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Elektrische Uhr Außer kontaktlos durch Transistorschaltungen betriebenen
Uhren, bei denen unter völligem Fortfall eines mechanischen Kraftspeichers vom Ausgang
der Transistorschaltung der Gangordner selbst im Takte seiner Eigenfrequenz Antriebsimpulse
erhält und diese an das Zeigerwerk weitergibt und bei denen alle Schwierigkeiten
der Temperatur- und Spannungseinflüsse auf die Ganggenauigkeit irgendwie kompensiert
werden müssen, sind auch bereits Vorschläge bekannt, bei Motoraufzugsuhren kontaktlose
bzw. kollektorlose Transistormotoren zu verwenden, um mit ihnen einen Kraftspeicher,
vorzugsweise eine Zugfeder entweder ständig oder periodisch nachzuspannen. Handelt
es sich um ständig laufende Motoren, so ist der dauernde Stromverbrauch so beträchtlich,
daß zum mindesten bei kleinen Uhren mit entsprechend kleinen Batterien als Stromquelle
eine solche Anordnung praktisch nicht durchführbar ist. Handelt es sich dagegen
um zeitweilig stillstehende Transistormotoren, so zeigen diese bekannten Anordnungen
nur Synchronmotoren, die nicht von selbst anlaufen können und bei denen außerdem
auch während des Stillstandes des Motors ein unter Umständen nicht unerheblicher
Leerlaufstrom der Transistorschaltung vorhanden ist. Das Stillsetzen des Motors
bei Erreichung des gewünschten Spannungsgrades des Kraftspeichers, ebenso aber das
Wiederanwerfen des Motors nach entsprechendem Ablaufen des Kraftspeichers erfordert
mechanische Kraftübertragungen, die immer infolge der veränderlichen Reibungsverhältnisse
komplizierte und unsichere Bauelemente sind.
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Andererseits sind seit Jahren bei elektromagnetisch wirkenden Aufzügen
die Konstruktionsprinzipien gut bewährt hinsichtlich des Aufzugsmechanismus selbst,
wenn man von den außerordentlich störenden Geräuschen absieht. Da aber bei diesen
an sich sehr preiswerten Uhren infolge des sehr häufig erforderlichen Aufzuges die
Kontakte außerordentlich stark beansprucht werden, so sind solche Uhren sehr störanfällig.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Mängel beider bekannter
Systeme zu beseitigen und einen einfachen, mit Transistorschaltung betreibbaren
periodischen Aufzug zu schaffen, der entweder völlig kontaktlos oder nur mit praktisch
völlig leistungslosen Steuerkontakten arbeitet.
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Bei den elektronisch, vorzugsweise durch Transistorschaltungen gespeisten
Antriebsvorrichtungen für Aufzugssysteme zeithaltender elektrischer Geräte, vorzugsweise
elektrischer Uhren, sind die Aufgaben erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektronische
Schaltung in Abhängigkeit 'vom Ablauf des aufgezogenen mechanischen Kraftspeichers
periodisch entweder durch praktisch leistungslos arbeitende, vom Uhrwerk, insbesondere
dessen Aufzugswerk, gesteuerte Kontakte oder über vom Uhrwerk, insbesondere dessen
Aufzugswerk, periodisch bewegliche Teile der elektronischen Schaltung, also kontaktlos,
in Arbeitslage bringbar ist, derart, daß von ihrem Ausgang periodische Impulse in
die Triebspule des Aufzugssystems gegeben werden, vorzugsweise derart, daß diese
Triebspule in einer Sperrschwingerschaltung eines Transistorschwingers liegt, der
durch die praktisch leistungslos arbeitenden Kontakte bzw. die vom Uhrwerk beweglichen
Teile der Transistorschaltungsanordnung periodisch entsperrbar ist.
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Soll beispielsweise bei einer Unruhuhr eine kleine Feder für die Überbrückung
einer kurzen Zeit zum Antrieb verwendet werden, wobei die übrige Uhrenkonstruktion
in üblicher Weise über diesen Federantrieb mit Unruh erfolgt, so hat der Antriebsmagnet
z. B. einen Aufzugshebel -für das kleine Federwerk zu betätigen.
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Dieser Antriebsmagnet wird zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß die
Antriebsspule einen Eisenkern oder einen Permanentmagneten mit entsprechender Polung
anzieht. Die Äntriebsspule selbst liegt in einer Schaltungsanordnung mit einem Transistor.
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Die Grundschaltung des Transistors ist zweckmäßig eine Sperrschwingerschaltung.
Der Sperrschwinger wird erst in dem Augenblick geöffnet, wenn ein erneuter Aufzug
des Federwerkes erforderlich ist. Die Sperrschwingerschaltung ist z. B. so aufgebaut,
daß die Antriebsspule selbst ein Teil dieser Schaltung entweder im Emitter- oder
Kollektorkreis ist: Die Zugehörige Kopplungsspule im Basiskreis ist z. B. auf dem
gleichen Spulenkörper mit aufgewickelt, und die Entsperrung erfolgt entweder über
einen Impuls aus dem Aufzugssystem oder über einen Impuls, der durch ein vom Uhrwerk
oder dem Kräftspeicherablauf beeinflüßbares 'elektrisches Schaltelement der Transistorschaltung
-ausgelöst wird, aus der Transistorschaltung. Die Basisverbindung wird z. B. nicht
direkt zur Spule geführt, sondern es wird ein Kondensator
dazwischengeschaltet.
Eine weitere dritte Spule besteht aus einer kurzgeschlossenen Wicklung mit relativ
hoher Windungszahl. Durch den Kurzschluß dieser Spule ist der Sperrschwinger automatisch
gesperrt. Erst wenn in dieser Spule eine Spannung induziert wird, wird die Sperrung
aufgehoben. In dem Augenblick, in dem der Oszillator durch Entsperrung zum Anschwingen
gebracht wird, fließt ein hoher Strom durch die Antriebsspule; und durch das Hereinziehen
oder Anziehen des Ankers, welcher an dem Aufzug befestigt ist, wird dieser betätigt.
Der Vorteil der Schaltung liegt hierbei darin, daß die Höhe des Antriebsimpulses
völlig unabhängig ist von der Geschwindigkeit, mit der der Erregerimpuls erzeugt
wird. Der Erregerimpuls führt nur zur Aufhebung der Sperre. Die gesamte Ausführung
kann hierdurch wesentlich kleiner gehalten werden. Eine Temperaturabhängigkeit besteht
überhaupt nicht. Unabhängig von der Größe des negativen Impulses, welcher aus der
Induktion resultiert, steht immer ein völlig gleicher Impuls in bezug auf Größe
und Dauer für den Antrieb zur Verfügung.
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Die Entsperrung kann auch auf verschiedene andere Weise erfolgen.
Die Wahl der geeigneten Mittel richtet sich nur nach der übrigen Ausführung der
Uhr. So können beispielsweise zwei einfache Kondensatorplatten Verwendung finden.
Die eine Platte liegt an Masse und damit am Minuspol, die andere Platte, welche
an dem Aufzug angeordnet ist, liegt an der Basis. Die durch die Annäherung nach
Ablauf des Aufzuges entstehende Kapazitätsveränderung im Basiskreis bewirkt das
Anschwingen und damit die Erzeugung eines nur von dem Oszillator selbst abhängigen
Arbeitsimpulses.
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Für Uhren, welche für irgendwelche Zwecke, z. B. zum Ersatz der Leuchtmasse,
mit einer kleinen Beleuchtungslampe ausgestattet sind, besteht auch die Möglichkeit
der Lichtsteuerung. -Für die Zwecke der Beleuchtung bringt man in dem Zifferblatt
entsprechend der Minutenziffernangabe, beispielsweise alle 5 Minuten, ein kleines
Loch an, durch das das Licht nach außen tritt, welches gleichzeitig auch die Zeiger
mit erhellt. Auf diese Weise umgeht man die Verwendung von Leuchtmasse. Das kleine
Beleuchtungslämpchen ordnet man so an, daß für den Endausschlag des Aufzugshebels
beispielsweise nach einer Seite Licht durch ein kleines Loch auf eine Fotodiode
oder einen Fototransistor fällt. Diese Fotodiode oder dieser Fototransistor ist
so in den Basis-Emitter-Kreis geschaltet, daß ein negativer Impuls an der Basis
entsteht. Es ist auch möglich, die Fotodiode als Fotoelement zu schalten und den
entstehenden Fotostrom dazu auszunutzen, um den Oszillator zum Anschwingen zu bringen.
Ein Weiterschwingen des Oszillators ist nach Verschwinden des negativen Impulses
an der Basis des Transistors völlig unmöglich.
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Selbstverständlich können in der gleichen Weise auch alle anderen
Uhren, wie Drehpendeluhren oder Pendeluhren oder Drehpendeluhren mit zusätzlicher
Schwungscheibe, gesteuert werden.
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Eine besonders einfache Ausführungsform eines Aufzuges für ein Hilfsfederwerk
läßt sich auf folgende Weise aufbauen. Es ist lediglich erforderlich, den Teil der
Schaltung zu verwenden, welcher den Aufzug selbst elektromagnetisch bewirkt. Es
genügt hierfür eine- einfache Transistarverstärkerschaltung mit Stabilisationswiderständen
im Emitterkreis und Spannungsteilerwiderständen für die Basis. An die Basis selbst
wird ein Kondensator -mit sehr hohem Kapazitätswert angeschaltet, und dieser Kondensator
wird für den Aufzug jeweils kurzzeitig mit dem Minus-oder Pluspol der Transistorschaltung
verbunden. Hierdurch entsteht der erforderliche negative Impuls zur Auslösung des
Antriebsimpulses im Kollektorkreis. Die Kontaktgabe hat hierbei lediglich einen
Strom in der Größenordnung von Mikroampere zu steuern. Während bei einer reinen
Kontaktschaltung der eigentliche Antriebsimpuls durch die Zeit der Kontaktgabe bestimmt
ist und daher ein sehr hoher Stromstoß zur Betätigung des Aufzuges erforderlich
ist, wird bei dieser Anordnung die eigentliche Schaltzeit in keiner Weise von der
Zeit der Kontaktgabe abhängig. Die Zeit des Stromflusses durch die Antriebsspule
ist abhängig von der Entladedauer des Kondensators über die Basis, und diese Zeitkonstante
ist wiederum abhängig von der Zusammenschaltung der Basiswiderstände mit dem Kondensator.
Man hat es also völlig in der Hand, die Zeitkonstante so zu wählen, daß mit einem
verhältnismäßig geringen Strom über eine längere Zeit der Aufzug bewirkt werden
kann. Wählt man beispielsweise den Aufzug in Form eines Drehankers, so kann auf
der Achse des Eisenkernes, welcher in einen anderen Eisenkern rotierend hineingezogen
wird, gleich die Antriebsfeder mit befestigt sein. Die Polschuhe werden durch eine
Magnetspule erregt. Der Anker steht z. B. bei Ablaufen des Aufzuges außerhalb der
Polsegmente: Nach Erregung des Stators durch die Magnetspule wird dieser Anker in
die Pole hineingezogen, und es entsteht eine Drehschwingbewegung des Ankers. Durch
diese Bewegung wird die Feder aufgezogen. Über ein Sperrad und einen Sperrkegel
wird die Kraftübertragung von der Feder auf das Uhrwerk vorgenommen. Die Anschaltung
des Kondensators erfolgt in der Endstellung nach abgelaufenem Hilfsfederwerk. Die
Kontaktanordnung kann auf verschiedene Weise gewählt werden: Man kann auch die Spulenkombination
so ausführen, daß die Transistorschaltung von selbst schwingen würde, und befestigt
den eigentlichen Kern der Spule an dem Hebelmechanismus für den Aufzug. Ist also
das Überbrückungsfederwerk abgelaufen, so taucht dieser Kern kurzzeitig in die Spule
ein, und hierdurch wird gleichfalls wieder der kurzzeitig hohe Stromstoß für die
Auslösung der Transistorschaltung mit dem Aufzugsmagneten erzeugt. Durch das Hineinziehen
oder Anziehen des Ankers wird das Überbrückungsfederwerk wieder aufgezogen und gleichzeitig
der Kern aus der Spule entfernt. Der Vorgang wiederholt sich periodisch mit dem
Ablauf und dem Wiederaufzug des Überbrückungsfederwerks.
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Selbstverständlich ist -es auch möglich, die gesamte Schaltungsanordnung
so -zu treffen,- daß nur alle ein bis zwei Minuten automatisch ein Aufzugsimpuls
entsteht. Die Verwendung der verschiedenen Möglichkeiten hängt lediglich von der
Preisklasse der damit zu versehenden Uhren ab. In der allereinfachsten Ausführung
wird das Aufzugsrad selbst; welches meist ein Sperrklinkenantriebsrad ist, mit einem
kleinen zusätzlichen 'Zahn versehen, welches in der Stellung, in der der Aufzug
erfolgen muß, den Kondensator kurzzeitig an den Minus- oder Pluspol legt. Da hierbei
leine hohen Ströme fließen - denn samtliehe Widerstandswerte sind sehr hochohmig
-, stellt dieser Schaltvorgang keinen Kontakt im üblichen Sinne dar, da keine Leistung
über den Kontakt fließt, sondern es ist nur kurzzeitig das Anlegen einer statischen
Spannung an die Basis über den Kondensator herbeizuführen. In jedem Fall ist es
besonders vorteilhaft, keine einfache Verstärkerschaltung des Transistors
anzuwenden,
sondern eine Oszillatorschaltung aufzubauen. Diese Oszillatorschaltung hat den Vorteil,
daß nach dem Anschwingen des Oszillatorkreises ständig eine gleiche Antriebskraft
zur Verfügung steht. Diese Antriebskraft kann so gewählt werden, daß für den Spannungsbereich,
in dem der Aufzug noch erfolgen soll, der Aufzug immer sicher betätigt wird. Als
besonderer Vorteil dieser Oszillatorschaltung besteht die Unabhängigkeit von der
Höhe und der Dauer des eigentlichen Entsperrungsimpulses. Dieser Entsperrungsimpuls
kann über eine Kondensatorentladung, über eine Magneterregerspule, über Fotodioden
oder über eine Widerstandsschaltung erfolgen. Soll aus besonderen Gründen eine einfache
Transistorverstärkerschaltung zur -Anwendung gelangen, so ist die Anordnung eines
Kondensators für die Entladung im Basiskreis besonders vorteilhaft. Dieser Kondensator
wird kurzzeitig durch den Hilfskontakt entladen und muß dann aber über, die Basis
des Transistors wieder auf den ursprünglichen Spannungswert aufgeladen werden. Der
hierbei entstehende Stromfluß über die Basis bedingt die lange Schaltzeit, welche
für den Aufzug oder den sonstigen Antrieb zur Verfügung steht.
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Für Konstruktionen, bei denen es nicht darauf ankommt, eine genau
definierte Stromstärke über längere Zeit über den Antriebsmagneten wirken zu lassen,
sondern wo für die Betätigung des Aufzuges eine kurze Zeitdauer mit einem hohen
Strom erforderlich ist, bietet die Anordnung mit dem Oszillator besondere Vorteile.
Dieser Oszillator ist mit einem Kern aufgebaut. Der Kern selbst ist aber an dem
Aufzugshebel befestigt. Solange der Kern sich nicht in der Spule befindet, kann
der Oszillator nicht schwingen. Ist der Aufzug abgelaufen, so taucht der Kern in
die Spulenkombination ein, und der Oszillator schwingt an. Durch das Anschwingen
entsteht ein sehr hoher Stromstoß in der Antriebsspule, und der Kern wird herausgeschleudert,
und damit wird der Aufzug bewirkt. Der Kern wird zur Energieeinsparung zweckmäßigerweise
als Permanentmagnet ausgeführt.
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Bei einem Drehschwinganker für den Aufzug ist es auch möglich, den
Auslösekontakt der Transistorbasis selbst durch den Drehanker zu steuern. Der Kontakt
für die Steuerung der Kondensatorentladung kann aber auch, wie bereits ausgeführt,
in das nachfolgende, meist als Sperrklinkenrad ausgeführte Antriebsrad gelegt werden.
Es kann hierfür z. B. in dieses Rad ein besonderer Kontaktzahn eingesetzt werden.
Im wesentlichen kommt es j a nur darauf an, den Kondensator im Basiskreis kurzzeitig
zu entladen und dadurch einen Stromfluß zur Wiederaufladung des Kondensators über
die Basis des Transistors herbeizuführen. Dieser Stromfluß kann entweder bei einem
als Verstärker geschalteten Schalttransistor die Erzeugung des Antriebsimpulses
in der Antriebsspule herbeiführen, oder er kann die Entsperrung des als Oszillator
geschalteten Transistorkreises vornehmen.