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Elektrische Zeitwaage Zeitwaagen sind als solche schon mehrfach bekanntgeworden.
Die Aufgabe einer Zeitwaage besteht darin, bei einer Beobachtungsdauer von etwa
30 Sekunden die tägliche Gangabweichung einer Uhr in Sekunden mit einer Genauigkeit
von etwa ± i Sekunde festzustellen. Die Erfindung löst die Aufgabe auf rein elektrischem
@'Vege.
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Erfindungsgemäß wird zur Anzeige der Zeitunterschiede des Prüfobjekts,
im folgenden kurz als X-Uhr bezeichnet, gegenüber einem Normal eine als Polarkoordinatenröhre
arbeitende Braunsche Röhre verwendet. Bei entsprechender Schaltung der Röhre entstehen
auf dein Schirm der Röhre Zacken, deren Verschiebung innerhalb des normalen Zeitkreises
ein Maß für die positiven oder negativen Zeitabweichungen ergibt. Dazu wird die
X-Uhr auf ein Mikrophon gelegt, (las Geräusch der Unruhschwingungen damit aufgenommen,
verstärkt und Tiber Abletikplatten oder -spulen dem Normalzeitkreis auf dem Schirm
der Braunschen Röhre überlagert. Der Schirm zeigt somit einen Kreis als Normalzeit
und für jede Schwingung der X-Uhr eine Zacke. Stimmt die X-Uhr mit der Normalzeit
überein, so bleibt die Zacke an derselben Stelle stehen. Geht sie jedoch vor oder
nach, so wird die Zacke jeweils im oder entgegen dem Uhrzeigersinn auf dem Kreis
wandern. Die Wanderungsgeschwindigkeit kann z. B. mit einer Stoppuhr gemessen werden,
um dann aus einer Tabelle die gesuchte Gangabweichung von der Normalzeit in Sekunden
pro Tag ablesen zu können.
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt das Schaltbild der elektrischen Zeitwaage, Fig. 2 die
Schaltung der Ablenkspulen, Fig.3 die Braunsche Röhre mit den an ihrem Hals vorgesehenen
Ablenkspulen,
Fig. d den Schirm der Braunschen Röhre mit den Zacken
und Fig. 5 die Ausbildung der Zeitwaage als Gerät. Nach Fig. i setzt sich das Gerät
der elektrischen Zeitwaage aus vier Hauptaggregaten zusammen: i. aus dem Frequenznormal,
bestehend aus dem Quarzsender Qu und dem Frequenzteiler FT,
2. aus dem Zeitschaltkreis
Z, bestehend aus einem Kondensatorentladungskreis, einem Entladungsrohr und einem
Relais, 3. aus dem Beobachtungsteil mit Braunscher Röhre Br. R, nicht gezeichnetem
Hochspannungsnetzteil und Ablenkspulen Sp, sowie:. aus der X-Uhr 1 und aus Mikrophon
_1i und Verstärker l'. Eine besondere Svnchronisiereinrichtung Sy sorgt dafür, daß
der Zeitschaltkreis Z nach der Betätigung der Einschalttaste T (Fig. 5) erst von
dem Augenblick an Shell steuert, in dem die Impulse von Frequenznormal und X-Uhr
koinzidieren.
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Die Wirkungsweise der elektrischen Zeitwaage ist folgende: Mittels
der quarzgesteuerten sinusförmigen Normalfrequenz wird eine kreisförmige Zeitlinie
auf dem Schirm der Braunschen Röhre geschrieben. Nach Fig. 2 erfolgt die Ablenkung
des rotierenden Elektronenstrahlbündels f durch ein Drehfeld, welches durch die
beiden Ablenkspulena, b erzeugt wird und z. B. mit 36o Hz umläuft. c ist dabei ein
induktiver und d ein kapazitiver Phasenschieber. Durch diese besondere go°-Schaltung
wird die erforderliche Hilfsphase für das Drehfeld erzeugt. Das Ablenkspulenpaar
a, b umfaßt, wie Fig.3 zeigt, den Hals der Braunschen Röhre und steht fest.
Nach Fig. 5 wird auf ein Körperschallmikrophon M die X-Uhr gelegt und mit Hilfe
einer Einrichtung, z. B. eines Spannbügels, daran festgehalten. Das Ganze ist durch
Schwammgurnmipolster gegen störende Fremdgeräusche isoliert. Die X-Uhr kann zusammen
mit dem Mikrophon durch die kardanisch erfolgte Aufhängung in dem Gestell G (Fig..5)
in alle Lagen gekippt werden. Das ist nötig, um festzustellen, ob der Gang der X-Uhr
lageabhängig ist. Die von der Unruh der Uhr ausgehenden Erschütterungen werden in
bekannter Weise vom Mikrophon in elektrische Spannungsstöße umgewandelt und nachfolgend
verstärkt. Die .Spannungsstöße werden außerdem derartig verzerrt, daß für jedes
einzelne Tickgeräusch der X-Uhr jeweils nur eineinzelner, sehr kurzzeitiger Spannungsstoß
wiedergegeben wird. Die aus dem Verstärker V kommenden Spannungszacken werden sowohl
dem @@'ehneltzylinder als auch den Ablenkplatten der Braunschen Röhre zugeführt.
Die mit 36o Hz umlaufende Zeitlinie wird so lange dunkel gesteuert, bis der Verstärker
die von der X-U hr herrührenden positiven Impulse auf den Welineltzylinder gibt.
Es erscheinen, wie die Fig.:I zeigt, auf dem Schirm der Röhre im Takt der Unruhschwingungen
hell leuchtende lmpulszacken am Rande des sonst dunkel bleibenden Bildschirms. Läuft
die X-Uhr synchron mit der Normalfrequenz, d. h. ist der tägliche Gang des Prüflings
Null, so erscheint der Zacken immer an der gleichen Stelle des Leuchtschirms. Besteht
zwischen beiden Frequenzen jedoch ein Schlupf, d. h. geht die X-Uhr gegenüber der
Normaluhr vor oder nach, so zeigt sich das auf dem Bildschirm in der Weise. daß
der Impulszacken schrittweise nach rechts oder nach links auswandert. Durch die
Svnchronisiereinrichtung Sy wird bewirkt, daß der Imßulszacken zunächst an der Nullstelle
der Polarkoordinatenteilung aufleuchtet und von hier aus um einen ablesbaren Winkelweg
innerhalb der eingestellten I'riifzeit auswandert.
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Die in das Gerät eingebaute Zeitschaltvorrichtung bewirkt, daß durch
Drücken einer Taste T der Prüfvorgang eingeleitet wird und automatisch abläuft.
Die Prüfzeit ist mit Ililfe eine: @tufeitsclialters St auf mehrere festgelegte Zeiten
einstellbar. Die Reproduzierbarkeit dieser Prüfzeiten wird sich voraussichtlich
mit einer Genauigkeit von ±3 % erreichen lassen. Der erwähnte Stufenschalter St
hat etwa die Aufgabe eines Meßbereichunischalters zu erfüllen. Der Abstand von einem
Impulszacken bis zum nächsten, der auch als Zackenschritt bezeichnet werden könnte,
ist eine Funktion der Unruhfrequenz. Diese wird durch den Begriff Halbschwingungen/Sek.
definiert. In Fig. s sind noch mit Al ein Netzschalter, mit L eine Signallampe und
S eine auswechselbare Sicherung bezeichnet. Der Leuchtschirm der Braunschen lZi>lire
ist in der senkrecht stehenden Frontplatte F des Gehäuses eingelassen, während die
zu bedienenden Schalter in dem pultförmigen Teil P untergebracht sind.
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Zur Berechnung der Zeitabweichungen ist folgendes zu sagen: Die \\'inkelgeschwindigkeit
des rotierenden Elektronenstrahls beträgt m = F . 360e, worin F die Noimalfreqtlenz
ist. Die Impulsfrequenz des Prüflings, auch `-Frequenz oder Schlagzahl genannt,
soll finit f bezeichnet werden und wird in Unruhlialbschm-ingungen/Sek. ausgedrückt.
Der Winkelabstand der Impulszacken auf der Zeitlinie ergibt sich dann zti
Bei idealem Synchronlauf ist dieser Abstand gleich einem ganzen Vielfachen voll
36ov, so daß der Impulszacken stets an ein und derselben Stelle erscheint. Diese
Bedingung ist nach der letzten Gleichung stets erfüllt, m-etin f eine ganze Zahl
ist. Die im Uhrenbau üblichen Frequenzen f sind fast alle in der Frequenz F = 36o
Hz ganzzahlig enthalten, so daß diese Frequenz für den Zeitlinienkreis geeignet
ist. Auch die Frequenz F = ioo Hz ist für die gebräuchlichsten Uhrenfrequenzen f
geeignet.
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Der tägliche Gang (Abweichung vom Zeitnormal in Sekunden pro Tag)
einer Uhr sei nun
wobei S in Sekunden ausgedrückt und d ein mittlerer Sonnentag mit
8,64-104 Sek. ist. Auf dem
Zeitkreis erscheinen dann in i Sekunde
f Zacken, und zwar die letzte um die Zeit
verfrüht. Nach einer Prüfzeit Z erscheint die letzte der Z_ - f-Zacken um die Zeit
Sek. gegenüber dem Idealfall verfrüht. In dieser Zeit ist die letzte Zacke um den
Winkel
ausgewandert, a ist also dem gesuchten Wert von S proportional. Mit h - ioo Hz und
Z = 30 Sek. wird demnach ein Gangfehler von io Sek./Tag oder
mit einem Winkelweg von a=i,i6-io-"3o#ioo#36o°=i25v angezeigt. Werden in einer Uhrenfabrik
mehr als ein derartiger Prüfstand gebraucht, so werden alle weiteren Prüfstände
um den Preis für das Frequenznormal (Quarzsender und Frequenzteiler) billiger. Für
die weiteren Prüfstände kann die Normalfrequenz über Trennverstärker aus der ersten
Anlage bezogen werden.
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Der mit dem Gerät vertraute Prüfer kann aus der Flankenform jedes
einzelnen Impulszackens, den periodischen Amplitudenschwankungen der Impulszacken
sowie aus etwaigen ungleichmäßigen Impulszackenabständen unmittelbar eine Diagnose
hinsichtlich Art und Ort des Fehlers im Uhrwerk stellen. Dabei leistet eine Röhre
mit Nachleuchtschirm oder eine der üblichen Photoeinrichtungen gute Dienste. Das
Gerät eignet sich also nicht nur für das Prüffeld, sondern auch für das Entwicklungslaboratorium.