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Elektrische Uhr, deren Pendel einen Permanentmagneten trägt, der in
das Feld einer von Steuerströmen durchflossenen Spule eintaucht Es sind elektrische
Uhren bekannt, welche als Gangregler ein Pendel besitzen, an dessen. unterem Ende
ein in das Feld einer von Steuerströmen durchflossenen Spule eintauchender Permanentmagnet
angeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung wird das Pendel mit zwei gegenseitigen und vorzugsweise
unsymmetrischen magnetisierten Permanentmagneten ausgestattet, und es werden ferner
zwei Spulen angenähert symmetrisch zur Kullage des Pendels vorgesehen, in die der
eine der beiden Magneten bei den Pendelschwingungen eintaucht. Eine derartige Anordnung
hat sich in hohem Maße betriebssicher und exakt arbeitend erwiesen, weil durch die
Verwendung von zwei Magneten am Pendel (statt bisher einem) die Gangkonstanz auch
bei veränderlicher Batteriespannung verbessert wird und die zweite Spule zur Gangregelung
und Synchronisierung ausnutzbar ist. Der Verbesserung der Gangkonstanz dienen auch
zweckmäßige, in den Ansprüchen erfaßteWeiterbildungen der Erfindung, die sich mit
der Ausbildung der Zeigerwerksfortschaltung durch das Pendel befassen. Um auch beim
Transport der Uhr die Eigenschaften beeinflussender Formänderungen auszuschließen,
ist zweckmäßig eine Transportsicherung vorgesehen, die das Pendel festlegt.
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In den Zeichnungen sind Uhren gemäß der Erfindung und ihre Anwendungsform
sowie Einzelheitern
in Form von. Ausführungsbeispielen, beschrieben.
Hierin zeigt Fig. i die magnetelektrischen Antriebsorgane einer gemäß der Erfindung
verbesserten Uhr, Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt nach Fig. i, Fig. 3 eine
Seitenansicht der vorgesehenen Vorrichtung zur Feststellung des Pendels während
des Transportes; Fig. 4 und 5 zeigen die Einzelheiten des Magnetfeldes des neuen
Hauptmagneten, der auf die AntTiebs- und Regelspule der Uhr wirkt; Fig. 6 zeigt
den Verlauf der magnetischen Kraftlinien bei den vor der Erfindung verwendeten Magneten,
Fig. 7 die Magnetisierungsvorrichtung, durch -die diebesondereVerteilung der Kraftlinien,
welche den neuartigen Magneten nach Fig. 4 und 5 kennzeichnen, erzielt wird; Fig.8
bis 14 zeigen die Abmessungen und die Anordnung, wie sie für die durch das Laufwerk
betätigten elektrischen Kontakte in Anwendung kommen; Fig. 15 und 16 zeigen Konstruktionseinzelheiten,
die es gestatten, eine gute Sichtbarkeit aller Kontakte, Vereinfachung des. Laufwerkes
und überhaupt Erleichterung der Wartungsmaßnahmen zu erzielen; Fig. 17 ist ein Diagramm,
das die chronometrischen Eigenschaften der nach der Erfindung verbessert-en Uhr
darstellt; Fig.i8 bis 2o zeigen die vorgesehenen neuartigen Vorrichtungen, um auf
größere Entfernung die Gangkorrektur des Pendels zu siohern; Fig. 21 zeigt eine
Chronometeranlage hoher Präzision, die alle halben Sekunden Stromstöße wechselnder
Polarität und hoher Stärke liefert; Fig.22 zeigt eine automatische Zeitzeichenkorrekturv
oririchtung; Fig.23 und 24 zeigen Vorrichtungen für die Stundeneinstellung zur Verwendung
bei Uhren nach der Erfindung; Fig. 25 und 26 zeigen Schemata der Zeitzeichen-Übertragung,
automatischen Stundeneinstellung sowie Zeitdienstüberwachung.
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Fig. i bis 5 zeigen die hauptsächlichsten Organe eines nach der Erfindung
verbesserten Antriebspendels. Die diesem Pendel eigene Schwingungsdauer beträgt
i Sekunde. Die magnetoelektrischen Organe enthalten zwei Spezialmagneten Al und
A2 und zwei Spulen BE und BS. Befindet sich das Pendel in Ruhestellung, so
stehen die Magneten und die Spulen symmetrisch zur senkrechten Achse der Uhr, wie
Fig. i zeigt. Die schwingende Masse M enthält zwei der Höhe nach einstellbare Teile
i und 2, von denen einer, 2, eine .gefräste Schraubenmutter geringen Gewichtes ist,
der ein Regulierlaufgewicht für kleine Gangkorrekturen darstellt.
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Die Spulen BE und BS umschließen die Enden des oberen Magneten Al
und wirken so auf einen Radius R angenähert entsprechend dem Schwerpunktradius der
schwingenden Masse. Das Pendel ist mit einer üblichen, nach unten gerichteten Spitze
versehen, die sich vor einer mit Gradeinteilung versehenen Skala 4 bewegt und dazu
bestimmt ist, die Schwingungsamplituden sowie die den wichtigen Funktionen entsprechenden
Neigungswinkel zu kennzeichnen.
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. Die mit Gradeinteilung versehene Skala 4 ist auf einem Winkelstück
5 befestigt. Dieses Winkelstück trägt eine gefräste Kopfschraube 6, die zur Feststellung
des Pendels beim Transport der Uhr zwecks Sicherung gegen Beschädigung dient. Der
Winkel 5 ist auf der Grundplatte 7 des Gestells mittels Schrauben 8 befestigt, die
senkrecht durch ovale Bohrungen hindurchragen, wodurch man während des Aufbaues
des Apparates leicht die geeignete Stellung des Winkels 5 wählen kann, damit sich
das Pendel (Fig. 3) ohne Ausübung übermäßiger Zugkräfte in senkrechter Richtung
sicher feststellen läßt. In Fig. 2 und 3 ist die Stellung der Schraube 6 zur Grundplatte
7 zu bemerken. Nach Feststellung stützt sich die Masse M des Pendels gegen das Gestell
7 ab, und die Enden des Magneten A lagern auf der Innenseite der Spulen
BE und BS, wodurch jede Torsionsbewegung der Federaufhängung des Pendels
verhindert wird. Die Masse M trägt in der Höhe ihres Schwerpunktes einen schwach
vorragenden Sporn 9, der in eine ovale Bohrung der Grundplatte 7 eingreift. Unter
diesen Bedingungen kann die Masse M keine Seitenschwingungen unter dem Einfluß starker
Erschütterungen aufnehmen, und die Aufhängung des Pendels wird während des Transportes
der Uhr nicht beeinträchtigt.
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Eine starke Dauermagnetisierung der Teile Al und A2 ruft starke Magnetfelder
in den Bereichen gegenüber den Polen Nj, S1, N2 und S2 hervor, wie sie in Fig. i
gezeigt sind. Gestrichelte Linien und Pfeile zeigen die Richtungen der Hauptkraftlinien,
und die Fig. 4 und 5 zeigen mit genaueren Einzelheiten die Besonderheiten des durch
den Magneten Al hervorgerufenen Magnetstromkreises. Man kann bemerken, daß bei dem
linken Ende G des Magneten Al das äußere Magnetfeld auf einer verhältnismäßig geringen
Länge i nahezu radial zur Länge der Spule BE gerichtet ist. Wenn das Pendel
vertikal steht, befindet sich der aktive zylindrische Bereich IV, des Magneten A1
gegenüber der Mitte der Spule BE.
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Die Magnetisierung von Al ist bipolar, jedoch unsymmetrisch, wie die
Fig. r, 4 und 5 zeigen; der Pol S1 neben dem rechten Ende von Al ist zur Magnetmitte
zu verschoben. Es bestehen keine äußeren radialen Kraftlinien in dem zwischen S1
und D eingeschlossenen ferromagnetischen Zylinder mehr.
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Der in den Fig.4 und 5 dargestellte bipolare Magnet unterscheidet
sich also von den früher bei elektrischen Uhren verwendeten bipolaren Magneten.
Tatsächlich haben die Kraftlinien der bekannten gewöhnlichen Magneten an, den Polenden
die in Fig. 6 dargestellten Formen.
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Um die in den Fig. i, 4 und 5 dargestellte besondere Magnetisierung
zu erzielen, ist es erforderlich, harte ferromagnetische Stoffe hoher Qualität zu
verwenden und besondere Magnetisierungsv orrichtungen
zu Hilfe
zu nehmen. Bei den erfindungsgemäßen Pendelmagneten bildet man wenigstens den Magnet
A1 aus einem Stoff, der ein Koerzitivfeld von über 4.oo örsted liefert. Man bewirkt
beispielsweise die Magnetisierung auf folgendeWeise: Man nimmt einen vorher in seiner
ganzen Länge mittels eines nach 0 zu abnehmenden Wechselfeldes entmagnetisierten
Stab, dann schreitet man zur endgültigen Magnetisierung durch die Vorrichtung nach
Fig.7, die aus einem halbflachen Stück Weicheisen F besteht, das in U-Form gebogen
und mit zwei Bohrlöchern mit dem Durchmesser des Magneten versehen ist. Die Bereiche
,1,T1 und S1 sind auf den Längen i und i' mit Weicheisen umgeben. Erregt man in
dem Draht einen oder mehrere sehr hohe Gleichstromstöße I, so erhält man die gewünschte
Magnetisierung. Man zieht nun den Magneten A1 zurück, und es ergibt sich hieraus
ein gewisser Magnetisierungsverlust; die restliche Magneti.sierung ist aber genügend
hoch und sehr stabil. Das erzielte äußere Magnetfeld entspricht den Fig. 1, q. und
5.
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Die oben beschriebenen Antriebsorgane werden wie folgt verwendet:
Die Spule BE dient ausschließlich zur Erzeugung der Antriebsimpulse, die
das Pendel betätigen; die Spule BS dient zur Synchronisierung oder zu gewissen Gangkorrekturen,
die später genauer beschrieben werden.
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Die Fig. 8 bis 16 zeigen die Konstruktionsbesonderheiten des Laufwerkes.
Die Fig. 8, 8' und die Skala in Fig. 9 zeigen die benutzten Dimensionen und Maße
vorzugsweise für das Antriebsgesperr des Laufwerkes. Steht das Pendel vertikal,
so nimmt das Ende der Antriebsklinke io zur Zahnung des Sperrades i*i mit acht Zähnen
die in Fig. 8' angedeutete Stellung ein. Der Zahn cti wird angeschoben, wenn das
sich in Richtung f bewegende Pendel gegen die Senkrechte einen Winkel a2 von ungefähr
1,5° bildet. Die Klinke führt das Sperrad auf einer Winkelstrecke a1 des Pendels
von 3°. davon die Hälfte über die Senkrechte hinaus. Am Ende dieses Weges läuft
das Sperrad i i plötzlich selbsttätig weiter unter dem Einfluß einer Einfallrolle
12, die auf ein Sternrad 13 nach Fig. i i wirkt. Die sorgfältig gelagerte Rolle
gehört zu einem Fallbügel, der um die Achse 02 schwingbar gelagert ist. Dieser ist
verhältnismäßig schwer; er ist aus ausgestanzten Platten 14. und 15 zusammengesetzt,
die durch Pfeiler 16 und 17 (Fig. 12) zusammengehalten werden. Die Zapfen der Laufrollen
drehen sich in Lagern aus Hartbronze oder aus Steinen.
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Die Achse 01 des Sperrades i i trägt ein Trieb 18, das in das Zahnrad
i9 eingreift, das die Achse 03 des Sekundenzeigers mit sich führt. Das Rad i9 ist
mit der Achse 0, durch eine biegsame Feder 2o verbunden, die reibende Verbindung
herbeiführt und sich dreht, wenn der Sekundenzeiger AB (Fig. 15 und 16) zur Stundeneinstellung
verschoben wird. Die Achse 01 trägt auch das Sperrrad 13 (mit acht Zähnen) der Sternfeder
und einen Nocken2i zur Betätigung eines elektrischen Unterbrechers, der sich alle
zwei Sekunden während der Dauer von i Sekunde schließt. Dieser Unterbrecher ist
gesondert in Fig. io dargestellt; er trägt eine Laufrolle 22, die am Ende einer
leicht biegsamen Feder 23 angebracht ist, die sich auf ein Gegenfederblatt 2¢ abstützt.
Der Nocken 2i hat vier schwach gewellte Ausbuchtungen, die fortlaufend die Laufrolle
22 hochheben, wenn das Sperrad i i um zwei Zähne weiterrückt. Das Federblatt 23
führt beim Hochgehen einen Kontakt zwischen einem Stift 25 und zwei mit Edelmetallbelag
versehene Lamellen herbei. Die Erfahrung zeigt, daß diese Unterbrechervorrichtung
mit sehr geringem mechanischem Energieverbrauch arbeitet, denn die durch den Nocken
2 i zum Hochheben von 23 geleistete Arbeit wird größtenteils wiedergewonnen, wenn
die Rolle 22 zurückfällt.
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Der Fallbügel 1q., 15 ist mit einem verstellbaren Finger 27 (Fig.
13) versehen, der die Enden einer Kontaktfeder mit zwei Lamellen 28 (s. Fig. 12
und 1q.) herunterdrückt. Die Enden dieser Lamellen sind mit Edelmetallröhren 29
besetzt. Wenn der Fallbügel die Stellung wie in Fig. i i einnimmt, werden die Enden
29 leicht von einem isolierten Kontaktstift 30 unter der Wirkung des Druckes
des Fingers 27 entferntgehalten. Wenn das Sperrad i i um einen Zahn weiterrückt,
hebt sich die Einfallrolle 12 ebenso wie der Finger 27 hoch, wodurch die Lamellen
28, 29 einen guten elektrischen Kontakt mit dem Kontaktstift 3o bewirken können.
Der Unterbrecherkontakt 29, 30 wird dazu benutzt, um die Antriebsspule
BE periodisch zu speisen. Er ist sehr zuverlässig, denn die Stromstärke und
die Selbstinduktivität des Stromkreises sind sehr gering. Der Minutenzeiger 31 und
der Stundenzeiger 32 werden durch den in den Fig. 15 und 16 dargestellten Mechanismus
betätigt. Die rohrförmigen Achsen, die eine Umdrehung in i Stunde bzw. eine Umdrehung
in, 12 Stunden machen, werden durch ein dünnes Rohr 33 aus rostfreiem Stahl geführt,
das durch eine Unterlegscheibe 34 im Innern des Rädergehäuses festgehalten wird.
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Das Laufwerk enthält ferner eine Achse 04, die durch ein Zahngetriebe
mitgenommen wird und die Aufgabe hat, einen Unterbrecher zu steuern. Es enthält
auch eine Achse 05, die sich einmal je Stunde dreht und einen Kontakt L, der sich
alle 5 Minuten schließt, zu betätigen gestattet. Schließlich betätigt das Zeigerwerk
ein großesAuslösungsrad RD, das sich mit einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung
in 24 Stunden dreht. (Dieses Rad gestattet beispielsweise, nach einem Tagesplan
Signalanlagen zu beliebigen Stunden alle 5 Minuten auszulösen, und zwar mit Hilfe
von an sich bekannten in Serie geschalteten Unterbrechervorrichtungen).
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Das Uhrzifferblatt ist in der Mitte durchbrochen, wie Fig. 15 zeigt,
und man sieht, daß alle empfindlichen elektrischen Kontakte sichtbar sind. -Man
kann also leicht ihren guten Gang bewirken und sie sogar reinigen, ohne den Mechanismus
abnehmen zu müssen.
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Es ist vorgesehen, daß man .das Zifferblatt CD
der Uhr abnehmen
kann, ohne die Zeiger entfernen
zu müssen; hierzu genügt es, die
Zeiger in die in Fig. 15 gezeigten Stellungen zu bringen und das Zifferblatt in
Richtung f zu entfernen, nachdem es nach der punktierten Linie CD' (Fig.
16) gestellt worden ist.
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Die beschriebene Uhr besitzt folgende Eigenschaften: Die Wicklung
BD kann so gewählt werden, daß die durch ein gewöhnliches Element von 1,4 Volt erzielte
Schwingamplitude zwischen 3 und 5° liegt. Die Erfahrung zeigt, daß dieses Ergebnis
mittels eines sehr schwachen Stromes, der alle Sekunden durch den Kontakt 29, 3o
bewirkt wird, erzielt werden kann. Die Uhr kann auch mit einer zweimal kleineren
Amplitude gehen, und demzufolge ist die erzielte Gangsicherheit sehr groß.
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Die chronometrischen Eigenschaften der Uhr sind auf dem Diagramm in
Fig. 17 angegeben, in welchem die gestrichelte Kurve I vergleichsweise die Verzögerung
eines freien Pendels (ohne Laufwerk) darstellt, wenn die Schwingungsamplitude wächst.
Das verbesserte Pendel zeigt eine Verzögerung, die mit wachsender Amplitude abnimmt,
wie es die voll ausgezogene Kurve 2 angibt. Der Verlauf dieser Kurve ergibt sich
aus der Tatsache, daß der Antriebsimpuls auf einer kleinen Strecke vor der Senkrechten
und auf einer größeren nach der Senkrechten auftritt; überdies verursacht der verhältnismäßig
schwere Fallbügel 12-16-17 'einen ziemlich starken Stoß, der im Augenblick des Einfallens
der Sperrklinke io in das Sperrad 11 stattfindet, d. h. vor dem Durchgang des Pendels
durch die Vertikale. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wählt
man vorzugsweise den Wert der Pendelmasse so, daß die Kurve 2 durch ein Minimum
geht, wenn die Amplitude einen Wert hat, der etwas größer als die mittels eines
Normalelementes erzielte Arbeitsamplitude A, ist. Diese Amplitude A, wird zwei-
bis dreimal größer gewählt als die Mindestamplitude Ad, die notwendig ist,
um die Uhr in Gang zu halten. Wenn unter diesen Bedingungen infolge eines außergewöhnlichen
Ansteigens der Dämpfung die Amplitude von A, in A,.' übergeht, wächst die
Eigenschwingung mäßig und verursacht eine kleine Verzögerung r (diese Verzögerung
r beträgt einige Sekunden pro Tag). Diese Eigenschaften werden benutzt, um
die- Synchronisierung der Uhr mittels der Spule BS zu begünstigen, wie dies später
erläutert wird.
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Die oben beschriebene Uhr kann auch mittels eines magnetischen Gangkorrektors
in Form eines kleinen Magneten A3 (in Fig. 18 besonders dargestellt) in der in Fig.
1g angegebenen Anordnung ergänzt werden. Dieser Magnet entwickelt ein auf den Stabmagneten
A2 wirkendes Magnetfeld. Durch Änderung seiner Richtung mittels eines außerhalb
des Gehäuses befindlichen Knopfes BR kann man den Gang etwas ändern und die Uhr
um einige Sekunden pro Tag vor- oder nachgehen lassen. Es genügt, den Magneten A3
aus. einem modernen Material mit hohem Koerzitivfeld zu bilden und ihn nach Sättigung
mit einer Magnetisierung NS wieder teilweise zu entmagnetisieren. Ein anderes Mittel
zur Gangreglage ist in Fig. r9 angegeben. Es besteht darin, daß die Enden der Spule
BS an einen Handregelwiderstand 1U angeschlossen werden. Ein Widerstand wird in
den Stromkreis derart eingeführt, daß die maximale Änderung der Dämpfung die Amplitude
um ein Geringes etwa von A, bis A; ändert, wie in Fig. 17 gezeigt. Bei der Regulierung
der Uhr beginnt man mit der Einstellung des Gewichtes 2 oder des Magneten A3 (Fig.
19) derart, daß, wenn M sich in der Mitte der Gradeinteilung befindet, die Uhr so
genau wie möglich geht. Hierauf kann man den genauen Gang einstellen, indem M so
verschoben wird, daß die Tendenz zum Vor- oder Nachgehen ausgeglichen wird. Im allgemeinen
rühren die Gangschwankungen von einem Nachlassen des Elementes oder von einer Erlhöhung
der Reibung her; die Amplitude nimmt dann ab, und die Kurve 2 (Fig. 17) zeigt, daß
die Uhr zum Nachgehen neigt. Diese Verzögerung wird durch Verschiebung von M korrigiert,
indem der Widerstand des Regelwiderstandes erhöht und eine Vergrößerung der Amplitude
bewirkt wird.
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Die Fig.2o zeigt eine andere Gangregelvorrichtung, die darin besteht,
daß in der Spule BS ein sehr- schwacher Strom von wechselnder Richtung und Stärke
zum Fließen gebracht wird. Diese Vorrichtung enthält ein Element S, ein Potentiometer
P und Widerstände R, und R2, die eine Wheatstonesche Brücke bilden. Die Spule BS
wird in der Diagonale MC der Brücke angebracht. Die Verschiebung des Griffes M gestattet
eine Änderung der Richtung und des Wertes des Regelstromes. Bei einer gewissen Richtung
des Regelstromes übt die Spule BS auf S, eine Kraft Fi aus, die entgegengesetzt
zu der durch die Erdanziehung bedingten Horizontalkomponente gerichtet ist, wenn
das Pendel nach rechts geneigt ist. Diese Kraft läßt also die Uhr nachgehen. Eine
Gegenwirkung tritt auf, wenn man die Richtung des Regelstromes umkehrt. Die Erfahrung
zeigt, daß man in dieser Weise den Gang um einige Sekunden pro Tag mittels außerordentlich
schwacher Ströme ändern kann (weniger als _'/,() Milliampere). Noch weitgehendere
Korrekturen können beispielsweise erzielt werden, wenn einer der Widerstände R2
mittels eines der Unterbrecher I:, und I2 kurzgeschlossen wird. Diese Vorrichtung
gestattet also, sowohl den Gang des Pendels sehr leicht zu ändern, um eine Schwankung
von wenigen Sekunden in mehreren Tagen aufzuholen, als auch größere Korrekturen
zu bewirken, um in weniger als r Stunde eine Schwankung um einige Sekunden zu korrigieren.
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Wenn der Stromkreis der Spule BS geschlossen ist, tritt eine Dämpfung
infolge der Tatsache ein, daß Ströme in der Spule BS induziert werden, was einen
Energieverlust und eine Amplitudenverminderung nach sich zieht. Diese Amplitudenverminderung
beeinträchtigt die Gangsicherheit der Uhr nicht, weil die Amplitude AT (Fig. 17),
verglichen mit Ad, relativ groß ist; überdies wird die induzierte
elektromotorische
Kraft sehr schwach, wenn die Amplitude abnimmt, da der Pol S1 nicht mehr in die
Spule BS hineinragt. Die Abnutzung des einzigen Elementes S kann in keinem Falle
eine Umkehrung der Richtung des Korrekturstromes bewirken.
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Die erfindungsgemäße Uhr eignet sich besonders für zusammengesetzte
Zeitmeß- und Zeitdienstanlagen, die den Vorteil haben, mit einer sehr hohen Genauigkeit
zu arbeiten und eine große Sicherheit aufweisen. Die Fig. a1 zeigt beispielsweise
eine Anlage, die z. B. dazu dient, alle halbe Sekunden Stromstöße wechselnder Polarität
zu erzeugen, mit denen große Zeitregistrierapparate und Empfangsuhren mit Sekundenzeiger,
z. B. an einer Bahnstation oder in einer Fabrik, wo man über eine umfangreiche Akkumulatorenbatterie
verfügt, betätigt werden können.
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Die Zeitmessung wird durch zwei miteinander gekuppelte Pendel gewährleistet,
von denen das eine, PL, annähernd frei schwingt, ohne ein Laufwerk zu treiben, während
das andere, PE, als Uhrenrelais dient und ein Zeigerwerk und ebenso robuste Kontakte
betätigt. Die beiden Pendel haben eine Schwingungsdauer von i Sekunde und können
mit den in Fig. i dargestellten Organen zusammen verwendet werden. Sie besitzen
nahe den Aufhängungspunkten ihrer Pendel mit elastischen Lamellenkontakten versehene
Unterbrecher 35, 36, 37 und 38, die periodisch geöffnet werden. Man weiß, daß diese
Unterbrecher praktisch keine Energieverluste verursachen.
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Das Pendel PL steuert synchron das Pendel PE. Es teilt ihm mittels
der Batterie SR und der Spule BS2 über den Sekundenkontakt 36 seinen Takt mit. Der
Kontakt 37 kann in Reihe in den Stromkreis eingeschaltet werden, derart, daß der
Strom immer durch PE unterbrochen wird. Die Stabilisierung der Synchronschwingung
von PE wird durch den Amplitudenbegrenzungsstift 39 gewährleistet.
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Das Relaispendel PE betätigt zwei Unterbrecher 4o und 41 ähnlich dem
vorher beschriebenenUnterbrecher 29, 30 (Unterbrecher, die sich jedesmal schließen,
wenn das Pendel PE bei der Senkrechten in Richtung f1 vorbeischwingt). Der Kontakt
36 schließt sich während einer halben Schwingung rechts von der Vertikalen, und
die Kontaktdauer von 37 reicht bis kurz nach Passieren der Vertikalen durch PE in
Richtung f2. Die Spannung der Batterie SR ist relativ hoch gewählt, so daß die zwei
Pendel PS und PR sich gleichzeitig in Richtung f2 bewegen und genau im gleichen
Zeitpunkt durch die Senkrechte schwingen.
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Der Unterbrecher 4o schickt in die Spule BEI
einen schwachen,
von einem Normalelement gelieferten Strom SE. Der sich hieraus ergebende Impuls
gleicht den äußerst geringen Energieverlust aus, der zur Dämpfung der Schwingung
von PL neigt. Dieser Impuls entsteht, wenn das Pendel in umgekehrter Richtung des
Pfeiles f2 an der Senkrechten vorbeischwingt. Die Amplitude richtet sich automatisch
nach dem konstanten Wert, für den die in BEI induzierte gegenelektromotorische
Kraft praktisch gleich der elektromotorischen Kraft von SE ist. Da das Pendel PL
kein Räderwerk erfordert, ist der vom Normalelement SE abgegebene Strom außerordentlich
gering, und der Antriebsimpuls hat praktisch keinen Einfluß auf die Schwingungsperiode
von PL. Dieses Pendel PL verhält sich wie ein ideales, ungedämpftes schwingendes
System. Die Wicklung BEI ist so zu wählen, daß die Amplitude von PL ziemlich
klein wird; man kann auch den Isochronismus der Schwingung mittels eines kleinen
und schwachen Magneten zzs verbessern, der auf dem Pendelschaft angebracht und von
zwei anderen kleinen konstanten Magneten s' n und- s" W' abgestoßen wird, die seitlich
am Gestell, wie in Fig. 21 angegeben, angebracht sind.
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Der Kontakt41 ist in einen Stromkreis eingeschaltet, der das Hilfselement
SS und die Spule BE2 umfaßt. Die Amplitude, die durch den Begrenzungsstift 39 bestimmt
wird, ist relativ groß gewählt, so daß während des synchronen Ganges mittels SR
die in BE2 induzierte gegenelektromotorische Kraft gleich der elektromotorischen
Kraft von SS ist. Unter diesen Bedingungen nutzen sich der Kontakt 40 und das Hilfselement
SS während des normalen Betriebes nicht ab.
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Der Kontakt 38 betätigt ein Pendelrelais geringen Stromverbrauchs
mit einpoligem Quecksilberrohr 42 mittels der Batterie SA über die Sicherungen 43,
den Schutzwiderstand 44 und das Potentiometer 45. Das Relais 42 betätigt ein anderes,
sehr robustes Pendelrelais 46 mit größerem Stromverbrauch, das mit zwei als Umschalter
dienenden O_uecksilberschaltröhren versehen ist, ferner ein Relais, dessen Spule
47 ein Kondensator 48 hoher Kapazität im Nebensehluß zugeschaltet ist. Dieser Kondensator
bleibt durch die alle Sekunden unterbrochenen Stromstöße dauernd geladen, so daß
47 ständig von einem Strom durchflossen wird, der einen den Kontakt 49 schließenden
Magnetanker von hoher Trägheit ständig speist. Dieser Kontakt ist an die Spule 5o
eines zweipoligen Kontaktgebers 51 angeschlossen.
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Der zu bedienende Nutzstromkreis endet an den Klemmen 52. Er wird
normalerweise durch das Pendelumschaltrelais 46 betätigt, wie die Figur zeigt; wenn
jedoch dieses Relais durch irgendwelchen Zufall stehenbleibt, wird der Kondensator
48 vollständig entladen, und die Spule 47 läßt ihren Magnetanker frei. Der Kontaktgeber
51 wird nicht mehr erregt, und man kann seine Rückwärtsbewegung dazu benutzen, um
die Klemmen 52 an eine Hilfsvorrichtung ES anzuschließen, die aus einem Umschalter
bestehen kann, der mittels einer Synchronuhr oder durch ein anderes Gerät betätigt
wird. Gleichzeitig kann hierbei ein Signal 53 betätigt werden.
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Der Gang des Regelpendels PL könnte während des normalen Betriebes
sowohl durch eine Magnetvorrichtung 54 (ähnlich dem SystemA3 Fig. i9) als aueh .
durch einen in BSI geschickten pulsierenden Strom mit Normalfrequenz i Hz korrigiert
werden.
Man sieht, daß die Anlage Fig. 21 folgende Vorteile zeigt:
Das Pendel behält die genaue Uhrzeit mit sehr hoher Präzision bei, denn die mechanischen
Reibungen, die immer zufälligen Schwankungen unterworfen sind, sind vollständig
beseitigt. Die Schwankungen des Elementes SR und die Änderungen der Reibungen der
Uhr PE haben nur einen unwesentlichen Einfluß auf den Steuertakt; denn die Amplitude
von PE wird durch den Begrenzungsstift 39 bestimmt, und die Impulse von BE1 sind
konstant und haben keinen Einfluß auf die Schwingungsdauer von PL. Wenn aus irgendeinem
Grund das Pendel PL stehenbleiben sollte, würde das Relaispendel PE infolge des
Kontaktes 41 und des Reserveelementes. SS weitemgehen. Im Fall eines größeren Fehlers,
der das Pendelrelais 42 zum Stillstand bringt, würde der Hilfsstromgeber ES automatisch
eingesetzt und das Signal 53 betätigt.
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In der in Fig. 21 dargestellten Anlage sind die Kontakte 37 und 35
nicht unentbehrlich: Die Spule BS, kann direkt durch den Sekundenkontakt 36 gespeist
werden, aber in diesem Fall nimmt das Pendel PE eine kleine konstante Phasenverschiebung
in bezug auf PL an. Man kann auch BS, ohne Vermittlung von 35 durch den Sekundenkontakt
36 speisen. In letzterem Fall werden die: Korrekturstöße unterbrochen, sobald das
Pendel PL seine Schwingungen in Richtung f2 beendet, wenn der Kontakt 56 sich schließt.
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Fig.22 zeigt eine Vorrichtung, die von einer Zentralstelle aus, wie
z. B. einer Rundfunkstation oder Zentralsendestelle, die Aufrechterhaltung der Genauigkeit
des Pendels PL auf Sekundenbruchteile zu sichern fähig ist, und zwar mittels übertragener
kurzer hörbarer Signale zu Beginn der Sekundendurchgabe der z. B. durch das Internationale
Büro für Uhrzeit übermittelten Normalzeit.
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Diese Sekundenimpulse können durch ein Selektivrelais bekannter Bauart
aufgenommen werden, z. B. mittels eines Relais RA mit schwingender Feder, die mit
einem Kontakt 55 versehen ist, der zweckmäßig dann unterbrochen wird, wenn die Empfangsfeder
eine große Resonanzamplitude annimmt. Der Zweck des Gerätes Fi:g. 22 ist, einen
eventuellen Phasenunterschied zwischen den Sekundenimpulsen und den Momenten des
Durchgangs des Pendels PL durch die Senkrechte in Richtung f2 zu korrigieren.
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Jede Unterbrechung des Kontaktes 55 führt zum Einsatz eines Hilfsrelais
und zur Schließung des Kontaktes 56. Es ergibt sich daraus ein kurzer Antriebsstromstoß
in der Spule BSV Dennoch gestattet ein Spezialverfahren diese Spule während einer
begrenzten Zeit unabhängig von der Dauer der Sendung der Sekundenimpulse nutzbringend
zu verwenden. Es handelt sich um folgendes Verfahren: r. Die Spule BS1 wind in Reihe
mit dem von dem Pendel PL betätigten Kontakt 35 geschaltet; 2. ein starrer Begrenzungsstift
57 wird in geringem Abstand von den Schwingungsendpunkt der Pendelmasse PL angeordnet,
wenn diese Masse ihre normalen. Schwingungen nach rechts beendet. Der Begrenzungsstift
wirkt also nur, wenn die Amplitude der Schwingungen- sich vergrößert; 3. das Pendel
PL wird vorher derart geregelt, daß es bei selbsttätigem Gang mit einer sehr leichten
systematischen Verzögerung schwingt. Diese Verzögerung darf höchstens eine Viertelsekunde
betragen in dem Zeitintervall, in welchem die durch die Sekundenimpulse gebildeten
Zeitzeichen ausgesendet werden, und höchstens eine Viertelsekunde betragen.
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¢. Das Selektivgerät Fig. 22 ist beständig im Betrieb oder wird von
Zeit zu Zeit durch einen Unterbrecher IH in Tätigkeit gesetzt, der den Kontakt
58 schließt.
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Das System arbeitet dann folgendermaßen: Während der Aufnahme der
Signaltöne (Sekundenimpulse) geht das Pendel PL im allgemeinen leicht nach, und
die kurzen starken Stromimpulse in Richtung f2 werden durch die Spule BS, aufgenommen.
Unter diesen Bedingungen vergrößert sich die Amplitude, und das Pendel schlägt an
dem starren Begrenzungsstift 57 an. Das vermindert die Schwingungsdauer beträchtlich,
und die Verzögerung wird rasch korrigiert. Sobald die gewünschte Korrektur erzielt
ist, wird der Kontakt 35 vor Einsetzen der Sekundenimpulse unterbrochen. Unter diesen
Bedingungen, wobei die Kontakte 35 und 56 in Reihe geschaltet sind, empfängt die
Spule BS1 keine Stromstöße mehr. Von diesem Augenblick an haben die Sekundenimpulse
des Zeitzeichens - keine Wirkung mehr. Das Pendel, das keine zusätzliche Energie
durch BS, mehr empfängt, vermindert seine Amplitude und trifft nicht mehr auf den
Begrenzungsstift 57. Es nimmt also einen selbsttätigen ungestörten Gang an. Die
Stöße würden erst wieder einsetzen, wenn das Pendel sich auf die Dauer wieder verlangsamt.
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Man muß beachten, daß die. Sendung der Zeitzeichen in irgendeinem
Augenblick unterbrochen werden kann. Die einzigen -zu erfüllenden Bedingungen sind
folgende: 1. Die Dauer jedes Signals muß ausreichen, um die Wirkung des Begrenzungsstiftes
57 und die Korrektur einer Verzögerungvon eine Viertelsekunde zu ermöglichen. (Die
Praxis zeigt, daß dieses Ergebnis leicht mittels fünfzehn aufeinanderfolgender Sekundenimpulse
zu erzielen ist.) 2. Im Intervall zwischen zwei Korrekturzeichenfolgen darf die
Phasenverminderung von. PL eine Viertelsekunde nicht überschreiten.
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Mit ,einem Pendel hoher Genauigkeit brauchen die Sendungen nur zweimal
täglich aufgenommen werden.
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Die Signale können durch einen Rundfunkspezialsernder wie den zur
Zeit in den USA im Betrieb befindlichen Sender WWV geliefert werden. Sie können
auch von Zeit zu Zeit durch einen Rundfunksender übermittelt werden. Es ist zu bemerken,
daß die früheren Systeme der Stundeneinstellung durch Rundfunk wenig genau sind
und Sendungen zu unveränderlichen Uhrzeiten erfordern, was cbk normale Ausnutzung
der Sender
stört; das neue Verfahren, wie es oben beschrieben ist,
gestattet es, diese Nachteile zu vermeiden.
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Fig.23 stellt schematisch eine automatische Stundeneinstellungsanlage
der nach der Erfindung verbesserten Uhr dar. Die Stundeneinstellung wird in langen
Intervallen durch ein kurzes, zu Beginn einer bestimmten Minute ausgesandtes Signal
bewerkstelligt. Der Gang wird durch in die Spule BS gesandte Ströme von veränderlicher
Dauer und Stärke korrigiert, Ströme, die den Gang im vorbestimmten Sinne ändern,
um die Zeiger langsam in Übereinstimmung mit denjenigen der das Signal aussendenden
Normaluhr zu bringen.
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Die einzustellende Uhr ist in HH dargestellt; sie enthält mindestens
zwei Pendelstabmagneten A, und A." eine Antriebsspule BE, eine Reglerspule
BS und einen Halbminutenverteiler I -%V. Dieser Verteiler bewirkt die Polumkehr
der Kontakte zu.Beginn der Sekunden o und 30.
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Alle zur Gangregulierung dienenden Organe sind in einem Kästchen angeordnet,
das eine Halbsekundenschwingernebenuhr HR (mit schwingender Spule 59), ein polarisiertes
Relais 6o für drei Lagen und einen Elektromagneten für Nullstellung 61 enthält.
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Das zu Beginn einer vollen Minute ausgesandte Stundensignal kann mittels
eines Resonanz-Selektivrelais RR mit Schwingfeder 62 aufgenommen werden, die einen
Dauerstrom 63 herstellt, wenn die Feder 62 eine Schwingung mit großer Amplitude
vollzieht und die Masse 64 (mit großer Trägheit) angehoben hält. In der Sekunde
o wandert der mit der Spule 59 fest verbundene Umschalter 65 von der Stellung I
zur Stellung 1I. Wenn der Kontakt 63 sich schließt, befindet sich der Umschalter
entweder in der Stellung I oder in der Stellung II, je nachdem HIl,1 vor- oder nachgeht.
Die hergestellten elektrischen Verbindungen nach Schema Fig.23 lassen folgende Ergebnisse
erzielen: Je nach der Stellung des Umschalters 65- wird ein Strom bestimmter Richtung
in die Spule 6o gesandt, und diese wird in der einen oder anderen Rizhtung bewegt.
Bei ihrer Bewegung nimmt die Spule 6o einen dreipoligen Umschalter 66 mit, der die
Aufgabe hat, auf BS in vorbestimmtem Sinne einzuwirken, um das Vor- oder Nachgehen
zu korrigieren. Dieser Umschalter ist mit einem Anzeigeorgan y" versehen. Nach einer
bestimmten Korrekturzeit wird der Umschalter 66 in die neutrale Stellung (Mittelstellung)
durch den Elektromagneten 61 zurückgeführt, der mittels eines durch den Empfänger
HR betätigten Kontaktes 67 gespeist wird.
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An Stelle des Relais, RR könnte man die Korrektur durch einen Knopf
68 durchführen. Es würde genügen, sich dieses Knopfes genau zu Beginn einer Sekunde
zu bedienen, um zu erreichen, daß der Umschalter 66 in geeigneter Richtung bewegt
wird. Die Korrektur würde am Ende einer gewissen Zeit durch den Unterbrecher 67
beendet werden. Durch die alltägliche Wiederholung der Betätigung des Kontaktes
68 während der Prüfung der Anlage (beispielsweise mittels eines Rundfunkempfängers
zur Aufnahme der internationalen Zeitzeichen) kann man die Genauigkeit einer gewöhnlichen
Hauptuhr auf nahezu einige Sekunden sicherstellen.
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Das Taktkorrekturgerät, wie es in Fig. 23 dargestellt ist, wirkt wie
die Organe nach Fig. i9. Diese Vorrichtung könnte offensichtlich durch die Organe
nach Fig. 20 ersetzt werden. An Stelle einer sehr langsamen Stundeneinstellung kann
man eine relativ schnelle Berichtigung durch die schematisch in Fig.24 dargestellte
Vorrichtung für Handbetätigung erzielen. Dieses System besteht darin, daß in die
Spule BS ein Strom von veränderlicher Richtung und Dauer eingeführt wird, der dazu
dient, den Takt des Pendels in geeigneter Weise zu ändern, um eine bestimmte Verzögerung
oder Beschleunigung aufzuholen. Der Apparat nach Fig. 24. enthält irgendein Uhrlaufwerk,
das das Sperrad 69 in Richtung f, fortschreiten läßt. Ein Zeiger 7o, der vor einer
Sekundeneinteilung bewegt werden kann, gestattet die zu korrigierende Standabweichung
einzustellen (Standabweichung durch Beobachtung der Uhr während des Abhörens eines
Zeitzeichens bestimmt). Ein Umschalter A-R ist vorgesehen, um zu berücksichtigen,
ob es sich bei der durchzuführenden Korrektur um Vor- oder Nachgehen handelt. Dieser
Apparat funktioniert auf folgende Weise: Wenn die Uhr nachgeht., z. B. um 5 Sekunden,
stellt man den Zeiger 70 vor den Teilstrich 5 und führt den Umschalter in
die Stellung A. Unter diesen Bedingungen schließt sich der Kontakt IT, und ein Strom
geeigneter Richtung wird in die Reglerspule BS der zu regulierenden Uhr geschickt.
Während des Korrekturvorganges zeigt der Apparat nach Fig. 24. in jedem Augenblick
den wahrscheinlichen Stand der Uhr im Vergleich zur genauen Uhrzeit an. Das das
Sperrad 69 betätigende Laufwerk kann aus einem Impulsempfängerlaufwerk, einem Laufwerk
mit Synchronmotor oder auch einem Hemmungs-Gang-Triebwerk und einer durch das Gewicht
7 , betätigenden Unruhe bestehen. Der Apparat nach Fig. 2.I gestattet die
Vermeidung eines ernstlichen Nachteils der üblichen Reglagesysteme mittels Potentiometer:
Es kommt oft vor, daß die mit der Bewegung des Potentiometers betraute Person es
unterläßt, den Griff auf Null zurückzustellen; demzufolge kann die dem Vor- oder
Nachgehen überlassene Uhr nach einigen Tagen beträchtliche Schwankungen anzeigen.
Mit dem Gerät nach Fig. 2.I genügt eine einzige Operation, um eine wesentliche Periodenkorrektur
zu bewirken, und diese Korrektur wird rechtzeitig durch den Unterbrecher IT automatisch
abgestellt.
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Die Fig.25 und 26 zeigen eine Anlage, bei welcher die verbesserten
Uhren bei der Vereinheitlichung und Kontrolle der Uhrzeit in einem sehr ausgedehnten,
durch Leitung 75 gespeisten Netz zur Anwendung kommen, wobei die Leitung lediglich
der zeitweisen Übertragung eines rhythmischen Stundenzeichens vorbehalten ist und
daher auch anderen Zwecken dienen kann. Das Signal besteht aus einem Wechselstromstoß
von 5o Hz, der bei der Frequenz von i Hz (s. Fig. 25) zerhackt ist. Die Dauer D
des -Signals beträgt beispielsweise 15 bis
6o Sekunden, und dieses
Signal wird normalerweise einmal pro Stunde während der ersten Minute übertragen.
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Die durch das Signal nach Fig. 25 synchronisierte. und kontrollierte
Uhrenanlage ist in Fig. 26 dargestellt. Es wurde als uneingeschränktes Beispiel
der Fall eines Zeitdienstes in Betracht gezogen, der eine Hauptuhr HMI, eine Hilfshauptuhr
HM2 und eine durch das Pendel 8o (mit Sekundenschlag) geregelte mechanische Uhr
umfaßt. Die Apparatur für Stundeneinstellung und Kontrolle setzt sieh aus folgenden
Vorrichtungen zusammen: i. eine Sekundenzeichenempfangsuhr HR, die im Augenblick
der Signalsendungen Kontakte 82 und 81 während einer halben Minute schließt. (Voraussetzung
ist, daß die Dauer von D nach Fig.25 gleichfalls eine halbe Minute beträgt; 2. einen
Kontaktgeber 83, der den Primärkreis des Transformators TR' an die Leitung 75 anschließt,
wenn der Kontakt 81 hergestellt ist; 3. einen zwischen den Sekundärkreis des Transformators
TR' und die Regelspule BS von HM, eingeschalteten Gleichrichter 84; 4. ein auf So
Hz abgestimmtes und mit dem Sekundärkreis von TR' verbundenes Resonanz-Selektivrelais
RR. Dieses Relais soll den Kontakt 85 während der Dauer D = i/2 Minute des Signals
periodisch unterbrechen (Unterbrechungen sind bei einer Frequenz von i Hz erforderlich)
; 5. ein Alarmapparat ATl ist mit den Kontakten 82, 85 und der Stromquelle 86 in
Reihe geschaltet. Die Uhr HM, wird nach dem oben an Hand der Fig. 21 und 22 bereits
erläuterten Prinzip durch Korrektur der Phasenabweichung ihres Pendels eingestellt.
Die Uhr HM, wird gleichzeitig über HM, selbst angetrieben und synchronisiert., Die
Antriebsorgane IS und S' sind so eingerichtet, daß sie während des Normalsynchronganges
nicht arbeiten und nur hilfsweise bei zufälligem Stillstehen von HMl in Einsatz
kommen. Ein Kommutator 87 gestattet, die Regelspule BS sowohl an den Gleichrichtertransformator
84 als auch an ein Handkorrekturgerät RG Typ Fig. i9 oder 2o oder Fig. 24 anzuschließen.
Die Uhr HM2 ist mit einem Sekundenkontakt versehen.
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Die Anlage nach Fig. 26 arbeitet wie folgt: Im Augenblick der Sendung
eines Signals schließen sich die Kontakte 81 und 82 während i Minute, und die Uhr
HM, kann höchstens eine Viertelsekunde nachgehen. Die Spule BS empfängt eine Folge
von Impulsen mit der Frequenz i Hz, und ihre Phasenlage wird durch das bereits erläuterte
Verfahren nach Fig. 21 und 22 korrigiert. Während des Schließens des Kontaktes 82
wird der Kontakt 85 periodisch unterbrochen, 'und der Alarmapparat gibt einen modulierten
Ton mit der Frequenz i ab.
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Wenn die Sekundenzeichenempfangsuhr HR nicht die genaue Zeit angibt,
beispielsweise, wenn sie um mehrere Sekunden abweicht, bleiben die Kontakte 82 und
85 gleichzeitig während mehrerer Sekunden ohne Unterbrechung geschlossen, und der
Alarmapparat gibt einen stetigen Ton ab, der die Überwachungsperson der Anlage warnt.
Ein Verzögerungsrelais könnte eine entfernte Überwachungsstelle benachrichtigen.