-
Verfahren und Vorrichtung zum Umwandeln der mechanischen Schwingungen
eines Uhrwerkes in eine elektrische Spannung Es ist bekannt, daß jeder Gangregler
einer Uhr vor dem Einbau in die Uhr einer ersten Grobeichung unterzogen werden,
muß, welche darin besteht, die bei der Fabrikation bewußt zu lang bemessene Spirale
auf annähernd die richtige Länge abzuschneiden. Diese Eichung mu.ß so genau sein.,
daß sich die dabei auftretenden Ungenauigkeiten in der zusammengebauten. Uhr leicht
korrigieren lassen.
-
Diese Eichung geschieht normalerweise dadurch, daß der Gangregler
am freien Ende der Spirale aufgehängt und in Drehschwingung versetzt wird. Die Frequenz
dieser Drehschwingung wird mit °iner Eichschwingung mit Hilfe einer Anzeigevorrichtung,
z. B. einer Kathodenstrahlröhre, verglichen und die Feder abgeschnitten, sobald
die zu eichende Frequenz mit der Eichfrequenz übereinstimmt. Die Länge der Feder
wird dabei von Hand verstellt und die Schwingungen des Gangreglers immer wieder
von Hand aufgeschaukelt.
-
Dieses bekannte manuelle, Eichverfahren hat den Nachteil, daß eine
Person nur eine Eichstelle bedienen kann. Die Tendenz geht deshalb dahin, diese
Eichung automatisch vorzunehmen, d. h. eine Apparatur
zu schaffen,
in welcher der einmal eingesetzte Gangregler automatisch in Schwingungen. versetzt
wird, in welcher die Feder des Gangreglers automa.tisch verlängert cdE-r verkürzt
wird, je nachdem die Gangreglerfrequenz zu hoch oder zu niedrig ist, und. in welcher
die Feder automatisch abgeschnitten wird, wenn deren Länge richtig ist.
-
In derartigen. Apparaturen ist es unerläßlich, daß der eingesetzte
Gangregler automatisch in Schwingungen versetzt wird und daß diese Schwingungen
aufrechterhalten werden, bis die Eichung durchgeführt ist.
-
Die mechanische Schwingung des Gangreglers wird mit Vorteil durch.
ein elektrisches System nach dem Prinzip der Stirnmgabelcszillatoren aufgeschaukelt.
Dabei muß eine von der momentanen Stellung des mechanischen Sch-,vingers, hier des
Gangreglers, abhängige elektrische Größe abgeleitet werden, die dann verstärkt und
phasenrichtig an den Schwinger zurückgeführt wird, um dessen Schwingung aufzuschaukeln.
-
Zu diesem Zwecke ist es bekannt, die mecha; nischen Schwingungen der
Unruh durch induktive bzw. optische Verfahren in elektrische Größen umzuwandeln.
Bei den induktiven Verfahren besteht jedoch der Nachteil eines verhältnismäßig erheblichen
Stromverbrauches, während, die optischen Verfahren den Übelstand aufweisen, daß
die Vorrichtung bei verschiedenartigen zu eichenden Unruhen jedesma.l eingestellt
werden muß.
-
Es ist ferner bekannt, eine mit der Spiralfeder einer Uhr mitwirkende
elektrische Sonde zu verwenden., um die mechanischen Schwingungen der Unruh in eine
elektrische Größe umzuwandeln. Bei einer bekannten. Einrichtung dieser Art bilden
die elektrische Sonde und die Spiralfeder der Uhr einen veränderlichen, als Rückkopplung
eines Oszilla.to@rs geschalteten Kondensator, so daß die Schwingungen der Uhr in
eine frequenzmod.ulierte Spannung umgewandelt werden. Ein solches Verfahren weist
jedoch den Nachteil auf, d.aß die Genauigkeit der Messung der Schwingungsfrequenz
der Uhr zu wünschen übrig läßt.
-
Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zum Umwandeln der mechanischen.
Schwingungen einer Uhr- in eine elektrische Spannung mittels einer in die Spiralfeder
der Unruh hineinragenden Sonde, wobei die Unruh zwecks Eichung frei schwingend aufgehängt
ist und. die Eigenschwingung durch Längsänderung der Spiralfeder beeinflußt wird,,
und kennzeichnet sich dadurch, daß ein. elektrostatisches Wechselfeld zwischen einem
'außerhalb der Spirale angeordneten Leiter und der Sonde erzeugt wird, so daß die
elektrische Spannung aus einer Messung des »Durchgriffs« des elektrostatischen Wechselfeldes
durch die Spirale hindurch abgeleitet wird.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens, welche bei Anordnung der elektrischen Sonde im Innern der Spirale dadurch
gekennzeichnet ist, dali der außerhalb der Spirale liegende elektrische Leiter gegen
Berührung isoliert ist. Zum besseren Verständnis des Zusammenhanges, in, welchem
die Erdung steht, ist im folgenden eine vollstündigeAnlage zur automatischen Eichung
des Gangreglers einer Uhr beschrieben, in welcher die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren abgeleitete elektrische Größe gleichzeitig als Vergleichsgröße für die
eigentliche Eichung und als Steuergröße für den. Antrieb dies Gangreglers dient.
In den Zeichnungen zeigt Fig. i eine axonometrische Darstellung der Eichvorrichtung
mit eingesetztem Gangregler, Fig. 2 ein Bloclcschem:a der -gesamten zum Antrieb
des Gangreglers dienenden Apparatur, Fig.3 ein elektrisches Ersatzschema der Anordnung
zur Ableitung einer der Schwingung des Gangreglers entsprechenden elektrischen Größe.
-
In Fig. i ist die Spirale des Gangreglers mit i, die: Unruh desselben
mit :2 bezeichnet. Die Spirale i ist in der Nähe des freien Endes zwischen zwei
Rollen 3 und 4. durchgeführt. Die Rodle 3 wird durch eine nicht dargestellte Feder
gegen dse Rolle 4. gepreßt und kann gegen. die Wirkung dieser Feder zum Einsetzen
der Spirale von der Rolle 4 weggeschwenkt werden.. Die Rolle 4: sitzt am unteren
Ende einer Welle 5, welche am oberen Ende ein Schneckenrad. 6 trägt. Dieses Schneckenrad
steht im Eingriff mit einer Schnecke 7, welche auf der Welle eines in. beide Drehrichtungen
umsteuerbaren Motors 8 montiert ist. Das freie Ende der Spiralfeder ist zwischen.
zwei Schneiden g und io einer Schere durchgeführt. Die Schneide io ist als zweiarmiger
Hebel ausgebildet, der um die Achse i i drehbar ist und, normalerweise durch. die-
Feder 12 in der dargestellten Lage gehalten wird. Zum Abschneiden, der Spirale wird
der Schneidmagnet 13 erregt, was eine Verschwenkung der Schneide io im Uhrzeigersinn
zurr Folge hat. Wird nach dem Schneiden der Spirale der Magnet 13 wieder entregt,
so geht die Schneide io unter dem Zug der Feder 12 in die dargestellter Lage zurück.
-
Das untere Ende der Gangreglerachse stützt sich auf die Glasplatte
1q.. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Gangreglerachse durch einen unterhalb
der Glasplatte angeordneten Stabmagneten 15, dessen Spitze in eine auf der Unterseite
der Glasplatte vorgesehene Ausnehmung 16 hineinragt, festgehalten. Der Stabmagnet
15 wird durch eine Spule 17 erregt. Er könnte aber durch einen geeigneten. permanenten
Magneten ersetzt werden. Es könnte auch ein. beliebiges Magnetsystem vorgesehen
sein, dessen magnetisches Feld aus der Glasscheibe nach oben austritt und das eine
mit der Achse des in der Vorrichtung aufgehängten Crangreglers zusammenfallende
Feldsymmetrieacbse aufweist.
-
Der Stabmagnet 15 hat diie Aufgabe, die Unruhachse auf der Glasscheibe
festzuhalten, damit diese nicht in der üblichen. Weise außer der erwünschten Torsionsschwingung
eine Vertikalschwingung ausführen kann. Die Vermeidungn, dieser Vertikalschwingung
ist in. erster Linie wesentlich im Zusammenbang mit der später beschriebenen Ableitung
einer elektrischen Größe in Abhängigkeit
von der momentanen Amplitude
der Gangreglerschwingung.
-
Außerdem sorgt der Stabmagnet dafür, daß der Gangregler immer absolut
senkrecht aufgehängt ist. Diese Tatsache ist von ausschlaggebender Bedeutung für'
die Richtigkeit der Eichung, indem die Gangreglerfrequenz durch jede Schiefstellung
des Gangreglers stark beeinflußt wird.
-
Unterhalb der Glasplatte 14 ist ferner ein Hoehfrequenzmagnetsy stem
angeordnet, welches zur Erzeugung eines hochfrequenten Drehfeldes im Bereich der
Unruh des Gangreglers dient. Dieses Magnetsystem besteht aus einem magnetischen
Joch in Form einer Platte i8 aus Hochfrequenzeisen; auf welchem Joch. vier Hochfrequenzspulen
i9 bis 22 montiert sind. Je zwei gegenüberliegende Spulen, also die Spulen i9 und.
21 einerseits und die Spulen 20 und 22 anderseits, bilden zusammen ein magnetisches
Feld, so, da,ß über der Glasplatte zwei senkrecht zueinander und im wesentlichen
senkrecht zur Unruhachse stehende Hochfrequenzfelder entstehen. Wird nun das eine
dieser Magnetwechselfelder gegen das andere um 9o° phasenverschoben, so, entsteht
im Bereich der Unruh des Gangreglers ein resultierendes hochfrequentes Drehfeld,
durch welches auf die Unruh drehende Kräfte: ausgeübt werden. Die Steuerung des
hochfrequenten Drehfeldes wird in später genauer beschriebener Weise durch eine
von. der Schwingung des Gangreglers abgeleitete elektrische Größe vorgenommen- Die
Schwingungen des Gangreglers werden so in bekannter Weise aufgeschaukelt (Rückkopplungsoszillator).
-
An Hand der Fig. i und. 3 soll im folgenden. erläutert werden, wie
diese von der Schwingung des Gangreglers abgeleitete elektrische Größe gewonnen
wird. Neben der Welle 5 (Fig. i) ist eine abgeschirmte elektrische Leitung 23 verlegt.
Diese Leitung endet einerseits im Innern, der Spirale, wo der Innenleiter dieser
abgeschirmten. Leitung als elektrische Sonde 24 aus der Abschirmung herausgeführt
ist. Zu diesem Abtastsystem gehört ferner ein unter der Glasplatte angebrachter
leitender Ring 25, welcher über eine abgeschirmte Leitung 26 unter Spannung gegen
Erde gesetzt wird. Im Ausführungsbeispiel wird eine Wechselspannung von. 4oo Hz
und 250 bis 300 Volt verwendet. Alle anderen der Berührung zugänglichen.
Teile der Apparatur sind natürlich, geerdet, somit auch die Spirale des Gangreglers.
Es entsteht also ein elektrisches Feld, zwischen dem Leiter 25 und der Spirale i,
welches aber auch durch die Spirale auf die Sonde 24 durchgreift.
-
In der Fig.3 ist das elektrische Ersatzschema dieser Anordnung dargestellt.
Der Oszillator 27 erzeugt eine Wechselspannung zwischen Erde und dem Leiter 25.
Mit 28 ist die Kapazität des Leiters 25 gegen Erde, mit 29 die Kapazität zwischen
Leiter 25 und Sonde 24 und mit 30 die Kapazität der Sonde 24 gegen Erde bezeichnet.
Die Sonde 24 ist mit dem Gitter einer Elektronenröhre 31 verhunden, die direkt auf
dem Eichgestell montiert ist. Da sich nun die Spirale bei einer Drehschwingung des
Gangreglers in radialer Richtung leicht ausdehnt und zusammenzieht, sind die Kapazitäten
29 und 30 nicht konstant. Ist die Spirale zusammengezogen, so, ist die Kapazität
29 relativ klein und die Kapazität 3o relativ groß. Dadurch wird das Teilverhältnis
des durch die Kapazitäten 299h und 30 gebildeten Spannungsteilers klein und die
Spannung auf der Sonde 24 relativ klein. Ist die Spirale ganz ausgedehnt, so sind
die Verhältnisse gerade umgekehrt, und die Spannung an der Sonde ist relativ groß.
Am Gitter der Elektronenröhre 31 erscheint also eine amplitudenmodulierte Wechselspannung,
die zur Gewinnung einer elektrischen Größe derselben Frequenz wie die Gangreglerfrequenz
demod.uliert werden. muß. Von der Elektronenröhre 31 wird die Wechselspannung gemäß
Fig. i über eine abgesch,rmte Leitung 32 dem Verstärker und dem Demodulator zugeführt.
Mit 33 ist eine: Erdleitung, mit 34 eine , Heizleitung der Elektronenröhre bezeichnet.
-
An Hand der Fig. 2 wird im folgenden gezeigt, wie die Apparatur zum
Antreiben des Gangreglers grundsätzlich arbeitet. Der Oszilla.tor 27 ist einseitig
mit dem Gestell der Eichvorrichtung und. anderseitig mit dem Leiter 25 verbunden,
wie oben bereits eingehend erläutert wurde. Die an der Sonde 24 auftretende schwach:
modulierte Wechselspannung von 4oo Hz wird einem Resonanzverstärker 34 zugeführt.
Die verstärkte Spannung wird anschließend im Demodulator 35 demoduliert und einem
Vorfilter 36 zugeführt. Die: Spannung (2,5 Hz) wird anschließend in einem Niederfrequenzverstärker
37 verstärkt und dann einem beidseitig wirkenden Begrenzer 38 zugeführt, welcher
aus der sinusförmigen eine trapezförmiige Wechselspannung herausschneidet. Diese
trapezförmige Wechselspannung wird in einem stark übersteuerten Gleichstromverstärker
39 abwechslungsweise, verstärkt und begrenzt, so, daß eine gleichförmige Rech.teckspannung
mit steilen Flanken entsteht. Der Gleichstromverstärker 39 besitzt einen Gegentaktausgang,
von welchem die um i8o° phasengedrehten Reckteckspannungen (jede einzeln) auf einen
einseitig wirkenden Differenziator 40 bzw. 4ö zugeführt werden, welche kurze negative
Impulsspitzen liefern.
-
Die Verstärker und Begrenzer werden dabei derart eingestellt, daß
die vom Differenziator 4o erzeugten Impulsspitzen zeitlich mit dem Nulldurchgang
des Gangreglers in der einen Richtung, die vom Differenziator 4ö erzeugten Impulsspitzen
mit dem Nulldurchgang des Gangreglers in der anderen Richtung zusammenfallen.
-
Die dem einen Differenzia.tor entnommenen Impulsspitzen werden einem
Zeitmeßgerät 42 zuge#-führt, in welchem die Schwingungsdauer der Gangreglerschv-ingung
mit einer Eichschwingung verglichen wird. Dieses Zeitmeßgerät liefert die Steuerspannungen.
für den Motor 8 und für den Schneidmagneten 13. Der Aufbau dieses Zeitmeßgerätes
steht nicht in direktem Zusammenhang mit der Erfindung und soll hier nicht nähe-erläutert
werden. Ist die Gangreglerschwingung zu langsam,
so, wird der Motor
in der Richtung betätigt, daß die Spirale verkürzt wird, indem sie zwischen dein
Rollen 3 und 4 (Fig. i) nach hinten verschoben wird. Ist die Ga.ngreglerschwingung
zu schnell, so wird der Motor S in der anderen Richtung angetrieben, und die, Spirale
wird entsprechend. verlängert. Stimmt die Gangreglerfrequenz mit der Eichfrequenz
überein, so wird der Schneidmagnet automatisch betätigt. Gleichzeitig wird die ganze
Anlage außer Betrieb gesetzt, bis der geeichte Gangregler aus ihr entfernt und ein
neuer eingesetzt wird.
-
Mittels der von. den Differenziatoren, gelieferten Impulsspitzen werden
einseitige Kippanordnungen 43 und 43' gesteuert, die bei jeder Impulsspitze einen
kurzen Rechteckimpuls von einstellbarer Länge erzeugen. Während der Dauer dieser
Rechteckimpulse werden die zwei Modulatoren 44, 44' und 45, 45', welche die. Hochfrequenzströme
für die Hochfrequenzspulen liefern, geöffnet. Da die Rechteckimpulser der Kippanordnung
43 gegenüber den Rechteckimpulsen der Kippanordnung 43' um eine halbe Gangreglerperiode
verschoben sind, also bei jedem Nulldurchgang des Gangreglers auftreten, werden
die Modulatoren, oder Sender 44 und 44.' im einen, die Sender 45 und 45' im anderen.
Nulldurchgang des Gangreglers geöffnet. Die Modulaforen 44 und 45' werden aus einem
Hochfrequenzoszillator 5o üblicher Bauart direkt gespeist. Die Betriebsfrequenz
beträgt etwa ioo KHz. Der Modulator44' wird über einen kapazitiven Phasenschieber
46 und der Modulato1 45 über einen induktiven Phasenschieber 47 gespeist. Die Ausgänge
der Modulatoren 44 und 45' einerseits und die Ausgänge der Modulatoren 44' und 45
anderseits sind. je gemeinsam über Ausgangstransformatoren 43, 49 mit dem Spulenpaar
19, 21 bzw. mit dem Spulenpaar 20; 22 verbunden. Ist also der Modulator 44, 44'
geöffnet, so wird dem Spulenpaar i9, 21 über den Transformator43 ein ,Strom in.
Phase und dem Spulenpaar 2o, 22 über dein Transformator 49 ein dagegen kapazitiv
phasenverschobener Strom zugeführt. Dadurch entsteht ein in der einen. Richtung
rotierendes Hochfrequenzdrehfeld, in welchem der Gangregler einen mechanischen.
Impuls in Drehrichtung-dieses Drehfeldes erteilt wird. Im nächsten, Nulldurchgang
des Gangreglers wird der Modulator oder Sender 45, 45' geöffnet. Dem Spulenpaar
i9, 21 wird wieder über den. Transformator 43 ein Strom in Phase zugeführt, während
nun dem Spulenpaar 2o, 22 über den Traansformator 49 ein induktiv phasenverschobener
Strom zugeführt wird. Dadurch entsteht ein hochfrequentes Drehfeld, das in der dem
vorbeschriebenen entgegengesetzten.Richtung rotiert und dem Gangregler einen, mechanischen
Impuls in der anderen Richtung erteilt. Dauer und Intensität der Hoch.frequenvimpulse
können verändert und beispielsweise so eingestellt werden, daß der dem Gangregler
bei. jedem Nulldurchgang .-rteilte mechanische Impuls gleich, ist dem Impuls, der
ihm in der zusammengebauten. Uhr durch den Anker erteilt wird. Dadurch ist die Schwingung
des Gangreglers in der Eichvorrichtung weitgehend. den Verhältnissen angepaßt, was
Gewähr für eine einwandfreie Eichung bietet.