DE2044776A1 - Zeitmeß und anzeigegerat, ins besondere kleine Pendeluhr oder Taschenuhr kleiner Abmessungen - Google Patents

Description

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9. September. 1970 Gz/Ra./Ha./bü

Marius Jean Lavet, Paris / Frankreich

Zeitmeß- und -anzeigegerät, insbesondere kleine Pendeluhr oder Taschenuhr kleiner Abmessungen

Die vorliegende Erfindung betrifft besondere Ausführungen wie auch Verbesserungen eines Zeitgerätes gemäß der schweizerischen Patentschrift Nr. 442 157. Ziel ist insbesondere die Verbesserung der chronometrischen Genauigkeit und die Verminderung des elektrischen Energieverbrauchs der Regler und Motore, die von einer Energiequelle kleinen Volumens versorgt werden. Weitere Verbesserungen beziehen sich auf Einzelheiten einer vorteilhaften baulichen Ausführung sowie > auf gedrängte Anordnungen beweglicher Teile in Gehäusen kleiner Abmessungen. Die Erfindung gestattet insbesondere auch die vervollkommnenden Teile an verschiedene bekannte * ä elektronische Bauteile anzupassen und mit ihnen zu vereinigen, um eigentümliche industrielle Muster zu schaffen, die billiger hergestellt werden können als die derzeit bekannten gleichartigen und gebräuchlichen Geräte.

Die Erfindung betrifft daher ein Zeitgerät, insbesondere einen tragbaren Chronometer oder Armbanduhr, und ist dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination ein elektromechanischer Hilfserzeuger für Schwingungen vorgesehen ist, der selbsttätig auf einer erhöhten Frequenz gehalten wird, ein "Schrittfür-Schritt^w-Motor, der die Stunde anzeigt und mindestens eine Triebwicklung aufweist, die mindestens auf einen durch

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eine Wechselbewegung angetriebenen Magnet einwirkt, einen elektronischen Frequenzteiler, der eine relativ niedrige Frequenz zur Signal spannung an der Triebwicklung liefert, und zwischen dem Frequenzteiler und der Triebwicklung eine elektrische automatische Regeleinrichtung, die auf Phasenversetzung der Wechselbewegung mit Bezug auf die Signalspannung anspricht, wobei die Regeleinrichtung über die , Dauer jedes die Triebwicklung durchsetzenden Stromimpulses wirksam ist derart, daß die Wirkungsdauer spontan zunimmt, wenn die Steuerspannung abnimmt, und abnimmt, wenn die passiven Widerstände des Mqtors zunehmen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der oben gekennzeichneten ·'■ Merkmale weist einen kleinen Hilfsschwingungserzeuger auf,' der von zwei parallelen prismatischen Stäben aus isotropem Quarz besteht, die auf einem in gleicher Weise aus Quarz bestehenden Unterteil völlig fest angeordnet sind und symmetrische Biegeschwingungen bei einer Frequenz von mindestens 1 kHz ausführen, wobei die freien Enden der Stäbe sehr leichte Transduktoren ι tragen, die mit überkoerzitiven Mikromagneten versehen sind, auf die sich veränderliche magnetische Anziehungen und Abstoßungen ausüben, und die Transduktoren so angeordnet sind, daß sie einerseits die Kompensation der Störungswirkungen der Umgebungstemperatur auf den Elastizitätsmodul des Quarz und andererseits eine Möglichkeit sehr feiner Wiedereinstellung des Chronometerganges ohne Unterbrechung des Betriebes gestatten.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die ins- < besondere für Chronometer sehr hoher Präzision bestimmt ist* sind die Bauteile der Uhr der oben gekennzeichneten Art mit

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einem Quarzkristallschwinger vereinigt, dessen Frequenz höher als Megahertz ist.

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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Auf diese Darstellungen und ihre Schilderung ist die Erfindung nicht beschränkt. *

Es zeigt:

Fig. 1 das Arbeitsschaltbild eines Chronometers gemäß dem üauptpatent und der vorliegenden Erfindung,

; Λ ■■ ■ ' .

Fig. 2 in großem Maßstab im Aufriß von rückwärts gesehen die inneren Teile eines kleinen tragbaren Chronometers mit Schwingungshilfeerzeuger der Ausführung mit zwei parallelen Stäben aus·isotropem Quarz und einem Motorempfänger, der in Resonanz mit einer Frequenz unterhalb,eines Vielfachen der Frequenz Λ

des Schwingungshilfserzeugers schwingt,

Fig. 3 perspektivisch die hauptsächlichen Teile der schwingenden Organe, die in der Uhrtriebanlage nach der Fig. 1 verwendet werden,

Fig. k ein Diagramm der Änderungen der Eigenperiode des Schwingungsmotors in Abhängigkeit der Amplitude der Schwingungen,

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2 Π ι, 4 .■ /

Fig. 5 ein Schema für die elektrischen und elektronischen Bauteile des Chronometers nach der Fig. 2,

Fig. 6 charakteristische Kurven, welche die Arbeitsweise und die Synchronisation des Schwingungsmotors im Chronometer nach der Fig. 2 zu erläutern gestatten,

Fig. 7 und 8 eine ergänzende Erklärung der Steuervorgänge, die in der in den Fig. 5 und 6 schematisch wiedergegebenen Einrichtung mit auftreten, wobei die elektronischen Relais durch zwei gewöhnliche, i,n Reihe liegende Unterbrecher symbolisiert sind,

Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform des Chronometers nach der Fig» 2_S wobei der Schwingungshilfserzeuger mit zwei Stäben durch einen klassischen Oszillator mit einem linsenförmigen Kristallquarz versetzt ist, dessen Frequenz ungefähr 2 Megahertz beträgt,

Fig. 10 ein Querschnitt der Transduktoren des bei dem Chronometer nach der FigJ 9 benutzten Schwingungsmotors,

Fig. 11 die Ansicht eines Armbandchronometers mit dem Triebwerk nach den Fig.,2 oder 9,

Fig. 12 eine abgewandelte Ausbildung der Transduktoren entsprechend einem Schwingungshilfserzeuger, der Ausführung mit zwei parallelen Stäben, deren Elastizität durch die Änderungen der Umgebungstemperatur verändert wird,

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Fig. 13 die Anwendung dieses Schwingungshilfserzeugers bei einer mechanischen Einrichtung eines tragbaren Chronometers,¹ bei dem die Stunde mit Hilfe eines Mikromotorempfängers angezeigt wird, der einen runden zweipoligen Magnet aufweist, der durch eine Wechseldrehung schwacher Frequenz unter! dem Einfluß unipolarer elektrischer Impulse sehr schwacher Stärke erregt wird,

Fig. 14 ein Querschnitt der!Transduktoren nach der Fig. 12 sowie eine perspektivische Ansicht der kleinen Magnete

ι
dieser Transduktoren,

Fig. 15 gesondert in großem Maßstab den Mikromotor-Empfanger des Chronometers nach der Fig. 13, ;

Fig. l6 einen Schnitt größeren Maßstabes der mechanischen Einrichtung, welche die Wechseldrehung des Mikromotors nach der Fig. 15 in eine gleichgerichtete Drehung des Räderwerks der Zeiger des Chronometers

nach der Fig. 13 umwandelt, Λ

i ·

Fig. 17 ein Schema der Verbindungen zwischen den elektrischen und elektronischen Bauteilen des Chronometers nach der Fig. 13,

Fig. 18 und 19 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 17 schematisch wiedergegebenen elektro nischen Einrichtung,

Fig. 20 im Aufriß und perspektivisch einen metallischen Schwingungshilfeerzeuger verhältnismäßig schwacher

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Frequenz, welcher die Quarzstäbe im Chronometer nach der Fig, 2 ersetzen kann, was die Verwirklichung eines "Uhrtriebwerks gestattet, dessen Herstellungskosten merklich vermindert sind_s wobei aber die chronometrischen Qualitäten zahlreiche Benutzer zufriedenstellen können,

™ Fig. 21 eine kleine mechanische Einrichtung einer Armbanduhr, die zu sehr niedrigem Preis mit Hilfe der wesentliehen Teile des Schwingungsmotors hergestellt werden kann, zur Aufnahme in die bauliche Vereinigung des Chrono— metertriebwerks nach der Fig, 9j

Fig. 22 bis 2k im Aufriß, im Querschnitt und perspektivisch eine bauliche Abwandlung der magnetoelektrischen Transduktoren, die an den schwingenden Enden der Stäbe aus isotropem Quarz bei dem Chronometer nach der Fig. 2 befestigt sind, und

Fig. 25 eine andere abgewandelte bauliche Ausführung dieser Transduktoren; diese Abwandlung eignet sich insbesondere für die Wartung der mit sehr kleiner Amplitude schwingenden Stäbe.

Die Figuren gemäß der Anlage sollen als vereinfachte, teilweise schematische Darstellungen verstanden werden. Um den Erläuterungen größere Klarheit zu geben, sind nur die Teile dargestellt, die bei der verbesserten Arbeitsweise mitwirken, Bestimmte Teile, welche den verschiedenen Ausführungsformen· g«·?» meinsam sind, sind mit denselben Buchstaben oder Zeichen bezeichnet.

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CRiGiNAi

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Fig. 1 läßt die Merkmale der Erfindung an einem Uhrwerk des bekannten Typs erkennen, das durch die folgenden Organe gebildet wird, die von einer einzigen Batterie G gespeist werden: Ein Normaloszillator OE mit sinusförmiger Schwingung höherer Frequenz N , ein Frequenzteiler DF, der Stromimpulse i mit einer untersetzten Frequenz N_m liefert, wobei diese Impulse auf einen Motor-Empfanger M wirken, der eine Stundeneinstellvorrichtung AF betätigt. Das betrachtete System weist ferner ein Vergleichsorgan C auf, das für Phasenversetzung der Bewe- ^ gung des Motor-Empfängers mit Bezug auf Bewegungsimpulse empfindlich ist; dieses Vergleichsorgan wirkt zweckentsprechend mit, um die Dauer der Impulse unter den Bedingungen zu regeln, die weiter unten anhand der Schemabilder der Fig. 6, 8 und 17 erläutert werden.

Die gesamte Figur 2 gibt die inneren Organe eines tragbaren Chronometers wieder, dessen äußere Abmessungen L. und L₉ die Größenordnung von drei Zentimeter haben. Das Uhrtriebwerk, dessen gesamte Dicke kleiner als Zentimetergröße ist, hat die Form eines rechten Winkels mit gebrochenen Ecken; es umschließt eine Batterie G von Normgröße, dessen Betriebs- ^ dauer mehr als 18 Monate beträgt und weist die folgenden Organe auf.

l) Einen Normalschwinger (oder Hilfsschwinger) OE, der im wesentlichen aus zwei gradlinigen Stäben D. und D₂ aus isotropem Quarz besteht, die mit einem Sockel 1 fest verbunden sind, wobei die Enden der Stäbe Transduktoren tragen, die in Phasenopposition zu einer konstanten Eigenfrequenz schwingen, deren Größe oberhalb 700 Hertz gewählt wird.

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2) Einen elektronischen Frequenzteiler DF bekannten Typs mit integrierten Schaltungen kleinen Raumbedarfs, der rechts des Normschwingers angeordnet ist, wie es das Schema der Fig. 1 zeigt, wobei dieser Teiler Stromimpulse i sehr geringer Stärke mit einer Frequenz N untervielfacli von N_e, vorzugsweise unterhalb von *iOQ Hz~"sendet.

3) Einen kleinen Motor M, der in Resonanz mit der Frequenz N schwingt und den im Hauptpatent beschriebenen Typ hat, cfer ferner die Zeiger des Chronometers mit Hilfe von Klinken el und einem Ratschenrad R (sehr leichtes Rad mit sehr feiner Zahnung) Schritt für Schritt weiterwandern läßt.

I.

Die schwingenden Stabe* welche die Normfrequenz geben, verhalten sich wie eine Stimmgabel hoher Qualität, die in U-Form in einem Quarzblock eingeschnitten ist. Jedenfalls ist die Serienherstellung dieser schwingenden Gabel sehr einfach. Nach der Erfindung wird die Stimmgabel hergestellt, indem drei Stücke in Form von Parallelepipeden in vollkommner Weise miteinander vereinigt werden: einerseits zwei Lamellen D und D₀ rechtwinkligen Schnittes, und andererseits ein Abstandstück 1, Der vorzugsweise gewählte Werkstoff ist der geschmolzene homogene und isotrope Quarz (Quarzglas), der keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweist und demzufolge mit vorhersehbaren elastischen Konstanten vollkommen reproduzierbar ist. Bemerkt sei, daß die Vorteile dieses Werkstoffs bereits von Pr.A. Jacquerod im Laufe einer Veröffentlichung dargelegt worden sind, die den Titel hat "Presentation d'un chroncmetre muni d'un spiral en verre de quartz'¹, veröffentlicht im Bulletin de la Societe suisse de Chronometrie, Vol. III, 1951, Seiten 135 bis 137. Bei diesem Chronometer weist die

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Regulierspirale zahlreiche Windungen aus Draht von 0,4 mm Durchmesser auf, daher war sie äußerst bruchempfindlich.

Die in Fig. 2 veranschaulichten biegsamen Lamellen D. und D₂ haben diesen Nachteil nicht, da man ihnen eine oberhalb

0,8 mm liegende Dicke und eine unterhalb 2 cm liegende Länge geben kann. Durch ein zweckentsprechendes Tempern steigert

man die Widerstandsfähigkeit der Lamellen; außerdem sind ; λ

seitliche Widerlager vorgesehen, welche die zu befürchtenden maximalen Biegungen im Falle von zufälligem Stoß, dem das Gerät unterliegt, beschränken.

Die Äste der erwähnten Stimmgabel lassen sich in Reihe mit sehr genauen Dimensionen herstellen, und zwar dank Schleifverfahren, wie sie für die Fertigung von optischen Gläsern und Uhrensteinen laufend Anwendung finden. Die unteren Enden der Stäbe und die Seiten der Abstandstücke 1 werden ohne Mühe mit Hilfe wohlbekannter Verfahrensmaßnahmen des Steinschneidens vollkommen eben hergestellt und poliert, was eine innige Vereinigung der Teile 1, D. und D₀ zu erzielen ge-

d stattet, unter Vermeidung der Anwendung von Klebstoffen oder ^ Ketten oder dergleichen, was der Stabilität der Baugruppe, die ständig bedeutenden und j wiederholten Beanspruchungen unterworfen ist, sehr schaden würde. Deshalb hilft man sich mit einer direkten Schweißung oder Lötung, die durch das unter der Bezeichnung "molekulare Wanderung" bekannte Verfahren erzielt wird (ein Verfahren, das darin besteht, von Teilen, die streng ebene Verbindungsoberflächen aufweisen, daß eine gegen das andere fest anzudrücken und sie ein wenig unter der Schmelztemperatur von Quarz zu erhitzen) Durch diese Verbindung mit Thermokompression bietet der zusammengesetzte

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Schwingungsliörper alle die vorteilhaften Eigenschaften einer in ein einziges Stück eingeschnittenen Stimmgabel dar, und der Qualitätsfaktor Q (ein Faktor, welcher die geringe Größe der inneren Reibungen während der aufeinanderfolgenden Biegungen kennzeichnet) überschreitet 20 000, d.h. eine Größe, die sehr viel höher als der Faktor Q der üblichen Stimmgabeln aus Elinvar ist.

Um aus diesem Vorteil Nutzen zu ziehen, hat man an den magnet-elektrischen Transduktoren, welche der Umwandlung der elektrischen Energie, die an der Batterie G verlangt wird, in mechanischer Arbeit dienen, die ihrerseits zum Ausgleich der Schwingungsenergieveriuste benötigt wird, verschiedene bauliche Änderungen vorgenommen. Jeder Transduktor besteht aus einem sehr leichten Boclenstück 2 aus weichem Stahl hoher magnetischer Permeabilität_s in das ein Schlitz eingefräst ist, wie es perspektivisch 2 in Fig. 3 zeigt (die äußeren Dimensionen jedes unteren Bodenstücks betragen 3x3x3 mm); das Ende des Quarzstabes D ist im Schlitz des Bodenstücks 2 ohne Spiel eingesetzt und durch Verieimung festgehalten (ein in der Uhrenindustrie benutztes Verfahren zum Festlegen eier aus Rubinen bestehenden Lager der Ankerhemmungen). Zwei bipolare Mikromagnete 3» aus sehr koerzitivem Material, sind auf den oberen Seiten der Bodenstüeke fest angeklebt, wie es die Gesamtdarstellung der Fig. 3 zeigt. Diese winzigen Magnete mit einheitlichem Gewicht von weniger als h Zentigramm bestehen aus Werkstoffen, welche durch ein koerzitives Feld und eine sehr erhöhte remanence Induktion gekennzeichnet sind. Man kann vorteilhafterweise die barium-titanathaltigen Platin-Kobalt« und Samarium-Ilobalt-Legierungen verwenden» deren Energielieferung (BIl) , oberhalb von: 9 Millionen Gauss-Oersted liegen. max

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Die zu bewerkstelligende Dauermagnetisierung wird derart gesteuert, daß die inneren Induktionslinien parallel zur Längsachse Y₀-Y' der Quarzstimmgabel verlaufen. Auf diese Weise erzielt man in dem Luftraum oberhalb der Hohlflächen der Magnete 2 und über eine Länge von ungefähr 1,5 mm magnetische Induktionen derselben vertikalen Richtung von mehr als 5 000 Gauss.

Oberhalb und in geringem Abstand von den Magneten 3> welche die schwingenden Äste D. und D₂ abdecken, hat man eine Scheibenspule angeordnet, die zwei Wicklungen BM und BC enthält, die gemäß der Fig. 2 angeordnet sind. Die Gesamtdicke der Scheibenspule ist geringer als 1,5 mm; die Wicklungen BC bzw. BM bilden die treibende Spule und die aufnehmende Spule der Stimmgabel D.D₂, deren Selbsterregung mittels des im Hauptpatent geschilderten Verfahrens gewährleistet ist.

Die Spulen BC und BM enthalten mehrere tausend Windungen aus sehr feinem emailliertem Kupferdraht (der Durchmesser Λ des Drahtes liegt in der Größenordnung von 0,015 mm). Die Spulen haben annähernd rechtwinklige Form, wie sie aus der Fig. 3 perspektivisch zu entnehmen sind (Teil BC-BM). Auf der Gesamtansicht der Fig. 2 sieht man, daß die Windungen der Wicklungen in Ebenen senkrecht zur Längsachse Υ₂ ^γΙ2 ^der Stimmgabel D₁D₀ angeordnet sind, und daß die aktiven Leiter rechtwinklig zu den Kraftlinien gerichtet, die aus den Magneten austreten, ebenfalls senkrecht zur Ebene der Figur verlaufen.

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L U ·\ -■■■ , /.Ο-

V/enn die Äste D.Dp in Phasenopposition schwingen, sind die Spulen der Sitz wechselnder ; elektromotorischer Kräfte der Frequenz IJ , die aus der elektromagnetischen Induktion stammt,

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welche durch' abwechselnde Versetzung der Magnete 3 erzeugt wird. Die bei der Punktion mitwirkenden Parameter sind so "bestimmt, daß unter normalen Verhältnissen die Versetzungsanplitude der Transduktoren über o,15 mm liegt. Diese Versetzung reicht indessen aus, um in der Aufnahmespule BG das Signal zu erzeugen, welches die Selbsterregung der Stimmgabe gewährleistet. '.Vie im Hauptpatent geschildert wird, wirkt dieses Signal auf einen elektronischen Verstärker, der bei der Frequenz IT der mechanischen Schwingungen die in einer Richtung laufenden Stromimpulse hervorruft, welche die Treibspule BI.I durchlaufen und Laplace-Kräfte entgegengesetzter Richtungen erzeugen, die auf die Anker 3 der Transduktoren wirken. Dank dieser Kräfte halten sich die Schwingungen bei einer Frequenz, die von der Trägheit und der Elastizität der Stäbe D., und Dp abhängt.

Die Aufnahmespule BC wirkt außerdem, direkt oder indirekt, auf den Eingang des elektronischen Frequenzteilers DF (ein übliches Fabrikationsteil, so daß es hier nicht beschrieben zu werden braucht). Der Ausgang dieses Teiles versorgt mit Hilfe eines pulsierenden Stromes i verminderter Frequenz N den

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I.otor-Empfang er M, welcher die Zeiger des Chronometers betätigt, Dieser Kotor besteht aus einer kleinen Hilfsstimmgabe, deren biegsame Äste, aus "Elinvar" mit D'-j und D'p bezeichnet sind.

Dem Betrieb dienen verschiedene Mittel, um die Stabilität der Frequenzen N und H zu gewährleisten, wie um den elektrische. Verbrauch des" GeräTes herabzusetzen.

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'Herrn man Stäbe IL und Dp aus einem Quarz verwendet, wird die Eigenfrequenz der Schwingungen durch, die Temperaturänderungen beeinflußt. Der thermische (Koeffizient ist positiv und infolge

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dessen befindet sich ein derart ausgestatteter Chronometer nach einem Ausdruck der Uhrmacher im Gang vor der Wärme ("avance au chaud"). Die Erfindung gestattet diese Abweichung mit Hilfe folgender zwei Mittel zu vermeiden:

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1. Eine magnetische Korektureinrichtung, die temperaturempfind lich ist, beeinflußt etwas die Frequenz des Hilfsschwingungserzeugers OE und gleicht dije Wirkung der Elastizitätsänderung des Quarzes aus.

2. Die Stäbe bestehen vorzugsweise aus synthetischer geschmolzener Kieselerde, die durch¹ gewisse Oxyde einer seltenen Erde gedopt ist (z.B. Geroxyd), und· die einen gegenüber gewöhnliche Temperaturen merklich konstanten Elastizitätsmodul besitzt. Insbesondere kann man Spezialglas, Marke "Schott" benutzen, mit einer Qualität, wie sie derzeit in Nachrichtenübertragungsgeräten für die Herstellung gewisser "Verzögerungsleitungen" benutzt wird, deren' Eigenschaften sehr beständig sind. f

In allen Fällen ist es sehr nützlich, die aus Temperaturänderungen herrührenden Frequenzstörungen bequem berichtigen,zu können. Eine Vorrichtung dieser Art ist ausgebildet, wie es Figur 2 zeigt. Man erhält sie mit geringen Kosten mit Hilfe der folgenden Teile: die Bodenstücke oder Joche 2 der beweglichen Transduktoren sind mit zwei kleinen Magneten in Form von spitzen Stiften 4 versehen, vor denen sich ein aus 7/eicheisen bestehendes Blechstück 5 befindet, das U-förmig umgebogen ist, wobei sich die Schenkel des U vor den Spitzen

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der Magnete liegen, wenn sich die Stimmgabe OE in Ruhe befindet. Das Stück 5 wird unter dem Einfluß eines kleinen Hilfsmagneten 6 aps hyperkoerzitivem Werkstoff aus der Entfernung polarisiert. Zwischen den Stücken 5 und 6 sind Scheiben 7 aus legierungen auf der Grundlage von Eisen und Nickel angeordnet, welche durch sehr geringe Curie-Spitzen gekennzeichnet sind, d.h. Legierungen, deren Verlust an Perromagnetismus ■bei niedrigen Temperaturen auftritt. Auf diese V/eise erzielt man eine Änderung oder Modifizierung der Anziehungen oder Abstoßungen, die sich zwischen den benachbarten Stücken 4 und 5 auswirken. Die Änderungen dieser Kräfte haben einen kleinen Einfluß auf die Frequenz der Schwingungen und die Korrekturen wirken sich gleichzeitig auf die beiden Stäbe aus, ohne ihren Isochronismus zu ändern. Der Sinn der Frequenzkorrekturen in Abhängigkeit von der Temperatur kann umgekehrt werden, indem man den unbeweglichen Magneten 6 um 18o° umdreht.

Ausgleichend wirkende Plätzchen vollkommener Leistungsfähigkeit oder V/irkungsgrades gewinnt man, indem man die Legierungen mit der Bezeichnung "N.M.H.G." wählt, die insbesondere von den Acieries d'Imphy (llievre) zufolge der wohlbekannten Arbeiten von Pr. Ghevenard herausgebracht werden. Bei einer industriellen Legierung, deren Curie-Spitzen in der Rangr Ordnung zwischen -7° und +5o°C liegen. Bei diesen Temperaturen werden die thermischen Änderungen oder Schwankungen der ,Magnetisierung der betreffenden Legierungen progressiv, schnell und uneingeschränkt umkehrbar. Alles vollzieht sich, wie wenn die magnetischen Wirkungen auf die Spitzen der , Magnete 4 durch ein Entfernen oder ein Annähern des Eisenstückes 5 zweckentsprechend modifiziert wären. Die Abmessungen

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der Magnete und die Qualitäten der Blättchen 7, welche die thermische Kompensation gewährleisten, können zufolge den Frequenzmassen bei verschiedenen Temperaturen und durch methodisches Probieren an einem Chronometerprototyp bestimmt werden. Alsdann kann man für die Serienfabrikation die Werte und Größen annehmen, welche die besten Ergebnisse liefern, weil die aus Quarz bestehenden Stäbe D- und Dp mit denselben mechanischen Eigenschaften vollständig reproduzierbar sind. |

Der Sockel 1 der Stimmgabel OE, die Spulen BC - BLl ebenso wie die magnetischen Teile 5, |6, 7 werden durch Verkleben in den Aussparungen einer Trägerplatte 8 aus geformtem Isoliermaterial festgelegt. Dieser ,Träger ist so vorgesehen, daß er sich leicht entfernen läßt; er weist überhöhte Teile auf, welche die Stücke umgeben,¹ die in sehr genauen-Lagerungsstellen gehalten werden sollen. Die der oberen Fläche 11 der Platte 8 gegebene Form gestattet außerdem seitliche Widerlager zu bilden, die sich übermäßigen Biegungen der Stäbe D- und D^ entgegenstellen. Der Grundkörper dieser Stäbe wird mit Hilfe einer Stütze 12 und der Zwischenfügung von Plättchen aus

plastischem Werkstoff gehalten. In die Platte 8 lassen sich ™ elektrische Anschlüsse ebenso wie die Unterlagen elektronischer Bauteile einsetzen, welche den Selbstspeisekreis und den Frequenzteiler DF bilden.

Der Aufbau des Empfängers M zur Verstellung der Stundenzeiger gleicht demjenigen des auf den Fig. 1 und 3 der schweizerischen Patentschrift Nr. 442 157 veranschaulichten Schwingungsmotors; allerdings werden ;bei der praktischen Ausführung dieses Motors folgende Änderungen vorgenommen: die Biegsamkeit der schwingenden Lamellen'.aus El invar ist stark erhöht, zu

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diesem Zweck werden die Lamellen D'^, D'₂ gemäß der perspektivischen Darstellung der Figur 3 der beiliegenden Zeichnung für die Lamelle D'.. umgebogen. Am Ende jeder schwingenden Lamelle wird ein magnetisches Bodenstück angeschweißt oder angelötet, das aus einem umgebogenen Eisenband 13 besteht, das einen kleinen bipolaren Magneten 14 trägt. Dieser Magnet ist den Magneten 3 des Hilfsschwingungserzeugers OE identisch, "Die Teile 13 und 14 sind gemä.ß der Figur 2 angeordnet; man sieht, daß die Induktionslinien der Magnete parallel zur Längsachse Y^L' des Stimmgabel-Motors M verlaufen. Diese Magnete befinden sich in kleinem Abstand zueinander, wenn sich die Äste D'^ und D'ρ im Maximum des Schwingungsverlaufs großer Amplitude nähern. Infolgedessen sind die Äste magnetischen Rückstoßkräften unterworfen, die sich den Rückstellkräften hinzufügen, die a,us der Elastizität des Metalles Elinvar stammen. Diese Kräfte -spielen bei der Funktion- der synchronisierten Stimmgabel M eine wichtige Rolle; die entsprechenden Phenomene werden weiter unten anhand der Kurven der Figur 4 analysiert. j

Die Triebspule BM¹ des Empfängers befindet sich quer oberhalb und nahe der Polflächen der Magnete 14 und 14'. Fig. zeigt, daß die aktiven Leiterbündel, welche die intermittierenden Laplace-Kräfte aufnehmen, sich in Luftspalten geringer Reluktanz zwischen den Teilen 13 und 14 befinden, was den V/irkungsgrad des Motors, welcher die Zeiger betätigt, zu erhöhen gestattet.

Die wechselweise Versetzung des schwingenden Astes D¹ * wird in eine in eine Richtung liegende Drehung umgewandelt und, zwar mit Hilfe eines Klinkengesperrs, das auf das Ratschenrad

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R einwirkt, wie bei dem Stundengerät, das auf der Fig. 1 der schweizerischen Patentschrift No. 442 157 veranschaulicht ist. Das ange,triebene Räderwerk weist Wellen Op, 0, und 0, auf, die auf der Achse Y-jY¹-] der Platine des Uhrwerks angeordnet sind. Die Zahnzahlen des Ratschenrades, der Getrieberäder und der anderen Zahnräder werden dahin bestimmt, daß

die folgenden Geschwindigkeiten erzielt werden: für die Achse Op eine Drehung pro Sekunde und für die mit dem Sekundenzeiger λ in fester Verbindung stehende Mittelachse 0. eine Drehung pro Minute. Die Minutenzeiger und die Stundenzeiger werden von den üblichen Getrieberädern der Räderwerke mechanischer Uhren betätigt (die Getrieberäder sind auf der Zeichnung nicht veranschaulicht) .

Der Frequenzteiler DF ist so ausgelegt, daß er· ein Steuersignal niedriger Frequenz in Form einer rechteckigen Spannung u von ITormalperiode T liefert (d.h. eine intermittierende Spannung der durch das Diagramm a. der Fig. 6 veranschaulichten

Form). : ~~

Das mit der Erfindung erstrebte Ziel ist zu erreichen, daß diese Spannung in der Wicklung BM' des Motors M Stromimpulse i erzeugt, welche die antreibende und synchronisierende Leistung unter solchen Bedingungen 'entwickeln, das die Amplitude der Bewegung des den Klinkenmotor tragenden Astes nicht merklich von einem gewissen Wert Xy abweicht, welcher das korrekte Vorrücken, Zahn für Zahn des Ratschenrades R_Q gewährleistet. Dieses Ergebnis wird dank baulicher Besonderheiten erreicht, die nachfolgend beschrieben werden.

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Die Biegsamkeit der Aste D¹.D'ρ und die Annäherung der Transduktoren 13-14 und 13'-14', die auf den besagten Lamellen angeordnet sind, wird derart bestimmt, daß, in Abwesenheit des Stromes i die Eigenperiode T des Stimmgabelmotors in Funktion der Amplitude χ seinerTTchwingungen steht, wie es die Kurve ? = f (x ) z'eTgt, die in Figur 4 eingezeichnet ist. In dieser FTgur bemerkt man ferner, daß, für die schwachen Amplituden die Periode T leicht größer als die Normalperiode T ist, während, für di~großeri Amplituden, die Periode T

rasch abnimmt. Dieses Verhalten rührt von starken magnetischen Rückstößen her, die auftreten, wenn sich die schwingenden Aste maximal einander nähern. Im freien Zustand stellt der

Stimmgabelmotor also nur einen isochronen mechanischen Schwinger dar; er verhält sich wie ein Ausgleichhebel, der an die V/iderlagar anschlägt, mit Beschleunigung des Taktes,

In der Figur 4 ist die Periode des synchronisierenden Signales mit einer gestrichelten horizontalen geraden Linie T wiedergegeben, welche die Kurve T an einer Stelle M der Abszisse X. schneidet. Um den Betrieb" entsprechend dieser representativen Stelle M aufrechtzuerhalten,(welche den synchronen Zustandsbereich T=T kennzeichnet) legt man zwischen den

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Frequenzteiler LF und die Triebspule BM¹ einen Transistor TR, dessen Leitung von der Schwingungsbewegung von M abhängt, Zu diesem Zweck ist der Transistor TR angeordnet, wie es die schematische Figur 5 aeigt. Die Basis ba dieses Bauteiles liegt an einer Aufnehmerspule BC¹, in der mindestens einer der Uagnete 14, 14' durch elektromagnetische Induktion eine elektromotorische Wechselspannung _e der Periode T erzeugt, Ein V/echsel bzw. Halbperiode dieser Spannung £ enTblockt periodisch den Transistor TR.

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Die Durchgänge des Basisstromes i, , welche die intermittierende Leitung von TR steuern, sind in Tem Diagramm c der Figur 6 groß gestrichelt. (Das Diagramm deckt sich mit der annähernd sinusförmigen Kurve b, welche die Wechserbewegung der Äste der Stimmgabel veranschaulicht.

Man sieht, daß der Kreis der treibenden Spule BM¹ allein entblockt wird, wenn die symmetrischen Äste des Stimmgabel-Motors sich bei einer Geschwindigkeit versetzen, die in der durch die Pfeile an der Kurve b der Fig. 6 veranschaulichten Richtung genügend groß ist.

Die Erfahrung zeigt, daß es genügt, die Schwingungen des Motors M einzuleiten, um automatisch einen synchronen sehr stabilen Betriebszustand unter den durch die Figur 6 bestimmten Bedingungen zu erzielen, welche den Zeitverlauf der variablen Größen χ (Amplitude) und T (Eigenperiode) der Stimmgabel zeigtT Man bemerkt, daß~~3ie treibende Spule BM¹ von dem Motorstrom i während der Zeitintervalle T₁, T₂, Τ·,, T., Tc, Tg usw. unter den folgenden Bedingungen durchlaufen wird: der einen elektromagnetischen Impuls hervorrufende Strom ™ beginnt in einem Augenblick T-, welcher dem Beginn des synchronisierenden Signales ο entspricht; er wird danach in einem Augenblick T₂ unterbrochen, welcher dem Ende der Lieferungen i, aus der Aufnehmerspule BC entspricht. Die Dauer jedes Impulses (wie T₁, T₂) hängt also iron der Phasenversetzung der Stimmgabel mit Bezug auf. das synchronisierende Signal u ab. \'!enn die Amplitude der Schwingungsbewegung bis über den Wert X₁ gemäß der'Fig. 4 hinauswächst, nimmt die, Eigenperiode T_m der Stimmgabel ab, und es tritt eine Phas.enversetzung nacn* vorwärts ein, für welche die Dauer der Impulse

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abnimmt. Diese Phasenversetzung ruft eine immer bedeutsamere Verminderung der elektromotorischen Leistung hervor, und infolgedessen hört die Amplitude der Stimmgabel auf größer zu werden. LIit der Zeit kann die Amplitude χ unterhalb des V/ertes X. abnehmen, doch bestehen in dies~em Falle die magnetischen Rückstoßkräfte nicht mehr, insofern als die Phasenversetzung nach vorne zunehmend kleiner wird und eine Verzögerung wird. Dementsprechend erhöht die Durchgangsdauer der Strome i sich progressiv und die motorische Leistung erreicht vorPneuem, überschreitet danach auch die aufgrund des Beginns der Schwingungen verlorene mechanische Leistung. Die Amplitude χ wird größer, bis der Einfluß der magnetischen Ruckstöße~von neuem auftritt, um die Phasenversetzung hinter den Schwingungen zn berichtigen.

Die oben analysierten Phenomena wiederholen sich und man versteht, daß die positiven oder negativen Versetzungen mit Bezug zu einem Signal u_ nicht die ziemlich wieder herangerückten Grenzen überschreiten können. Die festgestellten Phenomene sind denjenigen analog, die man in den gesteuerten Systemen beobachtet; sie gewährleisten eine mittlere Synchronisation der Phase des Stimmgabel-Motors. Das erzielte Zwangssystem ist der Resonanz sehr benachbart und die mittlere Amplitude der Schwingungen hält sich auf dem V/ert X, (Kreuzungspunkt der in der Fig. 4 dargestellten Kennlinien).

3ei dem oben geschilderten System spielt der der Aufnehmerspule BC zugeordnete Transistor TR die Rolle des Kompensations- und Korrektionsorganes, das im Funktionsschema der Fig. 1 mit C symbolisiert ist. Dieses Steuersystem ist zwar

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leistungsfähig, bietet aber den Nachteil, daß es eine vorgängige Anregung des Stimmgabel-Motors erfordert, weil, wenn die Äste in Ruhe sind,ι der Basisstrom i, des Transistors und der Strom i immer Null sind. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine""iTmf as sende Vervollkommnung geschaffen, welche den Selbstanlauf des vibrierenden Motors unter den? Einfluß des Signales u gewährleistet.

Eine Einrichtung für spontanes Anlassen bestünde darin, die Stimmgabel M mit elektromagnetischen und elektronischen Organen auszurüsten, welche!die Schwingungen starten und man kennt auch mehrere Lösungen dieses Problems; in jedem Falle aber bringen die hinzuzufügenden Organe unangenehme und kostspielige Komplikationen mit sich. Ein praktischeres Mittel besteht darin, zwischen den Elektroden col (Kollektor) und em (Emitter) des Transistors TR einen einfachen Widerstand anzuschließen. Die Rolle dieses Widerstandes wird weiter unten unter Bezugnahme auf die schematische Fig. 7 (siehe den Widerstand R ) dargelegt. Um den folgenden Erläuterungen größere Klarheit zu geben, hat man den Erzeuger der synchroni- Λ sierenden Signale durch einen Kreis symbolisiert, welcher die Energiequelle G und den intermittierenden Kontakt K. enthält, der gemäß der Periode T schließt, wie es das Diagramm der Fig. 8 zeigt. Der Transistor TR des früher geschilderten Aufbaus (Fig. 6) wird hierdurch einen zweiten intermittierenden Kontakt K₂ symbolisiert, der von der Stimmgabel D' D' gemäß ihrer Eigenperiode T gesteuert wird. Die sinusförmige Kurve b und das Diagramm c~der Fig. 8 zeigen die Zeiträume des Schließens des Kontaktes IL. Dieser Unterbrecher ist durch einen starken Widerstand R nebengeschlossen, welcher den-Umlauf eines schwachen, intermittierenden Stromes i der Periode T gestattet, selbst wenn die Äste D. und DT unbe-

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weglich sind und nicht das periodische Arbeiten des Kontaktes K₂ steuern.

Wie es das Diagramm d der Fig. 8 zeigt, nimmt der Motorstrom i einen höheren Wert an, wenn sich die Kontakte K. und K₂ gleichzeitig schließen, um ihrerseits den die Spule BM¹ enthaltenden Kreis zu schließen. Die verstärkten Impulse beginnen zu den Zeiten t., t„ .., wenn sich der Kontakt K^ schließt; hierauf werden die Impulse i zu den Zeiten t_o, t. ... der Unterbrechungen des Kontaktes K₉ unter der Abhängigkeit von der Stimmgabel unterbrochen. Die durch BM empfangenen Elektrizitätsmengen sind durch die schraffierten Flächeninhalte des Diagramms d der Fig. 8 unten wiedergegeben. Man sieht, daß die Mengen q abnehmen, wenn sich der Stimmgabelmotor nach vorne mit Bezug auf das unter der Normfrequenz T ausgesandte Signal u phasenversetzt. Als Gegenwirkung nimmt die elektrische Leistung automatisch zu, wenn die Stimmgabel in Verzug kommt. Praktisch bleiben die Phasenkorrekturen gering und ist der bei der Periode T sich vollziehende Gang sehr stabil. Die von den Magneten lh und IV empfangenen elektromagnetischen Impulse sind immer im Sinn der seitlichen Versetzung gerichtet und finden statt, wenn die Geschwindigkeit dx/dt bedeutend ist. Man erzielt auf diese Weise eine sehr sichere Funktion mit schwachen elektrischen Verlusten, da sich der Empfänger M wie ein wenig gedämpfter magnetoelektrischer Motor verhält, dessen Gangsystem durch eine bedeutende gegenelektromotorische Kraft gekennzeichnet ist (notwendige Bedingung aar Erzielung eines guten elektrischen Wirkungsgrades).

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Die Fig. 9 und 10 stellen eine weitere Ausfühi'ungsform des erfindungsgemäß verbesserten Chronometers dar. Die Anzeige der Uhr wird ebenfalls durch einen-Stimmgabel-Motor M gewährleistet, der, wie das oben geschilderte System, in Resonanz arbeitet, aber die synchronisierenden Signale u werden von einem Frequenzteiler geliefert, der einem Hilfsschwingungserzeuger OE des piezoelektrischen Quarztyps zugeordnet ist. Vorzugsweise verwendet man· einen linsen*. i'örmigen Normquarz relativ höherer Frequenz (mindestens acht Kilohertz). Beispielsweise kann man einen kleinen linsenförmigen Quarz wählen, der wie der im Aufsatz von M.W. Ianduchewsky beschriebene Normschwinger arbeitet; der Aufsatz ist in den Annales francaises de Chronometrie No. 1 - I96I, Seiten kl bis 51 veröffentlicht (der Aufsatz ist durch mehrere Schrifttumshinweise vervollständigt).

Ein Chronometer sehr hoher Präzision ist gemäß der Fig. 9 verwirklicht, wobei für den Normquarz und für den Schwin— gungsmotor M, der von einem Frequenzteiler DF gesteuert wird, vorzugsweise folgende Werte gewählt werden:

21 Frequenz des Quarzes OE: N = 2 Hz (oder 2 097 152 Hertz). """

Von DF gelieferte Frequenz: 2 Hz (oder 256 Hertz).

Dem Stimmgabelmotor N_ffl aufgeprägte Frequenz = 256 Hertz.

Diese Werte sind aus den folgenden Gründen besonders, vorteilhaft:

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a) Die linsenförmigen Quarze, deren Frequenz oberhalb 2 Megahertz liegt, werden üblicherweise mit einem sehr kleinen Volumen hergestellt und halten den Beschleunigungen gut stand, die aus Stößen sowie anhaltenden Erschütterungen herrühren; ihr Qualitätsfaktor ist sehr hoch.

b) Die elektronische Industrie kann zu mäßigen Preisen Frequenzteiler des Typs herstellen, der "integrierte Schaltungen mit Ergänzungen MOST" genannt wird (die Abkürzung MOST bedeutet Metall-Oxyd-Halbleiter-Transistor), dessen elektrischer Verbrauch und Volumen sehr klein sind; die Bestandteile dieser derzeit im Handel erhältlichen oder auf dem Wege zum Markt befindlichen Ausführungsart bewirken eine Frequenzteilung mit der Zahl 2²¹"⁸ = 2¹"⁵ (oder 8 192); diese Reduktion ist gewählt worden, um andere Modelle von Quarzuhren zu verwirklichen, und es ist interessant, die benutzten Bestandteile zu vereinheitlichen, um den Selbstkostenpreis zu senken.

c) Die verhältnismäßig niedrige Frequenz von 256 Hz paßt gut für die kleinen Schwingungsmotore der Stimmgabelausführung, die mit mechanischen oder magnetischen Gesperren ausgestattet sind. .

Da die Verbesserungen nach der Erfindung die Steigerung der Funktionssicherheit des Motors M gestatten und den Synchronisationsbereich dieses Motors ausdehnen, ist es möglich, die Fabrikation zu vereinfachen; zu diesem Zweck bedient man sich der in der Fig. 9 und im Querschnitt nach der Fig. 10 wiedergegebenen Ausführungsart. Man sieht, daß

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,die schwingenden Lamellen in wirtschaftlicher Weise durch das Umbiegen eines Bandes aus gewalztem Elinvar erzielt werden; die Transduktoren haben Bodenstücke 15 und 15' aus Profileisen, an die bipolare Mikromagnete 16 und l6' angeklebt oder angeschweißt oder angelötet sind, welche die Form winziger, schmaler!, genauer Parallelepipede haben (optimale Dimensionen 2x2x5 mm). Die Vereinigung der , f

metallischen Teile wird ohne Änderung ihrer Qualitäten durch eines der bekannten Verfahren erreicht, die "Schweißen durch elektronisches Bündel" und "Schweißen durch Ultraschall" genannt werden. Die· treibende Scheibenspule BM¹ in Form eines länglichen Rechtecks sowie die Laplace-Kräfte wirken sich auf beide verhältnismäßig lange Leiterbündel aus, die parallel zur Längsachse Y_Y'„ der Stimmgabel ge-

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richtet sind.

I '

Auf den Fig. 2 und 9 bemerkt man eine sehr gedrängte Anordnung der unbeweglichen Organe, die auf der Platine 17 (oder Grundplatte) nebeneinander angeordnet sind und λ

sich hinter dem Zifferblatt! eines Armband-Chronometers gängigen Formats befinden. Diese Organe weisen auf:

Den Hilfsschwinger OE, der mit dem Frequenzteiler DF verbunden ist und etwas weniger als die Hälfte der Oberfläche der Platine 17 einnimmt,

den schwingenden Stimmgabelmotor M, der mit der Batterie G verbunden ist, welche die andere Hälfte dieser Oberfläche 17 einnimmt. ' '

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Dank diesen Anordnungen kann man den Hilfsschv/ingungserzeuger 0Ξ entweder aus schwingenden Stäben aufbauen, deren Länge in der Nahe der größten Dimension der Platine 17 liegt, oder aus einem Quarz in Kreisform, dessen Durchmesser in der Nähe der Hälfte der Breite der Platine 17 liegt. Der Stimmgabelaufnehmer M weist verhältnismäßig lange, biegsame Äste auf, Wk diese sind aber umgebogen und nehmen nur die Hälfte der Länge der Platine 17 ein. Die Dicke der Transduktoren (im Sinn rechtwinklig zum Zifferblatt) überschreitet nicht die Dicke einer Batterie g in Normformat (ungefähr 5 mm). Die Funktionen der •mechanischen Organe sind sichtbar und leicht überprüfbar, die einer Störung oder Zerstörung ausgesetzten Teile können leicht durch einen nicht spezialisierten Uhrmacher ersetzt werden.

Figur 11 zeigt die äußere Ansicht des Armband-Chronometers gemäß den Figuren 2 oder 9. Das Zifferblatt, mit einem Durchmesser von etwa 3 cm, hat ein kleines Spezialfenster 18, welches den Rand einer inneren Scheibe zu beobachten gestattet, ' ™ die sich mit der Geschwindigkeit von einer Umdrehung pro Sekunde dreht. Diese Scheibe ist auf der Welle Op des in Figur 2 schematisch dargestellten Ratschenrades oder auf der Welle O^ des Ratschenrades nach der Figur. 9 angeordnet. Auf dieser Scheibe kann man weiße oder leuchtende Marken aufdrucken, die sich von einem schwarzen Grund abheben. Auf diese Weise werden die Bruchteile einer Sekunde präzise angezeigt. Außerdem könnte die bei 18 erkennbare Scheibe einen Signalhilfssender oder ein Zeitregistriergerät mit Hilfe eines bekannten Gerätes mit einem fotoelektrischen Relais steuern.

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Das Armband 19 kann eine leicht vorspringende Nische 20 aufweisen, die eine wiederaufladbare Batterie enthält. Unter diesen Umständen hat der Träger des Chronometers die Möglichkeit eine verbrauchte Batterie sofort zu ersetzen/und er verfügt über 2 Energiequellen, welche dem Stundengerät eine selbsttätige Arbeitsweise für drei Jahre geben.

Die weiter oben geschilderten elektromechanischen Einrichtungen gestatten, unter Beibehaltung bekannter und gebräuchlicher Elemente, mehrere Chronometergrößen herzustellen, welche den von den Benutzern mehr oder weniger verlangten Arten hinsichtlich der Präzision des Zeitmaßes angehören. Das Triebwerk nach der Figur 2, dessen Ausführung verhältnismäßig billig ist, zeigt die Zeit mit geringen Abweichungen von einer Minute pro Vierteljahr an, was von einer großen Anzahl von Personen als genügend erachtet wird. Das Triebwerk nach der Figur 9, merklich weniger kostspielig, kommt überhaupt allen Benutzern entgegen, die einen äußerst genauen Zeitmesser nötig haben ( z.B. Piloten und Seeleute, gewisse Laboratoriumstechniker, kontrollierende Uhrmacher usw.)· Die Stabilität eines Quarzes, dessen Frequenz 2 Megahertz überschreitet, gestattet tragbare Chronometer zu verwirklichen, deren aufgelaufene Schwankungen unterhalb von einer halben Minute pro Jahr liegen. Für diese Instrumente oder Geräte sehr hoher Qualität, deren tatsächliche Auslieferungen sehr beschränkt sind, wäre es interessant Anzeigemotore und Triebwerke gebrauchen zu können, die in großer Serie hergestellt sind; die Erfindung gestattet dies und kann auch die Ent- ' wicklung von Anwendungen der Elektronik auf die Uhrenindustrie begünstigen, da das Verhältnis von Preis zu Präzision sehr" verbessert ist. .

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!■!an kann die o.g. Organe oder Teile in verschiedener Weise ändern, ohne aus dem Umfang der Erfindung herauszukommen. Insbesondere zeigen die Figuren 12 bis 15 eine bauliche Abwandlung des früher anhand der Figuren 1 und 2 geschilderten Uhrtriebwerkes. Die baulichen Unterschiede betreffen die Transduktoren des Hilfsschwingers sowie den Motor für Wechselbewegung, welcher das Triebwerk der Zeiger Schritt ™ für Schritt vorrückt.

An den Enden der schwingenden Stäbe D^ und Dp aus isotropem Quarz befestigt man durch Verklebung zwei aus Eisen bestehende Bodenstücke 21 und 21' in Form von Teilkreisen, sowie zwei kurze, sehr koerzitive Magnete 22 und 22', in der Anordnung gemäß dem Schnitt der Figur 14. Exzentrische Regelansätze 23 und 23' drehen sich mit harter Reibung in den Bodenstücken 21 und 21' und gestatten die Regelung der Frequenzen der zugeordneten schwingenden Äste zu vollführen. Die flache Scheibenspule, welche die Wicklungen des Motors BM und des Aufnehmers BC enthält, ist an der Trägerplatte 8 aus Isolierfe stoff angeklebt; diese Platte ist durch Verschraubung an der Platine 17 des in seiner Gesamtheit auf der Figur 13 von rückwärts wiedergegebenen Uhrtriebwerkes befestigt. Die Spule BM/BC ist teilweise zwischen den Ästen D,, und Dp angeordnet; sie weist Bündel von aktiven, verältnismäßig langen Leitern auf, die parallel zur Symmetrieachse yy¹ des Hilfsoszillators angeordnet sind. Diese aktiven Leiter bedecken die rechtwinkligen Polflächen der Magnete 22 und 22'. Diese Anordnung gestattet die Länge der inaktiven Leiter zu vermindern; sie gestattet außerdem die Verwirklichung eines äußerst flachen und leicht ausbaubaren Hilfsschwingungserzeugers OE. Die ther-

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mische Kompensation wird, durch die weiter oben anläßlich des Schwingers OE der Figur 2 beschriebene magnetische Vorrichtung erzielt: zwei magnetisierte !Zapfen 4, die auf den Transduktoren befestigt sind, werden von einem aus Eisen bestehenden, durch einen festen Magneten polarisierten Stück 5 mehr oder weniger zurückgestoßen, oder'angezogen.

• ι

Die Anzeigeeinrichtung der Uhr M, die auf den Figuren 15 und ^ 16 gesondert zu sehen ist, befindet sich unter der Mittelwelle 0 und in der Achse w¹ des Triebwerkes nach der Figur 13. Der Sekundenzeiger dreht sich mit Sprüngen von einer Sekunde mit Hilfe eines polarisierten Elektromagneten der geschilderten Art hoher Leistung, der einer Studie des Anmelders in seinem Werk: "Les horloges de commutation ä mouvements mecaniques remontes ou non electriquement", Seite 23 ganz unten, zu entnehmen ist, der Band wurde 1949 durch die Annales francaises de Chronometrie, Besancon herausgegeben (siehe Seiten 81 bis 84). Jedenfalls haben verschiedene bauliche Änderungen erlaubt, diesen Elektromagneten in kleinste Form zu bringen und ein Zahnrad 24 mit 30 Zähnen mit Hilfe sehr schwacher unipolarer f Impulse i_m Schritt für Schritt vorzutreiben, die von dem Frequenzteiler DF geliefert 'werden, welcher dem Hilfsschwingungserzeuger OE zugeordnet ist.

Der Motor ist ein winziger bipolarer Magnet 25 in Form einer Kreisscheibe mit einem Durchmesser von ungefähr 3 mm und einer Dicke von 0,5 mm. Der Magnet besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff geringer volumetrischer Masse, gekennzeichnet durch ein koerzitives Feld von mindestens 2.000 Oersteds. Man kann ein gerichtetes keramisches Material auf der Grundlage von Bariumoxydpulver oder eine Legierung aus Samarium-Kobalt verwenden, die in der Richtung S N bis zur Sättigung magnetisiert ist. Die Welle Ö_& des

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Magneten dreht sich bei jedem Impuls um einen Winkel 2* = etv/a 20 , sie v/eist sehr feine Qelenkzapfen auf (Durchmesser kleiner als 0,2 mm) und,dreht sich in Steinlagerschalen oder in Kugellagern mit kleinsten Kugeln. In der Wirkungsmitte des Magneten 24 ist die Linie der Pole NS nach der vertikalen Achse w¹ ausgerichtet.

Der Rotor 25 ist in einem bipolaren lamellierten Stator angeordnet, mit getemperter Eisen-Nickel-Legierung, die durch eine sehr erhöhte magnetische Permeabilität und durch ein sehr kleines koerzitives Feld gekennzeichnet ist. Man kann insbesondere eine Legierung der Bezeichnung "Anhyster D" verwenden, die von den Acieries d'Imphy (Nievre) herausgebracht wird. Der Stator besteht aus einem Paket dünner Bleche ST,. und STp mit Bezug auf w^! symmetrischer Formen, die gemäß der Figur 15 geschnitten sind. Jeder Teil des Stators weist einen sehr herumgreifenden Polschuh 26 konzentrisch zum Rotor 25 auf, und der sich fast über 180° erstreckt. Dieser Polschuh ist an einem Kern 27 angebracht, dessen Querschnitt ungefähr 1 mm und dessen Länge mindestens 5 mm betragen. Am Fuß des Kernes 27 befindet sich ein verbreiterter Teil 28, der ein Halbjoch bildet.

Auf Figur 15 sieht man, daß die Polbogen des Stators in ihrer Mitte durch eine wenig tiefe Nut ausgenommen sind, deren Breite ungefähr 60° entspricht. Die Polecken sind in geringem Abstand (weniger als 0,4 mm) angeordnet. Die Stücke ST^ und ST2 bilden mit dem Magnet 25 vier ziemlich bedeutende Luftspalte (radiale Dicke mindestens 2/10 mm), die von zylindrischen, zur Achse' 0 konzentrischen Oberflächen begrenzt sind und sich über etwa 50° ab Polecken erstrecken. *

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Auf den Kernen 27 und 27', überzogen mit einem dünnen Isolierlack, .ist eine Spule aus sehr feinem emaillierten Kupferdraht unmittelbar angeordnet (Durchmesser höchstens 0,025 mm); auf diese Weise werden zwei Spulen BM und BG gebildet und vorgesehen, von denen jede mindestens 10 000 Fadenwindungen aufweist. Die Joche 28 und 28', durch einen kleinen Luftspalt voneinander getrennt, der sich an der Achse vv¹ befindet, sind genutet, um einen Zylinder 29 aus ferroinagnetischem Werkstoff und mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm einsetzen zu können. Nach den vorgesehenen Anwendungen kann dieser Zylinder entweder aus einem weichen Werkstoff großer magnetischer Permeabilität wie reines getempertes Eisen bestehen, oder aus einem kleinen, sehr koerzitiven Magneten NS, dessen innere Induktionslinien parallel zu einem Durchmesser dieses Magneten verlaufen. Der Werkstoff, der für diesen Magneten zu verwenden ist, welcher den Stator zu polarisieren gestattet, soll durch ein koerzitives Feld charakterisiert sein, das oberhalb 2 000 Oersted liegt. \ |

Wenn der Kern 29 aus sehr weichem Eisen besteht, welches das sehr permeable Joch des Elektromagneten mit zwei Spulen gemäß der Fig. 15 einnimmt, bemerkt man, daß in Abwesenheit von Erregerstrom, der Rotor 25 sich um den Winkel 2 o( von 20 mit Hilfe einer äußerst schwachen mechanischen Kopplung drehen kann. Diese Eigenschaft ergibt sich aus dem Umstand, daß die Permeanz (oder die Umkehrung der Reluktanz) der magnetischen Kreise, die von dem Rotormagneten 25 einheitlich erregt werden, im Laufe der Drehung merklich konstant bleibt. Demzufolge hat, wenn man in der Spule BM einen

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schwachen Gleichstrom durchlaufen läßt, der Magnet 25 das Bestreben, sich in einer Richtung zu drehen, die vom Umlauf-

sinn des Stromes abhängt.

Während einer schnellen Drehung über den Winkel 2 o( kehrt sich beiderseits der vertikalen Linie vv¹ (ein in der Fig.l6 angezeigter Winkel), der aus dem Rotor stammende Magnetfluß in den Kernen 27-27' um, und infolgedessen ist die Wicklung von N Gängen der Sitz einer induzierten elektromotorischen Kraft von

e = N -rr£- . Infolgedessen erscheint an den Klemmen der Spule

BG eine verhältnismäßig beträchtliche elektrische Spannung, weil die Anzahl der Fadenwindungen N ungeachtet der kleinen Abmessungen des Gerätes sehr hoch gewählt worden ist.

Die oben angezogenen Phänomene werden mit Nutzen verwendet, um einen Mikromotor "Schritt für Schritt" zu schaffen, dessen Verbrauch äußerst herabgesetzt ist (elektrische Leistung, die ins Spiel kommt, tausendmal kleiner als diejenige der empfindlichsten derzeit in den üblichen Einrichtungen von Zeitanlagen benutzten Stundenempfängern). Die folgenden Vorkehrungen werden getroffen, um die mechanische Leistung zu vermindern, die erforderlich ist, um mit Sicherheit die leichten Zeiger des Chronometers nach der Fig. 13 zum Drehen zu bringen. Auf der

Welle O des Rotors 25 ist ein Motoranker 30 aus nichtinaga

netischen Metall befestigt, der zwei sehr dünne Arme hat, die abwechselnd auf das Zahnrad 2k einwirken (ein möglichst leichtes Rad, das mit dem Sekundenzeiger fest verbunden ist, an der sich mit einer diskontinuierlichen Bewegung mit der halben Geschwindigkeit von eine Umdrehung pro Minute dreht. Die Arme des Ankers 30 sind an ihren Enden entweder mit trapezförmigen Flügeln aus Rubinen ausgestattet, oder mit

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feinen Stiften aus Stahl, welche zwischen die dreieckförniigen Zähne des Rades 24 eingreifen derart, daß sich dieses Rad in Sprüngen von 6° vorwärts bewegen kann. Man kann außerdem Stifte 50 und 31^f aus Rubin und mit halbkreisförmigem Querschnitt benutzen, die den Stiften der in dem Aufbau mechanischer Pendeluhren laufend benutzten Uhrhemmungen Brocot ähnlich sind.. Die Gänge des mit dem Rotor 25 "J fest verbundenen Ankers sind durch zwei Stahlbolzen 32 und 32' begrenzt, die leicht elastische Anschläge bilden. Die Stellungen dieser Anschläge sind derart gewählt, daß die Stifte 31 und 31' nicht jeweils den Grund der Zahnung 2k erreichen; unter diesen Umständen sind die Schallerschüt-

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terungen sehr gedämpft.

Der Motor nach den Fig. 15 und l6, ausgestattet mit Kernen 29 verschiedener Art, kann mit Hilfe von unipolaren oder bipolaren Impulsen funktionieren, gemäß der Form der vom Frequenzteiler DF gelieferten Signale. Wenn der Kern 29 des Stators aus einem weichen Material großer magnetischer Permeabilität besteht, werden die einander folgenden Ver- ™ Setzungen des Motorankers 30 einmal pro Sekunde mit Hilfe sehr kurzer wechselnder Abgaben + i und -i der Periode T = 2 s erzielt. Diese Abgaben können aus"~den Spulen BM

und BG bezogen werden, die in Reihe geschaltet sind. Das

auf dem Diagramm a der Fig. 6 veranschaulichte Signal u ist Q anwendbar, aber hierfür muß man zwischen die Motorwicklung und die Ausgangsklemmen von DF einen Ableitungskreis legen, -* welcher das "quadratische Signal" des Eintritts in kurze •ν* Impulse jede Sekunde wechselnden Sinnes umwandelt', z.B. in' J^ aufeinanderfolgende Impulse, die aus der Ladung und der rä- *" sehen Entladung eines Kondensators stammen. Derartige Kreise sind auf dem Gebiete der Elektronik wohlbekannt, so daß sie hier nicht näher geschildert zu werden brauchen.

Mit der vorliegenden Erfindung ist auch eine andere Ausführung möglich, die es gestattet, quadratische Signale u der Periode T = 2 Sekunden unmittelbar zu verwenden, um den Mikromotor nach der Figur 15 zu steuern. In diesem Falle soll das in das Joch des Stators eingefügte Teil 29 aus einem sehr koerzitiven Magneten bestehen, dessen Induktionslinien senkrecht oder etwas schräg zur Längsachse w' des Motors verlaufen. Dieser Magnet 29 polarisiert schwach den Stator und, in Abwesenheit von Strom "in der Spule BM, durchsetzt ein wenig erheblicher, magnetischer Fluß die Kerne 27 und 27' und führt den Rotor in die in Figur 16 veranschaulichte Bereitschaftstellung. Die Abstützkraft des Ankers 30 am Widerlager 32' vird derart bestimmt, daß ein kleiner Strom, der in der Spule BM in passendem Sinn läuft, genügt, um den magnetischen Fluß in den Kernen umzukehren und auf diese Weise den Rotor zur Drehung _:zu bringen, um ihn in eine mit Bezug auf vv' symmetrische Stellung zu führen. Demzufolge wird der Anker 30 angetrieben und der Zapfen 31' schlägt gegen die Flanke eines Zahnes des Rades 24. Dieses Rad schreitet daher um 6 ° vor. Bei Unterbrechung des Stromes i_m kehr der Anker in die in Figur 16 veranschaulichte Ausgangsstellung zurück.

Ein elektronischer Aufbau, welcher die oben geschilderte Betriebsweise verwirklicht, ist in Figur 17 schematisch dargestellt. Er weist eine automatische Modulationseinrichtung des Motorstromes i auf. Dieses System ist der oben anhand der Figuren 5 bis 8 geschilderten Steuereinrichtung analog. Die Motorspule BM liegt in einem Kreis, welcher die Ausgangsklemmen' 33 und 33' des Frequenzteilers DF sowie die Elektroden em (Emitter), col (Collektor) eines Transistors TR aufweist. Die Enden der Erzeugerspule BG s'ind mit den Elektroden em und· ba

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(Basis) dieses Transistors verbunden. Außerdem ist ein starker Widerstand R an die Elektroden em und col des Transistors angeschlossen. Die im Sinne f auf den Rotor 25 ausgeübte elektromagnetische Wirkung tritt ein, wenn die Spule BM von einem kleinen Strom i_m durchflossen wird, der in den Kernen des Stators eine magnetomotorische Kraft erzeugt, welche den aus dem Magneten 29 stammenden Fluß umkehrt. .

Man bemerkt ferner, daß, wenn der Transistor TR durch eine Überbrückung ersetzt ist, die Spule BM Ströme i einer Dauer von einer Sekunde empfängt, getrennt durch Intervalle von einer Sekunde, wie es das Diagramm der Figur 18 für T_m = 2 Sekunden zeigt. Unter diesen Umständen dreht sich der Anker 30 (Figur 16) unvermittelt einmal pro Sekunde zwischen den Anschlägen 32' und 32, und diese Wechseldrehung läßt den Sekundenzeigers des Chronometers durch sehr freie, sichere Sprünge von einer Sekunde fortschreiten. Eine derartige Arbeitsweise kann für die Chronometer in Betracht gezogen werden, die von einer Energiequelle betätigt werden, die eine genügend große Leistung hat, wenn man aber eine Batterie G sehr kleinen Volumens verwendet, ist es vorzuziehen, die verbrauchte elektrische Leistung zu vermindern. Der Transistor TR gestattet diese Wirtschaftlichkeit unter den aufgezeigten Bedingungen gemäß den Diagrammen der Figur 19 zu verwirklichen, die sich auf eine vollständige Einrichtung nach der Figur 17 beziehen. Man sieht, daß,, wenn die Spannung u verwirklicht ist, der Rotor sich im Sinne f zu drehen beginnt; ein schwacher Strom genügt, weil sich der Anker 30 vom Zahnrad 24 (Figur 16) löst, und nichts seine Anfangsdrehung beeinträchtigt . Der magnetische Fluß in den Kernen des Stators

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kehrt sich sofort um; infolgedessen wird eine elektromotorische Kraft e, deren Größe durch die Beziehung e = N ^-* * ^- gegeben ist, in der Spule BG induziert. Die Basis ba des Transistors TR empfängt nunmehr ein Potential, das ihn entblockt, und der Strom i_m hat merklich zugenommen. Infolgedessen vollzieht sich die freie Versetzung mit großer Geschwindigkeit, und am Ende des Ablaufes wirkt der Stift 31' auf das Zahnrad 24 ein, wodurch dessen Triebfunktion erreicht wird. Sobald der Rotor 25 unbeweglich geworden ist,-verschwindet die induzierte elektromotorische Kraft und der Transistor verhält sich wie ein Isolator, in jedem Falle läuft nur noch ein schwacher Strom durch den Widerstand R

Der Rotor wird mithin in der Stellung gemäß der Figur 17 bis zur Unterbrechung der Spannung des Signales u gehalten. Während dieser Unterbrechung, d.h. während einer Sekunde nehmen die mechanischen Organe wieder die in den Figuren 15 und 16 veranschaulichte Stellung ein. Am Ende dieses Rückkehrablaufes läßt der Anker 30 von neuem das Rad 24 um 6 ° drehen. Die Arbeitsweise vollzieht sich in derselben Weise, sobald die Spannung u wieder erscheint. Man sieht, daß, bei der Ausführung nach der Figur 17 der Strom i_m sich ändert, wie es das Diagramm nach der Figur 19 zeigt; dieser Strom nimmt eine starke Intensität nur während den kurzen ZeitspannenAt an, welche der Entblockung des Transsistors TR entsprechen. Diese Zeitspannen hängen von der Geschwindigkeit der Versetzung d*/dt des Motorankers ab: sie sind minimal, wenn die Batterie neu ist und nehmen automatisch im Falle der Verminderung der Spannung der Quelle G oder der Erhöhung der vom Getriebe entgegengesetzten passiven Kräfte zu. Die Steuerung oder Nachlaufsteuerung des Motors für die Zeiger wird demnach durch ein System mit Rückwirkung erzielt, das zu-

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gleich auf das periodische Signal u sowie auf die gesteuerte Versetzung des Ankers 25 anspricht. Die von der Batterie G gelieferte elektrische Leistung regelt sich gemäß der zu entwickelnden mechanischen Leistung von selbst, um einen sehr sicheren Gang zu erzielen.

Gewisse weiter oben anhand der Figuren 2 und13 beschriebene g verbesserte Teile sind bei elektronischen Armbanduhren wirtschaftlicher Ausführung anwendbar, die einen Hilfsschwingungserzeuger aufweisen, der eine Elektrostimmgabelhat, deren flexible Äste aus einem Metallband bestehen (eine in Form eines U gebogene Lamelle aus Elinvar). Als Beispiel lassen die Darstellungen der Figur 20 im Aufriß und perspektivisch eine Elektrostimmgabel erkennen, die zu niedrigem Preis hergestellt werden kann. Die biegsamen Äste oder Schenkel D- oder Dp sind durch Unterteilung und Biegung eines gewalzten Elinvarbandes · erzielt. Die Walzung dieses Bandes läßt sich mit Hilfe eines Werkzeuges, das demjenigen ähnlich ist, wie es für die Herstellung von Uhrfedertriebwerken benutzt wird, mit sehr genauen Maßen herstellen. ™

_Die Enden des Teiles D^ Dp, dünn und biegsam, sind an zwei starren aus weichem Stahl bestehenden Riegeln 34 und 34' oder dergleichen angeschweißt oder angelötet, die an ihrem oberen Ende in rechtem Winkel abgebogen sind. Diese Riegel tragen sehr koerzitive Magnete 35 und 35', welche den Magneten 3 und 14 des Gerätes nach der Figur 1 identisch sind. An den unteren Enden der Riegel 34 und 34' sind Massen 36 und 36 * angeschweißt oder angelötet, welche die Form von Parallelepipin haben und in Längsrichtung von Schrauben 37 und 37* durchsetzt sind, die

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Δ I

I i H 4 / / D

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als Laufregler dienen. Das biegsame Teil D₁ Dp ist in seinem Mittelbereich an einem Träger 38 angeschweißt oder angelötet, der einen seitlich und in Längsrichtung ein wenig biegsamen Winkel bildet. Alle Schweißungen oder Lötungen werden mit Hilfe von Verfahren durchgeführt, bei denen die Alteration des Elinvar vermieden ist (z.B. Schweißungen oder dergleichen mit Hilfe von Ultraschall oder mit Hilfe elektronischer Strahlen). Die verschiedenen bewegbaren Teile sind derart bemessen, daß sich das ganze wie eine symmetrische und mit verhältnismäßig niedriger Eigenfrequenz isochrone Stimmgabel verhält. Die gevählte Frequenz kann zwischen den Werten 300 und 800 Hertz liegen. Außerdem sollen die bewegbaren Massen derart unterteilt sein, daß die Schwerpunktmitte jedes Riegels nahe des Knotenpunktes des entsprechenden schwingenden Astes liegt. Vor den Polflächen N und N¹ der Magnete 35 und 35' (Magnete, die von kurzen, parallel zur Längsachse yy¹ verlaufenden Kraftlinien · durchsetzt sind) ordnet man die Scheibenspulen BM und BC an, welche die symmetrischen Schwingungen der sich im Gleichgewicht befindlichen oder gebrachten Äste der Stimmgabel nach der Figur 20 unterhalten sollen. Der auf diese Weise ausgebildete elektromechanische Schwinger verhält sich wie eine Elektrostimmgabel, die als Frequenznormal dient, wie es in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2,387,588 (aus 1940), R.J.JASSE, beschrieben wird, und man weiß, daß die Auswuchtung oder Herstellung des

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Gleichgewichtes der schwingenden Massen einen mechanischen Schwinger zu verwirklichen gestattet, der in allen Stellungen arbeitet, und dessen Eigenfrequenz nicht durch die Richtung des Erdfeldes beeinflußt wird.

Die metallische Stimmgabel nach der Figur 20 kann die mit Quarzstäben ausgestatteten Schwinger der Uhrtriebwerke nach j| den Figuren 2 und 13 ersetzen. Ist die Normfrequenz verhältnismäßig niedrig, so kann man den elektronischen Frequenzteiler DF weglassen oder ihn durch eine einfache Kippschaltung bekannter Art - ECCLES-JORDAN - ersetzen, welche die Frequenz N durch zwei teilt.

Figur 21 gibt ein kleines Uhrtriebwerk wieder, das noch einfacher ist und mit Hilfe eines von selbst in Gang gehaltenen Stimmgabelmotors M verwirklicht wird, mit einem identischen oder ähnlichen Aufbau zu demjenigen der schwingenden Empfänger M,wie sie in den früher anhand der Figuren 1 und 9 beschriebenen Chronometer benutzt werden. ,

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Die gewählte Frequenz liegt unterhalb von 400 Hz₉ die Spulen BM und BC sind in einen Kreis mit einem Transistor CE gelegt j der nahe der unbeweglichen Batterie G angeordnet ist. Die Platine 17^s· des betrachteten Triebwerks ist rechtwinklig, ihre Abmessungen können z.B. sein: Länge 25 mm, Breite 13 mn.« Der schwingende Ast D₂ treibt ein Ratschenrad Zahn für Zahn vorwärts, das mit seinen | Triebwerken verbunden ist, 'die mit Schrauben ohne Ende und Rädern ausgestattet sind_? welche die Mittelachse 0 des Minutenzeigers berühren. Die Stimmgabel DjD₂ ist leicht ausbaubar ausgebildet ebenso wie der Block, welcher die Spulen und die elektronischen Bauteile aufweist. Das Triebwerk nach der Pig. 21 ist sehr flach, es gestattet in sehr wirtschaftlicher Weise Uhrmodelle "für Damen" zu schaffen.

Die Transduktören der Stäbe aus isotropem Quarz gemäß den Fig. 2 und 13 können in verschiedenen äquivalenten Ausführungen verwirklicht werden. Die Fig. 22 bis 24 zeigen eine bauliche Abwandlung, bei welcher die Joche 2 und 21 durch profilierte und gefräste Weichstahlstücke 60, 60·, 6l und 6l' ersetzt sind. Die Enden der Quarzlamellen D. und D_ sind spielfrei in den Jochen eingesetzt, wie es Fig. 24 perspektivisch zeigt; die Befestigung kann durch einfaches Verkleben gesichert werden, weil sich die Enden der Lamellen nicht biegen und deshalb die Halterung der Transduktören durch Klebstoff oder Kitt oder dergleichen keine Nachteile mit sich bringt. Ohne die Stimmgabel im Gang anzuhalten, kann man die Einstellung der Schwingungsfrequenz mit Hilfe eines magnetischen Korrektors bewerk- ' stelligen, der aus einem Weicheisenstück 62 mit dünnem kreisförmigen Rand besteht, den man zwei kleinen spitz zulaufenden

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Magneten 63 und 63' näher /t oder entfernt, die gemäß der Zeichnung an den Transduktorjochen fest angebracht sind. Der Hilfsschwingungserzeuger weist vorzugsweise drei benachbarte Spulen auf: eine Treibspule BM, eine Aufnehmerspule BC., die der Selbstunterhaltung des Schwingers dient, sowie eine Aufnehmerspule BC₀, welche die Steuerung des Frequenzteilers DF gewährleistet. i j

Die Motororgane nach den Fig. 22 bis 2k arbeiten nicht unter den günstigsten Umständen, wenn die Lamellen D₁ und D₂ wenig biegsam sind. Tatsächlich sind die wechselnden Versetzungen der Magnete ebenso wie die Schwankungen der magnetischen Flüsse, die von den Scheibenspulen BM, BC. und BC«, umfangen sind, sehr schwach' und man muß daher die aufgenommenen Signale sehr verstärken. Indiesem besonderen Fall ist es möglich, erheblichere induzierte elektromotorische Kräfte zu entwickeln, indem nan den Transduktor nach der Fig. 25 nimmt,*dcr insbesondere für Stimmgabeln mit kurzen Lamellen

D₁, D„ geeignet ist, die mit Frequenzen oberhalb von 1000 Hz schwingen. Die Enden der Quarzlamellen sind an ihren Seiten ä mit sehr leichten Platten 64, 65, 66 und 6? aus weichem Eisen ausgestattet. Diese Plättchen werden von zwei Mikromagneten 68 und 69 hoher Qualität stark magnetisiert; die Magnete sind hierbei angeordnet, wie es die Zeichnung wiedergibt.; Die Motorwicklungen (BM₁, BM₂) und Aufnehmerwicklungen (BC₁, BC₂) sind auf zwei schmalen Kernen 70, und 71 angeordnet, die zu einem festen!Magnetkreis großer Permeabilität gehören, der fünf zur Achseiyy¹ parallele Zweige aufweist, · Dieser Magnetkreis besteht aus einem Stapel von isolierten* sehr dünnen Blechen aus "Anhyster D". Man vermindert auf -

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GRlGiMAL iNSPEGTEÖ

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diese Weise die Verluste aus Hysterese und Foucaultströmenl Der Kern-70 liegt zwischen dem Po!plättchen 64₅ das kräftig "nord" magnetisiert ist«, und dem Polplättehen 65 ₉ das ¹⁸süd" magnetisiert ist. Ebenso ist der Kern 71 zwischen den Polplättcae» 66 und 6? der Lamelle D„ angeordnet. Drei lamellierte relativ lange Zweige umgeben in geringem Ab-β. stand die beweglichen Polplättchen, wie es der Zeichnung j zu entnehmen ist.

Befindet sich die Quarzstimmgabel in Ruhe, sind die Luft-. spalte gleich und die aus den Magneten 68 und 69 ausgetretenen magnetischen Flüsse durchqueren nicht die Wicklungen, wenn aber die Lamellen D und D₂ im umgekehrten Sinne schwingen, unterliegen die Reluktanzen der acht Luftspalte erheblichen Änderungen, die Spulen oder Wicklungen werden von magnetischen Wechselflüssen durchsetzt, die sich nach einer Frequenz gleich derjenigen (der Schwingungen ändern. Die scheniatisehe Zeichnung der Fig. 25 rechts zeigt die Aufteilung der magnetischen Induktionslinien, wenn die Quarzlamellen sich maximal angenähert haben; man sieht, daß der

Fluß in einer Spule BC im Sinne des Pfeiles maximal ist, der an den Kernen 70 und 71; markiert ist. Sind die Lamellen D. und D₂ maximal voneinander entfernt, wäre die Richtung der Kraftlinien in den Kernen 70 und 71 umgekehrt. Die mit der Fig. 25 aufgezeigten baulichen Besonderheiten gestatten es, die Änderungen der von den Spulen oder Wicklungen umschlossenen Flüsse wachsen zu lassen, weil die ferromagnetische]! Kreise sehr permeabel sind, und es ist daher außerdem möglich, die Anzahl von¹ Windungen zu erhöhen sowie die. Luftspalte zu verkleinern derart_s daß die Schwingungen sehr schwacher Amplitude ausreichen, um große elektromotorische

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ORlGlMAL IMSPECTEO

Induktionskräfte zu erzeugen. Nützlich ist es, der in Fig. teilweise wiedergegebenen Stimmgabel eine thermische Ausgleichsvorrichtung der weiter oben geschilderten Art sowie eine Vorrichtung zur Korrektur des Isochronismus beizugeben, welche durch abstoßende Anker CI gebildet wird, wobei diese Magnete die seitlichen Kräfte neutralisieren müssen, die von Anziehungen der Lamellen D. und D_ durch die benachbarten \

Teile des festen magnetischen Kreises herrühren.

Die obige Beschreibung zeigt die Grundlagen der Verbesserungen gemäß der Erfindung auf. Es versteht sich, daß der Fachmann im gegebenen Falle den in Form von Beispielen auf der Zeichnung wiedergegebenen besonderen Ausführungsformen noch äquivalente weitere Ausführungen im mechanischen, magnetischen, elektrischen und elektronischen Bereich zufügen kann.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

1. _ 44 -

   Patentansprüche

   /1 .y Stundengerät,' insbesondere tragbarer Chronometer oder ■^ Armbanduhr, dadurch gekennzeichnet, daß er in Kombination aufweist einen elektromechanischen selbstunterhaltenen Schwingungshilfserzeuger mit erhöhter Frequenz, einen Motor, der "Schritt für .Schritt" die Stunde verstellt und mindestens eine Triebspule aufweist» die auf mindestens einen Magnet einwirkt, der von einer Wechselbewegung angetrieben wird, einen elektronischen Frequenzteilers der eine verhältnismäßig niedrige Frequenz an die besagte Signalspannung an der Triebspule liefert, und zwischen dem Frequenzteiler und der besagten Triebspule eine elektrische, automatische Regelvorrichtung, die auf Phasenversetzung der Wechselbewegung mit Bezug auf die Signalspannung empfindlich*ist_P wobei die besagte Regelvorrichtung auf die Dauer jedes Impulses von Strom einwirkt , v/elcher die Triebspule durchläuft, derart, daß die besagte Einwirkungsdauer spontan zunimmt, wenn die Steuerspannung abnimmt, und abnimmt, wenn die passiven Widerstände des Motors zunehmen,

   2. Stundengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit mit Hilfe eines kleinen Stimmgabelempfängers angezeigt wird, dessen schwingende Äste oder Schenkel mit Induktormagneten ausgestattet sind, und deren Triebspule an der periodischen Spannung liegt, die von dem Frequenzteiler geliefert wird, unter Zwischenfügung eines starken Widerstandes, dessen Enden mit dem Emitter und dem Collektor eines Transistors verbunden sind, wobei die Basis dieses

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   Transistors eine wechselnde Hilfsspannung empfängt,- die in einer Aufnahmespule induziert wird, die von dem Stimmgabelau-fnehmer beeinflußt wird, wobei ferner das ganze derart eingerichtet ist, daß die Triebspule des S-fcimmgabelaufnehmers Stromimpulse empfängt,, die einerseits vom periodischen Steuersignal und andererseits von der wechselnden Versetzung des gesteuerten Motor- ι J organes abhänger*. '

   Stundengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß der Schwingungshilfserzeuger aus einem symmetrischen mechanischen Schwinger besteht, der zwei gradlinige parallele Stäbe aus isotropem (nicht piezoelektrischem) Quarz aufweist, dessen Basen innig vereinigt sind durch ein Schweiß- oder Lötverfahren unter Thermokompression auf ein ebenfalls aus Quarz bestehendes Abstandsstück, die Enden jedes Stabes mit einem Joch aus Eisen versehen sind,.das einen Magneten aus sehr koerzitivem Material (wie die Bariumtitanate oder die PÜabin- Kobaltlegierungen und Samarium- Kobaltlegierungen) trägt, die Polflächen ™ der Magnete sich in Phasenopposition versetzen mit einer Wechselbewegung schwacher Amplitude (unterhalb von 0,015mm) vor einer sehr flachen Motorwicklung, die Joche der Magnete mit beweglichen Organen versehen sind, welche der Einstellung der Frequenzen und einer thermischen !Compensations-vorrichtung dienen, auf der Grundlage der automatischen Änderung von Kräften, welche von den festen Magneten und den beweglichen Magneten ausgeübt werden, zwischen denen Plättchen angeordnet sind, deren magnetische Permeabilität sich in umkehrbarer Weise nach der Umgebungstemperatur ändert»

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   Stundengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungshilfserzeuger ein Kristallschwinger mit linsenförmigem Quarz ist, dessen Frequenz oberhalb Megahertz (z.B. 2²¹ = 2 097 152 Hertz) liegt, zugeordnet einem elektronischen Frequenzteiler mit Übersetzungsverhältnis unter 10 000 (z.B. ein Teiler mit 2¹^ = 8 192 derart wie sie in den integrierten Schaltungen mit Bestandteilen MOST vorkommen), wobei der Teiler eine unipolare periodische Spannung niedriger Frequenz (z.B. eine Frequenz von 256 Hertz) an einen die Stunde anzeigenden Resonanzschwingungserzeuger liefert, wobei dieser Schwinger zwei rückgekrümmte Äste oder Zweige aus dem Metall Elinvar aufweist, die sich in Phasenopposition zu einer stabilisierten Amplitude versetzen.

   Stundengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger, der "Schritt für Schritt" die Stunde anzeigt, aus einem sehr leichten Triebteil in Form eines Ankers besteht, der mit zwei Plättchen oder zwei halbkreisförmigen Zapfen versehen ist, die an den Enden ihrer Gänge auf ein gezahntes Rad einwirken, wobei der Anker mit Hilfe eines kleinen bipolaren,sehr koerzitiven runden Magneten angetrieben wird, der sich jede Sekunde plötzlich mit einer Wechselbewegung schwacher Amplitude in einem lameliierten, sehr permeablen Stator dreht, der aus zwei mit Bezug auf die Rotorachse symmetrischen Teilen besteht, wobei jedes Teil einen Polschuh aufweist, der sich über fast einen Halbumfang erstreckt und den Rotor mit einem beträchtlichen Luftspalt umgibt, wobei der Polschuh mit einem schmalen und verhält-

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   nismäßig langen Kern mit einem Halbjoch verbunden ist, das genutet ist, um den Einsatz eines kleinen ferromagnetischen Zylinders zu gestatten, welcher den Stator polarisieren und den Rotor drehen lassen kann, wobei die besagten Statorkerne von zwei Spulen oder Wicklungen umgeben sind, die zahlreiche Windungen aus sehr feinem Draht aufweisen. . ■ _-&

   Stundengerät nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine bipolare Magnet eine Scheibe aus hartem Ferrit ist, die einen Durchmesser von 1 bis 3 mm höchstens hat, und daß er gemäß einem Durchmesser magnetisiert ist, daß seine Schwingungsamplitude ungefähr 20 ist, daß die Dicke des ihn trennenden radialen Luftspaltes der Polstücke mindestens 0,2 mm ist, daß die Länge des Kernes, welcher den Polschuh mit dem Halb- ' joch verbindet, mindestens 5 mm ist, und daß die Spulen oder Wicklungen 10 000 Windungen aus emmaliertem Kupferdraht mit einem Durchmesser unter 0,025 mm aufweisen.

   Stundengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungshilfserzeuger aus einem doppelten symmetrischen Schwinger gebildet ist, der ein elastisches ι Teil aus Band aus dem Metall Elinvar aufweist, das in Form eines U umgebogen ist, wobei die Enden dieses Stückes mit zwei seitlichen ,starren Riegeln aus weichem Eisen verschweißt oder verlötet sind, die mit geringem Abstand parallel zur Längsachse des Schwingers angeordnet sind, wobei Jeder Riegel an dem einen seiner Enden mit einem kleinen bipolaren massiven Magneten und an dem anderen Ende mit einer Masse versehen ist,

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   die in Längsrichtung von einer langen Schraube durchquert wird, welche der Regelung -der Frequenz dient, wobei die Gesamtheit des Schwingers derart proportioniert sind_p daß die Schwerpunktmitten der Massen, die im umgekehrten Sinne schwingen, nahe den Knotenpunkten der zwei diese Massen tragendensbiegsamen Äste oder Zweige liegen=

   8. Stundengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor "Schritt für Schritt" zur Anzeigung der Stunde ein kleiner unbeweglicher Schwinger ist, der ein neues industrielles Produkt bildet, das mehreren Anwendungen auf dem Gebiete der Uhrmacherei entspricht, wobei dieser Schwinger im wesentlichen aus einem Band aus gewalztem Metall·aus Elinvar besteht, wobei dieses Band entsprechend der Form angenähert dem Buchstaben M umgebogen und an seinen Enden mit bipolaren, massiven Magneten versehen ist, . die von kurzen Kraftlinien parallel der Längsachse des Schwingers durchsetzt sind, wobei die Polflächen sich vor einer flachen_s leicht ausbaubaren Wicklung befinden, die

   W Achse dieser Wicklung mit der Längsachse des Schwingers sich vereinigt;, die betrachtete Gesamtheit des Motors entweder in einen Synchronmotor schwachen Verbrauchs oder einen selbständigen Schwinger umgewandelt und in dieser letzten Form benutzt werden kann, um zugleich das Regelorgan und Motororgan einer kleinen Armbanduhr sehr wirtschaftlicher Ausführung zu bilden.

   9. Stundengerät nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der nichtmetallischen Stäbe Jeweils einen kleinen permanenten Magneten mit Querpolarisation tragen,

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   der mit zwei seitlichen Plättchen aus Eisen versehen ist,

   die Pols tüclse bilden", die" Trieb spulen und 'Aufnehmer spulen-

   auf den Ästen oder Zweigen angeordnet sind, die zu einem festen, sehr permeablen ferromagnetischen Kreis gehören und zwischen den besagten Polplättchen zur Einwirkung kommen, während andere Zweige dieses ferromagnetischen Kreises die Plättchen außen umfassen.; ■

   10. Stundengerät nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Spulen oder Wicklungen des Motors "Schritt für Schritt", dessen Stator dauerpolarisiert ist, mit dem elektronischen Frequenzteiler über einen starken Widerstand verbunden ist, der von einem Transistor überbrückt ist, dessen Basis mit der anderen Spule des Motors "Schritt für Schritt" verbunden ist, wobei der Transistor periodisch mit Hilfe der Spannung entblockt wird, ·. die von dem Rotormagneten induziert wird, wenn dieser Magnet sich plötzlich in einem bestimmten Sinn unter dem Einfluß eines schwachen Stromes versetzt, der von dem Frequenzteiler periodisch abgegeben wird. . '

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   ORiGlNAL INSPECTED