DE1226045B - Durch eine elektronische Schaltung kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystem fuer zeithaltende Geraete - Google Patents

Description

• Durch eine elektronische Schaltung kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystem für zeithaltende Geräte Es sind mechanische Schwingungssysteme, insbesondere Pendel- und Unruhanordnungen von Uhren bekannt, bei denen der Schwinger z. B. aus einem Magneten, -vorzugsweise Permanentmagneten, oder einem Kondensator od. dgl. bestehend, kontaktlos durch Beeinflussung eines elektrischen Kreises, beispielsweise einer Spule, bei # seiner Relativbewegung in diesem elektrische Impulse erzeugt, welche mittels einer-Röhren- oder steuerbaren Halbleiteranordnung, vorzugsweise Transistoranordnung, Impulse in einem zweiten entsprechenden elektrischen Kreise erzeugen, durch die der Schwinger einen ständigen periodischen Antrieb erfährt. Die kontaktlose Steuerung erfolgt mittels zweier Induktionsspulen, nämlich einer Generatorspule, in welcher durch den schwingenden Magneten durch Induktion elektrische Impulse erzeugt werden, und einer Motorspule, welche Antriebsimp-#t-Ise auf den schwingenden Magneten ausübt. Bei einer Transistorschaltung liegt die Generatorspule im allgemeinen im Basiskreis, während die Motorspule ira Kollektorkreis angeordnet ist. Außerdem liegt im Emitter-Kollektor-Kreis eine elektrische Spannungsquelle, beispielsweise Batterie, welche die Energie zur Aufrechterhaltung der mechanischen Schwingungen liefert.
• . Es ist bereits erkannt worden, daß unerwünschte gegenseitige Störbeeinflussungen der Spulen aufeinecnder und auf den Schwingerteil vermieden werden müssen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Spulen in geeigneter Weise zueinander anzuordnen und elektrische Ausgleichsglieder zu mindestens einer der beiden Spulen vorzusehen, die geeignet sind, Eigenschwingungen der Rückkopplungsschaltungsanordnung zu unterdrücken. Es ist insbesondere vorgeschlagen worden, die beiden Spulen dicht neben--einander in der Nähe der Pendelruhelage derart anzuordnen, daß die Pendelvertikale durch die Generatorspule unsymmetrisch hindurchgeht, und mindestens parallel zur Motorspule einen Ohmschen Widerstand, vorzugsweise im Kollektorkreis, anzuordnen.
• Weiterhin ist bekannt, die den Ein- und Ausgangskreis einer Elektronenröhre bildenden Spulen unter gegenseitiger Kopplung konzentrisch zueinander anzuordnen, wobei zur selbsttätigen Erzeugung einer Gitterspannung ein Regelvierpol nachgeschaltet ist.
• Diese bekannten Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, verhältnismäßig stark temperaturabhängig zu sein, was einerseits durch die meistens verwendeten elektronischen Bauelemente, beispielsweise Germanium-Transistoren, bedingt ist und andererseits auch von der Temperaturabhängigkeit der benutzten Spannungsquelle oder sonstigen Teilen der elektronischen Schaltung herrühren kann.
• Die der Erfindung zugrunde liegenden Versuche haben nun gezeigt, daß nicht nur die Abhängigkeit des Schwingungssystems von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Aufbaus, z. B. Spannungs- oder Temperaturschwankungen, sondern auch der energetische Wirkungsgrad der Anordnung von der gegenseitigen Kopplung und Relativanordnung der Spulen abhängig ist.
• Die Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, optimale Anordnungen der im Ein- und Ausgang der elektronischen Schaltung befindlichen Spulen festzulegen, bei denen das elektronisch gesteuerte Lind angetriebene mechanische Schwingungssystem am wenigsten abhängig von Temperatur- und Spannungsschwankungen ist.
• Dabei bezieht sich die Erfindung auf ein durch eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Transistorschaltung, kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystem, für zeithaltende Geräte, z. B. Uhren, Gangregler oder Frequenznormale, mit durch Relativbewegung zueinander in impulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis befindlichen, mindestens zwei konzentrisch zueinander und eng benachbart angeordneten, vorzugsweise festen Spulen und einem vorzugsweise schwingende% Magneten.
• Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe auf eine erste Art dadurch gelöst, daß bei einer sehr engen Kopplung der Spulen diese so bemessen und räumlich zueinander angeordnet sind, daß der Ein-und Ausgangskreis der elektronischen Schaltung eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen und daß die im Ausgang der elektronischen Schaltung liegende Motorspule außerhalb der im, Eingang befindlichen Generatorspule angeordnet ist.
• Eine weitere Lösung, bei der ebenfalls bei sehr enger Kopplung der Spulen-- diese so bemessen und räumlich zueinander angeordnet sind, daß der Ein-und Ausgangskreis der elektronischen Schaltung eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen, besteht darin, daß mindestens zwei Spulen des Ein- und Ausgangs der elektronischen Schaltung abwechselnd ineinandergewickelt sind, wobei die innerste Lage der im Eingang liegenden Generatorspule innen liegt.
• In beiden Fällen ist es zweckmäßig, daß dem Einund/oderAusgangskreis der elektronischen Schaltung in an sich bereits vorgeschlagener Weise ein Ausgleichsglied, insbesondere ein ParalleIwiderstand zur Spule, angeordnet ist, welcher geeignet ist, Eigenschwingungen der Rückkopplungsschaltungsanordnung zu unterdrücken.
• Die beste Temperaturunabhängigkeit bei koaxialer Spulenanordnung erhält man, wenn die Generatorspule innerhalb der Motorspule angeordnet ist.
• Bei der umgekehrten Anordnung der Generatorspule außerhalb der Motorspule würde jedoch grundsätzlich ein günstigerer Wirkungsgrad in energetischer Hinsicht vorhanden sein.
• Die Lösung, daß die Lagen beider Spulen abwechselnd ineinandergewickelt sind, stellt einen Kompromiß zwischen den beiden erwähnten Koaxialanordnungen dar. Dadurch, daß hierbei die Generatorspule mindestens teilweise in unmittelbarer Nähe der dem Magneten zugewandten inneren Begrenzung der Spulenkombination angeordnet is4 wird der Vorteil einer besonders starken Einwirkung des Magnetfeldes des die Spule beaufschlagenden Magnetpols auf diese und eine hierdurch bedingte besonders scharfe Ausbildung des Induktionssteuerimpulses erreicht auf Grund derer der Induktionssteuerimpuls gleichzeitig weitgehend unempfindlich gegen Temperaturänderungen wird. Hierdurch wird wiederum die vorteilhafte Wirkung hervorgerufen, daß auch in der Motorspule scharf begrenzte, kastenförmige Antriebsimpulse hervorgerufen werden können. Günstig wirkt sich hierbei die in der Zeichnung dargestellte Anordnung aus, wonach sich bei Ruhestellung des mechanischen Schwingungssystems in der gezeichneten Lage der für die Impulserzeugung wirksame Pol des Magneten in der Nähe der öffnung der konzentrischeu Windungen befindet.
• Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens eine der Spulen und/oder der Magnet des Schwingers derart verschiebbar und justierbar angeordnet sind, daß der Zeitpunkt des Impulsanstiegs auf ein Optimum eingestellt werden kann. Hierdurch läßt sich ein größtmöglicher Wirkungsgrad der elektrischen Kopplung bzw. Rückkopplung bei geringster Leistungsentnahme aus der Spannungsquelle, insbesondere Batterie, einstellen.
• In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
• I Ein in Richtung des Pfeils hin- und herschwingender Dauermagnet 2 ist in eine Bohrung eines leicht gekrümmten Stabes 8 aus unmagnetischem Material, insbesondere Messing, eingesetzt. Zwei konzentrisch aufeinandergewickelte Spulen 3 und 4 sind ungefähr in der Schwingungsmittellage des Pendelstabes 8 - ein wenig unsymmetrisch zu dieser - angeordnet. Bei seinen Schwingungen taucht der Magnet mit dem Nordpol und dem Südpol periodisch in an sich bem kannter Weise in die beiden Spulen 2 und 3, die irn Ein- und Ausgangskreis eines Transistors 5 liegem Dabei wird die im Ausgang des Transistors liegende Motorspule 3 von einer Trockenbatterie 6 gespeist, sobald die Generatorspule 4 von Strom durchflossen ist. 7 bedeutet einen bereits vorgeschlagenen Ohmschen Widerstand zur Unterdrückung der Schwingneigung. Dieser Widerstand kann unter Umständen gleichzeitig als Heißleiter in ebenfalls vorgeschlagener Weise ausgebildet sein und zur weiteren Verbesserung der Temperaturkompensation dienen.
• Beide Spulen 3 und 4 besitzen die gleiche Länge und eine derartige Bemessung, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser etwa 5 beträgt. Da nämlich der Isochronismus des Pendels irn wesentlichen von der Kürze und Schärfe der Antriebsimpulse abhängt, ist es vorteilhaft, wenn die Spulen möglichst kurz sind; andererseits wird der Wirkungsgrad um so besser, je länger die Spulen sind, daher muß zwischen beiden Forderungen ein optimaler Kompromiß gesucht werden. Aus diesem Grunde sollte, wie Versuche ergeben haben, das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spulen etwa zwischen 1,5:1 und 10:1 liegen.
• Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Ausführungsbeispiele, in mannigfacher Weise abgeändert werden können. An Stelle des Transistors können beispeilsweise andere schaltende und/oder verstärkende steuerbare Halbleiteranordnungen treten. Das Pendel kann durch eine Unruh od. dgl. ersetzt sein. Es können mehrere Spulen vorhanden sein.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Durch eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Transistorschaltung, kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystern für zeithaltende Geräte, z. B. Uhren, Gangregler oder Frequenznormale, mit durch Relativbewegung zueinander in irnpulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis befindlichen, mindestens zwei konzentrisch zueinander und eng benachbart angeordneten vorzugsweise festen Spulen und einem vorzugsweise schwingenden Magneten, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer sehr engen Kopplung der Spulen diese so bemessen und räumlich zueinander angeordnet sind, daß der Ein- und Ausgangskreis der elektronischen Schaltung eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen und daß die im Ausgang der elektronischen Schaltung liegende Motorspule außerhalb der im Eingang befindlichen Generatorspule angeordnet ist.
2. 2. Durch eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Transistorschaltung, kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystem für zeithaltende Geräte, z. B. Uhren, Gangregler oder Frequenznormale, mit durch Relativbewegung zueinander in impulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis befindlichen, mindestens zwei konzentrisch zueinander und eng benachbart angeordneten vorzugsweise festen Spulen und einem vorzugsweise schwingenden Magneten, dadurch gekennzeichnet, daß bei sehr enger Kopplung der Spulen diese so bemessen und räumlich zueinander angeordnet sind, daß der Ein- und Ausgangskreis der elektronischen Schaltung eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen und daß mindestens zwei Spulen des Ein- und Ausgangs der elektronischen Schaltung abwechselnd ineinandergewickelt sind, wobei die innerste Lage der im Eingang liegenden Generatorspule innen liegt. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spule in ihrer ganzen Länge konzentrisch zur anderen Spule liegt, wobei vorzugsweise beide Spulen in an sich bekannter Weise gleich lang sind. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spulen zwischen etwa 1,5:1 und 10:1 liegt. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spule und/oder der Magnet derart durch Verschiebung justierbar angeordnet ist, daß der Zeitpunkt des Impulsanstiegs einstellbar ist. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ein-und/oder Ausgangskreis der elektronischen Schaltung in an sich bekannter Weise ein Ausgleichsglied, insbesondere ein Parallelwiderstand zur Spule, zugeordnet ist, welcher geeignet ist, Eigenschwingungen der Rückkopplungssehaltungsanordnung zu unterdrücken. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1090 564; französische Zusatzpatentschrift Nr. 65 772 (Zusatz zur französischen Paten.tschrift Nr. 1092 411); Annales frangaises de Chronom6trie, 1942, Nr. 3 und 4, S. 161 bis 163, 188 bis 192.