DE2103293A1 - Antriebsvorrichtung für ein zeithaltendes Gerät, insbesondere für eine Synchronuhr mit Gangreserve, sowie deren Verwendung für eine Schalt- oder Weckeruhr - Google Patents

Description

"Rundläufer"

11 0217/DrBi/

ü«.n*weg 2 26. Jan. 1971

Siegfried L.Kroewerath

Uhrenfabrik BL U M B E d Q- / Schwarzwald

Antriebsvorrichtung für ein zeithaltendes Gerät, insbesondere für eine Synchronuhr mit G-angreserve

ä sowie deren Verwendung ^

für eine Schalt- oder Weckeruhr

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine zeithaltendes Gerät, insbesondere für eine Synchronuhr mit Gangreserve, mit einem aus Stator und Rotor bestehenden Rundläufermotor, bei dem eine mehrpolige ferromagnetische Anordnung einerseits und eine von einer Wechselstromquelle gespeiste Spulenanordnung andrerseits um die Rotorachse relativ zueinander umlaufend gelagert sind.

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Synchronuhren, dh. Zeigerwerke mit einem Synchronmotor, der aus einem Wechselstromnetz gespeist wird, sind seit* langem bekannt und zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Ganggenauigkeit aus, wenn - wie es in den meisten technisch hochentwickelten Ländern der Fall ist - das Wechselstromnetz eine sehr konstante Frequenz, meist 5o Hz, aufweist. Da eine solche Synchronuhr bei Netzspannungsausfall stehen bleibt, ergeben sich Anzeigefehler, selbst wenn die Synchronuhr nach Beendigung der Netzstörung wieder selbst anläuft.

Um den während der Stillstand-Zeit entstandenen Gang-Verlust der Uhr wenigstens annähernd auszugleichen, sind sogenannte Synchronuhren mit Gangreserve entwickelt worden, bei denen der Zeigertransport während der Netzpause von einem mechanischen Schwingerwerk ausgeführt wird, dessen Energiespeicher bei normalem Betrieb vom Hetz zB. durch den Synchronmotor laufend gefüllt wird, beispielsweise durch Aufziehen einer Antriebsfeder, die so dauernd aufgezogen gehalten werden muß. Die Umschaltung des Zeigerwerks vom Antrieb durch den Synchronmotor auf denjenigen durch das Gangreserve-Federwerk erfordert mehr oder weniger komplizierte mechanische Vorrichtungen, zB. Richtgesperre, Rutschkupplungen, od.dgl., welche einen entsprechenden Mehraufwand an Raum und Herstellungskosten bedeuten und außerdem ohne sorgfältige Wartung der Gefahr von frühzeitigen Funktionsfehlern ausgesetzt sind.

In weiterer Entwicklung dieses Fachgebiets sind auch elektronische Gangreservewerke mit einem elektromechanischen Schwinger bekannt geworden, der von einem batteriegespeisten elektronischen Oszillator bav/. rückgekoppelten Verstärker angetrieben wird; es handelt sich dabei in der Kegel um Vorrichtungen, wie sie zum Stand der Technik der sogenannten elektronischen Uhren gehören. Ein wesentlicher

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Anteil davon fällt auf die sogenannten Stimmgabeluhren, die jedoch wegen der erforderlichen hohen Untersetzung der Stimmgabelfrequenz auf die ziemlich niedrige Drehzahl des damit gekuppelten Eingangs-Zahnrads des Vorgeleges häufig unzuverlässig sind. Bei anderen Gangreservewerken wird deswegen bei Netzausfall ein batteriegespeister elektronischer oder elektromechanischer Oszillator zum Schwingen freigegeben, dessen Frequenz durch geeignete elektrische Frequenzteiler od.dgl. auf die Netzfrequenz untersetzt wird, so daß die so gewonnene elektrische Wechselspannung ersatzweise den Synchronmotor antreiben kann.

Allen beschriebenen bekannten Synchronuhren mit Gangreserve ist der bedeutende Nachteil gemeinsam, daß die Gangreservevorrichtung einen erheblichen zusätzlichen Aufwand erfordert. Dazu kommt, daß die Laufgenauigkeit des Gangreservewerks oft nicht ausreicht, vor allem, wenn eine Störanfälligkeit durch Erschütterungen, wie zB. bei einer in der Nähe von Schwingungs-beanspruchten Fundamenten montierten Uhr, dazukommt; diese Erschütterungsempfindlichkeit von Unruh-Uhren ist ja von der Schlagloch-Empfindlichkeit einer Autouhr her bekannt. Bei Unruh-Uhren wird weiterhin oft auch ein gut hörbares Ticken als stärend empfunden.

Von einer Synchronuhr, die man ja gerade wegen ihrer guten Ganggenauigkeit infolge der Genauigkeit der Netzfrequenz wählt, wird verlangt, daß sie nicht besonders gut gewartet werden muß; dazu gehört auch, daß sie bei Netzausfall nicht nur eine 1-iindestzeit von zB. 24 Stunden ausreichend genau weiterläuft, ohne daß es hierzu eines Anwerfens bedarf, sondern auch ein ständig funktionsbereites Gangreservewerk enthält. Weiterhin soll auch zusammen mit einem Gangreservewerk die Synchronuhr nicht erheblich aufwendiger an Herstellungskosten und Raumbedarf sein, als eine einfache Synchronuhr; ein möglichst einfacher Aufbau soll schließ-

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lieh eine möglichst geringe Störanfälligkeit gewährleisten.

Die vorgeschriebene Aufgabe wird mit einer Antriebsvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung unter Vermeidung der Nachteile bekannter Vorrichtungen dadurch gelöst, daß die mehrpolige ferromagnetische Anordnung aus einer Anzahl von auf einem Teilkreis um die Rotorachse gleichmäßig, dh. symmetrisch verteilten, vorzugsweise vier bzw. zwei mal vier senkrecht zum Luftspalt im gleichen Sinne polarisierten Permanentmagneten besteht, deren magnetischer Kreis über einen Luftspalt, ferromagnetische Joche und gegebenenfalls die ferromagnetische Rotorachse geschlossen ist, und mit mindestens einem Paar von Spulen, insbesondere Luftflachspulen, mit einer atm Luftspalt senkrechten Wicklungsachse zusammenwirkt, wobei eine Spule an einen die Wechselstromquelle ent-, haltenden Kreis und eine andere an einen Hilfskreis insbesondere für den Gangreservebetrieb angeschlossen int, und einer der beiden Kreise einen gegebenenfalls nichtlinearen und/oder komplexen Belastungszweig enthält. Der Vorteil dieser neuartigen Anordnung besteht, wie man ohne weiteres erkennt, darin, daß der Hilfskreis, beispielsweise ein Oszillator, weder den Kreis mit der Wechselstromquelle beeinflußt, noch von diesem beeinflußt wird, da beide Kreise nicht direkt miteinander gekoppelt sind, sondern nur über die Relativbewegung von ferromagnetischer Anordnung und Spulen. Das gleiche gilt für den Pail, daß der Hilfskreis lediglich eine Belastungsfunktion ausübt und der andere den Oszillator als Wechselstromquelle enthält.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist die eine Spule aus zwei Wicklungen aufgebaut, die mit den Kollektor-Emitterbzw. Basis-^mitter-Strecken eines i'rancistors oder in entsprechender Weise mit einem aktiven Bauelement so zusammengeschaltet sind, daß von den beiden Kreisen einer oder ein dritter, der Hilfskreis, die V/echselstromquelle enthält. In dieser konkreten Form kommt die Erfindung in gesteigertem

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Maße zur Wirkung, weil die Antriebsvorrichtung sowohl durch einen Oszillator selbsterregt arbeiten, als auch unabhängig davon und voneinander sowohl von der Wechselstromquelle gesteuert als auch durch eine Dämpfung amplituden- und frequenz-stabilisiert werden kann.

Es ist zwar eine bei oberflächlicher Betrachtung dem Erfindungsgegenstand als ähnlich erscheinende Antriebsvorrichtung mit einer mehrpoligen ferromagnetisehen Anordnugg als Rotor und einer mit dieser zusammenwirkenden Spule bekannt geworden; diese bekannte Vorrichtung vermag aber die erfindunfsgenäße Aufgabe nicht zu lösen, weil sie keine zwei voneinander unabhängig beaufschlagbare Kreise enthält. Eine ebenfalls bekannte Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gabtung weist zwar auch eine mehrpolige ferronagnetisclie xlnordnung, jedoch zusätzlich zum Synchronmotor, auf, erfüllt also schon von der Aufwandsseite her die der Srfindimg zugrundeliegende Aufgabe nicht, ganz abgesehen davon, daß hierbei die ferromagnetische Anordnung nicht umlaufend, sondern schwingend, nämlich relativ zum Rotor, drehbar gelagert ist. Dieses bekannte Beispiel zeigt in übrigen deutlich, welcher zusätzliche Aufwand für die hier in Rede stehenden Antriebsvorrichtungen in der bisherigen Praxis als tragbar angesehen werden mussten.

In der Regel wird die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit dem hochtourigen Eingang eines Zahnradvorgeleges direkt gekuppelt, das aus^angsseitig die Zeiger der Uhr antreibt. In Verbindung damit oder unabhängig davon kann mit einem Ausgang des Zahnradvorgeleges eine liockenradanordnung gekuppelt sein, die Schalter betätigt, wie sie bei Schaltuhren Ein- und Auswchaltfunktionen gemäß einem vorgewählten Programm übernehmen, ^ine besondere Verwendungcart, oi.e bisher nrcht angegeben worden ist, besteht für di.e erfindnn^sgemäße Antriebsvorrichtung darin, daß mit einoin Ausgang des Zahnradvorgeleges für das Zeigerwerk

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eine Weckervorrichtung und gegebenenfalls zusätzlich eine Programmschalteinrichtung gekoppelt ist; diese Verwendung ist im übrigen weitgehend unabhängig von den iuerkmalen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.

Einzelheiten der v/eiteren Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausfiihrungsbeispielen der erfindungsgenäßen Antriebsvorrichtung der einen Art mit feststehender Spulenanordnung, die in der Zeichnung wiedergegeben ist; alle Einzelheiten lassen sich sinngemäß auf die andere Art mit feststehender ferromagnetischer Anordnung übertragen, ohne daß es hierzu weiterer Erläuterungen bedarf. Es stellen dar:

?ig.1: a) die Draufsicht auf eine Antriebsvorrichtung mit parallel zur Achse des Rotors polarisierten Magneten, wobei aus ubersichtlichkeit3^;ründen einige feile fortgelassen sind;

b) die Seitenansicht der Antriebsvorrichtung von Fig.1a - teilweise im Schnitt -, ergänzt durch ein Zahnradvorgelege, elektronische iiaugruppen, Zeigerwerk und Schaltscheibe - alles in schematischer darstellung;

i'ig.Z: a) die !Draufsicht einer Antriebuvorrier.it;urv-

mit radial polarisierten Magneten, .lie auf einem äußeren und einen inneren f'o'Kcreis gleichteilig, jedoch nittig versetzt, angeordnet sind (ebenfalls unter iortl^.scung einiger ieile);

b) teilweise im Schnitt die Seitenar.sicht der Antrieosvorrichtung von Ji

Fig.3s a) in cehematischer V/iedergabe eine Spule und die mehrpolige ferromagnetische Anordnung und

b) die in der Spule induzierte Spannung beLm .Durchlauf der hagnete a, b, c über die Spule;

Fig.4: das Schaltbild der zu der erfindun/rsgemäßen Antriebsvorrichtung gehörenden elektronischen Gruppe mit einigen (gestrichelt gezwicnnet) alternativen Einzelheiten, uov/ie zwei weite- . ren Ausbildungen dec Hilfskreises (ri.ij.4a und 4b),

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BAO

3-i.jS

In Fig.1 a und b , von denen Fig.1a die Draufsicht bei Schnitt entlang der Linie A-A in Fig.1b und Fig.1b einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig.1a darstellen, sind auf der Grundplatte 1 der Synchronuhr 2, wovon jedoch nur die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind, über Distanzbuchsen 3, 4 die Spulenträger 5, 6 abgestützt. In diesen sind die Luftflachspulen 7, 8 eingebettet, von denen die eine (7) zweckmäßig bifilar gewickelt ist, so daß die beiden Wicklungen mit den Anschlüssen 9, 1o bzw. 11, 12 besonders gut verkettet sind. Statt der bifilaren V/icklungsweise können die beiden Wicklungen auch in sonst üblicher Weise aufeinander gewickelt sein, wie es aurch die gestrichelt gezeichneten Draht- Λ

anschlüsse» 13, 14 angedeutet ist.

In der in der Grundplatte 1 verstellbaren Lagerbuchse 15 ist das als Spitze 16 ausgebildete Ende der magnetisch leitenden Rotorachse 17 geführt, auf der die ebenfalls magnetisch leitende kreisförmige Trägerplatte 18 befestigt ist, die vier Permanentmagnete 19 bis 22 trägt, deren foittelpunkte auf dem Teilkreis 23 gleichmäßig verteilt liegen. Auf der anderen Seite der Spulen 7, 8 befindet sich die magnetisch leitende Jochplatte 24, die ähnlich wie die Trägerplatte 18 ausgebildet und auf der Rotorachse 17 im entsprechenden Abstand von dieser befestigt ist. Das Feld der Permanentmagnete 19 bis 22 ist also über die Trägerplatte 18 Mj und die Jochplatte 24, die als Joche wirken, über die Rotorachse 17 und die Luftspalte 25, 26 geschlossen.

Wie man ohne weiteres erkennt, sind die Polarisationsachsen der Permanentmagnete 19 bis 22, die senkrecht zu der Trägerplatte 18 und aer Spulenebene polarisiert sind, parallel zu den Achsen der Spulen 7, 8 und zu der Rotorachse 17. Bei Drehung der aus Trägerplatte 18 und Permanentmagneten 19 bis 22 und Jochplatte 24 bestehenden ferromagnetischen An-

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Ordnung um die Rotorachse 17 werden deswegen in den Spulen 7, 8 Spannungen gemäß dem elektrodynamischen Induktionsgesetz induziert und bei Stromfluß durch eine der Spulen 7» 8 eine Kraft in Richtung der Tangente an den Teilkreis im Mittelpunkt des Permanentmagneten, der im Bereich der betreffenden Spule liegt, erzeugt, die zwischen Rotor und Stator wirkt und eine Drehbewegung verursacht.

An ihrem anderen Ende ist die Rotorachse 17 von dem Zahnradvorgelege 27 geführt, das schematisch - gestrichelt zwischen der unteren 28 und der oberen Platine 29 als Block eingezeichnet ist. In diesen Platinen sind, gegebenenfalls zusätzlich mit Zwischenplatinen, die Achsen der Zahnräder des Vorgeleges gelagert, wozu es, da die betreffenden Einzelheiten allgemein bekannt sind, keiner ausführlichen Darstellung bedarf. Die Platinen 28, 29 sind durch die Distanzbolzen 3o, 31 gegenseitig und durch die Stützen 32 und 33 auf der Grundplatte 1 abgestützt. Auf der der eigentlichen Antriebsvorrichtung 34 entgegengesetzten Seite des Zahnradvorgeleges 27 befinden sich eine grob schematisch dargestellte Schaltscheibe 35 mit den nicht dargestellten Schaltnocken bzw. Kontaktfedern und die Zeiger 36, 37.

Auf den Distanzbolzen 3o, 31 bzw. den Platinen 28, 29 sind die Leiterplatten 38, 39 mit an sich bekannten gedruckten Leiterbahnen befestigt, von denen die eine (38) die noch zu erläuternde elektronische Oszillatorschaltung mit Transistor 4o, Elektrolytkondensator 41, Widerständen 42, 43 und weiteren nicht dargestellten Bauelementen trägt, die · andere die elektronische Baugruppe für die Spannungsversorgung mit Sekundärelement 44, Diode 45, Elektrolytkondensator 46, Widerstand 47 und weiteren nicht dargestellten Bauelementen enthält.

Die gesamte Anordnung der Synchronuhr 2 ist in bekannter

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Weise in einem abnehmbaren Gehäuse, vorzugsweise aus Kunststoff, untergebracht, das seinerseits auf einem Sockel ruht, der die Anschlußklemmen enthält; die einzelnen Baugruppen können in an sich üblicher Weise miteinander verschraubt oder teilweise gesteckt verbunden sein. Auf diese rein konstruktiven und in jeder Hinsicht handwerklichen Einzelheiten braucht im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung nicht genauer eingegangen zu werden.

Während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.1a und b die Permanentmagnete 19 bis 22 derart im gleichen Sinne und M senkrecht zum Luftspalt polarisiert sind, daß ihre Polarisationsachsen parallel zu der Rotorachse 17 und zu der Wicklungsachse der Spulen 7, 8 liegen, ist diese Polarisierung im gleichen Sinne und senkrecht zum Luftspalt bei dem Ausführung sb ei spiel der Pig.2a und b dadurch gegeben, daß die Polarisationsachsen gleich radial gerichtet sind und der Luftspalt 51 trommeiförmig um die Rotorachse 52 angeordnet ist. Fig.2a ist als Draufsicht bei einem Schnitt 'entlang der Linie C-C in Fig.2b und Fig.2b als Schnitt entlang der Linie D-D in Fig.2a zu betrachten.

Die Rotorachse 52 ist in der Grundplatte 53 mit dem Lageransatz 54 geführt; auf der Rotorachse 52 ist das kreisför- m mige Trägerstück 55 befestigt, das hier, wie die Rotorachse selbst, nicht aus magnetisch leitendem Werkstoff gefertigt zu sein braucht. Das Trägerstück 55 ist über den Stellring 56 auf den Lagerancatz 54- abgestützt. An dem Trägerstück 55 sind Trommelsegmante 57, 57a befestigt, die untereinander durch die Stege 58 verbunden sind und die Permanentmagnete 59, 6o so tragen, daß deren Polarisationsachsen gleich radial gerichtet sind. Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet (6o, 61), können statt der Trommelsegmente 57, 57a ganze Trommelstücke verwendet sein, wobei dann zweckmäßig weitere Stege 62 die Steifigkeit vermehren.

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Die Spulen 63, 64, wieder als Luftflachspulen, jedoch in einer Irommelfläche, aber sonst gleich, wie im Ausführungs— beispiel der Pig.1a und b ausgebildet, sind auf der Trägerplatte 65 befestigt, die ihrerseits mittels Distanzstücken 66, 67 und Schrauben 68, 69 von der Grundplatte 53 gehalten wird. Die Leiterplatten 7o, 71 für die elektronische Schaltung sind seitlich "von der !Prägerplatte zusammen mit dieser befestigt.

In den Spulen 63, 64 wird in genau gleicher Weise wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig.1a und b beim Durchlauf der Permanentmagnete 59, 6o usw. bei relativer Drehung von Magnetanordnung und Spulenanordnung eine Spannung induziert bzw. bei Stromfluß durch eine der Spulen 63, 64 eine Kraft zwischen Magnet- und Spulenanordnung erzeugt, die eine relative Drehung beider bewirkt.

Der magnetische Kreis der Permanentmagnete 59, 6o usw. ist über die Drommelsegmente 56, 57, die Stege 58 und den Luftspalt 51 geschlossen. Dieser Luftspalt 51 ist in diesem Ausführungsbeispiel ganz anders geartet, als im Ausführung sbei spiel der Pig,1a und b, weil der äußere und der innere Kranz der Permanentmagnete um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt sind, indem die Polarisationsachsen des einen Kranzes mittig zwischen denen des anderen stehen. Bei einer solchen Ausbildung der ferromagnetisehen Anordnung läßt sich ein anderes Verhältnis der Drehzahl zu der Frequenz des Wechselstroms erreichen.

Auf der Grundplatte 53 sind gegebenenfalls — auf eine eigene zeichnerische Wiedergabe konnte verzichtet werden - in ähnlicher Weise wie in Pig.1a und 1b ein Zahnradvorgelege mit Schaltscheibe und Zeigeranordnung, sowie mit einer eventuell durch die Schaltscheibe ausgelösten Weckervorrichtung, und schließlich ein Gehäuse unmittelbar oder «»mittelbar befestigt. Das Zahnradvorgelege ist eingangsseitig mit der Ko-

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torach.se 52 gekuppelt.

Stellvertretend für beide Ausführungsbeispiele ist für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in Pig.1a und b dargestellt, wie eine magnetische Unwucht verwirklicht sein kann, die ein sicheres Selbstanlaufen in der vorgesehenen Drehrichtung ohne Richtgesperre usw. herbeiführt. An sich eignen sich hierfür alle konstruktiven Teilvorrichtungen, mit denen das Magnetfeld der ferromagnetischen Anordnung so verzerrt wird, daß es einseitig - in der Dreha? ricntuiig gesehen — verstärkt ist. Eine besonders einfache Lösung besteht bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.1a und b darin, daß auf der einen Seite (in Richtung des Umdrehungssinns) der Innenwand 48 der Spule 7 das Weicheisenstäbchen 49 befestigt ist, das - ähnlich wie die bekannten Anordnungen bei Selbstanlauf-Synchronmotoren - das erforderliche einseitig stärkere Anzugsmoment bewirkt und so den Selbstanlauf in der gewünschten Richtung gewährleistet.

In Fig.3a sind diejenigen Teile des erfindungsgemäßen Rundläufermotors schematisch wiedergegeben, die zum Verständnis des hierbei verwerteten elektrodynamischen Prinzips erforderlich sind. Von der ferromagnetischen Anordnung sind so die Permanentmagnete 1o1 (a), 1o2 (b), 1o3 (c) und 1o4 mit ihren Grundflächen wiedergegeben, deren Mittelpunkte 1o5 Ms 1o8 auf dem Teilkreis 1o9 gleichmäßig verteilt sind. Durch die sich überlappenden Kreise 11o soll angedeutet sein, wie sieh die Permanentmagnete bei relativer Verdrehung der ferromagnetischen Anordnung zu der Spule 111 örtlich verschieben. Die Spulenwickelachse 112 steht auf einem Teilkreis 113, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als derjenige des Teilkreises 1o9. Dadurch wird erreicht, daß der Grundflächen-Mittelpunkt (1o5) des Permanentmagneten (zB, 1o1) die Spulenebene annähernd entlang einer größtmöglichen Strecke, praktisch gleich dem Durchmesser, schneidet.

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Beim Durchlauf des Permanentmagneten 1o2 über der Fläche der Spule 111 (entsprechend zB.Spule 7 in Fig.1a) schneiden seine magnetischen Kraftlinien zuerst Windungen der WieklungseiHrichtung 114 und dann nach Durchlauf der Spulenwickelach.se 112 solche der entgegengesetzten Wicklungsrichtung 115· Die in der Spule.induzierte Spannung ändert sich mit der relativen Lage des Permanentmagneten 1o2 (b) zur Spule 111 also gemäß der Kurve b in Pig.3b. Beim Eintritt des Permanentmagneten 1o6 in die Randzone dicht ausserhalb der Fläche der Spule 111 wird eine zunächst kleine Spannung induziert, die bis zur Mitte der Wicklungshöhe rasch zunimmt, um danach wieder abzunehmen, bis sie im Zeitpunkt des Durchlaufe durch die Spulenwickelach.se 112 null ist, weil sich dort die Wirkungen der entgegengesetzt gerichteten (von der Anschlußart her gesehen) Wicklungsabschnitte aufheben. Nach dem Durchlauf durch die Spulenwickelachse wiederholt sich der Vorgang, lediglich in zeitlich umgekehrter Reihenfolge und mit entgegengesetztem Vorzeichen.

Aus der Form der Kurve b für die in der Spule 111 induzierte Spannung läßt sich entnehmen, daß die Spannung dann eine besonders günstige Kurvenform aufweist, wenn, wie es erfindungsgemäß vorgesehen ist, der Abstand der Permanentmagnete zB.1o1, 1o2, auf ihrem Teilkreis 1o9 zwischen den äußeren Rändern der Permanentmagnet-Grundflächen gemessen, mindestens annähernd gleich dem Spulendurchmesser ist. Dann überlappen sich nämlich die in den Randzonen durch die Permanentmagnete (zB.1o1, 1o2) induzierten Kurvenabschnitte (zB. 116, 117) so, daß ein praktisch geradlinieger Durchlauf 118 der Spannungskurve durch den Nullpunkt zustandekommt; die ganze Kurve für die induzierte Spannung erhält sp praktisch eine Sinusform, die für die im Zusammenhang mit der elektronischen Schaltung erläuterte Funktion wesentlich und besonders vorteilhaft ist. Infolge des erfindungsgemäßen Auf-

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■"Daus des Rundläufermotors wiederholen sich die beschriebenen "Vorgänge der Spannungsinduktion in genau gleicher Weise bei dem Durchlauf eines jeden Permanentmagneten und in ebenfalls gleicher Weise für die andere Spule (8 in Fig. 1b). Entsprechendes gilt auch für die zwischen Stator und Rotor wirkende und die Drehung verursachende Kraft bei Stromfluß durch die Spule, dh. wenn der Strom sinusförmig ist, dann tritt ein vom Umdrehungswinkel praktisch unabhängiges Drehmoment auf.

In Jig.4 ist das Schaltbild für die beispielsweise elek- ;. tronische Schaltung für den erfindungsgemäßen Rundläufer- φ motor wiedergegeben, wobei dort bereits einige Varianten angegeben, aber weitere ohne weiteres ableitbar sind. Der Rundläufermotor 151 mit den Permanentmagneten 152 bis 155 der ferromagnetisehen Anordnung (zB. entsprechend 18 bis 22 und 24 in Pig.1b) einerseits und den beiden damit zusammenwirkenden Spulen 156 und 157 (zB. entsprechend 7 und 8 in Fig.1b) andrerseits, von denen die eine die Antriebswicklung (158) und die Steuerwicklung (159) enthält und die andere aus den Abschnitten 16o und 161 zusammenge- · setzt ist, arbeitet, wie man sofort erkennt, mit zwei voneinander unabhängigen Schaltungskreisen zusammen,

Die Antriebswicklung 158 ist parallel mit dem Kondensator ^ 162 in den Kreis zwischen Kollektor-Elektrode 163 des SPH- . ; Transistors 164 und leitung 165 (positiver Pol der Gleichstromquelle) eingeschaltete, die Steuerwicklung 159 liegt ' in Reihe mit dem Kondensator 166 zwischen dem negativen Pol der Gleichstromquelle - Leitung 167 - und dem Schaltknoten 168; dieser ist über den Widerstand 169 und den Einstellregler 17o an die Leitung 165 angeschlossen, so daß der Arbeitspunkt des NPN-Iransistors 164 durch Wahl der Vorspannung seiner Basis-Elektrode 171 eingestellt werden kann, die über die Leitung 172 mit dem Schaltknoten 168 verbunden

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Λ.

ist. Zwischen Emitter-Elektrode 173 und Leitung 167 liegt der Widerstand 174, der - wie die gestrichelte Linie 175

andeutet - durch ise^e Leitung ersetzt sein kann. Zv/ischen Kollektor-Elektrode 163 und Basis-Elektrode 172 und/oder zwischen Kollektor-Elektrode 163 und Emitter-Elektrode 173 können, wie es gestrichelt angedeutet ist, die Kondensatoren 176 bzw. 177 eingefügt sein.

Die Abschnitte 16ο, 161 der Spule 157 sind in dem Ausführungsbeispiel der Pig.4 einerseits an die Leitung 167 und andrerseits über den einstellbaren Widerstand 178 an die Klemme .179 angeschlossen, die einem Abgriff 18o eines an die Wechselstromquelle 181 mit den Polen 182 und 183 angeschlossenen Spannungsteilers aus den Widerständen 184, 185 und 186 entspricht; der Pol 183 der Wechselstromquelle 181 ist an die Leitung 167 angeschlossen. Die Spule 157 ist über die Leitungen 187, 188 mit dem Kondensator 189, dem Widerstand 19o und der Diode 191 belastet, die, wie noch zu erläutern ist, entsprechend bemessen sind bzw. teilweise entfallen können.

An sich wäre die aus den beschriebenen Teilen bestehende elektronische Schaltung ausreichend für den Betrieb des erfindungsgemäßen Rundläufermotors 151 anstelle des sonst üblichen Synchronmotors mit zusätzlichem Gangreservewerk für ein Zeigerwerk mit Zahnradvorgelege und gegebenenfalls Schaltscheibe für elektrische Kreise und/oder eine Wecker— Vorrichtung. Bei Betrieb mit Wechselstrom (181) aus einem Wechselstromnetz wird nämlich die Leistung für den Antrieb über die Spule 157 aufgebracht und bei Fehlen der Wechselstromquelle (181) zB. bei Netzausfall aus dem als Oszillator wirkenden über die Antriebs- und die Steuerspule (158, 159) rückgekoppelten Verstärkers mit dem NPN-Transistör 164, wenn an die Leitungen 165 und 167 eine Gleichstromquelle, zB. eine Batterie mit entsprechender Polung ange-

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schlossen ist· Dann wird nämlich - auch schon im Selbstanlauf-Zeitabschnitt _ zwischen Permanentmagneten und Antriebsspule 159 eine die Drehung bewirkende Kraft erzeugt und infolge dieser Drehung wird eine entsprechend gleichsinnige Spannung in der Erregerspule 16o induziert, die ihrerseits - durch den Transistor 164 verstärkt - in der Antriebsspule 158 einen entsprechenden Strom fließen läßt. Da in diesem Falle der Selbsterregung die Synchronisierung durch die Netzfrequenz fehlt, wird durch die Belastung der Spule 157 durch die Bauelementegruppe 192 der Oszillator jedoch nicht direkt, sondern indirekt über die ferromagnetische Anordnung und die Spulen des Rundläufermotors 151 sowohl in Bezug auf die erzeugten Spannungen und Ströme in den Spulen als auch in Bezug auf die bei bestimmter Kraft entstehende Drehgeschwindigkeit - also hinsichtlich Amplitude und Frequenz - bedämpft. Durch die Wahl des Werts des einstellbaren Widerstandes 178 kann, da über diesen und den Spannungsteilerzweig mit den Widerständen 185, 186 ein weiterer Belastungskreis für die Spule 157 geschlossen ist, die Dämpfung und damit die Drehfrequenz des Rundläufermotors fein eingestellt werden. Es ist somit offensichtlich, daß man den erfindungsgemäßen Rundläufermotor auch selbständig, dh. unabhängig von einem synchronisierenden Wechselstromnetz als Antriebsvorrichtung für ein zeithaltendes Gerät der eingangs näher beschriebenen Gattung verwenden kann, wobei als Wechselstromquelle die Oszillatorschaltung dient und der Hilfskreis mit Belastungscharakteristik die Frequenz des Oszillators und damit die Drehzahl des Rundläufermotors bestimmt.

Anstelle der erwähnten Batterie für die an die Leitungen 165, 167 anzuschließende Gleichstromquelle wird, wenn die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung entsprechend einer Synchronuhr mit Gangreserve betrieben werden soll, wie Fig. 4 weiterhin zeigt, zweckmäßig ein Sekundärelement, zB. die

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Nickel-Cadmium-Batterie 193 verwendet, die im Pufferbetrieb in den Ladekreis aus Gleichrichter 194, Widerstand 195 eingeschaltet ist, der an den Widerstand 186 - zwischen Spannungsteilerknoten 196 und Leitung 167, dh. an einen Abgriff der zwischen den Polen 182, 183 liegenden Wechselspannung angeschlossen ist. Die Spannung der Nickel-Cadmium-Batterie 193 wird zusätzlich - vor allem mit Rücksicht auf einen unvermeidbaren Abfall ihrer Klemmenspannung bei längerer Belastungsdauer - durch den Kreis aus Widerstand 197 und Diode 198 stabilisiert. Bei entsprechender Dimensionierung kann der Spannungsteiler zwischen den Polen 182, 183 dadurch vereinfacht werden, daß die Klemme 179 an den Spannungsteilerknoten 196 angeschlossen und die Widerstände 185, 186 durch einen einzigen ersetzt werden.

Eine Alternativlösung für die bisher beschriebene Antriebsvorrichtung ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß man die zur Synchronisierung dienende Wechselspannung, zB. am Spannungsteilerknoten 196 nicht an die Klemme 179, sondern an die Klemme 199 und so den elektronischen Oszillator mit dem NPN-Transistor 164 mit der Netzfrequenz synchronisiert. In diesem Falle besteht vor allem auch die Möglichkeit, den Belastungskreis für die Spule 157 noch zweckmäßiger auszubilden, indem die Spulenabschnitte 16ο, 161 in den Kollektor- bzw. in den Basiskreis eines PKP-Transistors (Fig.4a) oder eines NPN-Transistors (Fig.4b) gelegt werden; im Basiskreis liegt dann zweckmäßig der einstellbare Widerstand 2oo. Schließlich besteht dabei die Möglichkeit, die Charakteristik des Belastungskreises zusätzlich auch noch durch Einschaltung einer Gleichstromquelle in einen der beiden Kreise, beispielsweise eines Spannungsteilerabgriffs von der Spannung zwischen den Leitungen 165, 167, noch genauer den Forderungen an die Ganggenauigkeit des Rundläufermotors in seiner Betriebsart als Gangreservewerk anzupassen. Selbstverständlich gelten diese Besonderheiten der Fig.4a und b

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in noch höherem Grade für den Betrieb des erfindungsgemäßen Rundläufermotors für den selbständigen, dh. netzunabhängigen Betrieb als Antriebsvorrichtung für ein zeit— haltendes Gerät mit Batterie. Hier kommt es ja, was wohl
ohne weiteres einleuchten dürfte, noch mehr als beim Gangreservebetrieb über eine kürzere Zeitdauer auf die erzielbare Ganggenauigkeit an, die durch die zwischen ferromagnetischer Anordnung und Spulen wirkende Kraft und die Dämpfung durch den Belastungskreis in Verbindung mit der Masse bzw. dem Trägheitsmoment des Rotors bestimmt wird.

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Claims (1)

1. η η· L in. ι 11 o217/DrBi/

   Dr, Richard Berl ~~—

   WJTrosslngen ²⁶· ^Jan' ¹⁹⁷¹ Sonfwnweg 2

   Patentansprüche

   1. Antriebsvorrichtung für ein zeithaltendes Gerät, insbesondere für eine Synchronuhr mit Gangreserve,

   mit einem aus Stator und Rotor bestehenden Rundläufermotor, bei dem eine mehrpolige ferromagnetische Anordnung einerseits und eine von einer Wechselstromquelle gespeiste Spulenanordnung andrerseits um die Rotorachse relativ zueinander umlaufend gelagert sind,

   dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige ferromagnetische Anordnung aus einer Anzahl von auf einem Teilkreis (zB. 23 in Pig.1) um die Rotorachse (17) gleichmäßig, dh. symmetrisch verteilten, vorzugsweise vier (Fig.1) bzw. zwei mal vier (Pig.2) senkrecht zum Luftspalt im gleichen Sinne polarisierten Permanentmagneten (19 bis 22 in Pig.1 bzw. 59, 6o in Pig.2) besteht, deren magnetischer Kreis über einen Luftspalt (zB. 51 in Fig.2), ferromagnetische Joche (zB. 18, 24 in FIg.1) und gegebenenfalls die ferromagnetische Rotorachse (17) geschlossen ist, und mit mindestens einem Paar von Spulen (7, 8), insbesondere Luftflachspulen, mit einer zum Luftspalt senkrechten Wicklungsachse zusammenwirkt, wobei eine Spule an einen die Wechselstromquelle enthaltenden Kreis und eine andere an einen Hilfskreis insbesondere für den Gangreservebetrieb angeschlossen ist und einer der beiden Kreise einen gegebenenfalls nichtlinearen und/oder komplexen Belastungszweig enthält.

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   - PA 2 -

   2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (zB. 7» 8 in Fig,1) eines Paars in einer gemeinsamen Ebene vorzugsweise diametral zur Rotorachse (17) gegenüberliegen.

   3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß der auf ihrem Teilkreis (zB. 23 in Fig.1) insbesondere zwischen den äußeren Rändern gemessene Abstand der Permanentmagnete (19 bis 22) mindestens annähernd gleich dem Durchmesser der Spulen (7, 8) ist.

   4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb der Spulen (zB. 7, 8 in Fig.1) je ein Kranz gleicher Teilung von Permanentmagneten (19 bio 22) mit gemeinsamen Polarisationsachsen angeordnet ist.

   5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb der Spulen (zB. 63, 64 in Fig.2) je ein Kranz gleicher Teilung von Permanentmagneten (59, 59a, 6o, 6oa) angeordnet ist, deren Teilungen um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt sind, dli. daß die Polarisationsachsen des einen Kranzes mittig zwischen denen des anderen stehen.

   209841/0889 -PA 3 -

   6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

   gekennzeichnet durch eine magnetische Unwucht des RundläuferB, dh. eine in Richtung einer Tangente an den Teilkreis (zB. 23 in Fig.1) der Permanentmagnete einseitige Ausbildung des Magnetfeldes der Ferromagnetisehen Anordnung und/oder der Spulenanordnung, zB. mittels eines auf einer Innenseite (48) der Spule parallel zur Spulenachse angebrachten Weicheisenstäbchens (49).

   7· Antriebsvorrichtung mit einem Rundläufermotor, der ein Paar von vorzugsweise zur Achse diametral gegenüberliegenden Spulen und eine relativ hierzu umlaufend drehbar gelagerte ferromagnetische Anordnung mit kreissymmetrisch angeordneten Permanentmagneten enthält, wobei die Achsen von Permanentmagneten und Spulenanordnung gleichgerichtet und die Spulen im Luftspalt eingefügt sind, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spule (zB. 156 in Fig.4) auB einer Antriebs- (158) und einer Steuer-Wicklung (159) aufgebaut ist, wobei die Antriebswicklung an den Ausgangskreis (zB. Kollektor-Elektrode 163 des Transistors 164 und betreffender Pol der Gleichstromquelle) und die Steuerwicklung an den Eingangskreis (zB. Basis-Elektrode 172 des Transistors und betreffender Pol der. Gleichstromquelle) eines mittels der genannten Wicklungen rückgekoppelten Verstärkers mit Energiespeisung aus einer Gleichstromquelle (193) angeschlossen sind, und die andere Spule (157) in einem gesonderten Hilfsstrom-' kreis (192) mit Belastungscharakter eingeschaltet ist, wobei einer der drei genannten Kreise die Wechselstromquelle enthält oder bildet.

   209841/0889 - pa 4 -

   8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromkreis eine fremde Wechselstromquelle (zB, 179 bzw. 181 in :Fig.4·), zB. ein Wechselstromnetz, einschließt, die vorzugsweise auch einen G-leichrichterkreis, insbesondere einen Ladekreis (G-leichrichter 194» Widerstand 195) für ein Sekundärelement, zB. einen Niekel-Cadmium-Sammler (193), für die gleichstromquelle des rückgekoppelten Verstärkers speist.

   9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (zB, 157 in !"ig.4) des Hilfsstromkreises mit einem einen Widerstand .(19o) und/oder einen Kondensator (189) und/ oder eine Diode (191) enthaltenden Kreis (192) be-' lastet ist.

   1o. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

   dadurch gekennzeichnet* da&dle Spüle(zB, 157 in Pig.4) des Hilfsstromkreises zwei Abschnitte besitzt, von denen einer (161) gegebenenfalls in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand (2oo) zwischen Basis-Elektrode und Emitter-Elektrode und der andere zwi-. sehen Kollektor-Elektrode und Emitter-Elektrode eines Transistors - gegebenenfalls in Reihe mit einer G-leichstromquelle - liegen.

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   - PA 5 -

   11. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 1o,

   . dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Elektrode (zB. 172 in Fig.4) eines zu dem als Wechselstromquelle dienenden rückgekoppelten, aus einer Gleichstromquelle, insbesondere einem Sekundärelement, zB. einem Nickel-Cadmium-Sammler (193), gespeisten Verstärker gehörenden Transistors (164) über einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand an eine fremde Wechselstromquelle (199), zB. ein Wechselstromnetz (181) angeschlossen ist, die gegebenenfalls über einen Gleichrichterkreis das Sekundärelement (193) auflädt.

   12. Verwendung der Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (zB. 34 in Mg. 1b) mit dem hochtourigen Eingang eines Zahnradvorgeleges (27) für ein Zeigerwerk (36, 37) gekuppelt ist.

   13· Verwendung der Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12,

   dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Zahnrad-Vorgeleges (zB. 27 in Fig.1b) eine Nockenradanordnung (zB. Schaltscheibe 35) mit von ihr betätigten elektrischen Schaltern angekuppelt ist.

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   - PA 6 -

   14. Verwendung der Antri et) svorr i chtung mit einem Rundläufermotor, bei dem eine mehrpolige ferromagnetische Anordnung einerseits und eine von einem als Wechselstromquelle dienenden Oszillator, dessen Energiebedarf aus einem Sekundärelement gedeckt wird, das über einen Gleichrichterkreis aus einer fremden V/echsel stromquelle geladen wird, gespeiste
   Spulenanordnung andrerseits um die Rotorachse relativ zueinander drehbar gelagert sind, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 11 in Verbindung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 12,

   dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Zahnrad-Vorgeleges (zB. 27 in Fig.1b) eine Weckervorrichtung gekuppelt ist.

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