DE1966834A1

DE1966834A1 - Mittels kernenergie betriebener zeitmesser

Info

Publication number: DE1966834A1
Application number: DE19691966834
Authority: DE
Inventors: Karl Adler; Georges Ducommun
Original assignee: Biviator AG
Current assignee: Biviator AG
Priority date: 1968-04-17
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1974-10-31
Also published as: US3562613A; DE1918308A1; ES366013A1; GB1267399A; CH521625A; NL6905976A; DE1918308C3; BE731610A; DE1918308B2; SE351933B; CH566368A4; FR2007470A1

Description

BJVIATOR S.A., Grenchen (Schweiz)

Mittels Kernenergie betriebener Zeitmesser.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mittels Kernenergie betriebenen Zeitmesser, in welchem die radioaktive Beta-Strahlung einer Kernenergieguelle auf einen Strahlendetektor einwirkt, der einen Stromkreis zur Erzeugung von den Gang des Zeitmessers regelnden Impulsen steuert. Eine bekannte Anordnung dieser Art geht vom Gedanken aus, dass eine radioaktive Quelle mit hoher Halbwertzeit in jeder bestimmten Zeiteinheit in einem elektronischen Strahlungsmesser eine gleiche Anzahl von Impulsen auslöst, derart, dass die Auszählung solcher Impulse eine genaue Gangregelung insbesondere über längere Zeiten ermöglichen sollte. Die Schwierigkeit liegt jedoch darin, dass zur Erzielung genügender Ganggenauigkeit inner-Ms/ek/i8 968 409844/0367

Fall 74T:..

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halb kürzerer Zeiträume sehr hohe Impulszahlen ausgezählt werden müssen um den statistischen Fehler klein zu halten. Das bedingt wiederum eine radioaktive Quelle verhältnismässig hoher Intensität, d.h. mit hohem Curie-Wert, die eine in einer Armbanduhr nicht unterbringbare Abschirmung erfordert, und ausserdem einen Impulszähler mit sehr hohem UnterSetzungsverhältnis, dessen Einbau in eine Armbanduhr ebenfalls schwierig wäre. Bei schwachen Präparaten, zum Beispiel Beta-Strahlern, wäre zwar der Curie-Wert abgeschirmt, würde aber aus Sicherheitsgründen zu hoch liegen. Schliesslich müsste zum Betrieb des elektronischen Detektors und des Untersetzers noch eine besondere Energiequelle vorgesehen sein.

Es ist zwar allgemein bekannt, dass mittels einer vorhandenen Kernenergiequelle durch thermoelektrische, radiophotovoltaische oder radiovoltaische Umwandlung elektrische Energie erzeugt-werden kann. Alle bekannten Stromquellen dieser Art sind aber aus irgend einem Grund für die Verwendung in einer Uhr, insbesondere Armbanduhr, nicht geeignet. Entweder benötigen sie zu starke Präparate, weisen zu niedrige Lebensdauer auf, indem bestimmte Bestandteile chemische Veränderungen erfahren oder sie liefern für den Betrieb der elektronischen Kreise einer Uhr ungeeignete Spannungen und Ströme»

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Zeitmesser der eingangs beschriebenen Art das der Gangregelung dienende elektronische Element, die zu seiner Bestrahlung dienende Kernenergiequelle und eine durch dieselbe Energiequelle betriebene elektrische Batterie derart aufeinander abzustimmen, dass alle Bedingungen erfüllt sind, die zur Verwendung in einer Uhr,

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insbesondere Armbanduhr, an ein solches System gestellt werden müssen. Der erfindungsgemässe Zeitmesser ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kernenergiequelle einer mit einem als Strahlendetektor wirkenden Zählrohr in Serie geschalteten Hochspannungsbatterie angehört, dass ein mittels der Impulse im Zählrohr aufladbarer Kondensator vorhanden ist, und dass der Kondensator über ein als Trigger wirkendes Element bei Erreichen einer bestimmten Spannung entladen wird, wobei die Entladungsimpulse ein elektromechanisches Antriebssystem betätigen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung, die schematisch Ausführungsbeispiele und Ausführungsvarianten darstellt, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel und

Fig. 2-4 zeigen Ausführungsvarianten von elektro-mechanischen Wandlern.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Primäre lektronenbatterie 20 vorgesehen, in welcher Kollektorelektroden direkt durch die Beta-Strahlung einer nicht dargestellten radioaktiven Quelle aufgeladen werden. Es kann irgendein geeigneter Beta-Strahler, vorzugsweise H3 verwendet werden. Bei zweckentsprechendem Aufbau der Batterie kann eine Spannung von beispielsweise 300 V erzeugt werden. Wie in Fig. 1 angedeutet, weist die nicht dargestellte Kollektorelektrode der Batterie 20 eine Oeffntmg emf, durch welche die Beta-Strahlung austritt und auf

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ein Zählrohr 21 auftrifft. Der Abgriff 22 eines Potentiometers 23 ist über eine Diode 24 mit einem Kondensator 25 verbunden. Dieser Kondensator 25 kann durch ein als Trigger wirkendes Element 26, beispielsweise eine Gasentladungsröhre oder eine Zenerdiode und eine Spule 2 7 entladen werden. Die Spule 27 befindet sich auf einem Kern 28 und dient zur Betätigung einer Fortschaltklinke 30, die auf ein Fortschaltrad 31 zum Antrieb der Zeiger oder eines Zählers des Uhrwerkes wirkt.

Mittels einer zwischen der Oeffnung der Batterie 20 und dem Zählrohr 21 angeordneten Blende 32 wird die Intensität der austretenden Beta-Strahlung so eingestellt, dass das Zählrohr 20 eine Impulsfolge der gewünschten mittleren Frequenz erzeugt. Bei einem Strom in der Diode 24 von 10 A und einem Kondensator 25 von 10 F wird derselbe in einer Sekunde auf ungefähr 60 V aufge-

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laden, was eine Ladung von 10 As ergibt. Die Zündspannung des Elements 26 wird nun auf 60 V eingestellt, so dass der Kondensator 25 in Intervallen von einer Sekunde periodisch entladen wird. Ein hierbei in der Spule 27 fMessender Strom von 10 A erzeugt auf

den Anker 29 bei 15 Gauss und 40 mm Fläche eine Kraft von 4 mg.

Diese Kraft genügt zur Betätigung der Fortschaltklinke 30 und zum Fortschalten des Klinkenrades 31 und des damit gekuppelten Räderwerks des Uhrwerks.

Die Einstellung des Gangs ist auf zwei Arten möglich. Der mittlere

zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen im Zählrohr kann durch Einstellung der Intensität der auf das Zählrohr

einwirkenden Beta-Strahlung mittels der Blende 32 erfolgen. Aus-

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serdem kann durch Verstellen des Abgriffs am Potentiometer 2 3 die an den Kondensator 25 gelangende Impulsstärke und damit die Zahl erforderlicher Impulse zur vollen Aufladung des Kondensators 25 variiert werden.

Fig. 2 zeigt einen leicht modifizierten elektro-mechanischen Wandler, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 1. Der Anker 39 ist als Blattfeder hoher Elastizität ausgebildet, die mit dem einen Schenkel des Kerns 28 verbunden ist und am anderen Ende ein Gewicht 33 trägt. Die Resonanzfrequenz dieses federnden Ankers kann der doppelten Impulsfrequenz oder irgendeinem Mehrfachen derselben entsprechen. Wird ein mechanischer Schwinger verhältnismässig hoher Güte verwendet, kann seine Schwingung durch eine Impulsfrequenz aufrechterhalten werden, die wesentlich niedriger ist als die Frequenz der mechanischen Schwingung. Die Frequenz des mechanischen Schwingers kann zum Beispiel 50 Hz betragen.

Fig. 3 zeigt eine weitere AusfuhrungsVariante, bei welcher die Schwingung einer Stimmgabel 34 durch in der auf einen Kern 35 gewickelten Spule 27 fliessende Impulse aufrechterhalten wird. Die Stimmgabel 34 trägt eine Fortschaltklinke 30 zur Fortschaltung des Rades 31.

Anstelle eines elektrodynamischen oder elektromagnetischen Wandlers gemäss Fig. 1 bis 3 kann ein elektrostatischer Wandler gemäss Fig. 4 verwendet werden. Dieser Wandler weist zwei ebene Elektroden 36 und 37 auf, die an einem Rahmen befestigt sind. Mindestens

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die untere Elektrode 37 ist als Membrane aus elastischem Material ausgebildet und trägt eine-in das Fortschaltrad 31 eingreifende Fortschaltklinke. Die Elektroden 36 und 37 sind mit Kontakten 39 bzw. 40 versehen.

Der elektrostatische Wandler nach Fig. 4 kann anstelle der Spule 27 in die Schaltung nach Fig. 1 eingesetzt werden. Wird aus dem Kondensator 25 ein Impuls von 60 V und 10 A durch das Triggerelement 26 angelegt, so erzeugt der Wandler nach Fig. 4 eine Kraft in der Grössenordnung von 4 mg, vorausgesetzt, dass seine

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Kapazität etwa 2.10 F beträgt, bzw. die Elektroden eine Fläche

von 16 mm bei einem Abstand von 1 mm aufweisen. Durch diese Kraft. wird die untere elastische Elektrode 37 nach innen verbogen bis sich die Entladekontakte 39 und 40 berühren und den Kondensator 25 entladen. Die Elektrode 37 kehrt sodann 'in ihre Ausgangslage zurück, wobei das Rad 37 durch die Klinke 30 um einen Schritt fortgeschaltet wird. Wird anstelle der Spule 27 nach Fig.· 1 der elektrostatische Wandler nach Fig. 4 verwendet, kann das Triggerelement 26 wegfallen. Es ist. klar, dass hierbei mit zunehmender Ladung des Kondensators 25 die Elektrode 37 mehr und mehr nach der Elektrode 36 hin gewölbt würde, bis sich die Kontakte 39 und 40 berühren und den Kondensator 25 entladen. Da sich diese Kontakte 39 und 40 stets bei Erreichen derselben Spannung berühren würden, ist es klar, dass der Wandler nach Fig. 4 das Triggerelement 26 ersetzen kann.

Der elektrostatische Wandler nach Fig. 4 kann auch direkt zwischen den Abgriff 22 des Potentiometers 23 und den Leiter 41 der Schaltung nach Fig. 1 eingeschaltet werden, in welchem Falle die EIe-

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mente 25 bis 27 dieser Schaltung wegfallen können. Tn diesem Falle

können die Elektroden 36 und 37 eine Fläche von etwa 20 mm aufweisen und in einem Abstand von 0.1 mm angeordnet sein. Bei einer Impulsspannung von 100 V entsteht eine Kraft in der Grössenordnung von 5 mg bei einer Geschwindigkeit von 0.02 cm/s. Die Energie liegt

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in der Grössenordnung von 5.10 Ws oder 5.10 cmgs. Das genügt zum Antrieb einer Fortschaltklinke, eines Fortschaltrades und des Räderwerks eines Uhrwerks.

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Claims

Patentansprüche:

1) Zeitmesser, in welchem die radioaktive Beta-Strahlung einer Kernenergiequelle auf einen Strahlendetektor einwirkt, der einen Stromkreis zur Erzeugung von den Gang des Zeitmesser regelnden Impulsen steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernenergiequelle einer mit einem als Strahlendetektor wirkenden Zählrohr (21) in Serie geschalteten Hochspannungsbatterie (2) angehört, dass ein mittels der Impulse im Zählrohr aufladbarer Kondensator (25) bei Erreichen einer bestimmten Spannung entladen wird, wobei die Entladungsimpulse ein elektromechanisches Antriebssystem (27 - 31) betätigen.

2) Zeitmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zum Zählrohr (21) in Serie geschaltetes Potentiometer (23), dessen Abgriff (22) mit dem Kondensator (25) verbunden ist.

3) Zeitmesser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Diode (24) zwischen dem Abgriff (22) und dem Kondensator (25).

4) Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch ein elektrostatisches Antriebssystem (36 - 38) mit zwei Kondensatorbelägen (36, 37), von welchen mindestens einer beweglich angeordnet und mit einer Portschaltklinke (30) verbunden ist.

5) Zeitmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der

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bewegliche Kondensatorbelag (37) Teil eines mechanischen Schwingers ist, der auf die Frequenz der Antriebsimpulse abgestimmt ist.

6) Zeitmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (25) Teil eines mit dem Zählrohr (21) in Serie geschalteten RC-Kreises (2 3, 25) ist.

7) Zeitmesser nach einem der Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrostatische Antriebssystem Kontakte (39, 40) aufweist, über welche die Kondensatorbeläge beim Erreichen einer bestimmten Aufladung bzw. Verformung entladen werden.

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