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Verfahren zur Zeitübermittlung und Zeitanzeige Die Erfindung betrifft
ein Verfahren sowie zur Ausübung dieses Verfahrens ausgebildete Einrichtungen zur
Zeitübermittlung und Zeitanzeige.
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Die üblichen, durch einen mechanischen Kraftspeicher oder Synchronmotor
angetriebenen Uhren haben Gangungenauigkeiten, erstere müssen (abgesehen von teuren
Sonderkonstruktionen) regelmäßig aufgezogen, letztere, falls sie stehengeblieben
sind, angeworfen werden. Die durch elektrische Impulse zentralgesteuerten Tochteruhren
benötigen ein Leitungsnetz. Allen bekannten Uhren ist gemeinsam, daß sie bei Gangfehlern
bzw. nach einem Stillstand neu eingestellt werden müssen, was insbesondere bei größeren
Uhren ziemlich umständlich und zeitraubend sein kann. Außerdem erfolgt die Einstellung
im allgemeinen durch Vergleich mit anderen Uhren, deren Anzeige ebenfalls fehlerhaft
sein kann.
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Eine Verbesserung ist hierin gegeben durch das bekannte Verfahren,
in bestimmten größeren Zeitintervallen von einem Chronometer aus Zeitsignale auf
drahtlosem Wege zu senden. Es bleibt hierbei jedoch die Umständlichkeit des Nachstellens
der örtlichen Uhr, abgesehen von möglichen subjektiven Fehlern hierbei. In der Zwischenzeit
zwischen den Zeitsignalen ist wiederum eine genaue Zeitanzeige nicht gewährleistet.
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Es ist bereits ein elektrisches Zeitübertragungssystem vorgeschlagen
worden, bei dem mit der Zeit veränderliche, z. B. unter Steuerung durch ein Chronometer
erzeugte Frequenzen ausgesandt, drahtlos empfangen und im Empfänger in eine Zeitanzeige
umgesetzt werden, indem sie auf mechanische Schwingzungen zur Einwirkung kommen,
wie sie bei Frequenzmessern verwendet werden, oder auch auf piezoelektrische Resonatoren.
Die Anzeige der mechanischen Schwingzungen ist jedoch sehr unsicher, vor allem bei
äußeren mechanischen Erschütterungen, die Umsetzung der Piezoresonanz in eine Anzeige
ist ebenfalls
schwierig; ferner müssen zur Anzeige von Stunden und
Minuten mindestens 72, solcher fest abgestimmter Resonatoren angeordnet werden,
wobei man nur eine sprungweise Zeitanzeige erhält. Das Verfahren hat sich daher
noch nicht eingebürgert, trotz des außerordentlichen Vorteils des Übertragungsprinzips,
jederzeit und überall, z. B. auch in Fahrzeugen, durch bloßes Einschalten einer
solchen Radiouhr die genaue Zeit zur Verfügung zu haben, wobei man die Übertragung
mit anderen, z. B. Radioübertragungen, kofbinieren kann.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht demgegenüber vor, daß auf
die Zeitfrequenzen abstimmbare Schwingungsempfänger selbsttätig abgestimmt und hierdurch
Zeitanzeigemittel betätigt werden. Es wird so eine sichere Anzeige mit einfachen
Mitteln erreicht. Insbesondere dann, wenn hierbei kontinuierlich abstimmbare Schwingungsempfänger
vorgesehen werden und Mittel, die in Abhängigkeit hiervon Zeitanzeigemarken in kontinuierlicher
Bewegung wirksam machen, wird die Anzeige weiterhin verbessert, wobei man für den
täglichen Gebrauch mit zwei Bestimmungsfrequenzen auskommen kann, da bei kontinuierlicher
Frequenzänderung und Minutenanzeige auch die Ablesung von Minutenbruchteilen möglich
ist.
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Die Übertragung der Zeitfrequenzen soll vorzugsweise durch Hochfrequenz
auf drahtlosem Wege erfolgen und kann mit anderen derartigen Übertragungen, z. B.
Rundfunkübertragungen, kombiniert werden, indem hierfür vorgesehene Sende- und Empfangseinrichtungen,
zumindest teilweise, mitbenutzt werden. Die Zeitfrequenzen können als selbständige
Hochfrequenzen oder auch als Modulationsfrequenzen einer Hochfrequenz ausgesandt
werden.
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Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden
ersichtlich, indem an Hand der Zeichnungen Einrichtungen beschrieben werden, wie
sie zur Ausübung des neuen Verfahrens benutzt werden können. Es sind dies Beispiele,
die Variationsmöglichkeiten sind erheblich. Insbesondere sind sämtliche Schaltungen
nur als Schemata zur Verdeutlichung des Prinzips aufzufassen. Die Ausführung im
einzelnen richtet sich nach den Erfordernissen und dem Stande der Hochfrequenzsende-
und -empfangstechnik und ergibt sich aus dieser von selbst.
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Bei der Einrichtung nach Fig. i a, i b werden nach dem bereits bekannten
Empfangsprinzip als Zeitfrequenzen Niederfrequenzen und als Schwingungsempfänger
mechanische Resonatoren verwendet. Es ist Übertragung und Anzeige von Stunden und
Minuten vorgesehen. Zur Kennzeichnung der jeweiligen Stunde dient eine Frequenz
beispielsweise der Reihe 16,o 16,5, 17,0, 17,5 ... 21,3 Hz, zur Kennzeichnung
der Minute eine andere Frequenz beispielsweise aus der Reihe 30,0, 30,5,
31,0, 31,5 # .. 59,5 Hz. Zur Erzeugung dieser Frequenzen an einer Sendestation dienen
Wechselstromgeneratoren ih bzw. im, die von Gleichstrommotoren 2 h bzw. 2
m angetrieben werden. Die Motoren 2 h bzw. 2 m haben in ihren Feldstromkreisen Tourenregler
3 h bzw. 3 m, deren Widerstände durch Schrittschaltwerke stufenweise veränderbar
sind. Von einem Chronometer aus erhalten über die Leitungen q.h bzw. q.m der Magnet
5h. stündlich und der Magnet 5 m pro Minute einen Stromstoß. Magnet 5 h schaltet
mittels einer Schaltklinke 6 h ein zwölfzähniges Klinkenrad 7 h stündlich um einen
Zahn weiter, wodurch der Widerstand des Tourenreglers 3h jedesmal so geändert wird,
daß die Frequenz des Generators i h um 0,5 Hz ab- oder zunimmt. Entsprechendwirdmittels
Magnets 5 m und Schaltklinke 6 m das 6ozähnige Klinkenrad 7 m und damit der Tourenregler
3 m pro Minute im Sinne einer Änderung der Minutenfrequenz um 0,5 Hz weitergeschaltet.
Die Einstellungen der Tourenregler wiederholen sich zyklisch nach jeweils 12 Stunden
bzw. 6o Minuten. Die beiden Kennzeichnungsfrequenzen werden über Wicklungen 8 h
und 8 m eines Transformators g in den Gitterkreis einer Modulationsröhre gegeben
und modulieren eine Hochfrequenz, die in der Senderöhre ii erzeugt und über die
Antenne 12 ausgestrahlt wird.
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Zur Zeitanzeige wird diese Hochfrequenz mittels eines auf sie abgestimmten
Schwingkreises 13 von einer Antenne 14 abgenommen und auf ein Audion 15 gegeben.
Von diesem aus gelangen die beiden Zeitfrequenzen z. B. über eine weitere Niederfrequenzverstärkerstufe
i6 in eine Zeitanzeigevorrichtung 17, die nach Art der bekannten Zungenfrequenzmesser
ausgebildet ist. Sie enthält für die Stundenanzeige zwölf Schwingzungen i8 h, deren
mechanische Eigenfrequenzen auf die Stundenfrequenzen (also z. B. 16,o, 16,5, 17,0
usw.) abgestimmt sind, und für die Minutenanzeige sechzig . Zungen 18m, die auf
die Minutenfrequenzen (also z. l3. 30,0, 30,5, 31,0 usw.) abgestimmt sind.
Die Schwingzungen tragen Kerne ig, die zwischen Spalten von Permanentmagneten 2o
und im Feldbereich von Wicklungen 21 liegen, auf die die Zeitfrequenzen gegeben
werden. Die Zunge i8 h aus der Stunden- und die Zunge 18im aus der Minutenreihe,
deren Eigenfrequenzen mt den gerade gesendeten beiden Zeitfrequenzen übereinstimmen,
geraten durch Resonanz ih Schwingung. Dies wird z. B. dadurch sichtbar gemacht,
daß das abgewinkelte, mit weißer und vorzugsweise selbstleuchtender Farbe bestrichene
Ende der Zungen, normalerweise hinter der Frontplatte 22 verborgen, im Schwingzustand
der Zunge in einem zugeordneten Schauloch 23 sichtbar wird, das dadurch weiß bzw.
erleuchtet erscheint. Ein Beispiel für die Ausgestaltung der Frontplatte 22 mit
den Schaulöchern 23 ist in Fig. 5 gegeben. Danach sind die Schwingzungen für die
Stunden in zwei Reihen zu je sechs und darunter die Zungen für die Minutenanzeige
in zwei Reihen zu je dreißig angeordnet. Die Platte 22 kann z. B. aus Glas bestehen,
das außerhalb der Schaulöcher geschwärzt und nach Art der Rundfunkskalen beschriftet
ist, sie kann auch einen Teil einer Rundfunkskala bilden, falls die Radiouhr mit
einem Radioempfänger, dessen Antennenanschlüsse in Fig. i b mit 24 bezeichnet sind,
kombiniert ist.
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Nach der vorstehenden Erläuterung ist es klar, daß am Sender auch
andere Frequenzgeneratoren, z. B. regelbare Glimmlampenschwingkreise, vorgesehen
und am Empfänger andere Resonatoren verwendet werden können, z. B. solche, die nach
dem Prinzip des Kondensatorlautsprechers arbeiten, oder Schwingzungen, die auf mechanischem
Wege angeregt werden
durch ein Kopplungsglied, das selbst keine
Eigenfrequenz hat und elektrisch, z. B. durch Tauchspule, angeregt wird, oder es
können auch bei Verwendung höherer Frequenzen fest abgestimmte elektrische Schwingungskreise
als Resonatoren vorgesehen werden.
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Bei Einrichtungen nach dem soeben beschriebenen Prinzip mit fest abgestimmten
Resonatoren ist im allgemeinen nur eine sprungweise Zeitanzeige möglich. Auch sind
mechanische Resonatoren in mit Erschütterung laufenden Fahrzeugen durch Störungsresonanzen
gefährdet. Die bevorzugte Ausführung einer Radiouhr gemäß der Erfindung ist in den
Fig. 2 a, 2 b bzw. 3 a, 3 b wiedergegeben.
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Die Sendeeinrichtung nach Fig. 2 a enthält einen Röhrengenerator 25
h, dessen Sendefrequenz in der Zeit von 12 Stunden im Bereich eines bestimmten Hochfrequenzbandes
kontinuierlich geändert wird, und zwar so, daß die gesendeten Hochfrequenzen sich
zyklisch nach jeweils 12 Stunden wiederholen. Die Steuerung des Röhrengenerators
ist im Schaltbild dadurch versinnbildlicht, daß ein Drehkondensator 26h im Rückkopplungskreis
mit derStundenzeigerachse 27 h eines Chronometers bzw. einer synchron laufenden
Achse gekuppelt ist. Ein zweiter Röhrengenerator 25 m arbeitet in einem anderen
Hochfrequenzbereich so, daß seine Sendefrequenz durch eine pro Stunde einmal umlaufende
Achse 2711a, gekuppelt mit Drehkondensator 26m, im Verlauf von jeweils 1 Stunde
kontinuierlich über den Bereich geändert wird, mit zyklischer Wiederholung. Die
beiden in jedem Augenblick die jeweilige Zeit charakterisierenden Hochfrequenzen
werden über die Antenne 28 ausgestrahlt.
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Mit der Antenne 29 des Empfängers sind zwei regelbare Schwingkreise
3014 und 30m gekoppelt, von denen der eine, 30h, auf sämtliche Frequenzen des Stundenfrequenzbandes
und der andere, 3o na, auf die Frequenzen des Minutenfrequenzbandes abstimmbar ist,
z. B. durch Drehung der Drehkondensatoren 311a bzw. 31 na. Die Drehkondensatoren
stehen in Triebverbindung mit einer Achse 32, die von einem kleinen Motor 33 mit
solcher Drehzahl gedreht wird, daß der Abstimmbereich der beiden Kreise
30 in der Sekunde mindestens etwa 16mal durchlaufen wird. Die Achse 32 trägt
ferner einen Arm 34, an dem zwei Lampen 351a und 35 m befestigt sind. Die beiden
Lampen rotieren hinter zwei konzentrischen durchsichtigen bzw. durchscheinenden
Ringen 36h und 36»a einer sonst undurchsichtigen Skalenplatte 37, die mit Markierungen
wie ein Uhrzifferblatt versehen ist. Die Lampen erhalten, nötigenfalls über geeignete
Verstärkereinrichtungen, jedesmal dann einen Stromstoß, wenn die Empfängerkreise
30A bzw. 30»a auf die jeweilige Stunden- bzw. Minutenfrequenz abgestimmt sind. Die
Stundenfrequenzen und die Abstimmlagen des Kondensators 311a sind so gewählt, daß
der Stundenkreis 30A dann Resonanz hat, wenn die ihm zugeordnete Lampe 351a, als
Spitze eines Stundenzeigers gedacht, die der Chronometerzeit entsprechende Stellung
hinter dem Ring 36 h hat. Entsprechend hat der Minutenkreis 3o na dann Resonanz,
wenn die von ihm gespeiste Lampe 35111, als Spitze eines Minutenzeigers gedacht,
die die jeweilige Minute im Ring 36»a anzeigende und mit der Stellung des Chronometerminutenzeigers
korrespondierende Stellung hat. Durch die angegebene Drehzahl der Achse 32 wird
erreicht, daß die auf die Lampen 35 h, 35 m gelangenden Stromstöße einen kontinuierlichen
Lichteindruck im Auge hervorrufen. Infolgedessen werden hinter der Skala 37 zwei
Lichtpunkte sichtbar, von denen der eine hinter dem Ring 36h stetig und synchron
mit dem Stundenzeiger des Sendechronometers und der andere hinter dem Ring 36 m
stetig und synchron mit dem Minutenzeiger des Sendechronometers wandert.
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In der dargestellten Empfängerschaltung sind zwei Hochfrequenzverstärkerröhren
38 A und 39 h bzw. 38 m
und 39I11 vor jede Lampe geschaltet, und es
werden außer den schon genannten noch zwei weitere Drehkondensatoren 4o h und 4o
»a von der Achse 32 angetrieben, die in den Kopplungsschwingkreisen 41 A und 41
m liegen und so durch nochmals abgestimmte HF-Verstärkung einer verschärften Abstimmung
auf die Zeitfrequenzen dienen. Die Lampen 351a, 35 na erhalten ihre Spannung über
getrennte Schleifringe 4214 42m. Bei 43 kann gleichzeitig ein Rundfunkempfänger
an die Antenne 29 angeschlossen sein, der mit der Radiouhr in einem Gehäuse vereinigt
sein kann. Es ist ersichtlich, daß die Lichtpunkte der Radiouhr, wenn diese nur
vorübergehend eingeschaltet wird, sogleich die richtige Zeit angeben.
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In Fig. 3a, 3b ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es unterscheidet sich vom vorigen im wesentlichen nur dadurch, daß als Zeitfrequenzen
nicht eigene Hochfrequenzen, sondern Modulationsfrequenzen eines vorzugsweise auch
andere Darbietungen ausstrahlenden Senders benutzt werden. Die Stunden- und die
Minutenfrequenzen, die wiederum zwei voneinander getrennten Bändern angehören, sollen
hier oberhalb der Darbietungsfrequenzen, also z. B. im Ultraschallbereich liegen.
Ein Röhrengenerator 44h mit durch die Stundenachse 45h regelbarem Kondensator 46h
im Schwingkreis 47h erzeugt die Stundenfrequenzen, ein Röhrengenerator 4411a mit
durch die Minutenachse 45 r11 regelbarem Kondensator 46 yta im Schwingkreis 47
m liefert die Minutenfrequenzen, wie oben beschrieben. Diese Frequenzen werden
jetzt jedoch über Transformator 48 in den Gitterkreis einer Modulationsröhre gegeben,
die gleichzeitig die Darbietungsfrequenzen über Transformator 5o aufnimmt und den
zur Sendeantenne 51 gelangenden Strom der z. B. im Kurzwellenbereich arbeitenden
Senderöhre 52 moduliert. ' Bei Abstimmung des Empfängers auf diesen Sender über
Antenne 53 und Abstimmkreis 54 gelangen über das Audion 55 und gegebenenfalls eine
Drosselkette 56, die die hohen, als Zeitfrequenzen benutzten Modulationsfrequenzen
fernhält, die Darbietungsfrequenzen in den für diese vorgesehenen Verstärkerteil
57. Die Zeitfrequenzen hingegen werden wiederum durch zwei abstimmbare Kreise 58
h und 58 »a abgenommen, durch Verstärker 59h und 59»a verstärkt und rotierenden
Lampen 60h und 60-m zugeführt, die, von einem Motor 61 über Achse 62 zugleich mit
den Kondensatoren 63h, 63m angetrieben, die Zeitanzeige in der gleichen Art
bewirken, wie oben bereits beschrieben wurde.
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Zur Zeitanzeige nach dem neuen Verfahren können auch Uhrzeiger vorgesehen
werden, wie sie die bisher
üblichen Uhren haben. Rin Ausführungsbeispiel
hierfür zeigt Fig. 4. Die gesendeten Zeitfrequenzen, die wie in Fig. i sprungweise
oder wie in Fig. 2, 3 stetig variiert werden und Grundfrequenzen oder Modulationsfrequenzen
sein können, werden hier wiederum auf abstimmbare Kreise 64h und 64m wirksam. Der
Drehkondensator 65h des Kreises 64h steht in Triebverbindung mit einer Achse 66h,
die einen Stundenzeiger 67h und ein z. B. 48zähniges Klinkenrad 681a trägt. Der
Drehkondensator 65m des Kreises 647n steht in Triebverbindung mit einer um die Achse
66 h drehbaren Hülse 66 m, die einen Minutenzeiger 67 m und ein 6ozähniges
Klinkenrad 68m trägt. Die Räder 68 h, 68 m sind antreibbar durch Schrittschaltmotoren,
die aus den Schaltmagneten 69 h bzw. 69 m, den Schaltklinken loh bzw.
70m und den Selbstunterbrecherkontakten 71 h bzw. 71m bestehen, und durch die Kontakte
rh bzw. rm zweier Relais Rh bzw. Rm gesteuert werden. Solange z. B. der Kontakt
rh geschlossen ist, treibt der dem Rad 68h zugeordnete Schrittschaltmotor dieses
Rad an und dreht die Achse 66 h mit dem Stundenzeiger 67 h und dem Kondensator 65h.
Sobald jedoch der Kreis 64h auf die jeweilige Stundenfrequenz abgestimmt ist, erhält
über den Verstärker 72 h das Relais Rh Strom, öffnet seinen Kontakt rh und setzt
damit den Schrittschaltmotor still. Entsprechend wird über den dem Rad 68 m zugeordneten
Schrittschaltmotor der Minutenzeiger unter Steuerung durch die Minutenfrequenz eingestellt.
Wenn nach einer weiteren Minute der Kreis 64m gegenüber der inzwischen sprungweise
oder stetig geänderten Minutenfrequenz wieder verstimmt ist, fällt Relais Rm ab
und erregt seinen Schrittschaltmotor, der durch Weiterschaltung des Rades 68m um
einen Zahn die Resonanz wieder herstellt. Entsprechend wird der Schrittschaltmotor
für den Stundenzeiger, beispielsweise in Intervallen von 15 Minuten, für jeweils
einen Schaltschritt wirksam. Die Schrittschaltwerke sind unter Steuerung durch die
Zeitfrequenzen und die Relais Rh, Rm also als Nachlaufwerke wirksam und könnten
auch durch andere bekannte Nachlaufsteuerungen ersetzt werden. Es ist auch hier
ersichtlich, daß bei Einschaltung der Uhr zu beliebigem Zeitpunkt die beiden Zeiger
in die richtige Stellung einlaufen. Um dieses entscheidenden Vorteils willen wird
man von der ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegenden Möglichkeit, nur eine (Minuten-)
Frequenz zu senden und deri Stundenzeiger durch i : 12 Untersetzung vom Minutenzeiger
aus anzutreiben, im allgemeinen keinen Gebrauch machen.
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Wie bereits bemerkt, handelt es sich bei den vorstehend beschriebenen
Einrichtungen um Ausführungsbeispiele. Für die Erzeugung, Übermittlung -uni Aufnahme
der Zeitfrequenzen können auch-ändere Mittel eingesetzt werden, desgleichen verbleiben
für die Umsetzung des Zeitfrequenzbildes in ein sichtbares Anzeigebild im Rahmen
des allgemeinen Erfindungsgedankens noch andere Möglichkeiten. So können, um nur
einige anzudeuten, statt rotierender Lampen auch spiegelgesteuerte Lichtstrahlen
in Verbindung mit kreisförmigen oder auch linearen Zeitskalen Verwendung finden,
oder es können Elektronenstrahlen in Verbindung mit einem Fluoreszenzschirm die
Abbildung bewirken. Durch Zeitfrequenzen in der angegebenen Art gesteuerte Lichtpunkte
können, statt auf das Auge zu wirken, z. B. auch auf ein laufendes Filmband od.
dgl. zur Einwirkung gebracht werden, um so eine Registrierung der genauen Zeit,
etwa in Verbindung mit anderen Messungen, zu haben. Für derartige wissenschaftliche
oder gegebenenfalls auch navigatorische Zwecke wäre es zweckmäßig, außer den in
den beschriebenen Beispielen gesendeten Stunden-und Minutenfrequenzen auch Sekundenfrequenzen
auszusenden, die im Empfänger nach den angegebenen Prinzipien eine die Sekunden
anzeigende Lichtmarke, mechanische Marke od. dgl. steuern.