DE2357244A1 - Federangetriebenes uhrwerk, welches mittels einer elektronischen schaltung geregelt wird - Google Patents

Federangetriebenes uhrwerk, welches mittels einer elektronischen schaltung geregelt wird

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DE2357244A1 DE2357244A DE2357244A DE2357244A1 DE 2357244 A1 DE2357244 A1 DE 2357244A1 DE 2357244 A DE2357244 A DE 2357244A DE 2357244 A DE2357244 A DE 2357244A DE 2357244 A1 DE2357244 A1 DE 2357244A1
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Description

Bernard Golay S.A. , Lausanne (Schwei ζ)
Eederangetriebenes Uhrwerk, welches mittels einer elektronischen Schaltung geregelt wird
In elektronisch angetriebenen Uhrwerken muss die Batte~ rie oft gewechselt werden, was unwirtschaftlich ist«. Es wurde zwar vorgeschlagen, die durch die Bewegungen des Armes des Trägers der Uhr in elektrische Energie umzuwandeln, diese in einem Akkumulator aufzuspeichern und endlich zum Antrieb des Werkes zu benützen. Eine solche Lösung hat eine schlechte Leistung, weil man mechanische Energie in elektrische Energie- umwandelt und diese wieder in'mechanische Energie. Das erfindungsgemässe Uhrwerk soll alle die genannten Nachteile beheben, indem vom-Gebrauch eines elektrischen Motores abgesehen wird«
Es ist. dadurch gekennzeichnet,-dass eine Wechselspannung von der Frequenz I1G5 die an den Klemmen eines Generators
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.. 2 - ■
induziert wird, der eine Feder über einen Teil der Räder des Merkes mit grosser Untersetzung antreibt, eine elektrische Schaltung speist, die einen präzisen Oszillator enthält, der über einen Frequenzteiler eine Frequenz FR ausgibt, ferner ein Vergleicher, der Frequenzen FR und FG oder ein ganzzahliges Vielfaches oder einen ganzzahligen Bruch, miteinander vergleicht und eine Iiadungsschaltung derart speist, dass der dem Generator entnommene Strom zunimmt, wenn FG grosser als FE ist, wodurch der Generator eine Bremsung erfährt, die seine Drehgeschwindigkeit stabilisiert und somit den Gang des Werkes.
Es versteht sich von selbst, dass die angewendete Feder sowohl von Hand als automatisch aufgezogen werden kann.
Die anliegende Zeichnung zeigt zwei beispielsweise Ausführungsformen des Generators und der elektronsichen Schaltung.
Die Fig. 1 ist eine sehr vereinfachte schematische Darstellung des den Generator gemäss der ersten Ausführungsform enthaltenden Werkes.
Die Fig. 2 ist ein axialier Schnitt dieses Generators.
Die Fig. 3 ist eine teilweise, sehr vereinfachte Darstellung des Generators gemäss der zweiten Ausführungsform.
Die Kurve der Fig. 4 entspricht der durch den einen oder anderen Generator induzierten Spannung.
Die Fig. 5 zeigt die elektronische Schaltung gemäss der ersten Ausführungsform.
Die Fig. 6 zeigt die elektronische Schaltung gemäss der zweiten Ausführungsform.
Der in Fig. 1 dargestellte Wert hat ein Federhaus 1,
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welches den Generator über die Räder 3, 5, 7, 9,11 und die Ritzel 2, 4, 6, 8, 10 und 12 des Werkes antreibt, wovon der letztgenannte Ritzel 12, gemäss der ersten Ausführungsform, mit dem Rotor 13 des Generators gekuppelt ist, was eine grosse Untersetzung "bedeutet. ,
Die Feder wird durch den mitten im Werk sitzenden Rotor 29, der zwei Klinken 22 durch Ritzel 19 des Rades 20 und der Exzenterscheibe 21 in Bewegung setzt." Biese Klinken wirken auf das Klinkenrad 23 und somit auf Sperrad 24, derart, dass die Drehrichtung dieser Räder von derjenigen des Rotors 23 unabhängig ist. -
Der Rotor des Generators besteht aus zwei Scheiben aus Wecheisen, aus sechs auf der einen Scheibe sitzenden Magneten 14 und aus einer ortsfesten Spule 15, vor der die Magnete nacheinander vorbeiwandern.
Die Anzahl sechs ist nicht bindend, doch soll die Zahl der Magnete immer eine gerade Zahl sein.
Es könnten auch mehr ortsfeste Spulen vorhanden sein, zum. Beispiel zwei, die um 180° zueinander versetzt wären.
Die sechs Magnete sind wechselweise Nord-Süden und Süden-Nord polarisiert, derart, dass wenn der Rotor dreht, eine induzierte Wechselspannung Ui an den Klemmen der Spule 15 erscheint, und zwar entsprechend der Spannungskurve der Fig. 4, die einer vollen Umdrehung des Rotors entspricht.
Die elektronische' Schaltung besteht vor allem aus der integrierten Schaltung 16, die die weiter unten beschriebene Funktion hat, aus einem Quartz-Resonnator 18, der in sehr stabiler
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Weise die Frequenz des Oszillators bestimmt, und aus einem Trimmerkondensator 17? durch den die Frequenz des Oszillators genau eingestellt werden kann.
Der Generator 13 ist in Pig. 2 im axialen Schnitt mit seiner ortsfesten Spule 15 dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Draufsicht des Generators gemäss der zweiten Ausführungsform, dessen Rotor 13' mit der Spiralfeder 28 einen Resonator bildet, wie etwa die Unruh einer üblichen Uhr. Die Energie wird hier vom Räderwerk her über das Hemmungsrad 26 und der Hemmung 27 geleitet, wie dies in jeder Uhr üblich ist, was auch eine ziemlich grosse Untersetzung bildet.
Der schwingende Rotor trägt hier nur zwei Magnete 14' , die einander gegenüber sinnverkehrt liegen und wechselweise vor der ortsfesten Spule 15 vorbeiwandern, in welche sie gleichfalls eine Wechselspannung Ui (Fig. 4) induzieren.
Der so gebildete Resonator hat eine veränderliche Schwingungsfrequenz FG, die je nach der Amplitude grosser oder kleiner als die Frequenz FR ist (unstabilder Isochronismus). Diese Aenderungen der Amplitude kann man also einer ■Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Generators gleichstellen. Die elektronische Schaltung wirkt genau gleich wie diejenige der Fig. 1, doch hat diese Ausführungsart den Vorteil, von vorn herein die Drehgeschwindigkeit des Räderwerkes im Bereich der Frequenz FR einzustellen.
Die Fig. 5 zeigt die elektronische Schaltung gemäss der zweiten Ausführungsform. Sie kann entsprechend der Technik
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.5 -
CMOS mit. kleinem Stromverbrauch integriert werden. Ihr Oszillator ist ein Quartz. · -
Diese Schaltung weist vor allem einen Gleichrichter A auf, der von der Wechselspannung Ui der Spule 15 ausgehend eine Gleichstromspannung V abgibt. Diese dem Kondensator 0 zugeführte Spannung gestattet es, die Bestandteile! DV E* F, G, H zu speisen, das heisst '
D ein Verstärkender es gestattet, die Wechselspannung Ui auf die Frequenz FG zu bringen;
G ein Quarz-Oszillator; '
i1 ein Frequenzteiler, der die Frequenz FR ausgibt, und
E ein Vergleicher der Frequenzen FG und FR, der ein Analogsignal ausgibt * das von den Aenderungen des verglichenen Wertes abhängt, -.
Es kann sich um einen üblichen Phasenvergleich oder ' um eine jede von Elektronikern bekannte Einrichtung handeln.
Eine dieser Einrichtungen kann zum Beispiel ein umkehrbarer Zahler sein (addieren, substrahleren). Die Frequenz FG wird vom Zähler.addiert und die Frequenz FR substrahiert. Der Zähler ist stabil, wenn FG=FR* Werden mehr Impulse addiert als substrahiert (FG >FR), so nimmt das Resultat im Zähler ab; Es ist dann möglich, am Ausgang des Vergleichers ein Signal +V zu erhalten, wenn FG^FR ist oder ein Signal 0," wenn FG<FR ist.
H ist endlich ein üblicher Umkehrverstärker. Er gibt eine Spannung +Y. aus, wenn er ein Signal-Ö erhält, das heisst, wenn FG<FR ist. Der im Widerstand R verbrauchte Strom ist dann gleich Null. Ist FG>FR, so erhält H das Signal +0 und gibt dann
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O "aus. Der Widerstand R verbraucht in diesem Fall eine Energie
Nun sei erklärt, wie die Vorrichtung Generatorelektronische Schaltung wirkt:
.Bekanntlich kann ein Generator nicht mehr Energie liefern, als ihm mechanische Energie zugeführt wird. Es ist auch bekannt, dass die Uhrfeder eine stabile Energie liefert. Diese Energie wird man so wählen, dass sie bei ausgeschaltetem Widerstand R eine stabile elektrische Energie liefert und den Generator so antreibt, dass seine Geschwindigkeit höher als die erwünschte regulierte Geschwindigkeit steht. Unter diesen Umständen wird der Vergleicher FG>FR erkennen. Die Spannung am Ausgang des Verstärkers H ist' 0. ■
Wird der Widerstand R eingeschaltet, so wird dem Generator eine zusätzliche Energie ^ entnommen. Da die von der Feder herrührende Energie konstant ist, so kann diese zusätzliche Energie nur der kinetischen Energie des Rotors des
Generators entnommen werden, was ihn abbremst. R wird man so wählen, dass die Drehgeschwindigkeit der erwünschten regulierten Geschwindigkeit gegenüber kleiner wird. Der Vergleicher kehrt dann das an H abgegebene Signal um. Es wird keine Energie mehr dem Widerstand R entzogen, der Generator wird beschleunigt, bis FG>FR. Es findet also eine Regelung zwischen FG und FR statt. Die Drehgeschwindigkeit wird stabilisiert und die Uhr zeigt die genaue vom Quartz abhängige Zeit an.
Es handelt sich also um eine Regulierung der Leistung, die man so ausdrucken kann:
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P -P — P —
-1M *& - e
PjU1 die von der Feder geleistete median!sehe Leistung bedeutet, .
P& die durch, das Räderwerk und den Generator· bei der geregelten Drehgeschwindigkeit verbrauchte Leistung,
P die der Schaltung abgegebene Leistung, und
2
Pp die maximale elektrische Regulierleitung V
Ά W
Die Faktoren PK, P« und Έ> können sich innerhalt dieses Verhältnisses verändern.
Die Fig. 6 zeigt die zweite Ausführungsform einer
diese Bedingungen erfüllenden Schaltung.
Der Verstärker D, der Oszillator G, der Verteiler F, der Ffflquenzvergleicher E und der Verstärker H wirken wie ie
ersten Beispiel. Der Kondensator G wird hingegen durch den Miniatur akkumulator A ersetzt. Ein umschaltbarer Gleichrichter B wird angewendet. Ist FG > FR, so ist der Transistor leitend.· Es wird
dem Generator eine Leistung P_ entnommen. Ist FG<£.FR, so schaltet der Transistor B aus. Es wird dem Generator keine Leistung mehr entnommen. Der Vorteil, dieser Anordnung liegt darin, dass man
die Regulierleistung aufspeichert, statt sie in einem "Widerstand zu verbrauchen. -
, Geht man zur Grundbedingung zurück, so muss die aufgespeicherte Energie folgenden Stromkreis speichern können :
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Pa <PM-PG .< Pe
Pa kann hingegen plötzlich Null werden, da die Speicherung vom Akkumulator herrührt und nicht vom Generator.
Pa < PM - PG
Dies gibt eine vergrösserte Gangsichorheit, zum Beispiel bei einer Kalenderuhr, im Augenblick, wo die Tagesscheibe vorgerückt wird. Ferner ist; es bekannt, dass die Feder nach oder 36 Stunden lang nicht diesselbe Leistung abgibt.
Nun soll ein praktisches Beispiel gegeben werden, mit einem Federhaus von 35 erg/sek., das heisst 3,5/uWatts, wie dies in den sogenannten Hochfrequenzuhren vorkommt (36000 A/St).
Maximalwert Mittelwert Minimalwerfc
/Ct Watt
PM 4,0 3,5 3,0
PG 2,0 1,0 0,5
PA 5,0
Pe 2,0
In den schlechtesten Fällen erhält man: p M min - PGmax ^0 3vO- 2,0 - 1 ,0 ^ O FM max " PG min <Pa 4,0 - 0,5 = 3,5 <. 5 PM mittel - P& min < Pa 2 - 3,5 - 1 < 5 Pe 2,5
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Beachtet man diese Werte, so funktioniert die Vorrichtung zur vollen Befriedigung«
Man könnte selbstverständlich andere Generatoren mit einem oder mehreren Magneten verwenden, wie auch eine oder mehrere Spulen. ' '
Die Magnete können ortsfest oder beweglich sein, wie auch die Spulen.
Auch können alle bekannten elektronischen Schaltungen Anwendung finden, die es: gestatten, den Leistungsverbrauch des Generators zu verändern. ■ .
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Claims (10)

  1. Patentansprüche:
    /Il/Federangetriebenes Uhrwerk, welches mittels einer elektronischen. Schaltung geregelt wird2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselspannung von der Frequenz PG1 die an den Klemmen eines Generators (Fig. 2 bzw.3) induziert icLrd, welcher eine Feder (1) liber einen Teil der Räder des Werkes (2, 3, 4-, 5, 6, 7, 8, 9j 10, 11) mit grosser Untersetzung antreibt, eine elektronische Schaltung (Fig. 5 oder 6) speist, die einen p.räzisen Oszillator (G) enthält, der über einen Frequenzteiler (?) eine Frequenz ΪΈ ausgibt, ferner ein Vergleicher (E), der Frequenzen FR und FG oder ein. ganzzähliges Vielfaches oder einen ^eazzahligen Bruch miteinander vergleicht und eine Ladungsschaltung derart speist, dass der dem Generator entnommene Strom zunimmt, wenn FG grosser als FR ist, wodurch der Generator eine Bremsung erfährt, die seine Drehgeschwindigkeit stabilisiert und somit den Gang des Werkes.
  2. 2) Werk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Generator aus einem Rotor (13) besteht, mit einer geraden Magnetzahl (14), deren Polarität wechselweise umgekehrt ist und die beim Drehen des Rotors vor mindestens einer Spule (15) vorbeiwandem.
  3. 3) Werk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator aus einem eine Spule tragenden Rotor besteht, die im Laufe der Drehung vor einer geraden. Anzahl von Magneten vorbeiwandert, deren Polaritäten wechselweise umgekehrt sind.
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    BAD ORfGIfSiAL
  4. 4) Werk nach .Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (gemäss Fig. 3) aus der Unruh (13 s) eines Besonators besteht (vor der Art Unruh-Spiralfeder 28), welche zwei Magnete (141) trägt, deren Polaritäten einander gegenüber umgekehrt orientiert sind und die bei jeder Schwingung vor einer ortsfesten Spule (26) vorbeiwandern.· ■ - .
  5. 5) Werk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spule auf der Unruh liegt, und die Magnete ortsfest sind.
  6. 6) Werk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfrequenz von einem Quartz herrührt.
  7. 7) Werk nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung eine CMOS integrierte Schaltung ist, die sehr wenig Strom verbraucht.
  8. 8) Werk nach Ansprüchen 1, 6 und 7 ■> dadurch gekenn- ■ zeichnet, dass die elektronische Schaltung einen Gleichrichter besitzt, der aus der induzierten Spannung Ui eine in einem Kondensator integrierte Spannung V ausgibt, welcher Kondensator einen Verstärker speist, der dazu dient, der induzierten Spannung eine Frequenz FG zu erteilen, wobei der Quarzoszillator und der Frequenzverteiler eine Grundfrequenz FE ausgeben und dass eine Frequenzverteiler die Frequenzen FG und FR miteinander ver-. gleicht und ein logisches oder analogisches Signal ausgibt.
  9. 9) Werk nach Ansprüchen 1 und 6 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleicher einen umkehrbaren Zähler aufweist, dem die Frequenz PG eingegeben wird, während die Frequenz- FS dessem Ausgang zugeführt wird, wobei dieser Zähler ein Signal +V
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    ausgibt, wenn sein Inhalt wächst und ein Signal O, wenn er abnimmt, ferner dass ein Umkehrverstärker vorgesehen ist, der +V ausgibt, wenn ihm 0 eingegeben wird, was zur Folge hat, einen Widerstand (R) ein- oder auszuschalten, der dazu dient, dem Generator eine zusätzliche Leistung abzunehmen und ihn in der Weise abzubremsen.
  10. 10) Werk nach Ansprüchen 1 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator durch einen Miniaturakkumulatoren ersetzt ist, wobei ein aus einem Halbleiter bestehender umkehrbarer Gleichrichter Vorgesehen ist, welcher leitet, wenn FG grosser ist als FR und umgekehrt, wodurch dem Generator mehr Energie entnommen wird, wenn er leitend ist.
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