DE2217870A1

DE2217870A1 - Uhr

Info

Publication number: DE2217870A1
Application number: DE19722217870
Authority: DE
Inventors: Igor Colombier; Stampfli Jean-Marcel Le Landeron; Hübner Kurt Dr.sc.techn. Neuenburg; Scherrer (Schweiz). P
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1971-04-20
Filing date: 1972-04-13
Publication date: 1972-11-02
Also published as: DE2217870B2; GB1382492A; FR2133765A1; IT951870B; CH571246B5; FR2133765B1; DE2217870C3; CH572371A4

Description

Patentanwälte I3. April 1972

Dr. Ernst Sturm

Dr. Horst Reinhard

Dipl.-Ing. Karl Jürgen Kreutz

8 München 23
Leopoldstraße 20/IV

Tel. 39 64 51

EBAUCHES A.G.. Neuenburg (Schweiz)

Uhr

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Uhr mit einer Unruh,· die durch einen elektronischen Schaltkreis unterhalten wird.

Es sind heute bereits mehrere Schaltkreise zum Unterhalten der Schwingung der Unruh in Uhren bekannt. Die Mehrzahl dieser Schaltungen arbeitet mit mechanischen Kontakten, die auf die Basis eines konventionellen Transistors wirken. Der durch die Unruh geöffnete resp. geschlossene Kontakt bewirkt an der Basis des

FG/lr/18146
Fall 132

209845/0768

Transistors eine Spannungsänderung, sodass Letzterer leitend wird und die Antriebsspule der Unruhe unter Spannung setzt, sodass nach bekannter Art der Gang der Uhr gesichert wird.

Derartige Schaltkreise weisen jedoch alle Nachteile der mechanischen Kontakte auf, d.h. zusätzliche Elemente sind nötig, um die Kontaktfunken zu unterdrücken. Weiter unterliegen diese Kontakte der mechanischen Abnützung sowie der Oxydation der Kontaktflächen, sodass die Funktionssicherheit der gesamten Schaltung durch die Zunahme des ohmschen Widerstandes des Kontaktes in Frage gestellt wird. Darüber hinaus bewirkt die Betätigung der Kontakte eine Dämpfung der Bewegung der Unruh. Die korrekte Einstellung der Kontakte ist zudem recht schwierig und wirkt sich negativ auf den Preis der Uhr aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Uhr mit elektrisch unterhaltener Unruhe zu schaffen, bei der keiner der obenerwähnten Nachteile auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Schaltkreis ein Feldeffekt-Transistor als Schaltelement verwendet wird, der durch eine Spannungsänderung an seinem Gitter 'gesteuert wird, welche Spannungsänderung durch ein Steuerglied, mindestens einmal während einer Schwingung der Unruh, erzeugt wird.

Eine vorteilhafte Weiterausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Unruh auf zumindest ein Steuerglied wirkt, das im Eingangs·

209845/0768

kreis besagten Feldeffekt-Transistors liegt, dessen Ausgangskreis mit einer Spule zum Unterhalten der Schwingungsbeweung der Unruh verbunden ist, und dass besagter Eingangskreis und Transistor derart gesteuert werden, dass während der Schwingung der Unruh die kapazitiven Aenderungen besagten Steuergliedes gross genug sind, um den Feldeffekt-Transistor zu steuern.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der erhöhten Funktionssicherheit sowohl der elektronischen Schaltung als auch der Unruhe und darin, dass jede mechanische Beeinträchtigung der Schwingung der Unruhe ausgeschaltet wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Grundschaltung eines Schaltkreises gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Teiles einer praktischen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt, durch den mechanischen Teil der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 4 eine bewegliche und eine unbewegliche Armatur.in Perspektive,

209845/0768

Fig. 5-7 verschiedene Winkellagen der Unruh in Bezug auf eine feste Scheibe eines Kondensators C und der äusseren Magnetpole der unbeweglichen Armatur,

Fig. 8 das Schema eines komplettierten Schaltkreises und Fig. 9 eine weitere Ausführungsform des Schaltkreises.

Die elektronische Schaltung gemäss der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders gut für die Anwendung in einer elektrischen

Uhr mit Unruh, wie sie im Schweizer Patent Nr (Gesuchs-

Nr. 2437/71) beschrieben wurde. Der Schaltkreis der Erfindung kann, ein oder mehrmals pro Schwingung der Unruh ein Magnetfeld erzeugen, dessen Zeitdauer und Stärke genügen, um die Unruhe zu unterhalten. Dieses Magnetfeld wird erzeugt, indem eine Spule, die in einer unbeweglichen Armatur aus magnetisierbarer Material liegt, unter Strom gesetzt wird, sodass besagte Armatur magnetir siert wird. Dadurch wird erreicht, dass die Uhr nur zeitweilig einem Magnetfeld ausgesetzt ist.

Es ist selbstverständlich, dass der erfindungsgemässe Schaltkreis ebenfalls in anderen Ausführungen elektrischer Uhren verwendet, werden kann.

Wie in der Mehrzahl der bekannten Schaltkreise zur Unterhaltung der Schwingung der Unruh, verwendet man auch in der erfindungsgemässen Schaltung ein aktives elektronisches Element, d.h. einen Transistor, um die Spule ein- und auszuschalten. Was im Schaltkreis

209845/0768

geraäss der Erfindung gegenüber den bekannten Sc&alieSr. . ....

kreisen anders ist, ist, dass als Schaltelement ein Feldeffekt-Transistor, entweder ein IGFET-Tyρ oder IFET-Typ verwendet wird. Dadurch kann der mechanische Kontakt durch beispielsweise ein kapazitives Element ersetzt werden. Dieses kapazitive Eiement besteht im beschriebenen Ausführungsbeispiel·, aus zwei Scheiben wie bei einem Scheibenkondensator, von denen die eine unbeweglich ist, die andere hingegen fest auf der Unruhe montiert ist. Die feste Scheibe ist dabei elektrisch isoliert auf z.B. der Piatine befestigt. Ihre Lage ist genau vorbestimmt. Diese beiden Scheiben bilr den einen variablen Kondensator, dessen maximaler kapazitiver Wert erreicht wird, wenn die auf der Unruhe befestigte Scheibe genau vis-a-vis der auf äer_ Platine montierten Scheibe steht.

Die Unruhe 6 in Fig. 2, weist sämtliche herkömmlichen Elemente auf, die für Ihre Funktion notwendig sind. Zusätzlich trägt die Unruhe 6 eine bewegliche Armatur 7 in Form eines Kreuzes, welche Armatur aus magnetisierbarem Material besteht. Mittels dieser Armatur 7 wird die Unruhe 6 beschleunigt, da die Magnetpole 8, und 10, die gebiidet werden, sobald die Spule L unter Spannung gesetzt ist, besagte Armatur 7 anziehen. Die Lage der Magnetpole 8 und 9 ist durch die spezielle Formgebung der unbeweglichen Armatur 11 gegeben. Es ist ein elektronisches Element, das die Funktion eines Schalters hat, der sich in einem vorbestimmten Zeitpunkt der Schwingung der Unruh schliesst, der die Spule L unter Spannung setzt und ihr den benötigten Strom liefert, um obenerwähntes Magnetfeld zu erzeugen, welches seinerseits, die. am nächsten bei den Magnetpolen 8 und 9 sich befindlichen Arme der Armatur 7 anzieht.-

209845/0768

In Fig. 3 erkennt man wiederum die Unruhe 6, welche die bewegliche Armatur 7 trägt, die sich oberhalb der Spule L bewegt, welche ihrerseits in der unbeweglichen Armatur 11 in Form eines Magnettopfes liegt. Weiter erkennt man die Welle 12, die Spiralrolle 13 mit der daran befestigten Spirale 14, sowie die Hebelscheibe und das Trägerelement 16 der unbeweglichen Armatur 11. Als magnetische Abschirmung der Spiralfeder 14, kann zwischen dieser und der Unruhe 6 eine Metallscheibe eingefügt werden.

Aus Fig. 4 ersieht man leicht die Form der beweglichen Armatur 7 sowie der unbeweglichen Armatur 11. Man erkennt dabei, dass die Armatur 11 aus einer ebenen Grundplatte besteht, an deren äusserem Durchmesser an diametral gegenüberliegenden Stellen sich Magnetpole 8 und 9 erheben. In ihrem Zentrum befindet sich zudem der Pol 10 in Form eines zylindrischen Rohres. Die Armatur 7 ihrerseits weist vier Arme 7a, 7b, 7c, 7d auf, von denen ein jeder ein rechtwinklig abgewickeltes Ende besitzt. Im Zentrum weist diese Armatur 7 ebenfalls ein zylindrisches Rohr auf, dessen äusserer Durchmesser so bemessen ist, dass es mit wenig Spiel innerhalb des Rohres 10 der Armatur 11 Platz findet.

Die Funktionsweise der Grundschaltung nach Fig. 1 ist die folgende :

Der Feldeffekt-Transistor 1 wird durch den Widerstand R in Punkt derart polarisiert, dass er blockiert ist, sodass die Spule L nicht unter Spannung steht. Dies bedeutet, dass der Transistor 1 nicht leitend ist, wenn die Scheibe 3 des Kondensators C sich nicht in einer Lage annähernd derjenigen der Fig. 2 befindet, d.h. in der Nähe der festen Scheibe 4 des Kondensators C. Es genügt, dass die

209845/0768

Scheibe 3 dBS Kondensators C sich der in Fig. 2 gezeigten Lage nähert, um d.j.e Polarisation des Transistors 1, die durch den Widerstand R bestimmt war, zu ändern.

Es versteht sich von selbst, dass sämtliche Elemente des Schaltkreises sorgfältig ausgewählt werden müssen, damit der Transistor 1 wie oben beschrieben, leitend wird, und dies nur solange bleibt, bis sich die Unruhe 6, und somit die bewegliche Armatur 7, in der in Fig. 4 gezeigten Lage befindet.

Man erkennt leicht,-dass 'für das gute Funktionieren der Einheit Unruhe-Spirale und somit der Uhr, es unbedingt notwendig ist, dass der Transistor 1, wie oben beschrieben, leitend wird, sobald sich die Scheibe 3 welche auf der Unruhe 6 befestigt ist, sich der festen Scheibe 4 des Kondensators C nähert. Der Transistor 1 soll dabei solange leitend bleiben, bis die Scheibe 3 des Kondensators C sich leicht von der festen Scheibe 4 desselben Kondensators C entfernt, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht. Dies ist aus energetischen Gründen sehr wichtig, denn die Spule L muss solange unter Strom bleiben, bis ein Arm der Armatur 7, im Beispiel der Fig. 5 der Arm '7c ^%sich genau vis-a-vis des Magnetpoles 9 der Armatur U befindet. Genau in diesem Augenblick muss der Transistor 1 allerdings durch die Abnahme der Kapazität des Kondensators C₁ wieder blockiert werden.

Derselbe Vorgang wiederholt sich in analoger Weise für die nächste Halbschwingung der Unruhe.6, d.h. wenn dieser in Richtung des Pfeiles 18 der Fig. 7 dreht, und nicht in Richtung des Pfeiles 17 nach Fig. 5. Es ist in diesem Fall allerdings zu bemerken,

209845/0768

dass die Arme 7d und 7b durch die Magnetpole 8 und 9 der Armatur 11 angezogen werden, und nicht wie im obenbeschriebenen Zyklus die Arme 7c und 7a. Dies bedeutet, dass je nach Drehsinn der Unruhe 6, jeder der vier Arme 7a, 7b, 7c und 7d der Armatur 7 durch die Magnetpole 8 und 9 angezogen werden, sodass die Schwingung der Spiralunruheeinheit,.ständig unterhalten wird.

Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann in gewissen Punkten modifiziert werden. So können z.B. die Winkel zwischen den Armen 7a, 7b, 7c und 7d der beweglichen Armatur 7, geändert werden, sodass sie gegeneinander nicht mehr einen rechten Winkel bilden. Die feste Scheibe 4 der Kapazität C kann sich an einer beliebigen Stelle in der Nähe des Umfangs der Unruhe 6 befinden, wenn die bewegliche Scheibe 3, welche auf der Unruhe 6 befestigt ist, an entsprechender Lage montiert wird. Es ist beispielsweise möglich, die Scheibe 3 auf einen beliebigen Arm der Armatur 7 zu montieren. Anderseits kann die feste Scheibe 4 des Kondensators C auf der Achse der beiden Magnetpole 8 und 9 der Armatur 11 liegen. Weiter können die beiden Scheiben 3 und des Kondensators C durch mehrere parallele Laraellen ersetzt werden, wie dies beispielsweise in Lamellenkondensatoren der Fall ist. Der Wirkungsgrad kann dadurch erhöht werden. Weiter ist es auch möglich, mehrere Kondensatoren C parallel zu schalten, die alle gleichzeitig auf das Gitter des Transistors 1 wirken. Weitere Aenderungen sind besonders an der elektronischen Grundschaltung möglich, in welcher unter Umständen der Widerstand R eliminiert werden kann. Andere hier nicht beschriebene Anpassungen sowohl des Schaltkreises als auch der mechanischen Elemente sind ebenfalls

209845/0768

möglich.

Es ist selbstverständlich, dass jedes Element als Steuerglied verwendet werden kann, sofern das Potential in Punkt 2, d.h., am Gitter des Transistors 1, genügend variert werden kann. So ist es beispielsweise möglich, die kapazitive Steuerung durch eine induktive zu ersetzen, wenn mit Permanentmagneten gearbeitet wird. Die Verwendung eines Feldeffekt-Transistors erweist sich selbst dann als vorteilhaft, wenn ein mechanischer Kontakt vorhanden ist, da bei dessen Oxydation,selbst sein Widerstand genügen,, kann, um den Feldeffekt?Transistor zu steuern.

Der Wirkungsgrad dererf indungsgemässen Schaltung kann erhöht werden, indem entweder auf die bewegliche Armatur oder auf der festen Armatur oder selbst auf beiden, ein ionisierendes Element aufgebracht wird, das die Konduktibilität der Luft erhöht. In diesem Fall kann der Schaltkreis entsprechend Fig. 8 aufgebaut werden, in welchem parallel zur Kapazität C ein Widerstand Rf geschaltet wird, und eine Kapazität Ce parallel zum Widerstand R angeordnet wird..

In diesem Fall wird die Kapazität Ce durch die Kapazitätsänderung von C und dessen Verluststrom aurgeladen, sobald die Scheibe 3 sich der Scheibe 4 nähert, sodass das Potential in Punkt 2 ändert, was den Transistor 1 zum Umkippen bringt.

In der Schaltung nach Fig. 8, dient der Widerstand R dazu,

209845/0768

Ce nach dem Durchgang der Scheibe 3 vor der Scheibe 4 wieder zu entladen.

Anstelle eines ionisierenden Elements kann aber beispielsweise auch ein Electret werwendet werden. Ein derartiges Electret ist ein Dielectricum, das ein permanentes elektrisches Feld erzeugen kann. Es wirkt im Gebiet der Elektrostatik als Equivalent zum Permanentmagneten im Magnetismus.

Gemäss Fig. 9 ist die Scheibe 4 mit dem Gitter, -des transistors I verbunden, wobei ein hoher Widerstand R die Polarisation des Gitters bestimmt. Die Unruh 6, die mit der Masse verbunden ist, trägt dabei das Electret E.

Wenn sich dieses Electret in der Lage E ' befindet, beeinflusst dessen elektrisches Feld die Scheibe 4 praktisch nicht. Das Fo.tential gegenüber der Masse 1st somit null. Sobald sich aber das Electret der Stellung E und somit der Scheibe 4 nähert, wird deren Potential ansteigen. Sobald die Scheibe 4 ein genügendes Potential aufweist, wird der Transistor 1 leitend, sodass die Unruh 6, durch die Spule L, einen Antriebsimpuls erhält, sodass deren Schwinung unterhalten wird. Der Widerstand R limitiert dabei das Potential in Punkt 2 auf einen Wert, der den Feldeffekt-Transistor 1 nicht zerstören kann.

Es ist selbstverständlich, dass das Electret E sich auf der Scheibe 4, anstatt auf der Unruhe 6 befinden kann. In diesem Fall allerdings ist es notwendig, die Unruh so zu gestalten, dass pro Halbschwingung

209845/0768

lediglich ein Antriebimpuls erzeugt wird.

Weiter ist es möglich, eine kapazitive Steuerung vorzusehen, in der die Scheibe 3 des Kondensators C (Fig. 5-7) durch die Arme der Armatur 7 ersetzt wird. Wenn somit die Scheibe 4 lediglich durch die Extremitäten der Arme der Armatur 7 beeinflusst wird, entsteht bei jedem Durchgang eines Armes 7a, 7b, 7c, 7d vor der Scheibe eine Kapazitätsänderung, die von den Flächen der Arme und der Scheibe 4 sowie der Distanz zwischen diesen Elementen abhängt. Sobald also ein Arm der Armatur 7 sich der Scheibe 4 nähert, wird die Kapazität C zunehmen, wodurch das Potential am Gitter des Transistors 1 ebenfalls zunimmt, sodass im Widerstand R (Fig. 1 und 2)ein Strom zu fHessen beginnt.

In einer weiteren AusfUhrungsVariante kann auch die Scheibe 4, beispielsweise durch den Pol 9 ersetzt werden, sodass die Kapazität C durch einen festen Teil und einen beweglichen Teil des elektromagnetischen Systems gebildet wird.

209845/0768

Claims

PATENTANSPRÜCHE :

Uhr mit einer Unruh, die durch einen elektronischen Schaltkreis unterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltkreis ein Feldeffekt-Transistor als Schaltelement verwendet wird, der durch eine Spannungsänderung an seinem Gitter gesteuert wird, welche Spannungsanderung durch ein üleuurgliud mindestens einmal während jeder Schwingung der Unruh erzeugt wird.
2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unruh auf zumindest ein Steuerglied wirkt, das im Eingangskreis besagten Feldeffßkt-Transistors liegt, dessen Ausgangskreis mit einer Spule zum Unterhalten der Schwingungsbewegung der Unruh verbunden ist und dass besagter Eingangskreis und Transistor derart gesteuert werden, dass während der Schwingung der Unruh die kapazitiven Aenderungen besagten Steuergliedes gross genug sind, um den Feldeffekt-Transistor zu steuern.
3. Uhr nach Anspruch 1, -dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied aus einem Kondensator, bestehend aus einer festen und einer beweglichen Scheibe, besteht.
4_# Uhr nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass die Unruh eine bewegliche Armatur mit zumindest"einem Arm trägt.

209845/0768
5) Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis nur eine Spule enthält, die in der Nähe der. Unruh angeordnet ist, vorteilhafterweise in einer unbeweglichen Armatur, die zur Unruh koaxial angeordnet ist und auf ihrem äusseren Umfang zumindest zwei Magnetpole aulweist.
6) Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied durch mehrere Lamellenkondensatoren besteht, die bewegliche und unbewegliche Lamellen aufweisen.
7) Uhr nach Anspruch 1 mit einer beweglichen und einer unbeweglichen -Armatur, dadurch gekennzeichnet, dass ein ionisierendes Element auf zumindest einer Armatur befestigt ist.
8) Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied durch Mittel gebildet ist, die eine Aenderung des Spannungszustandes am Gitter des Feldeffekt-Transistors während der Schwingung der Unruh bewirken, insbesondere durch ein induktives Element.
9) Uhr nach Anspruch 1 mit einer beweglichen und einer unbeweglichen Armatur, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Armatur ein Electret trägt.
10) Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltkreis zwischen dem Gitter und der Quelle besagten Feldeffekt-Transistors ein Widerstand eingeschaltet ist.

209845/0768
11) Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Kapazität zwischen einem unbeweglichen und einem beweglichen Teil des elektromagnetischen Motors als Steuerglied des Feldeffekt-Transistors dient.

209845/0768