DE2221747B2 - Schaltung zur aufrechterhaltung der schwingungen eines mechanischen antriebsorgans - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Aufrechterhaltung der Schwingungen eines mechanischen Antriebsorgans, mit einer Spule, die mit dem Antriebsorgan zur Schwingungserregung und zur Induktion von Spannungen zusammenarbeitet, derart, daß die in der Spule induzierte Spannung einer Spannungspegelauswertungsschaltung mit einem Spannungspegeldetektor mit festem Schwellwert zugeführt wird, deren Ausgangsspannung auf eine der Schwingungserregung mittels Antriebsimpulsen dienende Antriebsschaltung derart wirkt, daß während eines Teil einer Halbperiode der induzierten Spannung ein Antriebsimpuls erhalten wird, dessen Polarität mit derjenigen dieser Halbperiode übereinstimmt.

In der Uhrenindustrie und auf weiteren Gebieten wendet man Antriebsorgane in Form schwingender Teile an, deren Schwingungen durch Zufuhr elektrischer Impulse aufrechterhalten werden. Zu diesem Zweck werden sich relativ zueinander bewegende Magnete und Spulen verwendet, um die Aufrechterhaltungsimpulse auf elektronischem Weg zu erzeugen.

Es sind derartige Aufrechterhaltungsschaltungen mit zwei Spulen bekannt. Von einer Spule wird eine durch einen vorbeischwingenden Magneten induzierte Spannung abgenommen, und der anderen Spule werden die Aufrechterhaltungsimpulse zugeführt. Nachteilig ist dabei, daß zwei Spulen erforderlich sind, die entweder platzraubend sind oder bei platzsparender Ausführung wenig Energie abgeben.

Bei bekannten einspuligen Aufrechterhaltungsschaltungen der eingangs genannten Art lassen sich die Aufrechterhaltungsimpulse nicht mit zufriedenstellender Dauer und Stabilität erzielen, sofern man einen geringen Energieverbrauch erreichen will. Außerdem ist deren Dosierung schwierig.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltung zur Aufrechterhaltung der Schwingungen eines mechanischen Antriebsorgans so auszubilden, daß eine einfache Dosierung der Antriebsenergie unter stabilen Verhältnissen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß ein Generator vorgesehen ist, der Rechteckimpulse erzeugt, deren Periodendauer 5- bis lOmal kleiner gewählt ist als die Halbperiodendauer der in der Spule induzierten Spannung und deren Impuls/Pausen-Verhältnis veränderbar ist, daß die Antriebsschaltung ein wenigstens zwei Eingänge aufweisendes UND-Glied umfaßt und daß einer der Eingänge mit den Rechteckimpulsen beaufschlagt ist und an den anderen Eingang ein Öffnungssignal dann angelegt ist, wenn die induzierte Spannung den Schwellenwert überschreitet, so daß die Antriebsimpulse der Spule während der Dauer des Öffnungssignals entsprechend der Form der Rechteckimpulse zerhackt zugeführt werden.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen F i g. 1 und 2 einen Antrieb der in F i g. 2 in Drauf sieht und in F i g. 1 im Schnitt dargestellt ist; F i g. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
F i g. 4 eine zweite Ausführungsform; F i g. 5 die an verschiedenen Punkten der Schaltung auftretenden Spannungen.

Gemäß F i g. 1 und 2 handelt es sich bei dem Antrieb um einen mechanischen Resonator 1, der im vorliegenden Fall die Form eines Waagebalkens hat und eine um die Achse 2 schwingende Unruh bildet. Der Resonator steht unter der Wirkung elektrischer Impulse, die auf eine Spule 3 gegeben werden und über diese auf einen am Waagebalken angeordneten Magneten 4 wirken. Der Waagebalken ist außerdem nach Art einer Unruh eines Uhrwerkes mit einer Spiralfeder 5 verbunden.

Der Magnet 4 ist so angeordnet, daß er in der Ruhelage des Resonators zwischen den Polen 6 des durch die Spule 3 und ihren Kern 7 gebildeten Elektromagneten liegt.

Das Ganze liegt zwischen einer Werkplatte 8 und einer Brücke 9.

Bei jedem Durchgang des Magneten 4 zwischen den Armaturen 6 wird eine Spannung in der Spule 3 induziert. Der Fluß steigt jeweils bis zu einem Maximum an und nimmt jedesmal wieder ab.

In der Schaltung nach F i g. 3, der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die mit dem soeben beschriebenen Antrieb zusammenwirken soll, stellt Bi die Spule 3 dar. Diese Schaltung wird von einer Gleichstromquelle mit der Spannung + V gespeist. Es ist ferner ein Rechteckimpulsgenerator zur Erzeugung von periodischen Rechteckimpulsen mit einer höherer Frequenz als der aufrechtzuerhaltenden Schwingungsfrequenz vorgesehen. Diese Rechteckimpulse werden über einen Widerstand Ra auf die Basis eines Transistors Tz gegeben. Dieser bildet zusammen mit einem Transistor Ti und einem Widerstand Ri ein UND-Gatter. Die Spannung dieser Rechteckimpulse ist gleich Ui (dieser und weitere Spannungswerte werden im Zusammenhang mit F i g. 5 nochmals auftauchen).

Ein mit der Spule Bi verbundener Spannungspegeldetektor wird durch eine Diode D\ und einen Widerstand Ri gebildet. Der Verbindungspunkt zwischen Dx und Ri ist mit der Basis eines Transistors 7i verbunden, dessen Kollektor auf einen Widerstand R2 geführt ist.

Angenommen, die Spannung der Basis-Emitter-Diode des Transistors 7Ί liegt etwas höher als diejenige der Diode Di, so findet folgendes statt:

Ist die in der Spule Bi induzierte Spannung Null, so wird der aus der Quelle + V kommende und durch den Widerstand Ri fließende Strom über die Diode Di abgeleitet, und der Transistor ist gesperrt. Ui, die Spannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 71 ist praktisch gleich der Spannung + V. Der Transistors Ti ist deshalb gesperrt, d. h., er läßt keinen Strom durch. Dasselbe gilt für den Fall, daß die in der Spule Bz induzierte Spannung negativ ist.

Wird hingegen diese Spannung positiv, so fließt der durch den Widerstand Ri fließende Strom nicht durch die Diode Di, sondern zur Basis des Transistors Ti, und der Transistor wird leitend.

Die Spannung Ui wird praktisch Null, und es gelangt ein durch den Transistor Ti und den Widerstand Ri fließender Strom zur Basis des Transistors Ti und macht diesen leitend. Wird die vom Wechselstromgenerator herrührende Rechteck-Spannung gleichzeitig Null, so entsteht ein Strom, der über Widerstand Ra zur Basis des Transistors Ti fließt und diesen leitend macht Da beide Transistoren Ti und Ti gleichzeitig leitend sind, wird die Aufrechterhaltungsspannung + V durchgeschaltet und erscheint an den Anschlüssen der Spule B3, verschwindet dort aber wieder, sobald die Ausgangsspannung des Generators Ui wird.

Solange die in der Spule Bz induzierte Spannung positiv bleibt, erhält die Spule einen solchen Aufrechterhaltungsimpuls jedesmal, wenn die Generatorspannung Null wird, d. h. während der halben Dauer einer jeden Periode der periodischen Rechteckimpulsfolge.

Die Fig.5 zeigt die der obigen Beschreibung ent-■ sprechenden Spannungskurven.

Oben ist die Kurve Ux der in der Spule Ba induzierten Spannung dargestellt. Die Linie S entspricht der sogenannten Schwellenwertspannung, d. h. dem durch den Spannungspegeldetektor (Dx) vorgegebenen Meßschwellenwert.

In der Mitte ist der Verlauf der Spannung Ui gezeigt, die von + V auf Null übergeht, wenn die Schwellenwertspannung überschritten wird.

Unten ist die periodische Rechteckimpulsfolge Ui dargestellt. Aus der obersten Kurve kann man ersehen, daß beim Überschreiten des Schwellenwertes 5 durch die induzierte Spannung Ui Aufrechterhaltungsimpulse mit der Spannung + V an die Spule Bi abgegeben werden.

Die Spannung Ui kann der Spannung + V gleich sein. Dies stellt aber keine Bedingung dar. Die Periodendauer der Spannung Ui wird vorzugsweise so gewählt, daß sie beispielsweise fünf- bis zehnmal kleiner ist als die Zeit, während der die in der Spule Bi induzierte Spannung positiv ist.

Im dargestellten Beispiel wirkt die Spannung + V unmittelbar auf die Spule Bi, aber es könnte auch ein Verstärker am Ausgang des Transistors Ti vorgesehen werden.

Die zweite Ausführungsform gemäß F i g. 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, daß die Diode Di durch eine Kapazität Ci ersetzt ist und somit die Schwellenwertmessung anders vorgenommen wird. Diese Kapazität muß verhältnismäßig groß sein, damit keine Filterwirkung auftritt, bei welcher die Schwellenwertmessung nicht mehr stattfinden könnte.

Die an die Spule Ba abgegebene Energiemenge kann durch Ändern des Profils der Rechteckimpulsfolge geändert werden. In F i g. 5 sind diese Wellen symmetrisch, d. h. daß die Impulsdauer gleich der Impulspausendauer ist. je " stärker man das Impuls/Pausen-Verhältnis zugunsten der Impulspausen ändert, um so mehr Energie wird der Spule Bi zugeführt.

Zusammengefaßt bietet eine erfindungsgemäße Schaltung folgende Vorteile: vereinfachter Aufbau und vereinfachte Montage des nur eine Spule aufweisenden Antriebsorgans, größere Leistungsfähigkeit, die einen geringen Stromverbrauch ermöglicht und einfache Dosierung der Aufrechterhaltungsenergie auf elektronischem Weg.

Die Schwellenwertvorgabe kann natürlich mit anderen Mitteln als den in den beiden Beispielen dargestellten durchgeführt werden, zum Beispiel ganz oder teilweise mittels bipolaren Transistoren der MOS-Transistoren. Es kann auch eine ganz oder teilweise integrierte Schaltung verwendet werden, unter anderem eine integrierte COS-MOS-Schaltung, die den Vorteil hat, sehr wenig Strom zu verbrauchen.

Die Erfindung eignet sich sowohl zur Aufrechterhaltung der Schwingung eines mechanischen Resonators mit nur einem Magneten als auch zur Aufrechterhaltung der Schwingung eines mechanischen Resonators mit mehreren Magneten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Aufrechterhaltung der Schwingungen eines mechanischen Antriebsorgans, mit einer Spule, die mit dem Antriebsorgan zur Schwingungserregung und zur Induktion von Spannungen zusammenarbeitet, derart, daß die in der Spule induzierte Spannung einer Spannungspegelauswertungsschaltung mit einem Spannungspegeldetektor mit festem Schwellenwert zugeführt wird, deren Ausgangsspannung auf eine der Schwingungserregung mittels Antriebsimpulsen dienende Antriebsschaltung derart wirkt, daß während eines Teils einer Halbperiode der induzierten Spannung ein Antriebsimpuls erhalten wird, dessen Polarität mit derjenigen dieser Halbperiode übereinstimmt, d a durch gekennzeichnet, daß ein Generator vorgesehen ist, der Rechteckimpulse (Uz) erzeugt, deren Periodendauer 5- bis lOmal kleiner gewählt ist, als die Halbperiodendauer der in der Spule (3; Bz) induzierten Spannung (U\) und deren Impuis/Pausenverhältnis veränderbar ist, daß die Antriebsschaltung ein wenigstens zwei Eingänge aufweisendes UND-Glied (72, Tz) umfaßt und daß einer der Eingänge (Basis von Tz) mit den Rechteckimpulsen (Vz) beaufschlagt ist und an den anderen Eingang (Basis von Ti) ein Öffnungssignal (niedriger Wert von U2) dann angelegt ist, wenn die induzierte Spannung (Ui) den Schwellenwert (S) überschreitet, so daß die Antriebsimpulse der Spule (3; Bz) während der Dauer des Öffnungssignals entsprechend der Form der Rechteckimpulse zerhackt zugeführt werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungspegeldetektor eine Diode (Di), der die in der Spule (Bz) induzierte Spannung zugeführt wird, und einen zur Diode in Reihe geschalteten Widerstand (Ri) enthält, an deren Verbindungspunkt die Basis eines Transistors (7Ί) geschaltet ist, der mit dem UND-Glied (Tz, Tz) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungspegeldetektor einen Kondensator (C) großer Kapazität, dem die in der Spule (Bz) induzierte Spannung zugeführt wird, und in Reihenschaltung zu diesem zwei parallele Widerstände (Rx, Ra) aufweist und daß der eine Widerstand (Rs) mit der Basis eines an das UND-Glied (72, Tz) angeschlossenen Transistors (Ti) und der andere Widerstand (R\) mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.