DE2749006C3 - Elektronische Korrektureinrichtung für eine Pendeluhr - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektronische Korrektureinrichtung für eine Pendeluhr mit mechanischem Werk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Korrektureinrichtung dieser Art ist bereits bekannt (DE-OS 26 02 226). Bei dieser Korrektureinrichtung sind entweder zwei Regelspulen vorgesehen, von denen eine auf jeder Seite des Pendels angeordnet ist. Dabei werden an die eine Spule Beschleunigungssignale gegeben, während an die andere Spule Verzögerungssignale gegeben werden. Bei einer zweiten Ausführungsform dieser bekannten Korrektureinrichtung sind vier Spulen vorgesehen, von denen je zwei an jeder Seite des Pendels angeordnet sind. Hierbei können zwei Spulen auch bifilar gewickelt sein, was zwar an sich die Zahl der Spulen verringert, jedoch den f>"> Aufwand zur Herstellung der Spulen vergrößert.

Bei dieser bekannten Einrichtung besteht der Nachteil, daß bei Vorhandensein zweier Spulen eine auftretende Unregelmäßigkeit erst relativ spät korrigiert werden kann. Bei Vorhandensein von vier Spulen erhöht sich der Aufwand zur Korrektur der Pendelschwingung. Darüber hinaus erfordert die bekannte Korrektureinrichtung einen außerordentlich hohen Schaltungsaufwand, wobei zusätzlich an die Genauigkeit der Einzelteile der Schaltung hohe Anforderungen gestellt werden müssen.

Ebenfalls bekannt ist eine Korrektureinrichtung (DE-AS 23 53 200), bei der nur eine Spule benötigt wird.

Mit Hilfe dieser Spule wird auf ein schwingungsfähiges System ein veränderbares Rückstelldrehmoment ausgeübt Um hier eine Korrektur in Richtung auf schnelleres und langsameres Laufen der Uhr zu ermöglichen, muß die Eigenschwingung des schwingungsfähigen Systems ohne die Korrektureinrichtung derart eingestellt sein, daß sie um den maximalen Korrekturbereich kleiner ist als die gewünschte Sollfrequenz. Dies führt nicht nur dazu, daß wänrend des Betriebes ständig eine Korrektur erfolgt was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt, sondern auch dazu, daß bei Ausfall der Korrektureinrichtung die Uhr eine außerordentlich große Abweichung von ihrer Sollfrequenz besitzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Korrektureinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringerem Aufwand, weiter verbesserter Genauigkeit und schnellerem Ansprechen arbeitet und bei der der Stromverbrauch möglichst gering gehalten werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Korrektureinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vor.

Der so geschaffene Proportionalregler arbeitet mit digitalem Phasenvergleich, und zwar so, daß die Korrektur unmittelbar beim Auftreten der geringsten Abweichung vorgenommen wird. Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß jeweils einem Beschleunigungssignal ein um 180° versetztes Verzögerungssignal zugeordnet ist und umgekehrt. Die^e an sich durch die digitale Korrektureinrichtung ungewollt entstehende Erscheinung wird durch die besondere Ausbildung und Anordnung der Regelspule, die in beiden Umkehrstellungen des Pendels wirksam ist, nutzbringend eingesetzt, so daß auf das Pendel keine unsymmetrische Korrekturkraft aufgebracht wird. Trotzdem kann mit einer Regelspule gearbeitet werden.

Vorzugsweise kann die Regelspule eine solche axiale Länge haben, daß der in sie hineinreichende Permanentmagnet während der gesamten Pendelbewegung in ihrem unmittelbaren Bereich bleibt. Dadurch wird eine weiche Kraftaufbringung mit höchstem Wirkungsgrad gewährleistet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Abschalteinrichtung vorgesehen sein, die die Korrektureinrichtung bei Pendelstillstand unwirksam macht. Beim Stillstand des Pendels würde sonst die Korrektureinrichtung ständig stellen: »geht (viel zu) langsam« und würde ein dauerndes Beschleunigungssignal abgeben, das jedoch unwirksam wäre, Dadurch würde ein relativ hoher Energieverbrauch entstehen. Durch die Abschalteinrichtung wird sichergestellt, daß die Korrektureinrichtung beispielsweise auch mit einer Batterie betrieben werden kann, ohne daß diese sich bei Pendelstillstand schnell entlädt.

Die Abschalteinrichtung kann vorzugsweise so eingerichtet sein, daß sie den Quarz-Schwinger bzw. seine Stromversorgung abschaltet, die übrige Korrek-

tureinrichtung jedoch betriebsbereit läßt. So kann diese das Wiederanlaufen des Pendels selbst feststellen und sofort wieder in Funktion treten, ohne daß ein manueller Eingriff nötig wäre.

Die Abschalteinrichtung kann vorteilhaft ein Integrierglied enthalten, das bei längerem Ausbleiben des Pendelimpulses die Abschaltung der Stromversorgung des Quarz-Schwingers bewirkt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher ι ο erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Pendeluhr mit einem Blockschaltbild der elektronischen Korrektureinrichtung und

F i g. 2 ein Diagramm, das in zeitlicher Abfolge jeweils untereinander die Quarz-Impulse Q, die Pendelimpulse Pund die Verzögerungsimpulse Vsowie die Beschleunigungsimpulse B zeigt

In Fig. 1 ist schematisch eine Pendeluhr 11 mit mechanischem Werk dargestellt, die an ihrem Pendel 12 zwei stabförmige Permanentmagneten 13, 14 aufweist Der Permanentmagnet 13 ragt in eine Regeispuie 15 hinein, während der Permanentmagnet 14 in eine Fühlerspule 16 hineinragen kann. Die Spulen, und insbesondere die Regelspule 15, sind axial derart bemessen, daß der Permanentmagnet während der gesamten Pendelbewegung in ihrem unmittelbaren Bereich bleibt Zu diesem Zweck hat im vorliegenden Falle sowohl der Permanentmagnet als auch die Spule relativ große axiale Abmessungen. Es könnte jedoch auch nur einer von beiden über die entsprechenden axialen Abmessungen verfugen.

Zur Vereinfachung der Darstellung sind zwei gesonderte Magnete auf der gleichen Seite des Pendels angeordnet Die beiden Spulen können jedoch auch auf einer Seite des Pendels angebracht sein, und die Permanentmagneten können unter Umständen zusammengefaßt sein. Es ist auch möglich, die beiden Spulen in gewisser Weise räumlich einander anzuordnen, wobei jedoch die Funktionen von Fühler- und Regelspule *o getrennt bleiben sollten.

Die Fühlerspule 16 erzeugt im Zusammenwirken mit dem Permanentmagneten 14 einen sinusförmigen Pendelimpuls, der bei einem »Sekundenpendel« eine Frequenz von 0,5 Hertz hat.

Der Uhr 11 ist eine elektronische Korrektureinrichtung 17 zugeordnet. Da diese in sehr einfacher und kleiner Bauausführung herstellbar ist, ist sie normalerweise leicht in jede Pendeluhr räumlich zu integrieren. Die elektronische Korrektureinrichtung 17 besitzt einen Quarz-Schwinger 18, beispielsweise einen handelsüblichen Quarz-Oszillator von 4,19 MHz, an den ein elektronischer Teiler 19 angeschlossen ist, der die Ausgangsfrequenz des Quarz-Schwingers 18 auf eine der Pendelfrequenz entsprechende Frequenz herunterteilt. Der Teiler 19 gibt einen Rechteckimpuls ab, also in dem erwähnten Beispiel einen 0,5-Hz-Rechteckimpuls.

Dieser im folgenden als Quareimpuls Q bezeichnete Impuls wird einem Vergleicher 20 zugeführt.

Der Vergleicher 20 erhält ferner einen Pendelimpuls fco P, der auf dem ursprünglichen, von der Fühlerspule 16 erzeugten Pendelimpuls von einem Verstärker/Trigger 21 erzeugt wird. Auch dieser Pendelimpuls P liegt am Vergleicher in Form eines Rechteckimpulses vor, der (bei genau gehender Uhr) die gleiche Frequenz hat wie *>5 der Quarzimpuls Q

Im Vergleicher 20 wird ein digitaler Phasenvergleich zwischen dem Pendelimpuls Pund dem Quarzimpuls Q durchgeführt Der Vergleicher erzeugt Verzögerungsimpulse V und Beschleunigungsirnpulse B, die der Regelspule 15 zugeführt werden und dort eine entsprechende anziehende bzw. abstoßende Wirkung auf den Permanentmagneten 13 und damit das Pendel 12 ausüben.

Der Vergleicher folgt dabei folgenden Bedingungen (Wahrheitstafel):

P	C	V	B
0	0	0	0
L	0	L	0
0	L	0	L
I.	L	0	0

Wenn also zu einem Zeitpunkt weder ein Quarzimpuls Q noch ein Pendelimpuls P vorliegt so entstein weder ein Verzögerungsimpuls V„-c^;och ein Beschleunigungsimpuls B (siehe auch F i g. 2). Dagegen wird ein Verzögerungsimpuls erzeugt wenn ein Pendelimpuls, jedoch kein Quarzimpuls, vorliegt während bei der umgekehrten Konstellation ein Beschleunigungsimpuls erzevgt wird. Wenn sowohl Pendel- als auch Quarzimpuls vorhanden sind, wird kein Ausgangsimpuls erzeugt

Nach dieser Wahrheitstafel werden also die in F i g. 2 schraffiert gezeichneten Verzögerungs- bzw. Beschleunigungsimpulse erzeugt (jeweils an den mit 22 bezeichneten Stellen).

Aus dieser Wahrheitstafel geht jedoch hervor, daß beim Verschwinden des zuerst auftretenden Impulses (F i g. 2 von links nach rechts erst des Pendelimpulses P und dann des Quarzimpulses Q) die jeweils umgekehrte Bedingung vorliegt so daß am Impulsende der jeweils umgekehrte Impuls erzeugt wird (F i g. 2 zuerst Beschleunigungsimpuls und dann ein Verzögerungsimpuls).

Statt diese Impulse, die bei dem geschilderten einfachen Aufbau der Korrektureinrichtung jeweils die Wirkung der vorherigen Impulse wieder aufheben oder zumindest zu einem unerwünschten Stromverbrauch führen würden, zu unterdrücken, werden diese in gleicher Weise der Regelspule 15 zugeführt, wie die umgekehrt gerichteten Impulse. Durch die Tatsache, daß die Rechteckimpulse jeweils identische positive und negative Impulslängen haben, erscheinen diese in F i g. 2 nicht schraffiert dargestellten Impulse jeweils um 180° gegenüber den anderen Impulsen versetzt. In dieser Lage befindet sich dann aber das Pendel auch um 180° gegenüber der Anfangslage versetzt, so daß dieser Impuls in gleicher Weise korrigierend wirkt Somit wird tro'z Anordnung nur einer einzigen Regelspule eine Beeinflussung des Pendels (Zurückhaltung oder Beschleunigung des Ganges) an beiden Umkehrpunkten des Pendels erzielt. Es ist festzustellen, daß durch die Trennung von Fühler- und Regelspule die Elektronik besonders einfach und zuverlässig ausgebildet werden kann. Außer dem beschriebenen induktiven Fühler sind auch andere Arten von berühningslose.n Fühlern möglich, beispielsweise kapazitiv, optisch/elektrisch oder dergleichen wirkende Fühler. Es ist auch möglich, die Regelspule in anderer Weise anzuordnen, beispielsweise unter dem Pendel. Es ist jedoch in jedem Falle vorteilhaft, den elektromechanischen Wandler so auszubilden, daß er zumindest an beiden Umkehrpunkten, d. h. bevorzugt über die ganze Pendelschwingung.

wirksam ist. In diesem Falle ist die optimale Ausnutzung der erzeugten Regelsignale möglich.

In F i g. I ist dargestellt, daß die Stromversorgung des Quarzes 18 zur Anregung seiner Schwingung von einer Batterie 23 über eine Abschalteinrichtung 24 erfolgt. Die Abschalteinrichtung ist, ebenso wie der Verstärker/ Trigger 21. an die Fühlerspule 16 angeschlossen und erhält also das Fühlersignal. Die Abschalteinrichtung enthält ein Integrierglied, eine Kombination von einem Kondensator und einem Widerstand (in der Praxis der Eingangswiderstand des Verstärkergliedes). Somit wird ein Integrierglied mit einer relativ großen Zeilkonstante von ca. 5 Minuten geschaffen. Der Kondensator wird bei Vorhandensein des Fühlersignals, d. h. des periodischen Pendelimpulses, aufgeladen. In diesem Zustand ist ein Trigger 25 durchgeschaltet und der Quarz 18 bekommt Versorgungsspannung.

Wenn jedoch das Pendel stehenbleibt, wenn die Pendeltrequenz also Null wird, dann entlädt sich der Kondensator über den relativ groUen Widerstand. Bei dieser Bedingung schaltet dann der Trigger 25 ab und der Quarz bekommt keine Versorgungsspannung mehr. Es liegt dann die Bedingung vor: Pendelfrequenz gleich Null und Quarzfrequenz gleich Null, so daß bei an sich

> weiter betriebsbereiter Elektronik weder ein Verzögerungs- noch ein Beschleunigungssignal erzeugt wird, d. h. auch praktisch kein Energieverbrauch stattfindet.

Beim Wiederanlaufen des Pendels (Aufziehen der stehengebliebenen Uhr) lädt sich der Kondensator in

in der Abschalteinrichtung wieder auf, der Trigger 25 schaltet erneut durch und die Korrektureinrichtung arbeitet wieder. Es wird also nicht die Elektronik selbst abgeschaltet, sondern nur der Quarz, so daß eine Angleichung zwischen Quarzfrequenz und Pendelfre-

i) qucnz gegeben ist und die Korrektureinrichtung »Übereinstimmung beider Signale« feststellt.

Es ist noch zu bemerken, daß trotz der Unsymmetrie, die bei der einseitigen Anordnung der Regelspulc am Ausführungsbeispiel gegeben ist, keine Nachteile für das

.ή Korrekturverhalten auftreten.

I licr/u 2 Hlii'.t Zeichiuimien

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronische Korrektureinrichtung für eine Pendeluhr mit mechanischem Werk und einem elektromechanischen! Wandler, bei der ein Vergleicher ein aus der Pendelbewegung durch einen berührungslosen Fühler abgeleitetes Ist-Signal mit durch einen Frequenzteiler aus der Schwingung eines Quarzes abgeleiteten Taktimpulsen vergleicht und in Abhängigkeit von der gegenseitigen Phasenlage der Quarz- und Fühlersignale dem elektromechanischen Wandler Verzögerungs- oder Beschleunigungssignale zuführt, dadurch gekennzeichnet, I". daß sie einen Wandler (19, 21) enthält, der aus dem Quarz- und dem Fühlersignal Rechtecksignale (P, Q) erzeugt, zwischen denen ein digitaler Vergleich stattfindet, und

daß der Vergleicher (20) der einzigen Regelspule (15) des elektromechanischen Wandlers Verzögerungs- oder Beschieunigungssignale (V, B) sowie entgegengesetzte, um 180° phasenverschobene Signale (B, V) zuführt

2. Korrektureinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungslose Fühler (16) eine gesonderte Fühlerspule ist.

3. Korrektureinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspule (15) eine solche axiale Länge hat, daß der in sie hineinreichende Permanentmagnet (13) während der gesamten Pendelbewegung in ihrem unmittelbaren Bereich bleibt.

4. Korrektureinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch rekennzeichnet, daß eine Abschalteinrichtung (24) vorgesehen ist, die die Korrektureinrichtung (17) bei Pendelstillstand unwirksam macht.

5. Korrektureinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung (24) den Quarzschwinger (18) abschaltet

6. Korrektureinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung (24) ein Integrierglied enthält, das bei längerem Ausbleiben des Pendelimpulses die Abschaltung der Stromversorgung (23) des Quarzschwingers (18) bewirkt.