DE1115643B - Zeithaltendes elektrisches Geraet, insbesondere elektrische Uhr - Google Patents

Description

• Zeithaltendes elektrisches Gerät, insbesondere elektrische Uhr Es sind Arbeitsprinzipien für Zeitmeß- und Zeitgebereinrichtungen und Uhren bekannt, welche mit Transistoren arbeiten. Der Transistor wird für derartige Uhren in Schaltungen betrieben, welche den Verstärkungsfaktor der Transistoren ausnutzen oder Sperrschwingschaltungen aufweisen. Die Erregung der Basis erfolgt ganz allgemein über eine Erregerspule und einen Permanentmagnet. Im Kollektor-oder Emitterkreis liegt eine Antriebsspule. Die Schaltung selbst ist so gewählt, daß der Transistor als Verstärkerelement oder als Schwingungserzeuger wirkt. Es sind auch magnetfeldabhängige Widerstände und Vorschläge bekannt, sie für den Zweck der Uhrensteuerung statt einer Erregerspule zu benutzen. Mit Hilfe eines Magnetfeldes, welches in dem eigentlichen Gangordner angeordnet ist, läßt sich eine Umsteuerung eines solchen magnetfeldabhängigen Widerstands aus einem Zustand höheren Widerstands in einen Zustand geringeren Widerstands erreichen. Die am Anmeldetag der vorliegenden Erfindung bekannt gewesenen magnetfeldabhängigen Widerstände haben aber entsprechend den für sie geltenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten nur einen anderen Umschaltwert, d. h., in Sperrichtung ist der Widerstand nicht unendlich groß, sondern er besitzt auch in dieser Richtung noch einen relativ niedrigen endlichen Widerstandswert. Bei Magnetfeldänderung wird zwar dieser Widerstand verkleinert, jedoch so, daß bei Magnetannäherung der Widerstand größer wird, was für die Erzielung eines kurzen Antriebsimpulses in der Nullage ungünstig ist. Es ist daher auch ein nicht vorveröffentlichter Vorschlag gemacht, durch Ausstattung eines Fadenhalbleiters mit zwei Basiselektroden, die aber auf verschiedenem Potential liegen, und durch eine besonders bemessene Vorspannung dicht unter der Kippspannung die Aufgabe zu lösen, bei Magnetfeldannäherung den Stromdurchbruch zu bewirken. Hier sind nicht nur ziemlich komplizierte Halbleiter, sondern auch mehrere gegeneinandergeschaltete Stromquellen vorgesehen. Die Einschaltung eines solchen magnetfeldabhängigen Widerstands führt daher bei Verwendung für Uhrenkonstruktionen im allgemeinen dazu, daß auch in dem Zustand, in dem der eigentliche Antrieb abgeschaltet werden soll, noch ein nennenswerter Strom fließt. Hierdurch werden diese Schaltelemente für die Anwendung bei Uhrenschaltungen wegen des Dauerstromes und auch zu langer Antriebsimpulse ungeeignet. Der magnetfeldabhängige Schalter kann daher vorteilhaft erst in Schaltungskombinationen, bei denen keine direkte Abhängigkeit des Ruhestromes von der Widerstandsgröße des magnetfeldabhängigen Widerstands besteht, angewendet werden.
• Die Erfindung betrifft daher ein zeithaltendes elektrisches Gerät, insbesondere elektrische Uhr, mit mindestens einem Halbleiter aus p- und n-leitenden Teilen, z. B. aus InSb oder InAs, der derart beschaffen ist, daß er durch periodische Annäherung eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes aus einem Zustand hohen Widerstands in einen Zustand niedrigen Widerstands, vorzugsweise aus einem Sperrzustand in einen Stromdurchlaßzustand, umsteuerbar ist und wobei dieser umsteuerbare Halbleiter im Triebspulenkreis eines elektromagnetisch angetriebenen, schwingenden, mechanischen Gangordners, z. B. eines Pendels oder einer Unruh, angeordnet ist, vorzugsweise mit gegenüber der Triebspule und dem umsteuerbaren Halbleiter schwingendem Gangordnermagnet, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der magnetfeldabhängige umsteuerbare Halbleiter seinerseits durch einen Transistor-Oszillator oder Transistor-Multivibrator dadurch steuerbar ist, daß periodisch das den Halbleiter beeinflussende Magnetfeld durch Ein- und Ausschaltung seines Erregerspulensystems vom Oszillator- bzw. Multivibratorausgang verändert wird. Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung dieser Anordnung besteht noch darin, daß der Oszillator bzw. Multivibrator für eine hohe Betriebsfrequenz ausgelegt und mit Quarz stabilisiert ist und daß durch Frequenzuntersetzungsstufen die Oszillatorfrequenz bis auf die Arbeitsfrequenz für den Antrieb des mechanischen Schwingungsgebildes herabgesetzt wird. Eine derartige Anordnung besitzt vor allem auch noch den Vorteil, daß die noch bestehende Temperaturabhängigkeit der Hallkonstanten und des magnetfeldabhängigen Widerstands praktisch eliminiert ist. Weiterhin kann die Schaltungsanordnung auch so getroffen werden, daß, wie es den charakteristischen Eigenschaften der magnetfeldabhängigen Widerstände entspricht, bei Vergrößerung des Magnetfeldes der Innenwiderstand ebenfalls zunimmt, ohne daß die Kürze des Impulses beeinträchtigt wird. Da der Steueroszillator- oder Steuermultivibratorkreis nach dem heutigen Stand der Technik weitgehend temperatur- und spannungsabhängig aufgebaut werden kann, vor allem aber auch im Triebspulenkreis praktisch keine Temperatur- oder Spannungsabhängigkeit mehr besteht, lassen sich durch die Schaltungsanordnung die prinzipiellen Fehlerquellen, welche bei Schaltungen mit magnetfeldabhängigen Widerständen bestehen, ausschalten. Weiterhin ist auch die Intensität des eigentlichen Antriebsimpulses nicht mehr ausschließlich von der Höhe des über den magnetfeldabhängigen Widerstand ezeugten Steuerimpulses wie bei den bekannten Vorschlägen.
• Durch Abkapselung durch eine Mu-Metallkapsel kann das gesamte System auch gegen den Einfluß von Fremdfeldern abgeschirmt werden. Da sowieso für die Umsteuerung des Halbleiters ein Elektromagnet verwendet wird, kann gegebenenfalls auf einen besonderen Trieb-Dauermagnet auf dem Gangordner verzichtet werden. Die zweckmäßigste Ausführung des mechanischen Antriebssystems richtet sich in jedem Fall nach dem formschönen Aussehen. Für jede gewählte Ausführung läßt sich immer eine Anordnung der elektronischen Bauelemente und des mechanischen Gangordners treffen. Besonders vorteilhaft ist es, den Magnet so auszuführen, daß beide Pole mit einem möglichst geringen Luftspalt über den Halbleiter hinwegschwingen, da hierdurch das Kraftlinienfeld wesentlich vergrößert wird. Durch die Anordnung eines entsprechenden Joches läßt sich diese Kraftlinienkonzentration noch weiterhin erhöhen. Da das Halbleiterelement nur sehr kleine Dimensionen zu besitzen braucht, können die resultierenden Luftspalte so angeordnet werden, daß der Magnet über den Halbleiter hinwegschwingen kann, ohne daß sich der Halbleiter direkt zwischen den beiden Polen befinden muß. Dies hat den Vorteil, daß Ausführungsformen verwendet werden können für das mechanische Schwingungsgebilde, die in bezug auf die Lage zu dem Luftspalt nicht besonders einreguliert werden müssen. Das gesamte elektrische Antriebsorgan kann völlig unsichtbar im Sockel der Uhr oder in einer Kapsel untergebracht werden. Der Halbleiter kann ohne weiteres auch in einer kleinen Spule selbst angebracht werden, welche beispielsweise im Ausgangskreis des Oszillators oder des einen Transistors einer Multivibratorschaltung liegt. Die Spule kann auch mit einem geschlossenen Eisenkern mit Luftspalt und Joch ausgeführt werden. In dem Augenblick, wo der Transistor des Oszillators leitend wird, entsteht in der Spule oder in dem Luftspalt ein Magnetfeld, welches den p- und n-übergang öffnet. Der Halbleiter seinerseits liegt im Stromkreis der Antriebsspule und führt auf diese Weise über die magnetischen Kräfte des Magnetsystems und die vom Halbleiter gesteuerte Antriebsspule zum Antriebsimpuls für das Uhrwerk. Die Oszillator- oder Multivibratorschaltungen können so ausgelegt werden, daß der jeweilige Fortschaltimpuls in einer Sekunde, in mehreren Sekunden oder sogar in einer Minute auftritt. Es ist auch möglich, den Oszillator mit einer höheren Frequenz schwingen zu lassen und durch Quarz zu stabilisieren und diese stabilisierte Frequenz durch Frequenzuntersetzer auf die erforderliche Impulsfrequenz für den Antrieb herabzusetzen. Derartige Frequenzuntersetzer sind in Form von Transistorschaltungen bekannt, und sie können so ausgelegt werden, daß aus der quarzstabilisierten Oszillatorfrequenz eine sehr genaue Antriebsfrequenz für das Uhrwerk entsteht. Im letzten Transistorkreis wird in diesem Fall wieder die Spule mit dem Halbleiterelement angeordnet, und über den letzten Stromkreis, in dem das Halbleiterelement eingeschaltet ist, werden die eigentlichen Antriebsimpulse für das Uhrwerk erzeugt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zeithaltendes elektrisches Gerät, insbesondere elektrische Uhr, mit mindestens einem Halbleiter aus p- und n-leitenden Teilen, z. B. aus InSb oder InAs, der derart beschaffen ist, daß er durch periodische Änderung eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes aus einem Zustand hohen Widerstands in einen Zustand niedrigen Widerstands, vorzugsweise aus einem Sperrzustand in einen Stromdurchlaßzustand, umsteuerbar ist und wobei dieser umsteuerbare Halbleiter im Triebspulenkreis eines elektromagnetisch angetriebenen schwingenden mechanischen Gangordners, z. B. eines Pendels oder einer Unruh, angeordnet ist, vorzugsweise mit gegenüber der Triebspule und dem umsteuerbaren Halbleiter schwingendem Gangordnermagnet, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige umsteuerbare Halbleiter seinerseits durch einen Transistor-Oszillator oder Transistor-Multivibrator dadurch steuerbar ist, daß periodisch das den Halbleiter beeinflussende Magnetfeld durch Ein-und Ausschaltung seines Erregerspulensystems vom Oszillator- bzw. Multivibratorausgang verändert wird.
2. 2. Zeithaltendes elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator bzw. Multivibrator für eine hohe Betriebsfrequenz ausgelegt, mit Quarz stabilisiert ist und daß durch Frequenzuntersetzungsstufen die Oszillatorfrequenz bis auf die Arbeitsfrequenz für den Antrieb des mechanischen Schwingungsgebildes herabgesetzt wird.
3. 3. Zeithaltendes elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterelemente zur Erzeugung von in der Polarität wechselnden Impulsen jeweils in entgegengesetzter Durchlaßrichtung angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1066 306; französische Zusatzpatentschrift Nr. 65 772 (Zusatz zur französischen Patentschrift Nr. 1092 411), Siemens-Zeitschrift, 1954, Septemberheft, S.370 bis 384; Electronics, 1. November 1957, S.144 bis 149. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr.1041165.