DE2201557B2 - Synchronisiereinrichtung fuer ein zeithaltendes instrument - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung für ein zeithaltendes Instrument, beispielsweise eine Kleinuhr, wie eine Armbanduhr, mit einem elektrische Steuerimpulse konstanter Größe und konstanter, jedoch mittlerer Synchronisierfrequenz, beispielsweise geteilter Quarzfrequenz, erzeugenden Impulserzeuger, dessen Steuerimpulse einer Steuerschaltung einer elektrodynamischen, zum Antrieb des Instruments dienenden Antriebsvorrichtung zuführbar sind, die mindestens eine Antriebsspule und relativ beweglich hierzu ein Permanentmagnetsystem hat und mit deren Hilfe ein mechanischer Schwinger mit konstanter Synchronisierfrequenz und Synchronisieramplitude in Schwingung versetzbar ist, dem ein eine im wesentlichen konstante Gegenkraft ausübendes Federglied entgegenwirkt.

Es ist bereits bekannt, zeithaltenden Instrumenten, insbesondere Uhren, Antriebsimpulse konstanter Frequenz zuzuführen, die üblicherweise durch einen Erzeuger von Steuerimpulsen gesteuert werden. Dabei wird im allgemeinen ein mechanischer Schwinger synchronisiert, der üblicherweise eine von dieser Synchronisierfrequenz abweichende Eigenfrequenz aufweist. Um nun diese Eigenfrequenz zu unterdrükken, ist es bekannt, die Antriebsimpulse so kräftig zu machen, daß der Einfluß der Eigenfrequenz unterdrückt wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß eine große Energiequelle erforderlich ist.

Einfacher ist die Synchronisierung von Schrittschaltwerken, die jedoch nur in besonderen Fällen für den Antrieb einer Uhr brauchbar sind. Der Grund liegt darin, daß ein solches Schrittschaltwerk mangels eines eigentlichen Schwingvorgangs gar keine Eigenschwingung hat und insofern diese auch nicht unterdrückt werden muß. Tritt jedoch ein Stoß auf, so liegt hier der Nachteil vor, daß ein Antriebsimpuls übersprungen werden kann und damit die Genauigkeit der Uhr leidet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, ein zeithaltendes Instrument auf eine bestimmte Synchronisierfrequenz einzuregeln und bei Abweichen von dieser Frequenz den Schwinger wieder auf diese Synchronisierfrequenz zurückzuführen, wobei dieser Synchronisiervorgang mit einer verhältnismäßig geringen Energie durchführbar ist. Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Synchronisiereinrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in fester geometrischer Beziehung zur Antriebsspule mindestens ein ferromagnetisches Zusatzelement vorgesehen ist, das bei der Relativbewegung von Antriebsspule und Permanentmagnetsystem im Zusammenwirken mit dem letzteren eine Synchronisierkraft zum Einregeln erzeugt, die bei größer werdender Amplitude die Schwingerfrequenz verkleinert bzw. bei kleiner werdender Amplitude vergrößert, oder umgekehrt. Durch diese neuartige Einrichtung ist es nun möglich, die Gegenkraft so zu gestalten, ao daß sie nicht mehr linear ist, und damit wird erreicht, daß bei Abweichen von der Synchronisieramplitude eine rasche Rückführung und damit Einregelung auf die Synchronisieramplitude und -frequenz wieder erfolgt. Es ist dabei gar nicht notwendig, daß die Antriebsimpulse größer als üblich gewählt werden. Gegen Stöße oder sonstige Einflüsse, die ein Abweichen von der Synchronisierfrequenz und Amplitude erzeugen, ist nunmehr das zeithaltende Instrument unempfindlich.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird folgendes ausgeführt:

Es wird der Einfachheit halber angenommen, daß sich auf dem Schwinger eine Antriebsspule befindet, die im Zusammenwirken mit einem stationären Permanentmagnetsystem ungefähr in der Null-Lage, d. h. im Zustand der größten Geschwindigkeit, bei jeder Halb- oder Vollschwingung einen Antriebsimpuls erhält. Diese Antriebsimpulse werden über die eigenen Schwingungen des Schwingers gesteuert. Wenn durch eine Impulsquelle, die von außerhalb Steuerimpulse bestimmter Synchronisierfrequenz und Impulsdauer liefert, die Antriebsimpulse entsprechend beeinflußt werden, wird der Schwinger auf diese Synchronisierfrequenz eingeregelt. Bei der Erklärung dieses Einregeins wird zuerst angenommen, daß der Schwinger bereits synchron mit der Synchronisierfrequenz schwingt und taktmäßig Antriebsimpulse solcher Größe erhält, daß die Schwingungen des Schwingers mit der konstanten Synchronisierfrequenz und konstanter Synchronisieramplitude aufrechterhalten werden.

Im Gegensatz zu den üblichen Uhrenantrieben ist nun gemäß der Erfindung die Anordnung so getroffen, daß bei Änderung der Amplitude, beispielsweise durch Stoß, die Gegenkraft gegen die durch den Antrieb hervorgerufenen Schwingungen nicht konstant bleibt, sondern sich ändert. Beispielsweise erhöht oder ermäßigt sich diese Gegenkraft innerhalb eines bestimmten Amplitudenbereiches ständig bei Abweichen von der Synchronisieramplitude. Im Gegensatz zu den üblichen Schwingern, bei denen trotz Amplitudenänderung infolge einer gleichbleibenden Gegenkraft die Frequenz des Schwingers nahezu unverändert bleibt, wird nun die Schwingerfrequenz verändert, die sich damit von der Synchronisierferquenz nach oben oder unten entfernt. Durch den Unterschied zwischen der Synchronisierfrequenz und der Schwingerfrequenz ergibt sich eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen den Steuerimpulsen und den Antriebsimpulsen. Dies hat zur Folge, daß die Antriebsimpulse bei vergrößerter Amplitude verkleinert und bei verkleinerter Amplitude vergrößert werden. Durch diesen Vorgang ergibt sich eine rasehe Einregelung der Schwingerfrequenz auf die Synchronisierfrequenz und auf die Synchronisieramplitude.

Diese Einregelung kann entweder durch eine Steuerung mit Hilfe der Rückflanke oder der Vorderflanke der Steuerimpulse erzielt werden. Dies steht im Zusammenhang mit der Wahl der sich ändernden Gegenkraft, d. h. damit, ob bei sich ändernder Amplitude die Schwingerfrequenz abnimmt oder zunimmt. In jedem Falle werden die Antriebsimpulse bei vergrößerter Amplitude so lange verkleinert, bis die Synchronisierfrequenz und die Synchronisieramplitude erreicht ist. Bei abnehmender Amplitude ist der Vorgang umgekehrt.

Vorteilhaft ist es, wenn im Einregelbereich die Änderung der Schwingerfrequenz als Funktion der Amplitudenänderung verhältnismäßig groß ist, da dann ein besonders rasches Einregeln erfolgt. Dabei kann günstigerweise im Einregelbereich die Änderung der Schwingerfrequenz ungefähr proportional der Amplitudenänderung sein, d. h., die Kurve wäre im wesentlichen eine Gerade.

Da das Zusatzelement ständig ummagnetisiert wird, ist es vorteilhaft, wenn das ferromagnetische Element aus einem Material besteht, das kleine Hystereseverluste, beispielsweise ähnlich Ferriten hat.

Die Synchronisiereinrichtung gemäß der Erfindung ist für sehr unterschiedliche Synchronisierfrequenzen brauchbar, beispielsweise für Frequenzen des Schwingers von der Größenordnung beispielsweise von 1 bis 30 Hz. Auch die Synchronisieramplituden können in weiten Grenzen, beispielsweise zwisehen 280 und 30°, geändert werden.

Eine besonders günstige Form des Zusatzelementes besteht in der Ausbildung eines dünnen Plättchens, doch ist es ohne weiteres auch möglich, dieses Zusatzelement in anderer Form vorzusehen, beispielsweise als ein ferromagnetisches Pulver, das in einem Träger dispergiert ist.

Infolge der beidseitigen Schwingungen des Schwingers ist es günstig, wenn das ferromagnetische Element zur Erzeugung gleicher Verhältnisse in beiden Schwingungsrichtungen symmetrisch zur Schwingungsmittelebene angeordnet ist. Es kann dabei in dieser Ebene vorgesehen sein oder auch bei mehreren derartigen Zusatzelementen in und/oder beidseits dieser Schwingungsmittelebene.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 2 a eine schematische Darstellung eines Steuerimpulserzeugers im Zusammenhang mit dem Antrieb des Schwingers,

F i g. 3 eine Teilseitenansicht zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Ansicht nach Linie 4-4 der Fig. 3.

In dem ersten Ausführungsbeispiel nach den

F i g. 1 und 2 ist ein mechanischer Schwinger in Form einer Unruh vorhanden, die eine Antriebsspule trägt. Dieser Antriebsspule werden nun Antriebsimpulse von Synchronisierfrequenz zugeführt. Zur Erzeugung dieser Antriebsimpulse kann ein beliebiger Impulserzeuger verwendet werden, solange nur sichergestellt ist, daß diese Antriebsimpulse eine konstante Frequenz aufweisen. Ein bekannter Erzeuger dieser Art, der auch vorzugsweise im Zusammenhang mit der zu beschreibenden Synchronisiereinrichtung verwendet wird, ist in F i g. 2 a schematisch dargestellt. Mit 100 ist hier der Impulserzeuger bezeichnet, der üblicherweise ein Kristalloszillator, vorzugsweise ein Quarzoszillator, sein kann. Dieser Impulserzeuger liefert Steuerimpulse an eine Anzahl von Frequenzteilern 102, so daß nun die Steuerimpulsfrequenz auf die gewünschte niedrige Frequenz, beispielsweise 1 bis 30 Hz, nach unten geteilt wird.

Diese Steuerimpulse niedriger Frequenz werden dann einer Leistungsstufe 104 zugeführt, in der mit Hilfe der Steuerimpulse Antriebsimpulse gleicher Frequenz eingeregelt werden, die dann einer Antriebsspule 106 zugeführt werden, die mit einem Magneten 108 zusammenwirkt. Dabei kann entweder die Spule oder der Magnet stationär sein, wichtig ist nur, daß die beiden Teile eine Relativbewegung zueinander durchführen.

Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird nun angenommen, daß der dort eingezeichneten Antriebsspule Antriebsimpulse mit Synchronisierfrequenz zugeführt werden.

Es sei des weiteren darauf hingewiesen, daß der mechanische und elektromagnetische Aufbau der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele weitgehend mit bekannten Konstruktionen übereinstimmt, so daß eine verhältnismäßig kurze Beschreibung ausreichend ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 ist eine Unruh als Ganzes mit 10 bezeichnet. Diese Unruh hat eine Unruhwelle 12, die in Lagern 14 und 16 von Brücken 18 und 20 gelagert ist. Die Unruhwelle trägt einen Unruhkörper 22 und ferner eine Nabe 24, an der eine Antriebsspule 26 und ein Hebestift 28 befestigt ist. Der Unruhkörper ist gegen die Unruhwelle isoliert und an ihm und der Brücke 18 ist eine erste Spiralfeder 30 befestigt. Eine zweite Spiralfeder 32 ist am anderen Ende der Unruhwelle und an einem nicht dargestellten Gestellteil befestigt.

Der Hebestift 28 wirkt mit einem Anker 34 zusammen, der bei 36 schwenkbar gelagert ist und mit seinen Ankerstiften 38 in ein an einer Schaltradwelle 40 befestigtes Schaltrad 42 eingreift.

Die Antriebsspule 26 hat parallele Längsseiten 26 a und 26 6 und zwei diese verbindende Bogenstücke26c und 26 d. Mit ihr wirken vier Paare von Permanentmagneten 44, 46, 48 und 50 zusammen, jeweils zwei Paare sind auf einer Rückschlußplatte 52 bzw. 54 befestigt.

An der einen Längsseite 26 a der Magnetspule, und zwar an der Umfangsfläche und in der Schwingungsmittelebene A-A, ist ein ferromagnetisches Zusatzelement 56 befestigt.

Wenn nun die Unruh in Schwingung ist und der Antriebsspule, wie bereits oben erwähnt, Antriebsimpulse zugeführt werden, so ist die Wirkung des ferromagnetischen Zusatzelementes 56 wie folgt:

Es wird angenommen, daß die Unruh 10 und damit die Antriebsspule 26 mit einer konstanten Synchronisierfrequenz von 6 Hz schwingt und kurze Antriebsimpulse gleicher Frequenz im Nulldurchgang der Antriebsspule 26 zugeführt werden. Damit schwingt die Unruh mit Synchronisierfrequenz und Synchronisieramplitude. Während dieser Schwingung von beispielsweise 160 bis 200° wirkt das ferromagnetische Zusatzelement 56 nacheinander mit den verschiedenen Polen der Permanentmagnete 44 bis 50 zusammen. Der Einfachheit halber wird im folgenden nur eine Magnetgruppe mit den Magnetpaaren 44 und 46 betrachtet, da die Wirkung der beiden anderen Magnetpaare 48 und 50 genau gleich ist.

Da es sich bei dem Zusatzelement um einen Körper mit Weicheisencharakter und damit ohne permanenten Magnetismus handelt, wird das Zusatzelement von allen Magneten angezogen, und zwar zuerst vom Nordpol und dann vom Südpol des Magnetpaares 44. Da jedoch hier die Schwingungsgeschwindigkeit der Unruhr sehr hoch ist, ist die Wirkung des Zusatzelements 56 unbedeutend. Schwingt dazu das Element über den Südpol des Magnetpaares 44 hinaus, so gelangt das Zusatzelement in einen Bereich, in dem die Schwingungsgeschwindigkeit wesentlich kleiner ist und sogar durch Null hindurchgeht. Wenn nun das Zusatzelement über den Südpol des Magnetpaares 44 hinausschwingt, so wird bei der weiteren Schwingung bis zur Schwingungsmittelebene A-A eine Art Bremskraft auf die Antriebsspule ausgeübt, d. h., die Gegenkraft der Spiralfedern 30 und 32 wird geschwächt. Im Durchgang durch die Schwingungsmittelebene A-A ist die magnetische Anziehung des Südpols von 44 und des Nordpols von 46 ungefähr gleich, so daß die Wirkung des Elements gleich Null ist. Beim Weiterschwingen auf den Nordpol von 46 zu ergibt sich durch Anziehen des Zusatzelements durch diesen Nordpol eine Verstärkung der Gegenkraft der Spiralfedern 30, 32. Um den Anschlag von 180° ist deshalb nach beiden Richtungen die Gesamtgegenkraft nicht linear, beispielsweise über einen gewissen Bereich geradlinig ansteigend bzw. abfallend. Der Schnittpunkt der Zusatzkraft mit der Gegenkraft der Spiralfedern kann nun durch Änderung der Federkraft der Spiralfedern geändert werden, und damit ändert sich auch der Einregelungspunkt, d. h., die Synchronisieramplitude die also keineswegs etwa so groß sein muß, daß das Zusatzelement bis zur Schwingungsmittelebene schwingt.

Bei Abweichen von der Synchronisieramplitude wird, wie eingangs erklärt, die Frequenz der Unruh geändert und damit die Größe der Antriebsimpulse, die bei größer werdender Amplitude abnehmen und bei kleiner werdender Amplitude zunehmen.

In den F i g. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier sind die Magnetpaare weggelassen, doch können sie in ähnlicher Weise angeordnet sein wie im ersten Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist im wesentlichen nur die Unruh, die beispielsweise mit 4 Hz schwingt. Diese ist als Ganzes mit 62 bezeichnet und hat eine in Lagern 64 und 66 gelagerte Unruhwelle 68, an der die einen Enden von Spiralfedern 70 und 72 befestigt sind, deren andere Enden an Gestellteilen 74 und 76 fest angebracht sind. Der Unruhkörper ist als Ganzes mit 78 bezeichnet. Er hat eine Nabe 80 und zwei gabelförmige Arme 82 und 84, an denen mit Gießharzeingüssen 86 und 88 eine Antriebsspule 90 befestigt ist. In den Gießharzeingüssen ist je ein ferromagnetisches Zu-

sat/element 92 bzw. 94 eingesetzt. Der Antriebsspule gegenüber is! ein Steg 96 und an diesem ein zum Gewichtsausgleich dienendes Bogenstück 98 angeordnet.

Die Wirkungsweise der beiden lerromagnetischen .^: Zusatzelememc is: gleich, wie oben im Zusammenhang mit dem erster, Ausführungsbeispie! beschrieben wurde. Sind die nicht eingezeichneten Magnetpaare symmetrisch zur Schwingungsmittelebene D-B angeordnet, so ergibt sich auch hier bei einer Schwin- κ gung von 180 eine- Nullage der Zusatzelemente, in der also die Gegenkraft der Spiralfedern nicht beeinflußt wird.

Die Anordnung der Magnete, der Zusatzelemente und der gegebenenfalls mehreren Antriebsspulen i; kann viellach abgewandelt werden. Es ist dabei nur zu beachten, daß die Wirkung der ierromagnetischen Zusatzeiementc beidseits einer bestimmten Amplitude, die dann die Synchronisieramplitude ist. eine entgegengesetzte Änderung der Synchronisierfrequenz bei sich ändernder Amplitude hervorrufen.

Die Wirkungsweise der ferromagnetischen Zusatzelemente ist unabhängig von der Art der Relativschwingung zwischen Magnetspule und den Magneten. Beispielsweise kann die Antriebsspule stationär und die Permanentmagnete auf der Unruh angeordnet sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, daß die Zusatzelemente an der Antriebsspule selbst angebracht werden, sondern sie können an irgendeinem stationären Teil befestigt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunsen

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Claims (14)

Patentansprüche:

1. Synchronisiereinrichtung für ein zeithaltendes Instrument, beispielsweise eine Kleinuhr, wie eine Armbanduhr, mit einem elektrische Steuerimpulse konstanter Größe und konstanter, jedoch mittlerer Synchronisierfrequenz — beispielsweise geteilter Quarzfrequenz — erzeugenden Impulserzeuger, dessen Steuerimpulse einer Steuerschaltung einer elektrodynamischen, zum Antrieb des Instruments dienenden Antriebsvorrichtung zuführbar sind, die mindestens eine Antriebsspule und relativ beweglich hierzu ein Permanentmagnetsystem hat und mit deren Hilfe ein mechanischer Schwinger mit konstanter Synchronisierfrequenz und Synchronisieramplitude in Schwingung versetzbar sind, dem ein eine im wesentlichen konstante Gegenkraft ausübendes Federglied entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in fester geometrischer Beziehung zur Antriebsspule (26) mindestens ein ferromagnetisches Zusatzelement (56) vorgesehen ist, das bei der Relativbewegung von Antriebsspule (26) und Permanentmagnetsystem (44 bis 50) im Zusammenwirken mit dem letzteren eine Synchronisierkraft zum Einregeln erzeugt, die bei größer werdender Amplitude die Schwingerfrequenz verkleinert bzw. bei kleiner werdender Amplitude vergrößert, oder umgekehrt.

2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Einregelbereich die Änderung der Schwingerfrequenz als Funktion der Amplitudenänderung verhältnismäßig groß ist.

3. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Einregelbereich die Änderung der Schwingerfrequenz ungefähr proportional der Amplitudenänderung ist.

4. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Element (56) aus einem Material besteht, das kleine Hystereseverluste, beispielsweise ähnlich Ferriten hat.

5. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder mehrere ferromagnetische Elemente (92,94) symmetrisch zur Schwingungsmittelebene angeordnet sind.

6. Synchronisiereinrichtung, bei der das Permanentmagnetsystem mindestens zwei Gruppen von Magnetpaaren aufweist, die symmetrisch zur Schwingungsmittelebene angeordnet sind, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Zusatzelement (56) mit einer oder beiden Gruppen bei jeder Halbschwingung zusammenwirkt.

7. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierfrequenz des Schwingers in der Größenordnung von 1 bis 30 Hz ist.

8. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisieramplituden zwisehen 280 und 30° sind.

9. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Zusatzelement (56) die Form eines dünnen Plättchens hat.

10. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Zusatzelement (56) als Pulver dispergiert in einem Träger angeordnet ist.

11. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Zusatzelement (56) in der Schwingungsmittelebene angeordnet ist.

12. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (26) eine langgestreckte Ovalform hat und quer zur Schwingungsmittelebene (A-A) angeordnet ist.

13. Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der Schwingungsmittelebene mindestens je ein ferromagnetisches Zusatzelement (92, 94) angeordnet ist.

14. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine kreisrunde Antriebsspule (90) exzentrisch zur Schwingungsachse des Schwingers und symmetrisch zur Schwingungsmittelebene (B-B) angeordnet ist.