DE1523899A1 - Teil einer elektrischen Uhr mit Schwingregler - Google Patents

Description

EBAUCHES S.A., Neuchatel, Schweiz

Teil einer elektrischen Uhr mit Schwingregler

Die Erfindung betrifft ein Teil einer elektrischen Uhr mit üchwingregler, in dem elektrische und elektromagnetische Mittel die Schwingung dieses Schwingreglers aufrechterhalten, wobei diese Mittel wenigstens zwei Magnete und zwei Spulen umfassen, die kurzzeitig von einem elektrischen Strom durchlaufen werden. Die /.Relativbewegung wenigstens einer dieser Spulen in Bezug auf die Magnete ist dazu geeignet, Antriebsimpulse für den Schwingre-'/ler hervorzurufen. In diesem Uhrteil bilden die Spulen Teil eines elektronischen Transistorschaltkreises, der wenigstens einen widerstand und einen Kondensator aufweist»

Dieses Teil einer Uhr zeichnet sich dadurch aus, daß während der normalen Bewegung des Schwingreglers der Widerstand und der Kondensator im Kreis eine Zeitkonstante mit einem derartigen

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Wert hervorrufen, daß die ladung des Kondensators die Vorspannung der Transistorsperrung auf einem variablen, jedoch ausreichend hohen Wert hält, um ihn daran zu hindern, unter der Wirkung von elektrischen Sekundärimpulsen des gleichen Vorzeichens, die allerdings "bezogen auf die elektrischen Antriebsimpulse phasenverschoben sind, leitend zu werden, wobei diese Impulse allein den Transistor öffnen können, wenn der Kondensator teilweise entladen ist, so daß beim Ingangsetzen der Ladungsstrom des Kondensators den Anlaßimpuls für den Schwingregler erzeugt. Da dann der vorgenannte Kondensator noch nicht geladen ist, lassen diese Sekundärimpulse den Transistor leitend werden und tragen aus diesem Grunde kurzzeitig zur Anfangsbeschleunigung des Schwingreglers bei.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Teil der Regeleinrichtung des Teiles einer elektrischen Uhr in der Ansicht.

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3, 4 und 5 stellen schematisch verschiedene Phasen der Relativbewegung eines beweglichen Teiles der Regeleinrichtung, bezogen auf ihren unbeweglichen Teil, dar₀

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Pig. 6 zeigt, in Abhängigkeit von der Zeit, ein Impulsdiagramm.

Fig. 7 ist das Schema eines elektrischen Antriebskreises für den in den Pig. 1 und 2 dargestellten Schwingregler, und

Pig. 8 stellt die SpannungsSchwankungen als Punktion der Zeit zwischen zwei Punkten des Schaltkreises nach Pig. 7 dar.

ITach Pig. 1 weist die !Regeleinrichtung oder die Unruhar sich jeweils gegenüberliegende Magnete 1, 1' und 2, 2' auf, die selbst paarweise fest mit drehbar auf einer Welle 5 aufgebrachten Platten 4 verbunden sind; die Unruhe ist der Wirkung einer nicht dargestellten Rückstellfeder ausgesetzt.

Zwei koaxiale Spulen 6 und 7 lait einem Selbstinduktionskoeffizienten L-. und Lp sind fest mit der Unruhe verbunden und sind mit ihren Achsen parallel zur Achse der 'Teile 5 angeordnet, und zwar so, daß ihre ',/indungen die parallelen Kraftlinienbündel der magnete 1-1' und 2-2' schneiden, wobei diese Bündel um die Achse der Welle ο entsprechend der Amplitude und der I-eriode der Unruhe beweglich sind. Anstatt übereinander, wie im dargestellten Beispiel, können die Spulen 6 und 7 eine innerhalb der anderen angeordnet sein, oder sie können dachziegelartig ineinander durch gleichzeitige Umwicklung angeordnet sein. Die Polteile 3 und 3' verbinden jeden der beiden Pole mit entgegengesetztem Vorzeichen der Ilagnete 1 und 2 einerseits, 1' und 2¹ andererseits, so daß

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die Unruhe ein magnetisches, über die beiden Luftspalte 1-1' und 2-2· geschlossenes Feld trägt, wobei diese jeweils nacheinander die Windungen der Spulen 6 und 7 überstreichen.

Die Unruhe ist im Schnitt in Pig. 2 beim Durchgang durch ihre Gleichgewichtslage dargestellt, die Magnete 1, I¹ und 2, 2¹ sind symmetrisch .zu den Spulen 6 und 7 angeordnet. Die Magnete" paare 1, 1' und 2, 2* sind in der Nähe des Randes der Platten befestigt, so daß sie mit maximaler lineargeschwindigkeit die Windungen der genannten Spulen überstreichen. Die in der Mitte der Spulen 6 und 7 entstehenden Änderungen des Flusees und die induzierten Spannungen können in drei wesentliche- Phasen entsprechend den verschiedenen relativen Lagen des Magnetfeldes der Magnete 1-1' und 2-2' zu den Spulen 6 und 7» wie in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt, zerlegt werden. Nach Fig. 3 beginnt das Magnetfeldbündel 2-2' einen Teil der Spulen zu überstreichen, um dann, siehe Fig. 4, in die Gleichgewichtslage der Unruhe zu kommen, wobei die Windungen der Spulen 6 und 7 das Maximum der Kraftlinien des magnetischen Feldes schneiden; in Fig. 5 schließlich entfernt sich dieses Feld von den Spulen, lediglich das Bündel 1-1' wirkt noch auf einen Teil hiervon.

Diese verschiedenen Phasen der Bewegungen rufen im Kreis der Spulen 6 und 7 Impulsspannungen hervor, wie in der Fig. 6 dargestellt.

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Eine Analyse der Fig. 6 zeigt den aufeinanderfolgenden Verlauf von drei Impulsen, die bei jeder Halbperiode der Unruhe auftreten, nämlich einen Hauptimpuls O oder O¹, der zwischen zwei Sekundärimpulse B, A oder A¹, B¹ mit umgekehrtem Vorzeichen zu dem des Hauptimpulses der gleichen Spur eingefügt ist. Die Sekundärimpulse des Typs A, A¹ entsprechen der Bewegungsphase nach Pig. 3, die Sekundär impulse vom Typ B, B¹ entsprechenjder Bewegungsphase nach Pig. 5. Dagegen entsprechen die Hauptimpulse vom Typ C, C, die positiv oder negativ entsprechend der Richtung der HaIbschwingung der Unruhe sein können, und von größerer Amplitude als der der Sekundärimpulse sind, dem Durchgang durch die Gleichgewichtslage (Pig. 4), wo die beiden Magnetfeldbündel gleichzeitig durch die Windungen der Spulen 6 und 7 geschnitten werden.

Unter den Impulsen nach Pig. 6 sollten nur die für die Antriebsbewegung des Schwingreglers brauchbaren und notwendigen ausgewählt werden. Hierinbesteht eine der Punktionen des in Pig. 7 dargestellten elektrischen Kreises, der eine Gleichstromquelle, z.B. eine Batterie, aufweist, deren negativer Pol 8 mit dem Emitter 9 eines Transistors T vom Typ η,ρ,η verbunden ist; dessen Kollektor 10 ist mit dem Ende 11 der Spule 6 verbunden, ihr anderes Ende 12 ist mit dem positiven Pol 13 der gleichen Stromquelle verbunden. Die Basis 14 des Transistors T liegt ebenfalls bei 13 über die Spule 7, die die Enden 15 und 16 besitzt, in Reihe mit einem Kondensator 17, der Kapazität C. Der Kreis be-

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sitzt weiterhin einen Widerstand 18 mit dem Ohm¹ sehen Wert R," der zwischen die positive Klemme 13 der Stromquelle und das ■ Ende 15 der Spule 7 geschaltet ist, d.h. parallel zur Anordnung 7» 17 aus Spule und Kondensator. Weiterhin liegt ein zweiter Kondensator 19 mit der Kapazität C zwischen Kollektor und Basis 14 des Transistors T. Dieser Kondensator 19 dient zur

der Schwingung
8ÄftM±KgaKS«Dämpfung/im Schaltkreis, die sich sonst bei seiner Eigenfrequenz einstellen würde, was darauf "beruht, daß die gegeneinander angeordneten Spulen 6 und 7 einen bestimmten gegenseitigen Induktionskoeffizierten besitzen. Der Kondensator phasenverschiebt die Spannungen der Spulen bei dieser hohen Frequenz in ausreichender Weise, bleibt jedoch ohne Wirkung auf die Impulse bei sehr niedriger Frequenz, die allein verwandt werden.

Setzt man den Schaltkreis nach Mg. 7 unter Spannung, so wird die Unruhe in ihrer Gleichgewichtslage, wie in den Pig. I und dargestellt, angehalten, in der die Magnete 1, l^f und 2, 2¹ symmetrisch zu den Spulen 6 und 7 angeordnet sind. Genau zu dem Zeitpunkt, wo der Schaltkreis über die Stromquelle geschlossen wird, ist der Kondensator 17 noch entladen, d.h. die Spannung an seinen Klemmen ist gleich Null, und die unter sich verbundenen Punkte 14, 15 und 16 sind plötzlich dem Potential des positiven Pols 13 ausgesetzt. Diese Vorspannung bewirkt ein Leitendwerden des Transistors, ein Strom fließt infolgedessen vom positiven Pol 13 über die Spule 6 zum Kollektor 10

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und Emitter 9 und weiter zum negativen Pol 8 der Stromquelle. Zur gleichen Zeit ruft der Strom einen ebensolchen im Kreis der Basis 14 des Transistors hervor, der den Kondensator 17 über die Spule 7 lädt, was die positive Vorspannung der Basis des Transistors T vermindert und den Kollektorstrom sehr sohneil fallen läßt. Dieser stellt sich auf einen sehr geringen Wert ein, wenn die Ladung des Kondensators 17 das Potential der Basis 14 auf einen Wert bringt, der dem der Schwelle beim Leitendwerden des Transistors T benachbart ist.

Wird der Kreis unter Spannung gesetzt, so bewirkt der Anfangsimpuls beim Durchgang durch die Spulen 6 und 7 die Induktion eines magnetischen Feldes, das mit dem Feld der Magneten 1, I¹ und 2, 2' gekoppelt eine Verschiebungskraft der Unruhe" erzeugt.

Die Verschiebung der Unruh^ und des Magnetfeldes, mit dem diese fest verbunden ist, wiederum ind.uziert in der Spule 7 eine Spannung von geringem Wert, die aber ausreicht, um kurzzeitig die Leitung des Transistors auszulösen, der ja bis in die Nähe der Schwellwertleitung vorgespannt ist. Diese induzierte Spannung ist also verstärkt und liefert einen Antriebsimpuls für die Spule 6.

Der eben beschriebene Vorgang ruft ein Selbstanlaufen der Unruhe hervor.

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Der Schwingregler wird zwar durch elektromagnetische Impulse angetrieben, jedoch nur die positiven entsprechend der Schaltung nach Fig. 7 sind dazu geeignet, den Transistor zu öffnen und leitend zu machen, die negativen Impulse (in Pig. 6 mit strichpunktierten linien dargestellt) führen zu keiner Antriebsenergie.

Dies ist übrigens eines der wesentlichen Ziele der Erfindung. Der beschriebene Schaltkreis bewirkt, daß während des Normalganges der Reglereinrichtung die positiven Sekundärimpulse vom· Typ A¹," B¹ (Fig. 6) nicht wirksam werden, die bei jeder Halbperiode nach oder vor dem positiven Hauptantriebsimpuls induziert werden. Diese besondere Eigenschaft des Schaltkreises nach Fig. 7 erklärt sich wie folgt:

Beim normalen Betrieb, lädt bei jedem am Kollektor 10 des Transistors T ankommenden Impuls der Basisstrom des Transistors den Kondensator 17, bis eine Spannung, die - gemessen an den Klemmen in der Nähe der Spannung des Speisekreises liegt, erreicht ist. Dieser Kondensator 17 entlädt sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen über den Wideretand 18, und zwar nach einer Exponentialfunktion, die die Zeitkonstante £= CR bestimmt. Auch werden die Werte R und 0 nach der Erfindung so gewählt, daß die Zeitk'onetante V> . bezogen auf die Periode der zu verstärkenden Impulse groß ist. Daraus folgt dann, daß die an den Klemmen des Kondensators 17 verbleibende Spannung hinsichtlich der Spannung

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der Sekundärimpulse A¹, B' ausreicht, damit die Vorspannung kein Öffnen des Transistors ermöglicht. Da der LeitungsschveLlenwert des Transistors auf Grund von Impulsen mit geringer Amplitude nicht erreicht wird, wie dies bei den Sekundärimpulsen A¹ und B¹ der Fall ist, werden letztere (in 6 gestrichelt eingezeichnet) nicht verstärkt;

Hach einer Zeit von etwa einer Halbperiode,entsprechend dem Auftreten des Impulses B¹, nachdem dieser Impuls ohne Wirkung auf die Leistungsverstärkung des Transistors geblieben ist, trifft ein Impuls 0 (in Pig. 6 vollausgezogen gezeichnet) auf. Hierdurch wird der Transistor auf Grund der Tatsache leitend, daß der Kondensator 17 sich weiterhin während dieser Halbperiode entladen hat und daß in dem betrachteten Zeitpunkt seine verbleibende Ladung keinerlei hinderliche Wirkung auf die Spannung des Hauptimpulses C (Pig. 6) ausübt, wobei diese Spannung ja allein die Leitung von T zustandebringt. Hierdurch wird also ein Antriebsimpuls über die Spule 9 erzeugt, gleichzeitig lädt der Kondensator 17 sich von neuem.

Der Kondensator 17 und seine besondere Zeitkonstante hindern also mit anderen Worten jeden Sekundärimpuls, der zu den Hauptimpulsen phasenverschoben ist, daran, den Transistor in Gang zu

wären bringen, so daß die Sekundär impulse - xäfcEKHit sie vom gleichen Vorzeichen wie der Hauptimpuls - unwirksam gemacht werden. Die vorgenannten Tatsachen ergeben eich explizit aus der Pig. 8,

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die als Funktion der Zeit die Form der variablen Spannung U zeigt, die zwischen Emitter 9 und Basis 14 des Transistors T auftritt. In dieser letztgenannten figur entspricht der Ordinatennullpunkt dem des Emitterpotentials. Die aufeinanderfolgenden Spannungsspitzen a¹, c^f, b^f, "b, c, a treten gleichzeitig wie die Impulse A¹, O¹, B¹, B₁ C, A nach Fig. 6 auf. Die strichpunktierte Horizontale der positiven-.Ordinate zeigt den Leitungsschwellenwert des Transistors T, der nur durch die Spannung XS_n (Spitze c Fig. 8) entsprechend dem Hauptimpuls C (Fig. 6) erreicht wird. Weiterhin beruhen die Spannungen auf ladungen und Entladungen des Kondensators 17,was klar im aufeinanderfolgenden Schwingungsverlauf dieser Spannungen erkenntlich wird.

Die Kapazität des Kondensators 17 ist im wesentlichen eine Funktion des Verstärkungskoeffizienten ß des Transistors Tj bei^den allgemein in dem erfindungsgemäSen Uhrteil verwandten Unruhen jedoch und beim verwandten Transistor T liegt die Kapazität des Kondensators 17 vorzugsweise zwischen 0,4 Ii F (ß groß) und 1,5 U F (ß klein). Der Widerstand 18 kann einen Ohm'sehen Wert zwischen 2,5 und 4 Mohm besitzen, so daß man

Werte

für die erwähnte Zeitkonstante / entsprechend 1 bis 6 Sekunden zulassen kann (1 Sek. ^, £ ^ 6 Sek.). Ist andererseits t die Periode des Schwingers, so lehrt die Erfahrung, daß ζ~ Minimum wenigstens gleich 3,5 t sein muß, damit die Vorspannung nicht zu stferk von einem Impuls zum nächsten variiert.

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Die Tatsache, daß jeder Antriebsimpuls beseitigt wird, der bezogen auf den Durchgang der Unruhe durch ihre Gleichgewichtslage phasenverschoben ist, ist zur Irreichung der maximalen Leistung der Anordnung der Vorrichtung günstig, wobei die Antriebsimpulse in dem Moment erzeugt werden, wo das magnetische, die Spulenwindungen schneidende Feld maximal ist (Pig. 4), und auch weil bei gesperrtem Transistor bei Auftreten von Sekundärimpulsen und zwischen den verschiedenen Impulsen der Stromverbrauch bis auf den Verluststrom des Transistors, der selbst sehr gering ist, vermindert wird. Diese Besonderheit ist übrigens für den Isochronismus des Uhrwerks günstig und erlaubt, dieses durch

der Unruhe Impulsverschiebung relativ zur Gleichgewichtslage/zu regeln.

Wenn auch die Sekundärimpulse beim Normalbetrieb des Schwingreglers unwirksam sind, so ist dem zum Zeitpunkt des Anlaufens nicht so, wo die ersten positiven Sekundärimpulse A' und B¹ den Transistor T kurzzeitig leitend werden lassen, und daher während einer kurzen Zeit zum In-Bewegung-Setzen der Unruhe durch eine zusätzliche, wenn auch vorübergehende Energiezufuhr beitragen. Diese Besonderheit der beschriebenen Einrichtung muß als zusätzlicher Vorteil der Erfindung gewertet werden, da sie dazu beiträgt, den Regler schneller auf seinen normalen Betriebsgang zu bringen.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Teil einer elektrische^ Uhr mit Schwingregler, in dem elektrische und elektromagnetische Mittel die Schwingungen dieses Reglers unterhalten, wobei diese Mittel wenigstens zwei Magneten und zwei kurzzeitig von einem Strom durchlaufene Spulen aufweisen und die Relativbewegung wenigstens einer dieser Spulen zu den Magneten geeignet ist, Antriebsimpulse für die Unruhe hervorzurufen, und wobei diese Spulen Teil eines elektronischen Transistorkreises mit wenigstens einem Widerstand und einem Kondensator bilden, dadurch gekennzeichnet, daß während dem normalen Betrieb des Reglers der Widerstand und der Kondensator im Kreis eine Zeitkonstante mit derartigem Wert einführen, daß die ladung des Kondensators'die Vorspannung der Transistorsperrung auf einem variablen, jedoch ausreichenden'Wert hält, um ein Leitendwerden unter der Wirkung von elektrischen Sekundärimpulsen von gleichem Vorzeichen zu verhindern, die aber in Bezug auf die elektrischen Antriebsimpulse phasenverschoben sind, und die allein diesen Transistor öffnen können, wenn der Kondensator teilweise entladen ist, so daß beim Ingangsetzen der ladestrom des Kondensators den Anlaßimpuls für den Regler erzeugt, und d.aß dann bei geladenem Kondensator diese Sekundär impulse den Transistor leitend werden lassen und aus diesem Grunde kurzzeitig zur Anfangsbeschleunigung des Schwingreglers beitragen.

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2. Teil einer Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zeitkonstante wenigstens gleich dem 3,5-fachen der Periode dieses Reglers ist.

3. Teil einer Uhr nach einem oder beiden der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zeitkonstante zwischen 1 und 6 Sekunden liegt.

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