DE3126237A1 - Verfahren zur regelung der schwingfrequenz eines mechanischen schwingsystems eines elektromechanischen uhrwerks und schaltungsanordnung zum ausueben des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur regelung der schwingfrequenz eines mechanischen schwingsystems eines elektromechanischen uhrwerks und schaltungsanordnung zum ausueben des verfahrens

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DE3126237A1 DE19813126237 DE3126237A DE3126237A1 DE 3126237 A1 DE3126237 A1 DE 3126237A1 DE 19813126237 DE19813126237 DE 19813126237 DE 3126237 A DE3126237 A DE 3126237A DE 3126237 A1 DE3126237 A1 DE 3126237A1
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Walter 8000 München Prifling
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C11/00Synchronisation of independently-driven clocks
    • G04C11/08Synchronisation of independently-driven clocks using an electro-magnet or-motor for oscillation correction
    • G04C11/081Synchronisation of independently-driven clocks using an electro-magnet or-motor for oscillation correction using an electro-magnet
    • G04C11/082Synchronisation of independently-driven clocks using an electro-magnet or-motor for oscillation correction using an electro-magnet acting on the pendulum

Description

  • Verfahren zur Regelung der Schwingfrequenz ei-
  • nes mechanischen Schwingsystems eines elektromechanischen Uhrwerks und Schaltungsanordnung zum Ausuen des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 zum Ausüben eines solchen- Verfahrens.
  • Ein solches Verfahren sowie eine dementsprechend arbeitende Schaltungsanordnung sind aus der DE-OS 21 02 026 bekannt. Dort handelt es sich im wesentlichen darum, daß die Eigenfrequenz einer monostabilen Kippstufe nach Maßgabe der momentanen, induktiv erfaßten Pendelgeschwindigkeit beim Durchgang durch die mechnaische Nullpunktlage des Pendels derart verändert wird5 daß sich im Mittel eine konstante Schwingungsfrequenz einstellt, indem der Energieinhalt des magnetisch das Pendel beschleunigenden5 aus der Kippschwinger-Arbeitsweise abgeleiteten Antriebspulses entspre Mend verändert wird. Es wird also für die Frequenzregelung ein Amplituden-Stelleingriff vorgenommen, um den Anisochronismus von Pendeln, nämlich die innerhalb eines bestimmten Amplitudenbereiches gegebene Abhängigkeit der Schwingirngsfrequenz von der Schwingungsamplitude, auszunutzen, indem beispielsweise bei momentan zu hoher Schwingungsfrequenz die Schwingungsamplitude vergrößert wird. Eine einzige Spule dient dem induktiven Erfassen der momentanen Pendelbewegung und der elektrömagnetischen Energieübertragung in das Pendel, wodurch der schaltungstechnische Aufwand vergleichsweise gering gehalten werden kann. Nachteilig ist jedoch die kritische Arbeitsweise der Schaltungsanordnung für die kontinuierliche Schwingfrequenzregelung; und eine hohe Regelgenauigkeit ist schon wegen des nicht-stabilen Ansteuerungaverhaltens der in Sperrschwinger-Kopplung betriebenen Transtistoren nicht zu erwarten, vor allem aber wegen der Ungenauigkeiten des gesteuerten Umladens eines Kondensators als dem zeitbestimmenden Schaltungselement. Da die Pendel-Schwingungsfrequenz relativ niedrig ist, ist darüberhinaus eine vergleichsweise große Kapazität erforderlich, die erhebliche Betriebsunsicherheiten bedingt und keinesfalls integrierbar ist.
  • Aus der DE-AS 27 49 006 ist eine gattungsahnliche Schaltungsanordnung bekannt, bei der Je eine Spule für die induktive Erfassung der momentanen Pendelbewegung und für die elektromagnetische Übertragung von Pendelschwingungsenergie vorgesehen sind. Ein Impulsvergleicher wird einerseits mit zeithaltenden Referenzpulsen, die ein quartzstabilisierter Taktgeber liefert, gespeist, und andererseits mit Meßimpulsen gleichen Tastverhältnisses, deren Pulsfolgefrequenz die momentane Pendel-Schwingungsfrequenz widergibt. '..er Impulsvergleicher liefert kein Ausgangssignal, wenn der Meßimpuls und der Referenzpuls zeitgleich auftreten, dagegen Antriebspulse nach Maßgabe des zeitlich über lappten Auftretens von Meßimpuls und Refernzpuls. Die Phasenlage dieses Vergleicherausgangssignales (Antriebspulses) ergibt sich daraus, welcher der beiden miteinander zu vergleichenden Impulse vor dem anderen einsetzt und demzufolge auch wieder beendet ist; wobei der Impulsvergleicher außer- dem noch ein um eine halbe Periode verschobenes Ausgangssignal an die Treibspule liefert9 um mit einer einzigen seitlich angeordneten Treibspule, die mit einem Pendel-Tauchanker zusammenwirkt, eine symetrische Kraftübertragung (abstoßend bzw. anziehend, je nach momentaner Pendel stellung) zu bewirken. Eine Meßimpulsausfall-Schaltung schaltet den quartzstabilisierten Referenzpuls-Taktgeber ab, wenn über eine gewisse Zeitspanne keine Meßimpulse mehr aufgetreten sind, das Pendel also stillsteht. Hierdurch wird ein erhöhter Energieverbrauch aufgrund vermeintlich zu langsam schwingenden Pendels unterbunden Nachteilig an dieser Schaltungsanordnung ist jedoch das rein proportionale Regelverhalten, das bekanntlich eine bleibende Regelabweichung und somit nicht die quartzgenaue Zeithaltung des mechanisch schwingenden Systems ergibt. Nachteilig ist ferner, daß für korrekte Arbeitsweise des Impulsvergleichers völlig identische miteinander zu vergleichende Impulse eingespeist werden müssen,was erheblichen Aufwand hinsichtlich der linearen Erfassung der momentanen Pendelbewegung bedingt. Von erheblichem funktionellem Nachteil ist schließlich auch, daß der Referenzpuls und der Meßimpuls unabhängig voneinander gewonnen werden, also erhebliche Regelschwingungen und entsprechender Energieverbrauch zu erwarten sind, wenn das Pendel zwar mit der korrekten Frequenz, aber phasenverschoben bezüglich des Referenzpulses schwingt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß derartige vorbekannte Proportionalregelungen einen außerordentlichen Energiebedarf aufweisen, der der wünschenswerten Lebensdauer batteriegespeister elektromechanischer Uhrwerke abtrEglich ist; denn aufgrund der Reibungen bei der Umset; zung der Pendelbewegung in die Drehbewegung des Räderwerksgetriebes tendiert das mechanische Schwingsystem zur ständigen Amplitudenverringerungp die nur im nicht-stationären Idealfall gerade durch die elektromagnetisch eingekoppelte Antriebsenergie kompensiert wird. In der Regel ist also stets Energie zum Beschleunigen oder zum Verzögern der Pendelbewegung aus der elektrischen Schaltungsanordnung und damit aus der Leistungsversorgung auf das mechanische Schwingsystem zu übertragen.
  • Aus dieser Erkenntnis heraus liegt der Erfindung die Autgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Schaltungsanordnung gattungsgemäßer Art dahingehend abzuwandeln, daß bei vergrößerter Ganggenauigkeit des aus dem mechanischen Schwingsystem angetriebenen Uhrwerks der Leistungsbedarf für den Betrieb des mechanischen Schwingsystems spürbar verringert wird.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren gemaß'dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches' 1 und bei einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 durch die zusatzlichen Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 gelöst.
  • Es wird also das mechanische Schwingsystem - oder gegebenenfalls der Energieinhalt seiner Antriebspulse - auf eine stationäre Betriebsweise mit geringfügig liberhöhter Eigen-bzw. Arbeitsamplitude eingestellt und bei kritischer Frequenzerhöhung (Amplitudenverringerung) ein einzelner Antriebspuls (oder einige wenige Antriebspulse) ausgelöst, .der das mechanische Schwingsystem kräftig-auslenkt und die Schwingfrequenz entsprechend herabsetzt; danach kann über eine vergleichsweise lange Zeitspanne auf das Einspeisen jeglicher Antriebsenergie verzichtet werden während die bei der Bewegungsumsetzung auftretenden Reibungsverluste zum Abbau des Schwingungsausschlages führen. Nach einer von den Energie inhalten und Reibungsverlusten abhängigen Zeitspanne stellt sich dann wider die Eigenschwingungsfrequenz des Systems ein, bei der die normalen Antriebspulse ausgelöst werden, bis aufgrund weiterer Reibungsverluste -oder sonstiger äußerer Störeinflüsse - die Schwingungsfrequenz wiederum so stark ansteigt, daß erneut ein verstärkter Antriebspuls für stärkere Schwingungsauslenkung ausgelöst wird. über die Bemessung der Ansprechschwellen dieses Dreipunktverhaltens läßt sich eine zeitlich zwar schwankende, im Mittel aber quartzgenaue Schwingfrequenz des mechanischen Schwingsystems einstellen, wobei wegen des Austastens von Antriebspulsen nach einer kräftigen Schwingungsauslenkung überraschenderweise für den Betrieb eines solchen Uhrwerks gegenüber herkömmlicher Schaltungsauslegung etwa 30 °% Energieeinsparung feststellbar ist. Hinzu kommt die relativ unkritische Schaltungsauslegung, weil kein Impulsvergleich für einen Regelungseingriff mit Proportionalverhalten stattfindet, sondern nur bestimmte Ansprechschwellen für das beschriebene Dreipunktverhalten definiert werden müssen. Deshalb ist insbesondere die Länge der Meßimpulse für die Zeitpunkte des Durchgangs des Schwingsystems durch seine mechanische Nullpunktlage im Verhältnis zur Länge der aus dem quartzstabilisierten Taktgeber abgeleiteten Referenzpulse unkritisch;, d.h. für die Erfassung der Schwingungsbewegung wie auch-fUr die Einleitung von Schwingungsenergie in das Schwingsystem kann eine Einspulenanordnung mit Blockierung des Meßimpulses bei Einsetzen eines Antriebspulses herangezogen werden0 Ferner ergibt sich eine einfache Synchronisierungsmöglichkeit zwischen den Referenz und damit den Antriebspulsen einerseits und andererseits den Meßimpulsen, nachdem das (nicht selbstanlaufend ausgeführte) mechanische Schwingsystem einmal angeworfen wurde.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche vereinfacht dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels für eine erfindungsge mäße Schaltungsanordnung zum Ausüben des erfindungsgemßen Verfahrens.
  • Es zeigt: Fig. 1 im vereinfachten einpoligen Blockschaltbild die wesentlichen Funktionskomponenten der Schaltungsanordnung und Fig. 2 (nämlich Fig. 2A bis Fig. 2E) Impuls-Zeit-Diagramme zur Erläuterung der prinzipiellen Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
  • Gemäß der Prinzipdarstellung in Fig. 1 treibt ein elektromechanisches Uhrwerk 1 Zeiger 2 vor einem Zifferblatt 3 zur fortlaufenden Uhrzeitanzeige. Das Uhrwerk 1 weist ein Zeigerwerks- und Räderwerks-Getriebe 4 auf, das, über eine Fortschaltungseinrichtung 5 zum'Umsetzen der ungleichförmigen Schwingbewegung in eine quasi-kontinuierliche Drehbewegung, von einem elektromagnetisch angeregten mechanischen Schwingsystem angetrieben wird. Bei diesem Schwingsystem kann es sich um einen Unruh-Drehschwinger.handeln, oder um, gemäß dem in Fig. 1 skizzierten einfachen Realisierungsbei spiel, ein Pendel 7, das über seine Pendelstange 8 und eine (nur symbolisch angedeutete) mechanische Abtriebskopplung 9 mit der Fortschalteinrichtung 5 zum Getriebe 4 in Wirkverbindung steht.
  • Am Pendel 7 ist ferner, vorzugsweise im Bereiche großer Auslenkung (also in diesem Beispiel am der Abtriebskopplung 9 gegenüberliegenden freien Pendelstangen-Ende 10), ein Permamentmagnet 11 befestigt, dem in der mechanischen Null- punktlage 12 der potentiellen Energie des Schwingsystems ein stationär abgeordneter Elektromagnet 13 räumlich zugeordnet ist. Es kann der Permamentmagnet 11 grundsätzlich auch stationär befestigt sein, während der Elektromagnet schwingt. Wenn das Pendel 7 gerade durch seine Nullpunktlage 12 hindurchschwingt, kann der Elektromagnet 13 mit derartiger Durchflutungsrichtung angestuert werden, daß in Bezug auf den gegenüberliegenden Permamentmagneten 11 ein gleichnamiges magnetisches Polpaar, und damit eine Abstoßkraft zum Beschleunigen des Pendels 7 in der momentanen Bewegungsrichtung aus der Nullpunktlage 12 heraus, wirksam wird.
  • Die schwingende Masse des Pendels 7 dient bevorzugt nur dem Einbringen der erfordvrlichen Antriebskraft in das Räderwerks-Getriebe 4, also nicht der Zeithaltung beim Antrieb der Zeiger 2. Für die Zeithaltung ist vielmehr ein gesonderter elektrischer Taktgeber 14 mit durch einen Schwingquarz 15 stabilisierter Schwingschaltung 16 und nachfolgendem - vorzugsweise vielstufig binärem - Frequenzteiler 17 vorgesehen. Aus seinen Ausgangs impulsen 43 am Taktausgang 32 werden (wie unten näher beschrieben) Antriebspulse 18 mit einer Pulsfolgefrequenz der Größenordnung der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems gewonnen, um dieses schwingungssynchron über den Elektromagneten 13 zu beschleunigen.
  • Damit die Beschleunigung jeweils kurz nach dem Durchgang durch die Nullpunktlage 12 und dabei - wie unten näher erläutern - mit notwendiger Intensität erfolgt, dient die Spule 20 des Elektromagneten 13 nicht nur als Stellelement (der elektromagnetischen Kraftübertragung auf das Schwingsystem), sondern außerdem als Fühlerelement für einen Schwingperioden-Aufnehmer 21, der mit jedem oder (z.B. umschaltbar) mit jedem zweiten Durchgang des Schwingsystems durch die mechanische Nullpunktlage 12 einen Meßimpuls 22 einsetzen läßt. Dieser dient zu Betriebsbeginn über eine (unten näher erläuterte) Schaltstufe 48 dem Triggern aus dem Taktgeber 14 gewonnen zeithaltenden Refernzpulses 25, der seinerseits periodisch in einer Pulsbreiten-Umschaltstufe 23 die Antriebspulse 18 initiiert, wenn sie nicht über eine Vergleichsstufe 24 gesperrt werden.
  • In der Vergleichsstufe 24 wird über eine Koinzidenzauswertung mittels logischer Gatter (oder mittels eines entsprechenden Algorithmus) festgestellt, wann der Meßimpuls 22 im Vergleich zum zeitlich zugeordneten Referenzpuls 25 beginnt.
  • Um den Meßimpuls 22, bei Durchgang des mechanischen Schwingsystems durch seine Nullpunktlage 12, aus der vom Permamentmagneten 11 in der Spule 20 induzierten Spannung zu gewinnen, weist der Schwingperioden-Aufnehmer 21 eine Eingangsstufe 26 zur Entkopplung, Potentialanpassung und Impulsformung auf. Dieser ist eine potential-gesteuerte Stufe 27 zur Abgabe des binären Meßimpulses 22 nachgeschaltet. Der Aufnehmer 21 kann, z.T'. beim Betrieb mit einem Hängependel wie in Fig. 1 angegeben, pro Schwingungsperiode einen Meßimpuls 22 liefern. Der Aufnehmer 21 kann aber auch so umgeschaltet werden, daß er nur bei Jedem zweiten Schwingsystem-Nulldurchgang (also pro Schwingungsperiode-nur einmal, vgl.
  • Fig. 2), einen Meßimpuls 22 liefert. Dadurch läßt sich diese Schaltungsanordnung ohne Änderungen auch für federgestützte Drehpendelschwinger einsetzen, bei denen sich (ede Schwingungsperiode aus zwei ungleichen Halbschwingungen zusammensetzt.
  • Der die Zeithaltung bestimmende Referenzpuls 25 wird von einem dem Taktgeber 14 nachgeschalteten Referenzpulsgeber 28 geliefert, in dem seine Pulslänge von einem Zähler 29 be- stimmt wird. Dieser wird von einem bezüglich der mechanischen Schwingungsperiode hochfrequenten Zwischenabgriff 30 am Frequenzteiler 17 getaktet und Jeweils mit Beendigung des Referenzpulses 25 - beispielsweise über einen differentiell negativen dynamischen Rücksetzeingang 31 - in seine Zählanfangsstellung zurückgesetzt. Den periodischen Beginn der Referenzpulse 25 bestimmt der Takt geber 14 über seinen niederfrequenten Taktausgang 32, dessen Ausgangs impulse 43 jeweils eine bistabile Stufe 33 setzen, deren Ausgangssig nal der Referenzpuls 25 ist. Dieser wird beendet, indem vom Zähler 29 bei Erreichen einer vorgegebenen Zählstellung die bistabile Stufe 33 zurückgesetzt wird.
  • In entsprechender Weise wird in der Pulsbreiten-Umschaltstufe 23 die Länge des Antriebspulses 18 durch einen, ebenfalls vom Frequenzteiler-Zwischenabgriff 30 getakteten, Zähler 34 bestimmt, der bei Erreichen einer vorgegebenen Zählstellung eine bistabile Stufe 35 zurücksetzt, die zuvor beim Nulldurchgang des Schwingsystems vom Referenzpuls 25 gesetzt wurde. Auch hier erfolgt das Rücksetzen des Zahlers 34 in seine Zählanfangsstellung über einen auf differentiell negativen Spannungssprung reagierenden dynamischen Rücksetzeingang 36 beim Rücksetzen der bistabilen Stufe 35.
  • Durch ein UNEI-Glied 37 bzw. 38 ist im Referenzpulsgeber 28 bzw. in der Pulsbreiten-Umschaltstufe 23 gewährleistet, daß erst mit Beginn des Impulses 25 bzw. 1S, also mit dem Setzen der bistabilen Stufen 33 bzw. 35, das Hochzählen des Zählers 29 bzw. 34 einsetzt.-In der- Pulsbreiten-Umschaltstufe 23 ist, beispielsweise vor einer Treiberstufe 39 zur Bere1+stellung der Leistung für die Durchflutung des Elektromagneten 13 durch Ansteuerung seiner Spule 20, eine Blockierstufe 40 vorgesehen, um An- triebspulse 18, bei zu großer Schwingamplitude des mechanischen Schwingsystems, von der Pulslagen-VergleichsstuSe 24 her austasten zu können.
  • Diese Vergleichsstufe 24 setzt einen (beisplelsweise einfach als bistabile Kippstufe ausgebildeten) Voreilungs-Zustandsspeicher 44, wenn der Meßimpuls 22 schon vor der Vorderflanke des Referenzpulses 25 einsetzt. Dagegen wird ein entsprechender Nacheilungs-Zustandsspeicher 45 z.B. dann gesetzt, wenn der Meßimpuls 22 bei Beendigung des Referenzpulses 25 noch ansteht (wobei also vorausgesetzt ist, daß der vom Schwingperioden-Aufnehmer 21 gelieferte Meßimpuls 22 kürzer ist, als der vom Referenzpulsgeber 28 erzeugte Referenzpuls 25). Die Zustandsspeicher 44 und 45 werden zu Beginn des Jeweils nächstfolgenden Impulsvergleiches vom Referenzpuls 25 wieder zurückgesetzt.
  • Wenn die Schwingungsfrequenz des mechanischen Schwingsystets momentan zu hoch im Vergleich mit der Folgefrequenz der zeithaltenden Referenzpulse 25 ist, ist der Energieinhalt des nächstfolgenden Antriebspulses 18 zu vergrößern, damit die mechanische Schwingungs-Amplitude größer (und damit die Schwingungsperiode länger), also aufgrund des Pendel-Anisochronismus die Schwingungsfrequenz niedriger und damit der zeithaltenden Folgefrequenz.der Referenzpulse 25 angenähert wird. Hierfür wird vom Ausgang des gesetzten Voreilungs-Zus tands speichers 44 über einen Umkodiereingang 47 der Pulsbreiten-Umschaltstufe 23 deren, die Länge des Antriebspulses 18 beseimmender;Zäkiler 9 derart angesteuerte daß durch entsprechende Vorgabe eines vergrößerten Endzählwertes (z.B. durch entsprechenden Eingriff in die Zählstellungs-Dekodiermatrix) erst bei höherem Zählergebnis die bistabile Stufe 55 zur Beendigung des nun folgenden Antriebspulses 1P> wieder zurückgesetztwird.
  • Wenn dagegen von der Vergleichsstufe 24 der Nacheilungs-Zustandsspeicher 45 gesetzt ist, weil der Meßimpuls 22 zu spät in Bezug auf die zeitliche Lage des zugeordneten Referenzpulses 25 erscheint, also die mechanische Schwingunzsfrequenz durch Verkleinerung der Schwingungsamplitude zu erhöhen ist, erfolgt durch Austasten des Antriebspulses 18 nun keine Energieübertragung auf das mechanische Schwingsystem, dessen Schwingungsamplitude sich infolge der Relbungsverluste folglich verringert. In der vereinfachten Darstellung eines Realisierungsbeispiels für die Pulsbreiten-Umschaltstufe 23 ist hierfür eine Blockierstufe 40 vorgesehen, die bei Ansteuerung vom Nacheilungs--Zustandsspeicher 45 eine Ansteuerung der Treiberstufe 39 unterbindet.
  • Ein UND-Glied 41 stellt sicher, daß nicht schon vor Durch führung des Impulsvergleiches in der Verleichsstufe 24 und damit schon bei Einsetzen des Referenzpulses 25 über die Stufe 35 ein Antriebspuls 18 ausgelöst wird, sondern gegebenenfalls erst dann, wenn, beim Schwingungs-Nulldurchgang, der für den Vergleich erforderliche Meßimpuls 22 ansteht.
  • Fig. 2 zeigt diese Betriebsweisen für ein im Interesse der Ubersichtlichkeit vereinfachtes Realisierungsbeispiel, bei dem Meßimpulse22 konstanter Lange angenommen sind, die auf Überlappung mit der Vorderflanke bzw. m.1t-der Rückflanke des zeitlich zugeordneten Referenzpulses 25 in der Vergleichsstufe 24 ausgewertet werden. Aus den niederfrequenten Taktgeber-Ausgangsimpulsen 43 (Fig. 2A) mit einem Tastverhältnis 1:1 werden die kürzeren Referenzpulse 25 (Fig.
  • 2B) gleicher Pulsfolgefrequenz gewonnen, die gemäß der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems (Periodendauer z.B. 0,7 Sekunden bei einem Tischuhren-Hängependel oder 6 Sekunden bei einem Jahresuhren-Drehpendel) gewählt ist.
  • Aus dem in der Spule 20 induzierten Spannungsverlauf eines Fühlersignales 52 (Fig. 2C) liefert der Schwingperioden- Aufnehmer 21 mit dem mechanischen Schwingungs-Nulldurc'h gang (und in diesem Beispiel pro Schwingungsperiode nur einmal) einen Meßimpuls 22 (Fig. 2D). Bei angenähertem Isochronismus zwischen der Frequenz des mechanischen Schwingsystems (also der Pulsfolgefre-quenz dessen Meßimpulse 22) und der Pulsfolgefrequenz der zeitsynchron damit gestarteten (vgl. unten) Referenzpulse 25 liegt jeder Meßimpuls 22 zeitlich innerhalb des zugeordneten Referenzpulses 25 (Abschnitt I in Fig. 2), und er löst einen Antriebspuls 18 (Fig. 2E) aus. Dessen Energieinhalt (bei binärem Puls: dessen Länge) ist so bemessen, daß die auf das mechanische Schwingsystem elektromagnetisch eingekoppelte Schwingungs-Antriebs energie gerade die Reibungsverluste des Schwingungssystems kompensiert (oder vorzugsweise sogar etwas dberkompensiert).
  • Wenn aufgrund von Reibungs- oder sonstigen Störeinflüssen die Schwingungsamplitude des mechanischen Schwingsystems sich verringert, steigt dessen Schwingungsfrequenz an; es tritt also eine zeitliche Vorverlagerung des Meßimpulses 22 auf (Abschnitt II in Fig. 2), der damit schon vor dem zugeordneten Referenzpuls 25 einsetzt (Abschnitt II in Fig. 2).
  • Von der Pulslagen-Vergleichsstufe 24 wird deshalb der Voreilungs-Zustandsspeicher 44 gesetzt, der den pulslEngengebenden.Zähler 34 auf längeren Antriebspuls 18 (Fig. 2E) für stärkere Beschleunigung des mechanischen Schwingsystems aus seiner Nullpunktlage 12 heraus umschaltet. Für die Beispielsdarstellung der Fig. 2 ist angenommen, daß auch nachher nächsten Schwingungsperiode der Meßimpuls-22 noch dem Referenzpui,s 25 voreilt, so daß abermals ein Uberproportionierter Antriebspuls 18 zur weiteren Vergrößerung der Amplitude des mechanischen Schwingungssystems geliefert wird; womit dann die starke Verlängerung der Schwingungsdauer dazu führt, daß (Abschnitt III in Fig. 2) der nächstfolgende Meßimpuls 22 verzögert bezüglich des zugeordneten Referenzpulses 25ler- scheint. Deshalb wird nun von der Puls-Lagen-Vcrgleichsstufe 24 der Nacheilungs-Zustandsspeicher 45 angesteuert, der fortan über die Blockierstufe 40 die Abgabe weiterer Antriebspulse 18 unterbindet. Das mechanische Schwingsystem schwingt nun also ohne perlodische Zuführung von elektromagnetisch eingekoppelter Schwingenergie; d h. die Verluste im Zuge der Umsetzung der Schwingbewegung in die Be wegung des Getriebes 4 bewirken eine stetige Verringerung der mechanischen Schwingungsamplitude und entsprechende Vorverlegung des Nullpunktdurchgangs, also des Einsatzes des Meßimpulses 22 gegenüber dem quarzstabilisiert auftretenden Referenzpuls 25, bis beide wieder zusammenfallen (Abschnitt I in Fig. 2). Nachdem also einige Antriebsperioden lang (Abschnitt III in Fig. 2) gar keine Antriebsenergie der Energiequelle für das elektromechanische Uhrwerk entnommen wurde, erfolt nun wieder eine Energieeinkopplung in das schwingende System mit Standard-Antriebspulsen 18.
  • Diese sind so bemessen, daß die Verluste im mechanisch schwingenden System gerade kompensiert oder - vorzugsweise -sogar etwas überkompensiert werden, so daß auch ohne ein Auftreten außergewöhnlicher Störeinflüsse nach gewisser Zeit wieder die energiesparende Betriebsweise gemäß Abschnitt III in Fig. 2 auftritt. Das mechanische Schwingsystem selbst ist vorzugsweise auf eine etwas geringere als die quarzstabilisierte zeithaltende Referenzfrequenz abgestimmt, so daß es, trotz der Reibungseinflüsse, auch aus diesem Grunde im Zuge des Betriebes allmählich zu einer Nachverlagerung des Meßimpulses 22 bezüglich des Referenzpulses 25, also periodisch zur vorübergehenden energiesparenden Betriebsweise gemäß Abschnitt III in Fig.-2, kommt, Damit Synchronismus zwischen Referenzpulsen 25 und Meßimpulsen 22 gewahrt bleibt, ist eine Pulsausfall-Blockierstufe 49 vorgesehen, die über eine Kippstufe 50 die bistabile Stufe 33 im Referenzpulsgeber 28 zurückgesetzt hält, wenn eine vorgegebene Anzahl (von z.B. vier) Referenzpulsen 25 hintereinander erschienen ist, ohne daß während dieser Zeitspanne ein Meßimpuls 22 auftrat, weil aus irgendwelchen Gründen die Bewegung des mechanischen Schwingsystems aussetzt, beispielsweise also das Pendel -7 bewegungslos über der Spule 20 hängt. Um das elektromechanische Uhrwerk wieder in Betrieb zu nehmen, ist das mechanische.Schwingsystem manuell wieder in Bewegung zu setzen, was energetisch günstiger ist, als eine Selbstanlaufschaltung, zumal solche mittels einer allein auf Abstossung nach mechanischem Nulldurchgang beruhenden elektromagnetischen Einspeisung von Schwingungsenergie kaum realisierbar wäre. Manueller Anwurf des mechanischen Schwingsystems mit starker PendelnuslenRung bedeutet, daß die ersten Meßimpulse 22 stark verzögert gegenüber zugeordneten Referenzpulsen 25 auftreten, zunächst also noch keine Energie in Form von Antriebspulsen 18 zur Schwingungs-Aufrechterhaltung benötigt wird, bis die Reibungsverluste die Schwingungsamplitude entsprechend abgebaut haben (Betriebsweise gemäß Abschnitt III im Übergang auf Abschnitt I in Fig. 2). Um etwaigen Schaltungs-Fehlfunktionen vorzubeugen, ist 3 Jedoch vorteilhafterweise die Betriebsbeginn-Schaltstufe 48 vorgesehen.
  • Über diese wird die Blockier-Kippstufe 50 erst dann zur Freigabe der Referenzpuls-Stufe 33 zurückgestellt, wenn eine vorgegebene Anzahl (von z.B, acht) Schwingungen vom manuell angeworfenen mechanischen Schwingsystem ausgeführt wurden, also eine entsprechende Anzahl von Meßimpulsen 22 erschienen ist.
  • Um die beschriebene Schaltungsanordnung kostengünstig in standardisierter Ausführung fertigen zu können, ist es zweckmäßig, wie in Fig 1 symbolisch vereinfacht bertcksichtigt, wenigstens eine Justierschaltung 51 vorzusehen, über die - der Wirkung des Umkodiereinganges 47 entsprechend - die Zählstellungen veränderbar sind, die die Länge des Referenzpulses 25 bzw0 des Meßimpulses 22 bestimmen, um diese Impulse den.mechanischen und elektrischen Gegebenheiten eines gegebenen elektromagnetischen Schwingsystems anzupassen, ohne weitere, aufwendigere Eingriffe in die Schaltungsanordnung vornehmen zu müssen.
  • Bezugszeichenliste 1 Elektromechanisches Uhrwerk 2 Zeiger (angetrieben von 1) 3 Zifferblatt (zu 2) 4 Zeigerwerks- und Räderwerks-Getriebe (für 2 in 1) 5 Fortschalteinrichtung (von 7 zu 4) 6 magnetische Antriebskopplung (für 7) 7 Pendel (in 1) 8 Pendelstange (zwischen 7 und 9) 9 mechanische Abtriebskopplung (von 7 an 5) 10 freies Ende (von 8) 11 Permanentmagnet (an 10) 12 Nullpunktlage (von 7) 13 Elektromagnet (in 12 unter 11) 14 zeithaltender elektrischer Taktgeber 15 Schwingquarz (für 16) 16 Schwingschaltung (in 14) 17 ' Frequenzteiler (hinter 16) 18 Antriebspuls (von 23 für 13-11-7) 19 20 Stellelement-und Fühlelement-Spule (von 13) 21 Schwingperioden-Aufnehmer (hinter 20 für 22) 22 Meßimpuls (am Ausgang von 21) 23 Pulsbreiten-Umschaltstufe (für 18) 24 Pulslagen-Vergleichsstufe (zwischen 14 und 21 für 23) 25 Referenzpuls (aus 14-28 für 24) 26 Eingangsstufe (in 21) 27 potentialgesteuerte Stufe (hinter 26) 28 Referenzpulsgeber (hinter 14 für 25) 29 Zähler (in 28) 30 Zwischenabgriff (an 17 für 29, 34, 46) 31 Rücksetzeingang (von 29) 32 Taktausgang (von 14) 33 bistabile Stufe (in 28) 34 Zähler (in 23) 35 bistabile Stufe (in 23) 36 Rücksetzeingang (von 34) 37 UND-Glied (vor 31) UND-Glied (vor 34) 39 Treiberstufe (von 23 für 20) 40 Blockierstufe (in 23) 41 UND-Glied (zwischen 22/25 und 35) 42 Blockierleitung (von 23 nach 21) 43 Taktgeber-Ausgangsimpulse (hinter 14) 44 Voreilungs-Zustandsspeicher (zwischen 24 und 23) 45 Nacheilungs-Zustandsspeicher (zwischen 24 und 23) 46 47 Umkodiereingang (an 34 für 44) 48 Betriebsbeginn-Schaltstufe (zwischen 22/33) 49 Pulsausfall-Blockierstufe (zwischen 22/25 und 33) 50 Kippstufe (vor 33) 51 Justierschaltung (für 29/25 und 34/18)

Claims (1)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Regelung der Schwingfrequenz eines me chanischen Schwingsystems eines elektromechanischen Uhrwerks, bei dem das Schwingsystem mit einer Spule zur induktiven Ermittlung des Schwingungs~Nulldurchgange und zur elektromagnetischen Nachspeisung von Schwingungsenergie vorgesehen ist, wobei der Energieinhalt von aus einer zeithaltenden Sollfrequenz-Schaltung periodisch gelieferten Antriebspulsen zur Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Schwingungsamplitude verkleinert bzw. vergrößert wird, dadurch gekennzeichnet daß das mechanische Schwingsystem stationär mit geringfügig gegenüber der zeithaltenden Referenzfrequenz erniedrigter Schwingungsfrequenz (entsprechend größerer mechanischer Schwingungs-Auslenkungsamplitude) betrieben wird und daß bei über einen vorgegebenen Grenzwert angestiegener mechanischer Schwingungsfrequenz (entsprechend verkleinerten Schwingungs-Auslenkamplituden) wenigstens ein überdimensionierter Antriebspuls ausgelöst wird, während unterhalb einer vorgegebenen mechanischen Schwingungsfrequenz (entsprechend vergrößerten Schwingungsuslenkamplituden) dia Antriebspulse ganz ausgetastet werden.
    2. Schaltungsanordnung, mit einem an ein Uhrwerks-Getriebe (4) gekoppelten mechanischen Schwingungssystem, das eine magnetische Antriebskopplung (6) von einem zeithal- tenden elektrischen Taktgeber (14) aufweist, welcher die Zeithaltung bestimmende Antriebspulse (18) an eine Spule (20) liefert, an die auch ein Schwingperioden-Aufnehmer (21) angeschlossen ist, der eine Pulsbreiten-Umschalbstufe (23) zur Abgabe von Antriebspulsen (18) unterschiedlichen Energieinhaltes nach Maßgabe von gegenüber der zeithaltenden Referenz voreilenden oder nacheilenden Schwingungen des mechanischen Schwlngsystems ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer des mechanischen Schwingsystems geringfügig länger eingestellt ist, als die Periodendauer der quarzstabilisierten Folgefrequenz von Referenzpulsen (25), und daß von einer Pulslagen-Vergleichsstufe (24), die von den Referenzpulsen (25) und nach Maßgabe der momentanen Schwingungsperiode des mechanischen Schwingsystems von Meßimpulsen (22) beaufschlagt ist, eine die Antriebspulse (18) austastende Blockierstufe (40) bei gegenüber den Referenzpulsen (25) nacheilenden Meßimpulsen (22) angesteuert ist, dagegen bei' gegenüber den Referenzpulsen (25) voreilenden Meßimpulsen (22) die Pulsbreiten-Umschaltstufe (23) zur Abgabe von verlängerten Antriebspulsen (18).
    j. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschwingungs-Periodendauer des mechanischen Schwingsystems etwas länger eingestellt ist, als die Periodendauer der Wiederholfrequenz'der~Referenzpulse (25).
    4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei Synchronismus zwischen Referenzpuls (25) und Meßimpuls (22) ausgelöste Antriebspuls (18) etwas energie- reicher eingestellt ist, als zur Kompensation der Reibungsverluste des an das Getriebe (4) angekoppelten mechanischen Schwingsystems erforderlich So Schaltungsanordnung nach einem der AnsprUche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulslagen-Vergleichsstufe (24) periodisch im Takte der Referenzpulse (25) rücksetzbare Voreilungs-bzw. Nacheilungs-Zustandsspeicher (44 bzwe 45) nachgeschaltet sind0 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5s dadurch gekennzeichnet, daß dem Voreilungs-Zustandsspeicher (44) ein Umkodlereingang (47) der Pulsbreiten-Umschaltstufe (23) zum Vergrößern der Zählendstellung eines die Länge des Antriebspulses (18) bestimmenden Zählers (34) nachgeschaltet ist0 7o Schaltungsanordnung nach einem der Ansprtlehe 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (29) zur Bestimmung der Länge des Referenzpulses (25) und ein Zähler (34) zur Bestimmung der Länge des Antriebspulses (18) von einem im Vergleich zur Wiederholfrequenz-der zeithaltenden Referenzpulse (25) hochfrequenten Zwischenabgriff (30) des Frequenzteilers (17) im zeithaltenden Taktgeber (14) angesteuert sind.
    8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine'Justierstufe (51) zur Anpassung der Länge des Referenzpulses (25) und der Länge des Antriebspulses (18) an ein vorgegebenes mechanisches Schwingsystem an die Zähler (29, 34) angeschlossen ist.
    9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Antriebspulses (18) in der Pulsbreiten-Umschaltstufe (23) über ein UND-Glied (41) erfolgt, das vom Referenzpuls (25) und vom den Zeitpunkt der Nullpunktlage (12) des mechanischen Schwingsystems angebenden Meßimpuls (22) ansteuerbar ist.
    10. ochaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Referenzpulsgeber (28) blockierende Betriebsbeginn-Schaltstufe (48) vorgesehen ist, die erst nach einer vorgegebenen Anzahl von Meßimpulsen (22) einen Meßimpuls (22) zum Auslösen des ersten Referenzpulses (25) auf den Referenzpulsgeber (28) durchschaltet.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4866564A (en) * 1987-03-06 1989-09-12 Seikosha Co., Ltd. Electromagnetic drive circuit
US4868709A (en) * 1987-03-06 1989-09-19 Seikosha Co., Ltd. Electromagnetic drive circuit
DE10119559A1 (de) * 2000-04-26 2001-10-31 Joerg Arnold Vorrichtung und Verfahren zur Zeitmessung
BE1018980A3 (nl) * 2009-10-30 2011-12-06 Werpax Bv Met Beperkte Aansprakelijkheid Slinger.

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