DE2353200C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Synchronisieren einer von einem mechanischen Energiespeicher angetriebenen Uhr mit Gangregler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren einer von einem mechanischen Energiespeicher angetriebenen Uhr mit einem Gangregler, der durch ein pulsförmiges Antriebsmoment in Schwingung gesetzt und gehalten wird und der mittels durch Teilung aus einer Quarzoszillation abgeleiteter Taktimpulse durch elektromechanische Beeinflussung synchronisiert wird.

Bei den bekannten mechanisch angetriebenen Uhren erfolgt die mechanische Energiespeicherung durch Gewichte oder Aufzugsfedern. Die Gangregulierung wird mittels eines Schwingsystems erzielt, das als frequenzbestimmende Bestandteile gewöhnlich ein Gangrad, einen Anker und eine Unruh als Rotationspendel oder ein lineares Pendel aufweist. Die Gangregler mit Unruh sind in der Uhrenindustrie auch als separate Bausteine unter dem Namen »Echappement« bekannt. Echappements finden außer in Uhren insbesondere in technischen Laufwerken Verwendung. Rein mechanische Uhren sind relativ einfach und robust gebaut. Sie sind vergleichsweise preiswert und eignen sich für den größten Teil aller Anwendungsgebiete.

im Zuge der fortschreitenden Technik wurden rein elektronische Quarzuhren entwickelt, bei welchen aus der unterteilten Quarzschwingung direkt der Taktimpuls für die Zeitanzeigevorrichtung abgeleitet wird. Ferner sind transistorisierte Unruh-Uhren bekannt, bei welchen eine direkte Synchronisation des transistorgetriebenen Rotationspendels mit Hilfe des Q«iarz-Taktimpulses erfolgt. Beide Uhrenantriebe besitzen eine gute Ganggenauigkeit, sind jedoch vergleichsweise aufwendig und teuer. Außerdem benötigen sie auf jeden Fall elektrische Energiespeicher für den Uhrenantrieb.

Aus der DT-OS 22 58 963 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der einfache robuste mechanische Antrieb des Uhrwerks mit der Genauigkeit eines quarzgesleuertcn elektronischen

Uhrwerks dadurch kombiniert, daß der mechanisch angetriebene Gangregler elektromechanisch durch von einem Quarzoszillator abgeleitete Taktimpulsc synchronisiert wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden die von dem Quarzoszillator abgeleiteten, frequenzunterteilten Taktimpulse zur direkten Synchronisation des Gangreglers einem auf diesen einwirkenden elektromechanischen Wandler zugeführt. Dies geschieht in einer Ausführungsform in der Weise. daß durch den Wandler ein Stift betätigt wird, der auf die Spiralfeder der Unruh in der Weise einwirkt, daß die effektive Spiralfederlänge durch die Berührung mit dem Stift verkürzt wird und demzufolge die Bewegung der Unruh beschleunigt wird. Es kann dabei also nur eine Beschleunigung der Unruhschwingung erreicht werden, so daß diese zu langsam eingestellt werden muß, um eine Synchronisierung möglich zu machen. In einer zweiten Ausführungsform ist eine Synchronisation von zu schnellen und zu langsamen Unruhschwingungen möglich. Dabei greift der Stift in den Bereich eines Unruhkranzes ein und kann durch Anschlag an einen äußeren Anschlagstift verlangsamend oder beschleunigend auf die Unruh einwirken. Im Synchronisationsfall erfolgt kein Eingriff dieser Art.

Durch diese bekannte Synchronisierung ist es möglich, ein einfaches robustes Uhrwerk mit einem mechanischen Energiespeicher zu verwenden. Ein elektrischer Energiespeicher ist nur für die Synchronisationseinrichtung erforderlich. Die erreichbare Laufgenauigkeit entspricht dabei einem elektronisch gesteuerten Uhrwerk. Der mechanische Eingriff der Synchronisationsglieder führt jedoch zu einem verhältnismäßig starken Verschleiß, der die Lebensdauer solcher Uhrwerke begrenzt. Ein besonderer Nachteil besteht aber vor allem auch darin, daß diese direkte Synchronisation nur einen verhältnismäßig geringen Synchronisationsbereich möglich macht, d. h., die Anforderungen an die Laufgenauigkeit des mechanischen Gangregler müssen bereits ziemlich hoch sein. Diese verhältnismäßig hohen Anforderungen an die Genauigkeit des mechanischen Gangreglers stehen dem eigentlichen Zweck des Synchronisierungsverfahrens entgegen, nämlich ein möglichst einfaches robustes mechanisches Uhrwerk verwendbar zu machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchem der Synchronisationsbereich einer rein mechanisch angetriebenen, quarzsynchronisierten Uhr in relativ einfacher und extrem wirkungsvoller Weise bei sehr guter Ganggenauigkeit wesentlich vergrößert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die synchronisierende Beeinflussung über eine elektromagnetische Kopplung durch indirekte Synchronisation derart erfolgt, daß ein Phasen- und Frequenzvergleich zwischen den Taktimpulsen und einem aus der Bewegung des Schwingsystems, beispielsweise der Unruh, abgeleiteten Wechselspannungssignal mit dem Schwingsystem entsprechender Frequenz und Phase durchgeführt wird, daß aus diesem Vergleich ein Regelsignal abgeleitet wird und daß das Regelsignal zur Steuerung einer variablen Belastung des Schwingsystems sowie zur Erzeugung eines auf dieses einwirkenden regelnden Drehmomentes über die elektromagnetische Kopplung be-Durch die indirekte Synchronisation mit Hilfe eines Phasen- und Frequenzvergleichs kann der Synchronisationsbercich gegenüber einer direkten Synchronisation erheblich vergrößert werden. Dies bcdeutet, daß an die Ganggenauigkeit des mechanischen Uhrwerks wesentlich geringere Anforderungen gestellt werden müssen. Es können daher äußerst einfache, robuste und preiswerte Uhrwerke verwendet werden. Da die Synchronisation nur über eine elektromagnetische Kopplung ohne jeden mechanischen Eingriff stattfindet, treten bei den Synchronisationsgliedcrn keinerlei Verschleißerscheinungen auf. wodurch die Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Die mechanische Antriebsenergie wird aus einem entsprechenden Energiespeicher in Form einer Uhrfeder oder in Form von Uhrgewichten gedeckt, während lediglich der der Synchronisation dienende Encrgicanteil aus einem elektrischen Energiespeicher entnommen wird. Es ist allerdings auch möglich, diesen kleinen elektrischen Energieanteil aus der mechanischen Schwingungsenergie des Schwingsyslcrns abzuleiten, so daß der gesamte Uhrenantrieb unabhängig von einer äußeren Netzversorgung oder Batterie wird. Das Prinzip der erfindungsgemäßen Synchronisierung

beruht auf folgenden Überlegungen:

Das unsynchronisierte Schwingsystem bzw. die Unruh führte periodische Schwingungen aus, bei denen der Momentanwinkel der Unruhschwingung einen sinusförmigen Verlauf aufweist.

mit

"Ό

= Φ sin

= 2,-τ/ο = 2.Τ/Γ;

T = Periode. Φ — Schwingungsamplitude, ί = Zeit.

Wenn man annimmt, daß das Antriebsmoment M₁ des Schwingsysterrs ohne Synchronisation synchron zur ersten Ableitung des Momentanwinkels nach der Zeit d7/di, also zu 7, verläuft, ergibt sich ein Nulldurchlauf (r/ = 0) symmetrisches Antriebsmoment M_K. Die Grundschwingungskomponente dieses Antriebsmoments beträgt nach Fourier

^Clt. =

I^E+"

_E = a_it:b_1E = 0.

wobei lediglich der Fourier-Kocffizient O_{1 £} der Cosinusschwingung übrigbleibt, während der entsprechende Koeffizient fc, _B der Sinusschwingung wegen der Symmetrie zum Nulldurchlauf zu Null wird. Die Differentialgleichung des Schwingsystems ergibt sich bei Einsetzen des Antriebsmomentes M _E zu

J ■ q + r ■ 7 +■ D ■ η = α, _£ · cos (oi₀t). (3)

Hierbei ist J · <j Beschleunigungsdrehmoment, J Trägheitsmoment, r · 4 Reibungsdrehmoment, D ■ 7 rücktreibendes Drehmoment, D Direktionsmoment Im eingeschwungenen Zustand ergibt sich durcl· Nullsetzung des sinusförmigen Anteils der obigen Differentialgleichung die Resonanzfrequenz des unsynchronisierten Schwingsystems zu
65

/D

f - ^¹O - ^] 1 ^D

^Jo - 2.-, - 2'y I 7

Erfindungsgemäß wird bei der indirekten Synchronisation ein Phasen- und Frequenzvergleich zwischen den Taktimpulsen und einem aus der Bewegung des Schwingsystems, beispielsweise der Unruh, abgeleiteten Wcchselspannungssignal mit dem Schwingsystem entsprechender Frequenz und Phase durchgeführt. Aus diesem Vergleich wird ein Regelsignal abgeleitet, das zur Steuerung einer variablen Belastung des Schwingsystems und zur Erzeugung eines auf dieses einwirkenden regelnden Drehmomentes M_R über die elektromechanische bzw. -magnetische Kopplung benutzt wird. Bei der indirekten Synchronisation kann die mit dem Regelsignal erzielte Regelung bei exakter Synchronisation in der Mitte einer Regelkennlinic durchgeführt werden, so daß Frequenzänderungen nach beiden Richtungen optimal ausgeglichen werden. Der hierbei symmetrische Synchronisationsbereicn ist im Vergleich zur direkten Synchronisation erheblich größer, so daß bei der Serienherstellung an die Ganggenauigkeit und damit an die Einstellgenauigkeit sowie Frequenzstabilität des frei schwingenden Schwingsystems keine überhöhten Anforderungen gestellt werden müssen. Bei der direkten Synchronisation sind die zu stellenden Voraussetzungen wesentlich schärfer.

Dabei ist es besonders bevorzugt, daß die indirekte Synchronisation mit einem azimutalen Versatzwinkel '/' des impulsförmigen Regelmomentes M_R relativ zum Nulldurchlauf des Schwingsystems durchgeführt wird, wobei der optimale Versatzwinkel zur Erzielung einer größtmöglichen Frequenzbeeinflussung

Y'_epI = 0,71 - Φ

mit Φ als Amplitude des Schwingsystems beträgt. Bei gegebener Amplitude bzw. Maximalauslenkung des Schwingsystems wird dementsprechend eine größt-

mögliche Frequenzbeeinflussung erreicht, wenn der azimutale Versatzwinkel gegenüber dem Nulldurchlauf des Schwingsystems etwa 70,7% der Amplitude beträgt. Dieses Ergebnis ist als folgender Betrachtung hcrlcitbar:

Bei der indirekten Synchronisation wird infolge der Belastung des Schwingsystems auf dieses ein regelndes oder synchronisierendes Drehmoment M_R mit der Grundschwingungskomponente

CiR = \^!<i² _iR + Rr (?)

ausgeübt, die vom azimutalen Versatzwinkel und von der Amplitude des Schwingsystems abhängt. Dabei beeinflussen die Fourier-Koeffizienten der Cosinusschwingung, a, R. nur die Amplitude und die Sinusschwingung. fr[ R. nur die Frequenz des Schwingsystems. Für den Zusammenhang mit der zeitlichen Phasenverschiebung«« des Regelmoments M_R gilt

ψ = Φ ■ sin α«; «R = aresin ( ~-

Der Fourier-Koeffizient fr, _R errechnet sich aus

"κ τ '¹Ii

i_1R= — · J M,, sin

ίο mit r_R als Wirkungs- bzw. Kopplungsdauer des Regelmomentes M_R in bezug auf das Schwingsystem. Das Regelmoment M_R ist in erster Näherung der Winkelgeschwindigkeit, d. h. der ersten zeitlichen Ableitung <? des Momentanwinkels des Schwingsystems am um den Versatzwinkel versetzten Ort proportional, und es gilt

("j») = M_e(,_lR =

= M

_Rmax

Wenn ferner das Regelmoment Af _R im Kopplungsbereich als konstant und außerhalb dieses Bereiches zu Null angenommen wird, gilt ferner

"R ^T1il

fyjt = — · Mr{«r = 0) ■ cos(«_R) ■ j sin (/<) d,i bei

< .τ · y

Durch Auslösung dieses Integrals ergibt sich der Fourier-Koeffizient fc, _R zu

= ic · sin (2 n_R)

(10)

k = — ■ M_R {n_R = 0) · sin (* t_r/t).

Aus dieser Gleichung kann der optimale Winkel «_R, für den fc, _R ein Maximum ist, dadurch erhalten werden, daß die erste Ableitung des genannten Fourier-Koeffizienten nach dem obigen Winkel gleich Null gesetzt wird. Daraus ergibt sich in Verbindung mit Gleichung (14)

= 0,71-0.

(11)

Dieser optimale azimutale Versatzwinkel ergibt eine größtmögliche Frequenzbeeinflussung und damit den größten Synchronisationsbereich.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, daß der Sinusanteil b, „ der Grundschwingungskomponente c, _R des Regelmoments M, zu

ft, „ ^ - 2 ■ D · Φ

fo-fS
/0

gewählt wird, wobei D das Direktionsmoment, Φ die Amplitude, /₀* die Resonanzfrequenz des synchronisierten Systems und der Quotient die relative Resonanzfrequenzänderung des schwingenden Systems auf Grund des Synchronisationseinflusses ist. Das frei schwingende System, das gegenüber dem Synchronisationsfall nachhinken oder davonlaufen würde, wird durch das Drehmoment bzw. Regelmoment M _R bei entsprechender Wahl des Fourier-Koefnzienten i>, _R der Sinusschwingung exakt synchronisiert Die Be messung für b_1R ergibt sich aus der nachfolgenden Betrachtung:

Die Differentialgleichung des indirekt synchronisierten Schwingsystems führt über einen Ansatz für

609 629/304

den Momentanwinkel der Schwingung zu einer Bestimmungsgleichung für /i, _R, wenn der Sinusschwingungsanteil der Differentialgleichung im eingeschwungenen Zustand betrachtet wird.

J ■ <}' + τη +D-u = (ii_u; - </_1K) cos(m₍tr) - b_lR ■ sinter),

Ansatz 7 = Φ ■ sin(<»Jr). --M-J -'"i?² + D) Φ = -H_1R. Daraus kann folgende Resonanzfrequenz des indirekt synchronisierten Systems hergeleitet werden:

ί* —

— /η

D- Φ

(12)
(131
(14)

(15)

Die durch die indirekte Synchronisation erzwungene Frequenzänderung beträgt bei kleinen Werten

\f-f_f* L. . f ■ ¹IA

'./ — Jo Jo ~- -j ./ο _(/J '

(16)

so daß die Frequenzänderung linear proportional zum Fourier-Koeffizienten fr, _R ist. Zum Aufrechlerhalten der Synchronisation bei einer bestimmten Frequenzverstimmung, d. h., wenn das frei schwingende System dem Quarztakt »davonlaufen« oder »nachhinken« möchte, muß b_lR und damit das Drehmoment bzw. Regelmoment M_R der indirekten Synchronisation die folgende Gleichung erfüllen:

ft, κ = - 2

/0

D ■ Φ.

(17)

Damit muß der obige Fourier-Koeffizient proportional der relativen Frequenzänderung und dem rücktreibenden Moment D · Φ des Systems linear proportional sein.

Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung zum Synchronisieren einer von einem Energiespeicher mechanisch angetriebenen Uhr mit einem Gangregler, der durch ein pulsförmiges Antriebsmoment in Schwingung versetzt und gehalfen wird, vorgeschlagen, bei welcher ein Quarztaktimpulsgeber indirekt mit einem dem mechanischen Schwingsystem zugeordneten elektromechanischen Wandler verknüpft ist.

Dabei ist es bevorzugt, daß der Quarzlaktimpulsgeber einen Quarzoszillator und einen nachgcschalteten Teiler erhält, wobei der Teiler die Quarzfrequenz auf eine seiner Binärteilerzahl entsprechende Taklimpulsfrequenz untersetzt. Hierdurch kann beispiels- weise aus einem Quarzoszillator hoher Schwingfrequenz in einfacher Weise eine entsprechende Taktimpulsfrequenz von 1 Hz hergeleitet werden.

Vorzugsweise ist dem Quarztaktimpulsgeber ein Phasendiskriminator zur Durchführung eines Phasen- und Frequenzvergleichs zwischen den Taktimpulsen und dem aus dem Schwingsystem abgeleiteten Wechselspannungssignal nachgeschaltet, und ein dabei gebildetes Regelsignal des Phasendiskriminators wird zur Steuerung eines nachgeschalteten und eine vanable Belastung des Schwingsystems bildenden »Regeldynamos« benutzt, der die Wandlerspule des elektromechanischen Wandlers enthält. Wie bereits erwähnt wurde, ermöglicht die Verwendung eines »Regeldynamos« eine wesentliche Vergrößerung des er- zielbaren Synchronisationsbereiches, weshalb an die Gang- und Einstellgenauigkeit sowie Frequenzstabilität des frei schwingenden Schwingsystems im Ver gleich zur direkten Synchronisation geringere Anforderungen gestellt werden müssen.

Ferner ist vorgesehen, daß die Wandlerspule gegenüber dem Nulldurchlauf des Schwingsyslems bzw. dem Permanentmagneten des Schwingsystems, vorzugsweise der Unruh, einen Versatzwinkel aufweist, der zur Erzielung einer größtmöglichen Frequenzbeeinflussung im Optimalfall Ψ , = 0,71 Φ beträgt. Bei diesem optimalen Versatzwinkel ergeben sich der größtmögliche und die Frequenz beeinflussende Fourier-Koeffizient hi _R und damit der größtmögliche Synchronisationsbercich, beispielsweise gemäß Gleichung (17).

Um bei einer gegebenen Frequenzverstimmung zwischen der Resonanzfrequenz des frei schwingenden und des indirekt synchronisierten Systems die Synchronisation aufrechterhalten zu können, ist es bevorzugt, daß der »Regeldynamo« auf das Schwingsystem ein Regelmoment M_R mit einer Grundschwingungskomponente C_{1 R} ausübt, deren Sinusanteil zu

h, _R ^ - 2 · D ■ Φ ■ ^'-~ -*

gewählt ist.

Eine weitere Ausführungsform ist dergestalt, daß die Wandlerspulc zur Bildung und Weiterleitung des aus dem Schwingsystem abgeleiteten Wechsclspannungssignals mit tinem zweiten Eingang des Phasendiskriminators verbunden ist. Abgesehen von der Möglichkeit, das Wechselspannungssignal auch aus einer zusätzlichen, gesonderten Spule abzuleiten, ist es besonders einfach, wenn die Signalablcituns: und die Synchronisationsbeeinflussung mittels einer einzigen Wandlerspulc durchgeführt werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß im »Regeldynamo« parallel zur Wandlerspule eine Reihenschaltung aus einem Ladekondensator und einem Gleichrichter, beispielsweise einer Diode, liegt, wobei dem Ladekondensator ein vom Regelsignal des Phasendiskriminators abhängiger Laststrom entnommen wird. Vorzugsweise dient dabei ein mit dem Regelsignal angesteuerter Regeltransistor als veränderlicher Widerstand für eine Laststromentnahme aus dem »Regeldynamo«.

Ferner ist es bevorzugt, daß der Regeltransistoi am Ausgang des Phasendiskriminators liegt und von diesem pulsförmig geöffnet wird, wobei sich der Ladekondensator über den Regeltransistor und einen Begrenzungswiderstand zumindest teilweise entlädt.

Wenn der Regeltransistor während der gesamten Periodendauer T nur einmal geöffnet wird, speicher! der »Regeldynamo< die der Wandlerspule pulsförmig entnommene Ladung über die Periodendaucr. so daC der Regeltransistor den dem »Regcldynamo« ent-

zogenen mittleren Lastgleichstrom auf Grund des Phasendiskriminators in Abhängigkeil von der relativen Phase des Wechselspannungssignals von der Wandlerspule zum Quarztaktimpuls verändert. Infolge der Phasenabhängigkeit des mittleren Lastgleichstroms ergibt sich auch eine entsprechende Phasenabhängigkeit des synchronisierenden Rcgelmnments M_R. Infolge der Zwischenspeicherung im Ladekondensator muß ferner die pulsförmige Laststromentnahme über den Regeltransistor nicht gleichzeitig mit der optimalen Kopplungsphase des elektromechanischen Wandlers auftreten. Ferner wird durch den Ladekondensator eine »Rückkopplung« des Regeltransistors vermieden. Zwar ist theoretisch auch eine Synchronisation ohne Zwischenspeicherung in einem Ladekondensator möglich, wobei sich jedoch ein kleinerer Synchronisationsbereich, größere Rückkopplungsprobleme sowie eine von der System- bzw. Unruhgeschwindigkeit abhängige Dynamowechselspannung ergeben. Die letztere kann bei der pulsförmigen Ansteuerung als Gegenspannung auftreten, so daß der »Regeltransistor« mit der vom Ladezustand der Batterie abhängigen Betriebsspannung betrieben werden müßte. In jedem Fall liefert deshalb ein »Regeldynamo« mit einer Zwischenspeicherung ein wesentlich besseres Ergebnis.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß im Phasendiskriminator während der Zeit, in der das Wechselspannungssignal von der Wandlerspulc im Laufe einer Periode einmal eine Einschaltschwelle überschreitet, ein impulsförmiger Summenstrom durch eine Parallelschaltung zweier ventilartig arbeitender Transistoren über einen gemeinsamen Emitterwiderstand fließt, daß der Summenslrom aus zwei zeitlich aneinander gereihten Einzelströmen der Transistoren zusammengesetzt ist und daß beim Durchsteuern bzw. Sperren des einen Transistors mit den Taktimpulsen der andere Transistor gesperrt bzw. durchgesteuert wird, der seinerseits im durchgeslcuertcn Zustand den Regellransistcr öffnet. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß in Reihe zum Emitterwiderstand ein vom Wechselspannungssignal beeinflußter Schalttransistor liegt, daß der Basis des einen Transistors der Taktimpuls zugeführt wird und daß nur der andere Transistor einen Kollektorwiderstand aufweist und mit seinem Kollektor an die Basis des Regel transistors angeschlossen ist. Durch einen derartigen, differenzverstärkerartig aufgebauten Phasendiskriminator fließt über den Emitterwiderstand dann ein Emitterstrom auf Grund der ventilartigen Funktion der parallelen Transistoren, wenn der Schalttransistor vom in der Wandlerspule induzierten WecHselspannungssignal einmal pro Periode durchgeschaltet wird. Wenn der eine von den Taktimpulsen gesteuerte Transistor beispielsweise geöffnet ist, ergibt sich für den anderen Transistor auf Grund der Emitterkopplung ein gesperrter Zustand, so daß der zugeordnete Regeltransistor ebenfalls gesperrt ist. Bei einer Polaritätsumkehr des Taktimpulses wird der eine Transistor geschlossen, während der andere unter Durchschaltung des Pegeltransistors geöffnet wird, so daß dem »Regeldynamo« ein Laststrom entnommen werden kann, bis das Wechselspannungssignal der Wandlerspule die Einschaltschwelle für den Schaittransistor unterschreitet. Je nach der Phasenlage der Taktimpulse gegenüber dem Wechselspannungssignal ergibt sich eine kürzere oder längere Laststromentnahme, was zur Synchronisation des Schwingsystems führt.

Bei einer praktischen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Basis des anderen Transistors über einen Spannungsteiler auf etwa halbe Batteriespannung als Bezugspotentiel für die Taktimpulse gelegt wird. Wenn der mittlere Gleichspannungsanteil der Taktimpulse diesem Bezugspotential entspricht, erfolgt bei der einen Halbschwingung der Taktimpulsc eine völlige Durchschaltung des einen Transistors und damit Sperrung des Regellransistors, während bei

ίο der anderen Halbschwingung eine Sperrung des einen Transistors und damit Durchschaltung des Regeltransislors hervorgerufen wird.

Ferner ist vorgesehen, daß die Größe des mittleren Entlade- bzw. Belastungsstroms von der Einschalt-

is dauer des Regeltransistors abhängt, wobei im Fall eines zu langsam bzw. zu schnell arbeitenden Schwingsystems eine Verringerung oder Vergrößerung der Belastung des »Regeldynamos« eintritt. Wenn z. B. das Schwingsystem oder die Unruh schneller schwingen möchte als im Synchronisationszustand, ergibt sich eine größere Belastung des »Regeldynamos« und damit ein größeres Regelmoment M_R, wodurch sich eine synchronisierende Verlangsamung des Schwingsystems einstellt. Umgekehrt wird bei zu langsamem Schwingsystem die Belastung herabgesetzt, so daß wegen des kleineren Regelmoments M_R eine geringere Bremsung des Schwingsystems auftritt, was zu einer synchronisierenden Frequenzerhöhung führt. Während der Sinusanteil H_1R des bremsenden Drehmomenls M_R eine synchronisierende Korrektur der Schwingfrequenz verursacht, führt der bisher nichi näher erörterte Fouricr-Koeffizient a_{t R} des Cosinusanteils des Regelmoments M_R zu einer proportionalen Amplitudendämpfung. Die Regelwirkung der indirekten Synchronisation besteht in einer mehr oder weniger starken Vcrlangsamung der System- bzw. Unruhschwingung, wenn die Frequenz des frei schwingenden Systems größer als die Frequenz im Synchronisationsfall ist. Beim Umpolen der Wandlerspulc wird das Schwingsystem dann beispielsweise im Hinlauf statt im Rücklauf durch den »Regeldynamo« bedämpft, so daß ^_{1 R} in diesem Fall die gleiche Richtung wie das rücktreibende Drehmoment der Unruhfeder besitzt, in diesem Fall besteht die Rcgelwirkung in einer mehr oder weniger starken Beschleunigung der Systemschwingung, wobei die Resonanzfrequenz des frei schwingenden Systems niedriger als im Synchronisationsfall gewählt wird.

Eine weitere Ausführungsvariantc besteht darin.

daß der elektromechanische^Vandler und der Dynamo zur Betriebsspannungserzeugung kombiniert sind, wobei für beide Funktionen nur ein Permanentmagnet und nur eine Dynamo- bzw. Wandlerspule verwendet werden. Diese Maßnahme ist besonders zweckmäßig, da der Gesamtaufbau unter Einsparung an Spulen und Permanentmagneten vereinfacht werden kann.

In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, daß bei

der indirekten Synchronisation der kombinierten Dynamo- und Wandlerspule zwei Reihenschaltungen aus je einem Ladekondensator und einer Diode parallel geschaltet sind, daß beide Dioden gegensinnig gepolt sind, wobei die Belriebsgleichspannung unter Verdopplung von beiden Ladekondensatoren abgenommen wird, während der Verbindungspunkt der Ladekondensatoren zum Regeltransistor führt, und daß die Dynamo- und Wandlerspule um den Versatzwinkel gegenüber dem Nulldurchlauf des Schwingsystems versetzt angeordnet ist. Hierbei wird dem

Schwingsystem während beider Halbwelten Energie zum Laden der Ladekondensatoren entzogen. Diese sind spannungsmäßig hintereinander geschaltet, so daß die Gesamtspannung als Betriebsgleichspannung verwendbar ist. Die Wirkung des »Regeldynamos« ergibt sich hierbei dadurch, daß die kombinierte Dynamo- und Wandlerspule gegen den Nulldurchlauf des Schwingsystems versetzt angeordnet ist und daß die tür die Frequenzbeeinflussung erforderliche Belastung nur während einer Halbschwingung (Hinlauf oder Rücklauf) auftreten kann, und zwar durch die unsymmetrische Belastung durch den Regeltransistor. Aus diesem Grunde fließt der Belastungsgleichstrom nur über eine der beiden Dioden, so daß eine echte indirekte Synchronisation vorliegt. Theoretisch ist es jedoch auch möglich, zwei im Gegentakt arbeitende Regeltransistoren zu verwenden, die jeweils von einer der beiden Dioden gespeist werden, wodurch eine symmetrische Frequenzregelung nach beiden Richtungen möglich ist. Hierbei sollte jedoch die Frequenz des frei schwingenden Systems wie bei der direkten Synchronisation mit der Frequenz der Taktimpulse übereinstimmen.

Im Zusammenhang mit der unsymmetrischen Belastung des Dynamos mit einer kombinierten Dynamo- und Wandlerspule, die um den Versatzwinkel gegenüber dem Nulldurchlauf versetzt ist, ist es ferner bevorzugt, daß der azimutale Versatzwinkel im Optimalfall in den Grenzen

0,26Φ < Ψ_ορ, < 0,71Φ (18)

gewählt wird. In diesem Bereich sind sowohl die

dämpfenden als auch die frequenzverstimmenden Komponenten des Grundschwingungsanteils des Regelmoments ausreichend groß und zumindest gleich der Hälfte der Maximalwerte der entsprechenden Komponenten. Die genannten Grenzen ergeben sich aus folgender Betrachtung:

Es besteht das Bestreben nach möglichst großen Werten der folgenden Quotienten

und

(19)

bf»

I R max

wobei die α-Werte, die nur die Amplitude und die fc-Werte, die nur die Frequenz beeinflussenden Cosinus- und Sinusanteile der Grundschwingungskomponente von M_R bei unsymmetrischer Dynamobelastung durch den Regeitransistor und bei kombinierter Dynamo- urd Wandlerspule sind. Aus der Gleichung (10) ergibt sich der zweite Quotient aus (19) zu

——- = sin (21

mit

(20)

Der erste Quotient aus (19) wird aus der bisher nicht näher ernannten Bestimmungsgleichung für den Fourier-Koeffizienten α, „ abgeleitet.

„ _ges („_R = 0) ■ cos ( "R+ I'll

a_R) ■ JcOS(ß)-dfi

(21)

ai*R_ma*=a.*R(«R=0) (22)

cos²(„_R). (23)

1-5— = ηηκ²

⁰I R max

Aus der Bedingung, daß beide Funktionen gleichzeitig größer als 0,5 sein sollen, ergeben sich entsprechende Grenzwerte für den Winkel a_R und damit über Gleichung (6) für den optimalen Versatzwinkel. Dabei können die genannten Grenzwerte selbstverständlich auch zeichnerisch ermittelt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter anderem an verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 a schematisch eine zum Nulldurchgang symmetrisch schwingende Unruh,

F i g. 1 b eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Momentanwinkels und der Winkelgeschwindigkeit der Unruh aus Fig. la,

F i g. 1 c eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des pulsförmigen und symmetrisch zum Nulldurchgang des Systems liegenden AntriebsmomentesM, ohne zusätzliche Synchronisation,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung einer indirekten Synchronisation unter Verwendung einer Batterie,

F i g. 3 ein Schaltbild eines in der Anordnung aus F i g. 2 enthaltenen Phasendiskriminators.

Fig.4a, b und c zeitliche Spannungr- und Stromverläufe der Anordnung aus F i g. 2 und 3 im synchronisierten und nicht synchronisierten Zustand,

F i g. 5 eine der Anordnung aus F i g. 2 weitgehend entsprechende Anordnung, wobei jedoch die Synchronisationsenergie aus der Bewegungsenergie des Schwingsystems abgeleitet wird,

F i g 6 eine Anordnung zur indirekten Synchronisation miit einer kombinierten Dynamo- und Wandlerspule und

Fig.7a, 7b graphische Kurvenverläufe zum Ablesen eines Optimalbereiches.

Aus F i g. 1 b ergeben sich ein sinusförmiger Verlauf des Mornentanwinkels und ein cosinusförmiger Verlauf der Winkelgeschwindigkeit der unsymmetrisch zum Nulldurchlauf schwingenden Unruh aus F i g. 1 a. Diese Rotationsschwingung wird bei einer rein mechanischen Uhr mit einem Antriebsmoment M₁ gem. Fig. Ic erzeugt, das symmetrisch zum Nulldurchlauf liegt. Das aus dem Echappement als mechanische Hemmung bestehende Schwingungssystem führt eine von den Elementen abhängige Schwingung mit einer Resonanzfrequenz durch, die in bekannter Weise beispielsweise temperaturabhängig ist.

Mit einer Anordnung nach F i g. 2 kann das rein mechanische Schwingsystem aus F i g. 1 a indirekt synchronisiert werden. De. Ausgang eines Quarzoszillators 1 ist mit dem Eingang eines Frequenzteilers! verbunden. Die im Teiler 2 aus der Oszillationsfrequenz erzeugten, quarzgesteuerten Taktimpulse U₁ werden einem in Fig.3 näher dargestellten Phasendiskriminator 13 zugeleitet. Der Phasendiskriminator 13 ist mit der Wandlerspule 14 eines elektromechanischen Wandlers 14,5 verbunden, die mit etwa radialer Ausrichtung zu dem Mittelpunkt der zu synchronisierenden Unruh 4 angeordnet ist. An der Unruh 4 ist in deren Nulldurchlauf ein Permanentmagnet befestigt.

Der Uhrenantrieb fuhrt in bekannter Weise zu einer analogen oder digitalen Zeitanzeige 7.

Die Wandlerspule 14 ist gegenüber dem Nulldurchlauf um den Versatzwinkel versetzt und gehört zu einem »Regeldynamo« 14, 15, 16. In diesem ist der Wandlerspule 14 eine Reihenschaltung aus einem Ladekondensator 16 und einer Diode 15 als Gleichrichter parallel geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Ladekondensator 16 und der Diode 15 führt gemäß F i g. 3 zu einem Regeltransistor 27 am Ausgang des Phasendiskriminators 13.

Das in der Wandlerspule 14 erzeugte Wechselspannungssignal M₁ wird ferner von der Wandlerspule über einen zweiten Eingang dem Phasendiskriminator 13 eingegeben, der seinerseits einen Phasen- und Frequenzvergleich dieses Wechselspannungssignals u, mit den Taktimpulsen U₂ durchführt. Zur Spannungsversorgung des Quarzoszillators 1, des Teilers 2 und des Phasendiskriminators 13 ist bei der Anordnung gemäß Fig.2 eine Batterie9 vorgesehen, die zum Kurzschließen der Taktimpulse mit einem Kondensator 8 abgeblockt ist.

Gemäß F i g. 3 sind zwei Transistoren 21 und 22 parallel geschaltet, wobei der eine Transistor 21 direkt zur positiven Versorgungsgleichspannung +1,5V führt, während der andere Transistor 22 einen Kollektorwiderstand 25 aufweist. Die Emitter beider Transistoren 21 und 22 führen über einen gemeinsamen Emitterwiderstand 19 zur Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 18, dessen Emitter an Masse (0 V) liegt. Während der Basis des einen Transistors 21 über einen Koppelwiderstand 20 die Taktimpulse u₂ von der Treiberstufe 2 aus F i g. 2 zugeleitet werden, liegt die Basis des anderen Transistors 22 über einem Spannungsteiler 23, 24 in etwa auf halber Batteriespannung.

Vom Kollektor des anderen Transistors 22 führt eine Leitung über einen Basiswiderstand 26 zu dem bereits erwähnten Regeltransistor 27, dessen Emitter an der positiven Versorgungsgleichspannung und dessen Kollektor über einen Begrenzungswiderstand 28 an der Verbindung zwischen dem Ladekondensator 16 und der Diode 15 liegt. Eine Seite der Wandlerspule 14 führt zusammen mit einer Seite des Ladekondensators 16 zur positiven Versorgungsgleichspannung. während die andere Seite der Wandlerspule über einen Widerstand 17a zum Emitter eines Transistors 18a führt. Die Basis dieses Transistors 18a liegt an der positiven Versorgungsgleichspannung. während der Kollektor über einen Widerstand zur Basis des Schalttransistors 18 führt.

Bei der indirekten Synchronisation wird in der Spule 14 ein Wechselspannungssignal U₁ beispielsweise des Verlaufs aus F i g. 4a erzeugt. Zumindest einmal während einer Periode wird die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 18 a durchgeschaltet, beispielsweise bei etwa 0,62 V, so daß der Transistor 18a leitend wird und den Schalttransistor 18 durchsteuert. Während s dieser Durchsteuerung des Schalttransistors 18 fließt durch die Transistoren 21, 22 ein etwa gleichbleibender, pulsförmiger Summenstrom I₁ + I₂ gemäß Fig.4a. In der gegenüber dem Bezugspotential aus dem Spannungsteiler 23,24 positiven Halbschwingung ίο der Taktimpulse u₂ wird der eine Transistor 2ϊ durchgesteuert, so daß in dieser Zeit der andere Transistor 22 gesperrt ist. Während der negativen Halbschwingung der Taktimpulse erfolgt jedoch eine Sperrung des einen Transistors 21 und damit eine öffnung des ' 5 Transistors 22, bis das Wechselspannungssignal U₁ nach Überschreitung der Einschaltspannung u_aN die Ausschalfspannung u_AVS unterschreitet. Beide Ströme I₁ und I₂ sind, wenn der Kollektorwiderstand 25 klein gegenüber dem Emitterwiderstand 19 ist, in etwa gleich groß.

Während der Durchschaltung des anderen Transistors 22 sinkt dessen Kollektorspannung, so daß der angekoppelte Regeltransistor 27 bis zum Sperren des anderen Transistors 22 geöffnet wird. In dieser Zeit fließt gemäß F i g. 4a ein impulsförmiger Entladungsstrom /₃, dessen Größe bei völliger Durchschaltung des Regeltransistors 27 nur durch den Begrenzungswiderstand 28 begrenzt ist. Da während jeder Periode ein pulsförmiger Entladungsstrom /₃ auftritt, was auch für den Synchronisationsfall nach F i g. 4 a der Fall ist, ergibt sich ein mittlerer Belastungsgleichstrom, der den »Regeldynamo« 14, 15, 16 belastet und dadurch eine synchronisierende Beeinflussung des Schwingsystems erzeugt. Während im Synchronisationsfall nach F i g. 4 a ein Transistorstrom I₂ und damit ein Entladestrom I₃ während etwa der halben Durchschaltzeit des Schalttransistors 18 fließt, ergibt sich für den Fall nach Fig.4b, nach dem das System schneller schwingen 4c möchte, ein im Mittel größerer Belastungsstrom/₃, so daß das Schwingsystem synchronisierend stärker abgebremst wird. Im Fall nach Fig.4c möchte die Unruh langsamer schwingen, wobei sich jedoch infolge eines im Mittel kleineren Belastungsstroms I₃ und damit eines kleineren Regelmomentes M, eine wiederum synchronisierende Frequenzerhöhung ergibt.

Mit anderen Worten wird das System, ausgehend von einem Mittelpunkt der Regelkennlinie mit einer mittleren Verlangsamung oder Beschleunigung außerhalb des Mittelpunktes, mehr oder weniger stark verlangsamt bzw. beschleunigt.

Eine Verlangsamung tritt auf, wenn der Regeldynamo im Bereich zunehmender Winkelgeschwin·

digkeit 9, d. h. für j_f \q\ > 0, die Unruh belastet. Eine Beschleunigung entsteht, wenn der Regeldynamo irr Bereich abnehmender Winkelgeschwindigkeit <j. d. h

für 1 I9I > 0, die Unruh belastet

Die Anordnung aus F i g. 5 entspricht weitgehenc derjenigen aus F i g. 2. wobei lediglich zur Betriebs spannungserzeugung statt der Batterie 9 ein Dynarm 10, 11 verwendet wird. Dieser Dynamo besteht au einem im oder gegenüber dem Nulldurchlauf an de Unruh 4 angebrachten Permanentmagneten 10 um einer ebenfalls im Nulldurchlauf angeordneten Dy namospulell. Diese führt über eine Diode 12 al

Gleichrichter zu dem Kondensator 8, der in diesem Falle zusätzlich als Ladekondensator dient.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 sind die Wandlerspule 14 und die Dynamospule 11 aus F i g. 5 zu einer kombinierten Dynamo- und Wandlerspule 11 zusammengefaßt. Sie ist gegenüber dem Nulldurchlauf der Unruh 4 versetzt angeordnet und nur noch einem Permanentmagneten 10 im Nuüdurchlauf der Unruh 4 zugeordnet. Der kombinierten Dynamo- und Wandlerspule 11 aus Fig.6 sind zwei Reihenschaltungen aus je einem Ladekondensator 8 und 30 sowie einer Diode 12 und 29 parallel geschaltet. Die Dioden 12 und 29 sind entgegengesetzt gepolt, und der Verbindungspunkt 32 der Ladekondensatoren 8 und 30 ist mit dem Ausgang des Phasendiskriminators 13 bzw. dessen nicht dargestelltem, unsymmetrisch arbeitendem Regeltransistor 27, über eine Leitung 31 verbunden. Das mit einem Pol der Diode 12 verbundene Ende der Spule 11 fuhrt ferner zum Phasendiskriminator 13, um diesem das Wechselspannungssignal U₁ zur Durchführung eines Phasen- und Frequenzvergleichs mit den Taktimpulsen u₂ zuzuführen.

Gemäß F i g. 6 wird die Betriebsgleichspannung von beiden Ladekondensatoren 8 und 30 abgenommen, die spannungsmäßig hintereinander geschaltet sind. Der durch den Phasendiskriminator 13 vom »Regeldynamo« abgezogene Belastungsstrom fließt nur über die Diode 12, so daß wie bei den Ausfiihrungsformen aus F i g. 2, 3 und 5 eine unsymmetrische Dynamobelastung mit dem Ziel einci' indirekten Synchronisation der Unruh 4 erfolgt.

In Fig. 7a und 7b sind verschiedene Funktionen in Abhängigkeit von der zeitlichen Phasenverschiebung dargestellt, aus denen für den Fall gemäß Fig.6 der optimale Versatzwinkel gemäß Gleichung (18) abgelesen werden kann. In Fig. 7a sind die auf die Maximalwerte normierten dämpfenden und frequenzverstimmenden Komponenten dargestellt, die gleichermaßen einen normierten Wert von 0.5 nicht unterschreiten sollten. Hieraus ergeben sich Grenzwerte für die optimale zeitliche Phasenverschiebung, woraus sich über die Gleichung (6) die entsprechenden Grenzwerte für den optimalen Versatzwinkel der Ausführungsform aus F i g. 6 ergeben. Dieser optimale Bereich für die Versatzwinkel kann andererseits gemäß F i g. 7 b an einer aus der genannten Gleichung abgeleiteten und normierten sowie in gleichem Maßstab wie in Fig.7a aufgetragenen Kurve abgelesen werden. Dabei ergeben sich die Grenzen für den optimalen Versatzwinkel entsprechend Gleichung (18).

Die indirekte Synchronisation einer im übrigen rein mechanisch arbeitenden Uhr mit quarzgesteuerten Taktimpulsen ermöglicht eine hohe Ganggenauigkeit auch derartiger, überwiegend mechanischer Uhrenantriebe.

Die indirekte Synchronisation ermöglicht gegenüber einer direkten einen wesentlich größeren Synchronisationsbereich. Die Synchronisationsschaltungen lassen sich entweder mit einer Batterie oder einem von der Bewegungsenergie des Schwingsystems gespeisten Dynamo versorgen. Ferner kann die Wandlerspule eines bei der indirekten Synchronisation ver-

wendeten »Regeldynamos« mit der Dynamospule kombiniert werden, so daß ein geringerer Spulen- und Permanentmagnetenaufwand entsteht. Abgesehen von weiteren Abwandlungsmöglichkeiten führen verschiedene angegebene Bemessungsgrundlagen zu

einem optimalen Betrieb bei der Synchronisation einer durch Echappement oder Pendel geregelten Uhr.

Die Erfindung ist an Hand einer für Uhren bestimmten Steuerung erläutert. Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemäße Steuerung für mechanische Schwingsysteme jeder Art. Auch läßt sich die Drehzahl von Motoren oder dergleichen umlaufenden Systeme in erfindungsgemäßiger Weise steuern.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (25)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Synchronisieren einer von einem mechanischen Energiespeicher angetriebenen Uhr mit einem Gangregler, der durch ein pulsförmiges Antriebsmoment in Schwingung gesetzt und gehalten wird und der mittels durch Teilung aus einer Quarzoszillation abgeleiteter Taktimpulse durch elektromechanische Beeinflussung syn- ι ο chronisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die synchronisierende Beeinflussung über eine elektromagnetische Kopplung durch indirekte Synchronisation derart erfolgt, daß ein Phasen und Frequenzvergleich zwischen den Taktimpulsen und einem aus der Bewegung des Schwingsystems, beispielsweise der Unruh, abgeleiteten Wechselspannungssignal mit dem Schwingsystem entsprechender Frequenz und Phase durchgerührt wird, daß aus diesem Vergleich ein Regelsignal abgeleitet wird und daß das Regelsignal zur Steuerung einer variablen Belastung des Schwingsystems sowie zur Erzeugung eines auf dieses einwirkenden regelnden Drehmomentes über die elektromagnetische Kopplung benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die indirekte Synchronisation mit einem azimutalen Versatzwinkel Ψ des impulsförmigen Regelmomentes M_R relativ zum Nulldurchlauf des Schwingsystems durchgeführt wird, wobei der optimale Versatzwinkel zur Erzielung einer größtmöglichen Frequenzbeeinfiussung V'opi = 0,71 · Φ mit Φ als Amplitude des Schwingsystems beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinusanteil b_lR der Grundschwingungskomponunte C₁ „ des Regelmoments M _R zu

Z -2ΏΦ- i°~J°-
/0

40

gewählt wird, wobei D das Direktionsmoment, Φ die Amplitude und der Quotient die relative Resonanzfrequenzänderung des schwingenden Systems auf Grund des Synchronisationseinflusses ist.

4. Vorrichtung zum Synchronisieren einer von einem mechanischen Energiespeicher angetriebenen Uhr mit einem Gangregler, der durch ein pulsförmiges Antriebsmoment in Schwingung versetzt wird, nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Quarztaktimpulsgeber (1, 2, 13) indirekt mit einem dem mechanischen Schwingsystem (4) zugeordneten elektromechanischen Wandler (5, 14) verknüpft ist.

5. Vorrichtung nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß der Quarztaktimpulsgeber (1, 2, 13) einen Quarzoszillator (1) und einen nachgeschalteten Teiler (2) enthält, wobei der Teiler (2) die Quarzfrequenz/_ö auf eine seiner Binärleileranzahl entsprechende Taktimpulsfrequenz f_T untersetzt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler eine mit dem Quarzimpulsgeber (1, 2) verbundene Wandlerspule (14) sowie einen am mechanischen Schwingsystem (4) befestigten Permanentmagneten (5) aufweist, wobei die Teile des elektromechanischen Wandlers auf diese Weise elektromagnetisch gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (5j am Umfang der Unruh (4) und im möglichen Einflußbereich der in etwa radial zur Unruhmitte weisenden sowie mit einem Spulenkern versehenen Wandlerspule (14) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarztaktimpulsgeber (1, 2) und/oder ein diesen mit der Wandlerspule (14) verbindendes Zwischenglied (13) an einer Spannungsversorgung (9; 10, 11) liegen, die mit einem Kondensator (8) gegen die niederfrequenten Taktimpulse abgeblockt ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung eine Batterie (9) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung ein Dynamo (10,11) ist, mit dem die Betriebsspannung aus der Bewegungsenergie des mechanischen Schwingsystems (4) gewonnen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dynamo (10, 11) einen am Schwingsystem, beispielsweise am Umfang der Unruh (4), angeordneten mitbeweglichen Permanentmagneten (10) aufweist, in dessen Einflußbereich eine feste Dynamospule (11) mit Spulenkern und mit einem nachgeschalteten Gleichrichter (12) liegt.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Quarztaktimpulsgeber (1,2) ein Phasendiskriminator(13) zur Durchführung eines Phasen- und Frequenzvergleichs zwischen den Taktimpulsen und d'f-m aus dem Schwingsystem (4) abgeleiteten Wechselspannungssignal nachgeschaltet ist und daß ein dabei gebildetes Regelsignal des Phasendiskriminators(13) zur Steuerung eines nachgeschalteten und eine variable Belastung des Schwingsystems (4) bildenden »Regeldynamos« (14, 15, 16) benutzt wird, der die Wandlerspule (14) des elektromechanischen Wandlers (14,5) enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerspule (14) gegenüber dem Nulldurchlauf des Schwingsystems bzw. dem Permanentmagneten (5) des Schwingsystems, vorzugsweise der Unruh (4), einen Versatzwinkel aufweist, der zur Erzielung einer größtmöglichen Frequenzbeeinflussung im Optimalfall

</>„„, = 0.71 · 0

beträgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der »Rcgeldynamo« (14, 15, 16) auf das Schwingsystem (4) ein RcgclmomentfM,,) mit einer Grundschwingungskomponente c_1K ausübt, deren Sinusantdl zu

/>, κ ^ -2 ■ D ■ Φ
gewählt ist.

Uo - /et)

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der \nspriiche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerspule (14) zur Bildung und Weiterleitung des aus dem Schwingsystem (4) abgeleiteten Wechselspannungssignals mit einem zweiten Eingang des Phasendiskriminators (13) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im »Regeldyaamo« parallel zur Wandlerspule (14) ι ο eine Reihenschaltung aus einem Ladekondensator (16) und einem Gleichrichter, beispielsweise einer Diode (15), liegt, wobei dem Ladekondensator (16) ein vom Regelsignal des Phasendiskriminators (13) abhängiger Laststrom (Z₃) entnommen wird.

117. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Regelsijpal angesteuerter Regeltransistor (27) als veränderlicher Widerstand für eine Laststromentnahme aus dem »Regeldynamo« dient.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor (27) am Ausgang des Phasendiskriminators (13) liegt und von diesem pulsförmig geöffnet wird, wobei sich der Ladekondensator (16) über den Regeltransistor und einen Begrenzungswiderstand (28) zumindest teilweise entlädt.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Phasendiskriminator (13) während der Zeit, in der das Wechselspannungssignal (U₁) von der Wandlerspule (14) im Laufe einer Periode einmal eine Einschaltschwelle überschreitet, ein impulsförmiger Summenstrom (Z₁ + I₂) durch eine Parabschaltung zweier ventilartig arbeitender Transistoren (21, 22) über einen gemeinsamen Emitterwiderstand (19) fließt, daß der Summenstrom aus zwei zeitlich aneinander gereihten Einzelströmen (/,, /₂) der Transistoren (21, 22) zusammengesetzt ist und daß beim Durchsteuern bzw. Sperren des einen Transistors (21) mit den Taktimpulsen (U₂) der andere Transistor (22) gesperrt bzw. durchgesteuert wird, der seinerseits im durchgesteuerten Zustand den Regeltransistor (27) öffnet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Emitterwiderstand (19) ein vom Wechselspannungssignal (u,) beeinflußter Schalttransistor (18) liegt, daß der Basis des einen Transistors (21) der Taktimpuls (U₁) zugeführt wird und daß nur der andere Transistor (22) einen Kollektorwiderstand (25) aufweist und mit seinem Kollektor an die Basis des Regeltransistors (27) angeschlossen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des anderen Transistors (22) über einen Spannungsteiler (23, 24) auf etwa halbe Batteriespannung als Bezugspotential für die Taktimpulse (h₂) gelegt wird. *>o

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des mittleren Entlade- bzw. Belastungsstroms (/₃) von der Einschaltdauer des Rcgeltransistors (27) abhängt, wobei im Fall eines zu langsam f>5 bzw. zu schnell arbeitenden Schwingsystems eine Verringerung oder Vergrößerung der Belastung ars. »Reueldvnamos« eintritt.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (5, 14) und der Dynamo (10, 11) zur Betriebsspannungserzeugung kombiniert sind, wobei für beide Funktionen nur ein Permanentmagnet (10) und nur eine Dynamobzw. Wandlerspule (11) verwendet werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierten Dynamo- und Wandlerspule (11) zwei Reihenschaltungen aus je einem Ladekondensator (8, 30) und einer Diode (12, 29) parallel geschaltet sind, daß beide Dioden (12, 29} gegensinnig gepolt sind, wobei die Betriebsgleichsspannung unter Verdopplung von beiden Ladekondensatoren (8, 30) abgenommen wird, während der Verbindungspunkt (32) der Ladekondensatoren zum Regeltransistor (27) führt, und daß die Dynamo- und Wandlerspule (11) um den Versatzwinkel gegenüber dem Nulldurchlauf des Schwingsystems versetzt angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der azimutale Versatzwinkel im Optimalfall in Grenzen 0,26 Φ < Ψ_ορι < 0,71 Φ gewählt wird.