angeschlossen ist und daß die Triebspule (L₂) zwischen Basis- und Emitterelektrode des Hilfsverstärkerelements (Tr₂) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerelemente Transistören (Tn, Tr₂) vorgesehen sind, daß die Triebspule (L₂) zwischen Emitter des Haupttransistors (Tr\) und Spannungsquelle (U₀) und der Kondensator (C_p) zwischen Emitter des Haupttransistors (Tn) und Steuerspule (U) 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.