DE2139682C3 - Drahtlos mit einem periodischen Steuersignal synchronisierte elektrische Uhr - Google Patents
Drahtlos mit einem periodischen Steuersignal synchronisierte elektrische UhrInfo
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Description
2. Elektrische Uhr nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (D) Die Erfindung betrifft eine drahtlos mit einem
einen an ein Differenzierglied (3, 39) für das vom perirdischen Steuersignal synchronisierte elektrische
Fühlglied (1) aufgenommene Signal angeschlos- Uhr mit einem Transistormotor zum Antrieb des Uhrsenen monostabilen Multivibrator (10), einen Inte- 35 werks und einem mit der Steuersignalfrequenz schwingrator (12) für das Ausgangssignal des Multivibra- genden Oszillator.
tors und einen vom Ausgangssignal des Integrators Bei einer bekannten elektrischen Uhr dieser Art
betätigten Schmitt-Trigger (13) enthält, sowie daß (belgische Patentschrift 707 866) wird das hochan den Schmitt-Trigger Schaltelemente (5? bis S3) frequente Steuersignal von einer Normalzeitanlage
angeschlossen sind, die in den Verbindungs- 30 geliefert. Das Steuersignal dient zunächst zur Freleitungen einerseits zwischen dem Transistormotor quenzregelung eines Oszillators, der seinerseits den
(B) und dem Oszillator (C), andererseits zwischen Uhrwerksmotor antreibt. Als Oszillator soll ein Sperrdem Transistormotor und dem Fühlglied (A) schwinger oder ein Multivibrator dienen, also eine
liegen und je nach dem Zustand des Schmitt- Osüillatorart, deren Frequenz leicht von außen beein-Triggers abwechselnd geöffnet oder gesperrt sind. 35 flußbar ist.
3. Elektrische Uhr nach Anspruch 2, dadurch Wenn nun bei dieser bekannten Schaltung das drahtgekennzeichnet, daß dem Differenzierglied (39) ein los übertragene Steuersignal ausfällt, schwingt der
Spannungsverstärker (38) vorgeschaltet ist. Oszillator frei weiter. Wenn dessen Bauelemente von
4. Elektrische Uhr nach einem der vorher- äußeren Einflüssen (insbesondere der Temperatur)
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 40 genügend unabhängig sind, kann die Abweichung
das Fühlglied für das magnetische Induktionsfeld innerhalb einiger Minuten unter einer Sekunde bleiben,
einen Spannungsverstärker (2), einen Amplituden- Längere Ausfälle oder Störungen des Steuersignals
begrenzer (34) für die Ausgangsspannung des führen aber zu erheblichen Abweichungen, die nach
Spannungsverstärkers, einen ÄC-Oszillator (35), dem Wiedereintreffen des Steuersignals durch eine
dem das begrenzte Signal zugeführt wird, einen an 45 zusätzliche Korrekturvorrichtung beseitigt werden
den WC-Oszillator angeschlossenen Rechteckspan- müssen. Allerdings ist ein solcher längerer Ausfall des
nungsformer (36), ein mit diesem verbundenes Steuersignals bei einer derartigen Normalzeitanlage
Differenzierglied (3) und einen von dem Differen- verhältnismäßig selten.
zierglied beaufschlagten Frequenzteiler (4) umfaßt. Anders liegen die Verhältnisse bei einer induktiv mit
5. Elektrische Uhr nach einem der vorhergehen- so dem magnetischen Streufeld des elektrischen Installaden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Meß- tionsnetzes synchronisierten Uhr. Eine solche Uhr ist
gerät (37), das mittels eines Schalters (SW-I, SW-2) z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 786 972 bekannt,
wahlweise die Intensität des magnetischen Induk- Sie benötigt keinen Anschluß an eine Steckdose, denn
tionsfeldes oder die Batteriespannung anzeigt. im allgemeinen beträgt die Intensität des von dem
6. Elektrische Uhr nach einem der vorhergehen- 55 elektrischen Installationsnetz induzierten magnetischen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Streufeldes in Wohnräumen mehr als 2,5 · 10-' Oersted
zwischen dem Aufnehmer (1) für das magnetische - und weist einen Mittelwert von etwa S ■ 10-* Oersted
Induktionsfeld und dem Signalverstärker (2) ein auf. Diese Feldstärken reichen aus, um von einem
auf die Netzfrequenz abgestimmtes Filter (F) vor- hochempfindlichen magnetischen Fühlglied aufgenomgesehen ist. 60 men, verstärkt und zum Antrieb einer Synchronuhr
7. Elektrische Uhr nach einem der vorhergehen- verwendet zu werden. Auf diese Weise läßt sich die
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohe Konstanz der Netzfrequenz zum Betrieb euer
Transistormotor ein Freiläufer ist, daß der .ge- schnurlosen elektrischen Uhr mit hoher Genauigkeit
sonderte Oszillator (C) ein Unruhschwinger mit ausnutzen.
einer Triebspule (27), einer Abnahmespule (28), 65 Nun ist aber das magnetische Induktionsfeld des
einem Transistor (T3^) und einer mit der Fühl- Installationsnetzes örtlich und zeitlich keineswegs
und der Abnahmespule gekoppelten Unruhe (22, konstant. Häufig erzeugen verschiedene elektrische
23) ist, sowie daß die magnetisch mit dem Läufer Geräte und Netzleitungen je nach ihrem Einschaltung»-
3 4
zustand mehr oder weniger stark schwankende In- F i g. 6 eine Einzeldarstellung des Transistormotors
duktionsfelder, die sich gegenseitig durchdringen und und des Oszillators der Synchronuhr,
interferieren. Dadurch können örtlich und zeitlich F i g. 7 (I) bis 7 (III) Diagramme zur Erläuterung
Zonen besonders niedriger Feldstärke auftreten; in des Umschaltvorganges,
manchen Fällen schwankt das Induktionsfeld auch 5 F i g. 8 (I) und 8 (II) das Schaltbild und die Kenn-
durch Bewegung oder Betätigung eines Teils aus linie einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
magnetischem Material. Diese Störungen bzw. Feld- und
Schwächungen und Feldunterbrechungen wirken sich F i g. 9 eine schematische Darstellung des Inneren
ungünstig auf die Genauigkeit der schnurlosen Syn- einer erfindungsgemäßen Uhr.
chronuhren aus. Es kann leicht vorkommen, daß die io F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsz.
B. als Wecker ausgebildete Uhr am Abend un- form der Erfindung. Die Uhr enthält einen Fühlgünstig
aufgestellt und erst am nächsten Morgen wieder kreis A für das magnetische Induktionsfeld des instalin
eine Lage gebracht wird, in der das magnetische lationsnetzes, einen Transistormotor B, einen Oszilla-Gtreufeld
zur Synchronisierung ausreicht. Trotzdem tor C und einen Umschalter D.
soll die Uhr keine nennenswerte Gangabweichung 15 Wie F i g. 2 zeigt, enthält der Fühlkreis A eine zeigen. Induktionsspule I mit Ferritkern, um das räumliche
soll die Uhr keine nennenswerte Gangabweichung 15 Wie F i g. 2 zeigt, enthält der Fühlkreis A eine zeigen. Induktionsspule I mit Ferritkern, um das räumliche
Bei der eingangs erwähnten elektrischen Uhr mit Magnetfeld mit der Netzfrequenz zu erfassen. Ferner
zusätzlichem Oszillator ist wegen der mangelnden sind ein Verstärker 2 für das aufgenommene Signal,
Frequenzkonstanz des normalerweise vom Steuer- ein Differenzierglied 3 mit RC-Glied zur Umwandsignal
synchronisierten Oszillators keine ausreichende 20 lung der rechteckigen Ausgangsspannung des VerGanggenauigkeit
über längere Zeitabschnitte erreich- stärkers 2 in Triggerimpulse und ein Frequenzteiler 4
bar. Sie kann also die Aufgabe, bei längeren Unter- mit einem astabilen Multivibrator vorgesehen. Der
brechungen und Schwächungen des synchronisierenden Frequenzteiler setzt die Impulsfrequenz auf ein Viertel
Magnetfeldes eine ausreichende Ganggenauigkeit zu der Netzfrequenz herab,
gewährleisten, nicht lösen. as Der frei laufende Transistormotor B besteht aus
gewährleisten, nicht lösen. as Der frei laufende Transistormotor B besteht aus
Demgegenüber ist die erfindungsgemäße elektrische einem Transistor Tr, einer Feldwicklung 5 und einem
Uhr der eingangs erwähnten Art gekennzeichnet durch vierpoligen Läufer 6. Der Oszillator C besieht aus
ein induktives Fühlglied für das als Steuersignal einer Unruhe 7, die als Frequenznormal dient, einer
dienende magnetische Streufeld eines elektrischen In- Triebspule 8, einer Fühlspule 8', einer Synchronisier-
stallationsnetzes, ein vom Steuersignal unabhängiges 30 spule 9, einem Transistor Tr1 und Schalttransistoren S2
Frequenznormal für den ständig frei schwingenden und S3. Die Synchronisierspule 9 ist magnetisch mit
Oszillator und eine Umschaltvorrichtung, die bei dem Läufer des Transistormotors gekoppelt und über
Störungen und Ausbleiben des Induktionsfeldes der einen Schalttransistor S1 und einen Verstärkungs-
Netzfrequenz eine Synchronisierspule des Transistor- transistor Tr1 elektrisch mit dem Frequenzteiler 4 ver-
motors mit dem Oszillator statt mit dem Fühlglied 35 bunden.
verbindet. Der Umschalter D besteht aus einem monostabilen
Erfindungsgemäß dient also der Oszillator nicht Multivibrator 10, der vom Differenzierglied 3 beaufständig
zum Antrieb des Uhrwerksmotors unter Beein- schlagt wird und dadurch eine Rechteckspannung mit
flussung durch das Steuersignal, sondern der völlig konstanter Pulsbreite erzeugt, einem Widerstand 11
frei schwingende Oszillator wird erst beim Ausbleiben 40 und einem Kondensator 12 zur Umwandlung dieser
oder bei Unregelmäßigkeiten des Steuersignals nach Rechteckspannung in eine Gleichspannung und einem
Bedarf zum Antrieb des Uhrwerks herangezogen. Es Schmitt-Trigger 13 mit den Transistoren Tr9 und TrK.
hat sich gezeigt, daß die in der belgischen Patentschrift Der Kollektor des Transistors Tr1 ist mit den Basis-707
866 verwirklichte Doppelfunktion des Oszillators elektroden der Schalttransistoren S, und S1 verbunden.
als Zwischenglied für die Synchronisierung des Uhr- 45 Der Schalttransistor S1 ist vom NPN-Tjrp. te Tranwerks
mit dem Steuersignal und als zeithaltendes Glied sistor S, vom PNP-Typ, der Transistor S1 vom NPN-beim
Ausfall desselben nicht zu einer Vereinfachung, Typ. Wenn also das magnetische Induktionsfeld des
sondern zu einer aufwendigeren Schaltung führen muß, Installaticnsnetzes normal ist, sind S1 geöffnet, S1
weil man in diesem Falle zusätzlich eine Rückstellvor- gesperrt und S3 geöffnet, während im FaUe einer Feldrichtung
für größere Abweichungen bei längerem Aus- 50 störung S1 und S3 gesperrt und S2 geöffnet sind,
fall des Steuersignals vorsehen muß. Ernndungsgemäß F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild einer verbesserten konnte dagegen durch die völlige Trennung der draht- Ausführungsform der Uhr nach F i g. 1. Sie besitzt losen Steuerung von dem ersatzweise herangezogenen zusätzlich einen ÄC-Oszillator 35 und ein Anzeige-Oszillator eine einfach aufgebaute Schaltung mit gerät 37 für Batteriespannung und magnetische Feldaußerordentlich hoher Zuverlässigkeit verwirklicht 55 stärke. Der ÄC-Oszillator 35 empfängt ein Signal von werden. etwa 50 oder 60 Hz (Netzfrequenz), das vom äußeren
fall des Steuersignals vorsehen muß. Ernndungsgemäß F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild einer verbesserten konnte dagegen durch die völlige Trennung der draht- Ausführungsform der Uhr nach F i g. 1. Sie besitzt losen Steuerung von dem ersatzweise herangezogenen zusätzlich einen ÄC-Oszillator 35 und ein Anzeige-Oszillator eine einfach aufgebaute Schaltung mit gerät 37 für Batteriespannung und magnetische Feldaußerordentlich hoher Zuverlässigkeit verwirklicht 55 stärke. Der ÄC-Oszillator 35 empfängt ein Signal von werden. etwa 50 oder 60 Hz (Netzfrequenz), das vom äußeren
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden i.iduktionsfeld abgeleitet ist, und erzeugt daraus eine
nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Sinusschwingung mit genau 50 oder 60 Hz. Diese
Hierin ist wird in einem Pulsformer 36 in eine Rechteckschwin-
F i g. 1 ein Blockschaltbild der zu beschreibenden 60 gung verwandelt. Mittels des Spannung*- und Magnet-Synchronuhr,
feldanzeigegerätes läßt sich die magnetische lnduk-
F i g. 2 ein mehr ins einzelne gehende Schaltbild tionsfeldstärke am Aufstellungsort der Uhr über-
derselben, wachen.
F i g. 3 und 4 eine Übersichtsdarstellung und ein Dem ÄC-Oszillator 35 ist bei dieser Ausführungs-
dctailliertes Schaltbild einer anderen Ausführungsform «5 form ein Begrenzer 34 vorgeschaltet, dessen Aufbau
der Erfindung, · und Wirkungsweise weiter unten erläutert wird. Die
F i g. 5 (I) und 5 (II) Schaltbild und Kennlinie des Eingangsspannung für den Umschalter wird am Ausverwendeten
Begre srs, gang des Verstärkers 2 abgenommen uad über einen
weiteren Verstärker 38 und ein Differenzierglied 39 auf den monostabil^ Multivibrator 10 gegeben. Ein
Spannungsregler 33 liefert die Betriebsspannungen für diejenigen Stufen, die besonders konstante Spannungen
benötigen.
Aufbau und Wirkungsweise dieser Synchronuhr werden nun im einzelnen an Hand der F i g. 4 A
und 4 B erläutert.
Der Induktionsspule 1 mit Eisenkern ist ein so gewählter Kondensator C3 parallel geschaltet, daß der
gebildeteLC-Kreis auf die Netzfrequenz abgestimmt ist.
Wenn die magnetischen Kraftlinien des elektromagnetischen Feldes die Induktionsspule schneiden,
wird eine Sinusspannung mit der Netzfrequenz in der Spule induziert. Diese sehr schwache Signalspannung
wird auf die Basis des Transistors 7\ in Emitterschaltung gegeben, so daß an dessen Kollektor eine
verstärkte Spannung abgenommen werden kann. R2 ist ein Vorwiderstand, R3 der Kollektorwiderstand,
Rt der Emitterwiderstand und T2 eine Vorspannungsdiode
zur Temperaturkompensation. C1 und C7 sind
Uberbrückungskondensatoren. Die vom Kollektor des Transistors 7", abgenommene Spannung wird in
den Transistoren T3 und T1 weiter verstärkt. Hierbei
sind Rb, R9, Rs und R10 Vorwiderstände, R7 und' Rn
sind Kollektor«iderstände, /?„ und R12 sind Emitterwiderstände,
C8, C10 und C12 sind Kopplungskondensatoren
und C9 und C1, (jberbrückungskondensatoren.
Diese Bauelemente bilden den Signalverstärker 2.
Ein Transistor 7"5, Vorwiderstände A13 und Zf14, die
Kompensationsdiode 7"6, Kollektorwiderstände Rlb
und R16, ein Emittenviderstand R1-, und ein Überbrückungskondensator
C13 bilden einen nichtlinearen Amplitudenbegrenzer 34 zum Abschneiden des Eingangssignals,
so daß auf den ÄC-Oszillator 35 keine zu große Eingangsspannung gelangen kann.
Dieser KC-Oszillator besteht aus dem Transistor T1,
den Vorwiderständen Ri0, Rn und 17?2, einer Temperaturkompensationsdiode
7~g. einem Kollektorwiderstand Zf22, einem Emilterwiderstand A23, einem Überbrückungskondensator
C15, einer Rückkopplungsleitung, Konderisatoren C16. C17 und C111 und Widerständen
/?Ιβ, VR1 und R1 „. Sie bilden einen Sinuswellenoszillator
vom Phasenschiebertyp, worin die Schwingfrequenz durch den einstellbaren Widerstand
IR1 so gut wie möglich auf die Netzfrequenz eingestellt
wird. Der einstellbare Widerstand VRx dient
zur Wahl des Arbeitspunktes auf der Kennlinie des Transistors T1.
Das Ausgangssignal des Amplitudenbegrenzers 34 wird über den Kopplungskondensator C14 auf die
Basis des Transistor T1 gegeben. Die Schwingfrequenz
des ZJC-Oszillators wird dadurch mit dem Eingangssignal
synchronisiert. Auf diese Weise kommt eine gewisse Siebwirkung zustande, d. h., selbst wenn das
vom Fühlglied 1 aufgenommene Signal durch magnetische Störfelder oder aus sonstigen Gründen verzerrt
ist, ergibt sich eine eindeutige Sinusschwingung.
Dies gilt aber nur, wenn keine allzu große Eingangsspannung auf die Basis des Schwingtransistors T1
gelangt; anderenfalls wird die Ausgangsspannung des ÄC-Oszillators verzerrt. Die Eingangsspannung desselben
muß deshalb auf einen Wert beschränkt bleiben, der so gering ist. wie es im Hinblick auf die
Synchronisierung mit der Frequenz des Eingangssignals noch vertretbar ist; hierbei sind Schwankungen
der Betriebsspannung, der Umgebungstemperatur und Alterungserscheinungen zu berücksichtigen.
Um dies zu ermöglichen, ist der Amplitudenbegrenzer 34 vorgesehen, der in F i g. 5 (I) nochmals
herausgezeichnet ist. F i g. 5 (II) zeigt die zugehörigen Ausgangskennlinien. Wie aus der Kennlinie A hervorgeht,
beginnt die Sättigung der Kollektorspannung bei einer Eingangsspannung von 140 mVp~p, Die gesättigte
Ausgangsspannung beträgt etwa 1,3 mVp-p.
Da diese Spannung zu groß für den Eingang des ÄC-Oszillators ist, wird sie in den Kollektorwiderständen
R15 und R16 geteilt und ergibt dadurch eine
maximale Eingangsspannung von 140 mVp-p gemäß
Kurve B.
Nunmehr wird in der Beschreibung der F i g. 4 fortgefahren. Die Ausgangsspannung des /?C-Oszillators
35 wird über den Widerstand Ru auf die Basis eines Emitterfolger mit dem Transistor Γ,, dem
Kollektorwiderstand A25 und dem Emittenviderstand
Rlt gegeben. Dieser Emitterfolger dient als Eingangsstufe des Rechteckformers 36, der einen zweistufigen
ao nichtlinearen Verstärker mit den Transistoren !T10
und T11 enthält.
Die vom Emitter des Transistors 7", abgenommene
Spannung wird über den Kopplungskondensator C11
auf die Basis des Transistors 7"10 gegeben. Dadurch
wird der Transistor T10 kräftig übersteuert, so daß an
seinem Kollektor eine Rechteckschwingung auftritt.
Diese wird im Transistor T11 abermals verstärkt und
übersteuert, um die Rechteckform zu verbessern.
Die rechteckige Ausgangsspannung wird nach Spannungsteilung in den Kollektorwiderständen R33 und
R3t auf die Differenzierstufe 3 gegeben. Diese besteht
aus dem Kondensator C23 und dem Widerstand R36.
Die so gebildete Triggerspannung gelangt über eine Kopplungsdiode O4 zum Frequenzteiler 4, der als bistabiler
Multivibrator aufgebaut ist. Er besteht aus den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T11 und
T13, dem Transistor 7",4, den Dioden O5 und O6, den
Widerständen R311 und R3S, den Kondensatoren C24
und Co3 und den Kollektorwiderständen R37 und Λ40.
Hat die Netzfrequenz die Größe /, so kann sie durch vier geteilt werden, indem die Sperrzeit - des
Transistors T13 mittels des Kondensators C24 und des
Widerstandes Ä3S so gewählt wird, daß sie auf einem
passenden Wert zwischen
50
liegt.
liegt.
O5 und O8 dienen zur Temperatur- und Spannungskompensation der freien Schwingungsperiode des
Frequenzteilers.
Die Ausgangsspannung des Frequenzteilers (beispielsweise 15 Hz bei einer Netzfrequenz von 60 Hz]
wird im Verstärkungstransistor T14 verstärkt, und dei
verstärkte Strom fließt über die Synchronisierwicklung Lc, den Transistor 7"15, den Widerstand R41 und
den Transistor 7"14 zur Masse.
In F i g. 6 sind der Frequenzteiler 4, der Transistormotor und einige andere Teile mit mehr Einzelheiten
dargestellt. Der Motor besitzt eine Triebspule L1 und eine Abnahmespule L2. C36 ist ein Kondensator zui
Unterdrückung von Schwingungen, Lc die Synchronisierspule,
14 der Läufer des Motors, 15 und 16 Schnecke und Schneckenrad, 17 das Sekundenrad und
18 der Sekundenzeiger.
7 8
19, die in Spitzenlagern 20 gelagert ist, eine Unruh- itC-Gliedes groß genug gewählt ist, ergibt sich eine
feder 21 und zwei Unruhscheiben 22 und 23. An nahezu konstante Gleichspannung aus der Rechteck-
diesen sind einander zugekehrte Magnete 24 und 25 5 spannung.
befestig, zwischen denen sich eine Treibspule 27 und Die Gleichspannung wird auf die Basis des Schmitteine Abnahmespule 28 befinden. Ferner sind noch Triggers 13 gegeben, der die Transistoren Tn und Tu
Ausgleichsgewichte 26 vorgesehen. sowie die Widerstände R(% bis Rn enthält. Wenn das
ausgelegt. Diese Drehzahl wird mittels der Synchroni- wodurch Transistor F16 geöffnet bleibt, so daß die
sierspule Lx auf ihrem genauen Wert gehalten. Die Synchronisierspule Lc von einem Strom mit der Fre-
dsrart reduziert, daß der Sekundenzeiger 18 im rieh- frequenz synchronisiert ist.
tigen Takt umläuft. Diese Betriebsweise gilt, solange 15 Nun trete eine Störung des äußeren Magnetfeldes
das mit der Netzfrequenz schwankende magnetische auf; die entsprechenden Verhältnisse sind in Fi g. 7(11)
Induktionsfeld stabil bleibt. Im Falle einer äußeren dargestellt. Nach Kurve A sind die einzelnen Impulse
Feldstörung oder eines Netzausfalls bleibt aber die der aus dem Eingangssignal gewonnenen Rechteck-Synchronisierfrequenz aus oder wird gestört, so daß spannung unregelmäßig verteilt. Wenn diese Spannung
der Transistormotor instabil weiterläuft. ao in einer Trigger-Spannung umgewandelt wird, ergibt
in noch zu beschreibender Weise gesperrt; die vom infolgedessen unregelmäßig angestoßen, wie Kurve C
mit der Frequenz 15 Hz bleibt also ganz aus. Gleich- »5 nungZ), die den Mittelwert der Ausgangsspannung
zeitig wird ein vom Oszillator C geliefertes Synchroni- des Multivibrators 10 darstellt, schwächer (s. Kurve D).
siersignal mit der Frequenz 15 Hz über den Schalt- Sinkt diese Gleichspannung unter einen bestimmten
transistor TM auf die Synchronisierspule Lc gegeben, Schwellenwert, so kippt der Schmitt-Trigger, d. h.,
so daß der Transistormotor nunmehr mit der Fre- Transistor Ta wird gesperrt und Transistor 7"M ge-
quenz des Normaloszillators C synchronisiert wird. 30 öffnet. Das Kollektorpotential des Transistors Tn
obenerwähnten Unruhe, die das eigentliche Frequenz- auf Null, Dieses Potential gelangt auf die Basis des
normal darstellt, einen Transistor Tn und einen Transistors C15, so daß dieser gesperrt wird. Der mit
der Abnahmespule 28 in bekannter Weise verbunden 35 Spule Le wird also unterbrochen,
sind. Die Unruh ist ständig in Betrieb. Der Kollektor des Schmitt-Triggers erhält seine
Die Umschaltvorrichtung enthält einen Spannungs- Versorgungsspannung von einer konstanten Spanverstärker 38. ein Differenzierglied 39, einen mono- nungsquelle, die bei Betrieb der ganzen Uhr mit einer
stabilen Multivibrator 10, einen Integrator 12 und Spannung von 3 Volt etwa 1,5 Volt ausmacht. Die
einen Schmitt-Trigger 13. Ihre Arbeitsweise wird an 40 Steuerspannung am Ausgang des Schmitt-Triggers
Hand der F i g. 7 erläutert, worin A die Ausgangs- beträgt also bei öffnung des Transistors Tn etwa OVoIt
spannung des Verstärkers 38, B den Spannungsverlauf und bei gesperrtem Transistor Tn etwa 1,5 Volt,
an der Stelle a in F i g. 4, C die Ausgangsspannung Diese Spannung ist zu niedrig, um die Schalttransistodes monostabilen Multivibrators und D die Gleich- ren T30 und T1, zu steuern. Um eine ausreichende
spannung an der Stelle b in F i g. 4 zeigt. 45 Steuerspannung von etwa 3 Volt zu erhalten, wird der
F i g. 7 (I) bezieht sich auf die Arbeitsweise im Kollektorausgangsstrom des Transistors Tn in den
normalen Magnetfeld, so daß die verstärkte Signal- Transistoren T11 und 7*M verstärkt, bevor er auf die
spannung regelmäßig ist, wie bei A gezeigt. Bei dieser Schalttransistoren T„ und T30 gegeben wird.
Ausführungsfonn ist der zusätzliche Spannungsver- Wie erwähnt, ist der Transistor Tn gesperrt, solange
stärker 38 mit den Transistoren T17 bis TM vor- 50 das Magnetfeld stabil ist. In diesem Zustand ist der
gesehen, damit der monostabile Multivibrator auch Transistor T„ geöffnet und Transistor TK gesperrt
bei der in Wohnungen herrschenden minimalen Feld- Die Transistoren Tx, und T30 werden von der Kollektorstärke von 2,5 · 10-7 Oersted sicher betrieben werden spannung (3 Volt) des Transistors Tts gesteuert. Trankann. Im Spannungsverstärker 38 wird das Eingangs- sistor T1, ist ein NPN-Transistor und T30 ein PNP-signal so kräftig verstärkt, daß sich am Ausgang eine 55 Transistor. In diesem Fall wird Transistor T30 gespem
kräftige Rechteckspannung ergibt, die dann in eine und Tti geöffnet. Somit fließt des Antriebsstrom dei
Trigger-Spannung für den monostabilen Multivibrator Unruhe im Normaloszillator von der Spannurgsquelh
verwandelt wird. Der Spannungsverstärker 38 ist vier- (+ 3 Volt) über Transistor T1+, Triebspule 27 (F i g. 6
stufig; seine Ausgangsspannung wird im Differenzier- und Transistors 7"M zur Masse, nicht aber durch dii
glied 39, bestehend aus Kondensator C33 und Wider- 60 Synchronisierspule.
stand Ag0, in die Trigger-Spannung gemäß B in Wenn dagegen eine Störung des äußeren Magnet
durch ein Rechtecksignal mit einer der Netzfrequenz und die Transistoren Γβ und T„ gesperrt werder
gleichkommenden Frequenz gemäß C in F i g. 7 (I) 65 Infolgedessen verschwindet die Steuerspannung voi
(konstante Pulsbreite mit konstanter Periode). Diese Ausgang des Transistors rt8. Infolgedessen wir
9 10
nunmehr von der Spannungsquelle (+3 Volt) über teilers des astabilen Multivibrators gestört wird, wirkt
die Synchronisierspule Lc, den Transistor T30, die An- sich dies unmittelbar auf den Synchronisierstrom des
triebsspule 27 und den Transistor T31 zur Masse. Transistormotors aus.
Somit wird der Transistormotor synchron mit der Zur besseren Überwachung des magnetischen In-Schwingfrequenz der Unruh betrieben; letzterer muß 5 duktionsfeldss und der Batteriespannung ist bei der
selbstverständlich so einreguliert sein, daß sie eine Ausführungsform nach F i g. 3 und 4 ein Anzeige-Frequenz von 15 Schwingungen in der Sekunde auf- gerät für diese beiden Größen vorgesehen. Es enthalt
weist. Da die Unruhe kurzzeitig ein sehr genaues einen Transistor Tu, einen Vorwiderstand A41, Kollek-Frequenznormal ist, wird der Transistormotor weiter- torwiderstand ÄM, Emitterwiderstand Ru, Dioden D,
hin synchron mit der Normalfrequenz angetrieben, io und D10, Kopplungskondensator Cn, Schalter SW-X
obwohl das äußere Magnetfeld gestört Ist. und SW-I und ein Amperemeter hoher Empfindlich-
schwachen oder ganz verschwindenden magnetischen Die verstärkte Ausgangsspannung des Transistors Γ«
spannung des Spannungsverstärkers 38 die Form A 13 noch weiter zu verstärken. Dieses Signal wird den
in dieser Figur an, stellt also eine reine Sinusschwin- Gleichrichterdioden D1 und D1, und dem Ampere-
gung dar. Da sie innerhalb der Schaltung erzeugt wird, meter über den Kopplungskondensator Cn zugeführt,
trägt sie keine unmittelbare Beziehung zu der Netz- Ist die Feldstärke hoch, so tritt am Kollektor des
frequenz und kann unberücksichtigt bleiben. Transistors ΓΙ( eine große Ausgangsspannung auf,
keine Spannung auf, so daß auch der monostabile und umgekehrt. Da dem Amperemeter kein Konden·
mit wird die Ausgangsgleichspannung des Integra- Dämpfung bei, folgt allerdings auch den Veränderun-
tors 12 im wesentlichen gleich Null, und der Schmitt- 15 gen der Magnetfeldstärke um etwa eine halbe Periode
gen der Unruh synchronisiert. und SW-2 ist es möglich, das Amperemeter sowohl zur
wenn das Kollektorpotential von Γ,, verschwindet den Dioden D1 bis D1 und dem Kondensator C1
(Tu geöffnet). besteht. Am Ausgang B dieses Spannungsreglers
vibrators gegen Speisespannungsinderungen. Gleich- etwa 2 und 3 Volt
zeitig bewirken diese Dioden eine leichte Amplituden- F i g. 8 (I) zeigt eine Abänderung der beschriebenen
verringerung der Rechteckspannung, wenn die Um- Schaltung, bei der ein Filter F, das auf die Netzfrequenz
gebungstemperatur ansteigt Dadurch wird die Aus- 40 abgestimmt is^ zwischen dem Fühlgjted fur das inagne-
gangsgleichspannung des Integrators 12 herabgesetzt. tische Induktionsfeld und dem Spannungsverstärker
pensiert. 43 motor snSreibM kann. Das Frequeazverhatten diese«
nung zu. Gleichzeitig wird die Bais-Emitter-Spannung der beschriebenen Uhr bei abgenommener Ruckwand,
des Transistors Tn erhöht, wodurch die Schwankung In dem GehiUM 29 befindet sich die zur Abnahme des
der Schwellenspannung kompensiert wird. 30 äußeren Magnetfeldes dienende Induktionsspule 1. Das
Der monostabile Multivibrator 10 ist an sich nicht Uhrwerk ist auf einer Grundplatte 30 aufgebaut Man
unbedingt notwendig. Er ermöglicht aber eine größere erkennt die UnruhweOe 19, die Lager 20, die Unruh-Schwankungsbreite der Gleichspannung am Eingang feder 21, die Unruhscheiben 22 und 23, die Magnete 24
des Schmitt-Triggers selbst bei einer verhältnismäßig und 25, die Ausgleichgewichte 26, den Läufer 14 do
geringen Störung des magnetischen Induktionsfeldes. 55 Transistormotors, die Schnecke 15 und das Schnecken-Gleichzeitig läßt sich dadurch eine quasistationäre rad 14, das Sekundenrad 17 und den Sekundenzeiger It
Rechteckschwingung, unabhängig von dem Absinken · X, Y und Z bedeuten die Achsenrichtungen der Inder Batteriespannung und von Temperaturschwan- duktionsspuk 1, der Unruhweife 21 und des Motorklingen, erzeugen. Auch Intensitätsänderungen des laufen 14.
magnetischen Induktionsfeldes bleiben ohne Einfluß, 60 Da der Transistonnotor und der Unruhschwinga
solange die Feldstärke den festgesetzten Schwellenwert Magnete enthalten, ist beim Betrieb der elektrisches
nicht unterschreitet Uhr eine magnetische Störung durch die Drehung unsä
frequenz soll möglichst wenig unterbrochen werden. tischen Felder werden (bei einer Frequenz von 15 Hz]
den. Wenn nämlich die Arbeitsweise des Frequenz- lung des Transistormoton und die UnruhweOe κ
angeordnet, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen; die magnetisch aktiven Elemente sind etwa in
der Mitte der erwähnten Bauteile angeordnet, d. h. auf der zu den Achsen X, Y und Z senkrechten
Linie Z', Y', X'. Mit dieser Anordnung kann die beim Betrieb auftretende magnetische Interferenz zwischen
der Antriebsspule des Transistormotors und derjenigen des Unruhschwingers weitgehend vermieden werden;
auf diese Weise wird erreicht, daß die Arbeitsweise des Uhrwerks von Netzausfällen, Feldstörungen odei
schwachen Magnetfeldern völlig frei ist und eine hohe Anzeigegenauigkeit gestattet.
Claims (1)
1. Drahtlos mit einem periodischen Steuersignal 5 Umschalteinrichtung (D) abwechselnd geöffnet und
synchronisierte elektrische Uhr mit einem Tran- gesperrt gehalten werden.
sistormotor zum Antrieb des Uhrwerks und einem 8. Elektrische Uhr nach einem der vorhergehen-
mit der Steuersignalfrequenz schwingenden Oszilla- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
tor, der beim Ausbleiben des Steuersignals den Achsen (X, Y, Z) der Abnahmespule (1) für das
Transistormotor antreibt, gekennzeichnet io magnetische Induktionsfeld, der Unruh (22, 23)
durch ein induktives Fühlglied (1) für das als des Oszillators und des Läufers (14) des Tran-
Steuersignal dienende magnetische Streufeld eines sistonnotors parallel zueinander in der gleichen
elektrischen Installationsnetzes, ein vom Steuer- Ebene angeordnet sind,
signal unabhängiges Frequenznormal (22, 23) für
den ständig frei schwingenden Oszillator (C) und 15
eine Umschaltvorrichtung (D), die bei Störungen
und Ausbleiben des Induktionsfeldes der Netz-
frequenz eine Synchronisierspule (9) des Transistormotors (B) mit dem Oszillator statt mit dem
Fühlglied verbindet. ao
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