DE2350879A1

DE2350879A1 - Elektronische einrichtung zur steuerung eines uhrwerks

Info

Publication number: DE2350879A1
Application number: DE19732350879
Authority: DE
Inventors: Jacques Jean Gustave Dietsch
Original assignee: Leon Hatot SA France
Current assignee: Leon Hatot SA France
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2202318A1; FR2202318B1; US3884034A

Description

9· Oktober 1973

A 269 73 Be/De

Firma SOCIETE"ANONYME DES ETABLISSEMENTS LEON HATOT, 9, Rue Beudant, 75017 Paris, Prankreich

Elektronische Einrichtung zur Steuerung eines Uhrwerks

Die Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung zur Steuerung eines Uhrwerkes mit einer Speisespannungsquelle, einem Transistor und einer Triebspule, welche mit Stromimpulsen gespeist wird und mit einem Magnetteil eines Gangordnerschwingers des Uhrwerkes zusammenwirkt, so daß die Schwingungen des Gangordners durch die der Speisespannungsquelle entnommene Energie mit einer vorbestimmten Frequenz aufrechterhalten werden.

Nachdem Quarzoszillatoren mit ausreichend kleinen Abmessungen auf dem Markt erschienen sind, hat man sofort untersucht, wie man die von diesen Einrichtungen gelieferte sehr stabile Frequenz für die Verwirklichung eines Uhrwerkes verwenden kann. Die Situation

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war neu, was die besondere Wirkungsweise von Quarzoszillatoren betrifft. Es liegt nahe und ist üblich, beim Auftreten einer neuen Situation, wie die vorhergenannte, an alle früher verwendeten klassischen Einrichtungen zu denken. So sind Uhrwerke, die nur die von einem Quarzoszillator gelieferten Frequenzen verwenden, bereits bekannt.

Für die Überführung der elektrischen Signale in die mechanische Steuerung des Uhrwerkes enthalten diese Anordnungen im allgemeinen einen Schrittschaltmotor, der unmittelbar auf die Impulse des Quarzoszillators anspricht. Abgesehen von der für einen solchen Motor im Hinblick auf die erwünschte hohe Präzision erforderliche hohe Qualität ist zu bemerken, daß ein den vom Quarzoszillator gelieferten Impulsen überlagerter Störimpuls einen Fehler hervorruft, der weit über der entsprechenden Abweichung der erwarteten Präzision liegt.

In der PR-PS 1 090 564, der GB-PS 746 465, der US-PS 3 3 68 690, der DT-PS 1 043 962 und der CH-PS 321 957 sind bereits Uhrwerke beschrieben, die bereits eine große Präzision besitzen und die aus einem klassischen Uhrwerk bestehen, dessen Gangordner mit einem Magnetteil versehen ist. Dabei sind eine Steuerspule und eine Triebspule in einer elektronischen Schaltung angeordnet, die einen Transistor und eine Speisespannungsquelle derart enthält, daß die Triebspule von Stromimpulsen durchsetzt wird, die gegen-

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über den die Steuerspule durchsetzenden Impulsen verstärkt sind. Die beiden Spulen wirken mit dem magnetischen Teil so zusammen, daß die Schwingungen des letzteren auf einer vorbestimmten Frequenz gehalten werden.

Es sind auch Abwandlungen der vorgenannten Einrichtungen bekannt, bei denen der Stromfluß in der Triebspule durch einen elektrischen Kontakt gesteuert wird, der durch die Bewegung des Gangordners betätigt wird.

Die Erfindung besteht in der Maßnahme, einen Quarzoszillator, dem ein Frequenzteiler zugeordnet ist, mit einer Einrichtung der oben genannten Art zu kombinieren, wobei praktisch ein Verlust der erwarteten Präzision nicht eintritt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Quarzoszillator vorgesehen ist, dem ein Frequenzteiler zugeordnet ist und der Impulse mit einer Bezugsfrequenz liefert, die von der vorbestimmten Antriebsfrequenz etwas verschieden ist, und daß eine besondere Torschaltung vorgesehen ist, welche die Amplitude der die Triebspule durchsetzenden Stromimpulse während der Impulse mit der Bezugsfrequenz so verändert, daß der Isochronismus des Gangordners beeinflußt und die Gangordnerschwingungen derart von der Amplitude abhängig gemacht werden, daß die wirkliche Schwingungsfrequenz des Gangordners mit der Bezugsfrequenz gleichgehalten wird.

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Die Torschaltung kann einen weiteren Transistor enthalten, dessen Basis durch den Frequenzteiler gesteuert wird, wobei die Schaltung einen Reihenwiderstand zwischen der Speisespannungsquelle und der Triebspule aufweist, dessen Enden an die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors geführt sind.

Nach einer weiteren Ausführungsart kann die Torschaltung einen Transistor enthalten, dessen Basis durch einen Frequenzteiler gesteuert wird, wobei die Emitter-Kollektor-Strecke die Steuerspule und die Triebspule enthält.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1; ein elektrisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2: ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Bei beiden dargestellten Ausführungen ist der Gangordnerschwinger des Uhrwerks nicht besonders dargestellt. Dieser Gangordnerschwinger ist mit einem Magnetteil versehen, das, wie in den vorgenannten Patentschriften gezeigt, mit einer Steuerspule BC und einer Triebspule BM zusammenwirkt. Die Schaltung enthält ferner einen Transistor T^ und einen Entkopplungskondensator C sowie eine Speisespannungsquelle S. Diese fünf Elemente sind in

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den Figuren 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Ferner enthalten die Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 in gleicher Weise eine mit einem Quarz QZ versehene Oszillatorschaltung und einen Frequenzteiler DVO (beispielsweise einen

numerischen Zähler). In ansich bekannter Weise liefert der AusBezugs impulse
gang des Frequenzteilers, wobei der seitliche Abstand zwischen den Impulsen immer der gleiche ist, wodurch eine Bezugsfrequenz mit sehr großer Präzision gebildet wird» Für den Fachmann ist es verständlich, daß die Breite der Impulse entsprechend den verschiedenen Frequenzteilerty.pen beträchtlich variieren kann, falls die gelieferten Signale Rechtecksignalen sehr nahe kommen. Man verwendet nichtsdestoweniger das Wort "impulse" _a um eine Vereinfachung zu erreichen.

Gemäß der Erfindung ist der Ausgang des Frequenzteilers, welcher die Bezugsimpulse liefert, mit Hilfe eines Widerstandes R mit der Basis eines Transistors T2 verbunden^ dessen Emitter auf dem Potential Vdd dieser Impulse liegt» In diesen Fig. 1 und 2 ist dieses Potential dasjenige der positiven Klemme der Spannungsquelle S. Es ist im übrigen festzustellen, daß die Schaltung DVO eine Gleichspannung ebenfalls von dieser Spannungsquelle S erhält ο

Bei der ersten Ausführungsart gemäß Fig» 1 ist ein Widerstand

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Ro zwischen die Triebspule BM und die Spannungsquelle S in den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors T, geschaltet, während der Emitter-Basis-Kreis die Steuerspule BC enthält. Der Emitter und der Kollektor des Transistors Tp sind an die Enden des Widerstandes R₂ geschaltet. Wenn daher der Ausgang der Schaltung DVO während der Dauer eines Impulses leitend wird, wird auch der Transistor Tp leitend, wobei der Widerstand Rg kurz geschlossen wird.

Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird der Isochronismus des Gangordnerschwingers, insbesondere einer Spiral-Unruh-Anordnung, derart beeinflußt, daß der Gangordner vorgeht (auf zu hohe Frequenz) bei geringer Amplitude und nachgeht bei großer Amplitude (zu geringe Frequenz). In gleicher Weise ist die Eigenfrequenz des Gangordnerschwingers, z.B. der Unruh-Feder-Anordnung, geringer gewählt als die Frequenz der Bezugsimpulse. Es muß bemerkt v/erden, daß die umgekehrte Anordnung (Gangordner geht nach bei geringer Amplitude und die Eigenfrequenz des Gangordners ist größer als die Frequenz der Bezugsimpulse) bei der Verwirklichung der Erfindung ebenfalls möglich ist.

Man versteht unter Eigenfrequenz oder Nenneigenfrequenz des Gangordners bzw. der Unruh die vorbestimmte Schwingfrequenz, bei welcher die Triebspule die Schwingungen des Gangordners bzw. der Unruh auf einer Normalamplitude halten kann, und zwar bei Abwesen-

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heit jeder Synchronisationseinrichtung gemäß der früheren Technik.

Um eine Spiralunruh nicht isochron zu machen, kann man in bekannter Weise die Spiralfeder deformieren oder auch ein anderes Störungsmittel verwenden (Magnet, metallische Masse).

Wenn man jetzt zuläßt, daß der Gangordner bzw. die Unruh angeworfen wird, schwingt sie mit großer Amplitude, jedoch mit einer gewissen Verzögerung in Bezug auf ihre Nenneigenfrequenz bei normaler Amplitude. Der Transistor T^ wird durch die am Ausgang der Schaltung DVO gelieferten Impulse seiners eitB periodisch leitend gemacht.

Aufgrund des Widerstandes R₂ ist die auf den Magnetteil des Gangordners bzw. der Unruh durch die Triebspule BM einwirkende Antriebsenergie schwach, und es nimmt die Amplitude der Schwingungen des Gangordners schnell ab, wodurch die Schwingungsfrequenz des Gangordners wieder eingeholt wird und den Nennwert der Normalamplitude überschreitet.

Während dieser ganzen Periode ist das zeitliche Zusammentreffen zwischen den von der Triebspule gelieferten Antriebsimpulsen und den vom Ausgang der Schaltung DVO gelieferten Bezugsimpulsen gering, und sie ändern nicht den Gang des eben beschriebenen Systems.

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Wenn die wirkliche Schwingungsfrequenz des Gangordners zunimmt und sich den unteren Werten der Bezugsfrequenz nähert und diese zu überschreiten sucht,, liegen die Bezugsimpulse in der Zeit am Anfang der Antriebsimpulse. Der Widerstand Rp ist also am Anfang der Antriebsimpulse kurz geschlossen. Es ergibt sich daraus, daß der Antriebsimpuls einen ersten Teil mit erhöhter Energie und einen zweiten Teil mit einer geringeren Energie enthält. Die relative Bedeutung des ersten Teiles wächst, wenn die tatsächliche Schwingungsfrequenz des Gangordners sich mehr der Bezugsfrequenz nähert. Das Vorhandensein eines Teiles mit erhöhter Energie und wachsender relativer Bedeutung ruft nun eine Neigung hervor, die Amplitude des Gangordners zu vergrößern, das heißt, eine Neigung zum Nachgehen, wobei die Neigung des Gangordners, die Bezugsfrequenz zu überschreiten, kompensiert wird durch diese Neigung zum Nachgehen. Man versteht somit, daß die Schwingungen des Gangordners sich daraufhin auf die Bezugsfrequenz einstellen, wobei jede augenblickliche Abweichung durch "Vergrößerung oder Verringerung des Antriebsimpulsteiles, währenddessen der Transistor T₂ leitend ist, korrigiert wird. Ein Mittelwert, die Präzision des Systems, ist derjenige, der von dem Quarzoszillator geliefert wird.

Man stellt fest, daß ein Störimpuls, der an der Basis des Transistors Tp erscheint, den größten Teil der Zeit außerhalb der Antriebsimpulse liegt, so daß er also ohne Wirkung ist. Wenn

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er während der Antriebsimpulse auftritt, wird sein schädlicher Einfluß ohne Zweifel schnell korrigierte

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Widerstand Rp zwischen der Basis des Transistors T, und dem Kollektor des Transistors T„ angeordnet, dessen Emitter mit dem positiven Pol der Spannungsquelle S verbunden ist.

Es wird angenommen, daß die anderen Bedingungen mit denjenigen der Einrichtung nach E¹Ig₀ 1 identisch sind«

Die Wirkungsweise ist im wesentlichen gleich derjenigen der Ausführungsform nach Figo 1, wobei aber zu berücksichtigen ist, daß der leitende Zustand des Transistors Tp während der Bezugsimpulse geeignet ist, eine Verringerung der Antriebsimpulsamplitude hervorzurufen und nicht, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel eine Vergrößerung,, Es ergibt sich daraus, daß die Bezugsimpulse in diesem Falle eine Amplitudenverringerung im zweiten Teil der Antriebsimpulse hervorrufen=

Bei der Schaltung nach Figo 2 kann der Widerstand FU durch eine oder mehrere Dioden ersetzt werden, die in Durchlaßrichtung geschaltet sind» Er kann sogar weggelassen werdenο In diesem Falle wird die Antriebsimpulsdauer geändert=

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Man stellt im übrigen fest, daß in einem oder anderen Fall die zeitweilige schädliche Kopplung,, die durch das Räderwerk des Uhrwerkes hervorgerufen wird, einen Abfall der Amplitude des Gangordners bex^irkt, daß aber die Frequenz sofort durch eine Änderung des Antriebsimpulses korrigiert wird, die die entnommene Energie kompensiert»

Ferner können die beschriebenen Systeme so eingerichtet sein, daß sie weiterlaufen, auch wenn die Bezugsimpulse ausbleiben, jedoch ist die Präzision dann ziemlich schlecht.

Man stellt auch fest, daß die für die Aufrechterhaltung der durch einen Quarz gesteuerten Bewegung erforderliche Energie nach der erfindungsgemäßen Anordnung unterhalb derjenigen liegt, welche die elektrische Unterhaltung der Schwingungen mit den klassischen Einrichtungen nach den vorgenannten Patentschriften ermöglicht. Bei der Schaltung nach Fig. 1 hängt dies ab von der Reihenschaltung des Widerstandes R₂. Bei der Schaltung nach Fig, hängt dies ab von der Arapl i tudenverr ingerung oder der Verringerung der Zeitdauer eines Teiles der Antriebsimpulse.

Im übrigen ist die Ausführungsform nach Pig. I unmittelbar anwendbar für die Synchronisation von Uhrwerken mit elektrischem Kontakt, der während der Bewegung des Gangordners betätigt wird.

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Schließlich sind die vorgeschlagenen neuen Anordnungen anwendbar bei den bereits bestehenden Uhrwerken,, wie sie insbesondere in den vorher genannten Patentschriften beschrieben sindj, was zahlreiche Probleme ausschaltet während der Verteilung in der großen Öffentlichkeit=,

Das vorgeschlagene System kann angewendet werden für_ die Synchronisation mehrerer Uhrwerke, die parallel geschaltet sind, um die Zeitverteilung an mehrere Uhren zu verwirklichen, die mit Abstand voneinander angeordnet sind und die identische Zeit anzeigen müssen. Dies ermöglicht in der Tat die Verwendung einer ■ einzigen Speisung und auch die Verringerung des elektrischen Verbrauchs einer solchen Einrichtung,

Es ist in diesem Falle vorteilhaft, die Selbstantriebsschaltung der Uhrwerke durch bekannte Mittel abzuändern, um die Uhrwerke selbstanlaufend zu machen, wobei der Synchronisationsvorgang identisch bleibt.

Entsprechend den Arten von verfügbaren Frequenzteilern können die Ausgangsimpulse verschiedene Polaritäten in Bezug auf das Speisepotential Vdd besitzen. Entsprechend dem vorliegenden Fall kann der Tor-Transistor T₂ ein PNP-Transistor oder ein NPN-Transistor sein, der mit einem oder dem anderen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

QA Elektronische Einrichtung zur Steuerung eines Uhrwerkes mit einer Speisespannungsquelle, einem Transistor und einer Triebspule, welche mit Stromimpulsen gespeist wird und mit einem Magnetteil eines Gangordnerschwingers des Uhrwerkes zusammenwirkt, so daß die Schwingungen des Gangordners durch die der Speisespannungsquelle entnommene Energie mit einer vorbestimmten Frequenz aufrechterhalten werden, dadurch "gekennzeichnet, daß ein Quarzoszillator (QZ) vorgesehen ist, dem ein Frequenzteiler 0VO) zugeordnet ist und der Impulse mit einer Bezugsfrequenz lieferte die von der vorbestimmten Antriebsfrequenz etwas verschieden ist, und daß eine besondere Torschaltung (Ϊ2> R* Ro)

' vorgesehen ist, welche die Amplitude der die Triebspule (BM) durchsetzenden Stromimpulse während der Impulse mit der Bezugsfrequenz so verändert, das der Isochronismus des Gangordners beeinflußt und die Gangordnerschwingungen derart von der Amplitude abhängig gemacht werden, daß die wirkliehe 8ehwingungsfrequenz des Gangordners mit der Bezugsfrequenz gleichgehalten wird.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung einen weiteren Transistor (T₂) enthält, dessen Basis durch den Frequenzteiler (DVO) gesteuert wird, und daß sie einen Reihenwiderstand (Ro) zwischen der S'pelsespannungsquelle (S) und der Triebspule (BM) aufweist, dessen Enden an die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (T₂) geführt sind.
3· Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer Steuerspule, die mit dem Magnetteil des Gangordners zusammenwirkt und Stromimpulse liefert, die durch.den Transistor verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung einen zweiten Transistor (Tp) enthält, dessen Basis durch den Frequenzteiler (DVO) gesteuert wird, wobei der Emitter-Kollektor-Kreis die Steuerspule (BC) und die Triebspule (BM) enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Kreis zusätzlich einen Widerstand (R₂) enthält.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Kreis zusätzlich wenigstens eine Diode in Durchlaßrichtung enthält.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß der Quarzoszillator (QZ) und der Frequenzteiler (DVO) von der gleichen Spannungsquelle (S) wie die Antriebsschaltung gespeist werden.

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