DE1673728A1 - Zeitwerkantrieb - Google Patents

Description

PATfcNTANWALT DIPL.-INQ. JOACHIM STRASSE HANAV/ · RUMERSTR. 19 ■ POSTFACH 7M ■ TELlMUI· THLEORAMMt: HANAV/ΓΑΤΕΝΤ · TtLEX:

P 16 73 728.3-52 19. Juni 1970

Citizen Tokei Kabushlkl Kalsha Str-Zo/Jg - 8430

Tokio, Japan

Zeltwerkantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Zeltwerkantrieb mit einer elektronischen Antriebsstufe und einem anzutreibenden Teil, wie zum Beispiel einen mechanischen Vibrator, und Ist besonders für den Einsatz In Taschenuhren, Weckeruhren und ähnlichen Ze Itanzelge-Geräten geeignet.

üeI bekannten ZeItworkantrleben Ist ein Dauermagnet mit einem mechanischen Vibrator oder einem DrehtelI verbunden. In einer Regel- und einer Antriebsspule auf der Eingangs- bzw. Ausgangsseite eines elektronischen Verstärkers werden die für das Zeltwerk des Vlbratorantrlebs benötigten Spannungen Induziert. Die ZeItwerkantrlobe arbeiten entweder mit einer In der Spule Induzierten, sinusförmigen Spannung oder mit SpannungsImpuI sen definierter Breite, deren Perlode im wesentlichen vorgegeben Ist.

üeI der ersten Betriebsart wird pro Perlode einmal eine Antriebskraft auf den Vibrator ausgeübt. Die stromführende Phase der Antriebsstufe dauert dabei verhältnismäßig lange, und der resultierende Antriebsdrehwinkel Ist dementsprechend groß. Das Ergebnis Ist ein geringer Wirkungsgrad der Antriebsstufe, da die für den Antrieb unwirksamen Stromkomponenten stark anwachsen. 009887/0469

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NqI» Unterlagen (Art, Τ11 Ab·. 2 Hr. 1 8tfe 14m XndwunuaM. * lUMR

Die Verwendung eines kleinen Antriebsdrehwinkels 1st eine notwendige Forderung für die Stabilisierung der Antriebsporiode.

Die zweite der voranstehend beschriebenen Betriebsarten ermöglicht keine vollständige zweifache Teilung der Antriebskraft während einer Perlode. Die Nachteile einer Instabilen Wirkungsweise, verursacht durch die unregelmäßige Kurvenform der In den Spulen Induzierten Spannungen und von Schwankungen der Umlaufzelt zufolge von Temperaturänderungen, werden durch die vorliegende Erfindung vermieden.

Ein weiteres Merkmal der bisher üblichen Antriebsstufen ist das Starten durch Selbsterregung. Mach der Arbeitsweise zwischen Antriebsstufe und mechanischem Vibrator werden zwei Haupttypen unterschieden. Im ersten Fall Ist die Schwingungsperlode der Antriebsstufe gleich der des mechanischen Vibrators, während sie im zweiten Fall von dieser Differiert. Ein Starten durch Selbsterregung ist Im ersten Fall leicht realisierbar. Das dabei auftretende beschleunigte Anwachsen der Schwingung ist mit einem höheren Stromverbrauch verbunden. Auch Im zweiten Fall Ist der Stromverbrauch zur Verwirklichung eines Startens durch Selbsterregung sehr hoch. Ein weiterer Nachteil ist das verzögerte Anwachsen der Schwingung zu Beginn der Bewegung,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gebildet aus einem elektrischen Zeltwerk und einer'elektronischen Antriebsstufe, ist der Stromverbrauch auch bei sehr langer Betriebsdauer sehr gering, so daß eine Kleinbatterie als Stromquelle verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Antriebskraft bei Erreichen der maximalen induzierten Spannungsamplitude auftreten und dadurch ein leichtes und schnelles Starten durch Selbsterregung bei geringem Stromverbrauch verwirklicht. Der Zeitwerkantrieb ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Antriebskraft während Jeder

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Schwingungsperiode zweiffiel auftritt und somit der Schwingungswinkel möglichst klein gehalten ist. Die dabei entstehenden, für don Antrieb unwirksamen Stromkomponenten sind von geringer Gruße. Die gewünschte Antriebsweise des Zeitwerks erfolgt unter sehr stabilen Betriebsbedingungen. Ein weiterer Vorteil des erf IndungsgomSßen Zeitwerks ist die Verwendung eines astabilon Multivibrators in der Antriebsstufe. Das erwünschte schnelle Starten durch Selbsterregung ist durch die leicht herstullbaro Synchronisation zwischen MuItivibratorschwlngung und einer periodischen Süßeren Schwingung zuverlässig verwirklicht. Aus diesem Grunde ist das Anbringen eines Selbstanlassers, der bei vielen bekannten .Bauarten vorhanden ist, nicht notwendig.

Vorteilhafterweise wird die Zeitkonstante des vorwendeten Multivibrators sehr groß gewählt, so daß die unwirksamen Stromkomponenten bei Antrieb eines Unruhemotors durch diesen fließen.

Das zweimalige Auftreten der Antriebskraft während einer Periode bewirkt eine sehr kurze stromführende Phase der Antriebsstufe und daher senr geringen Stromve^?rauch der ©rfIndungsgemSBen Bauart. Die kurze stromführende Phase st^ijjert das weiteren wesentlich αβη Wirkungsgrad und die Stabilität der Antriebsstufe gemäß des Theorems von AIRY.

Vorzugsweise wird dl· Frequenz der Anfriebsstufe, die das Anwachsen der Schwingung in der Startperiode durch Selbsterregung beschleunigt, erhöht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmögiichkeifen ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. I einen Schaltplan einer Ausführungsform einer Antriebsstufe mit den wesentlichen ElektronenbautelJen des Zeitwerks,

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FIg. 2 einen Seitenriß der wichtigen Bestandteile eines Unruhemotors,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Schnittlinie IN-MI in Fig. 2, Flg. 4 eine perspektivische Ansicht des Unruhemotors, eines

Ankerhebels und einer Antriebssperre und die Schaltung der Antriebsstufe der Fig. 1, ·

Fig. 5 (a) (b) und te) drei verschiedene Positionen der Unruhe-Magneten und einer Spule und die Abhängigkeit der induzierten Spannung und des Schwingungswinkels von der Zeit,

Flg. 6 einen Trans Istor-DasIsstrom In Abhängigkeit von einer dazugehörigen OasIs-Emltter-Spannung,

Flg. 7 die Schaltung einer herkömmlichen Antriebsstufο zum Vergleich,

Fig. 8 eine Anzahl von Spannungs- und Stromkurven der beiden in den Flg. 1 und 4 dargestellten Transistoren,

Flg. 9 verschiedene gemessene Spannungen, die einen Vergleich mit schon bekannten Dauerten ermöglichen,

FIg. 10 einen schematischen Seitenriß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bestehend aus einem mechanischen Vibrator, der mit einer umkehrbaren Antriebssperre magnetisch gekoppelt ist, und den schematischen Schaltplan einer dazugehörigen Antriebsstufe

Fig. ti eine perspektivische Ansicht des Vibrators der Fig. 10,

Fig. 12 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bestehend aus einem kleinen Gleichstrom-Motor, Transini ss ionsg I ledern und einem herkömmlichen Unruhewerk,

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Fig. 13 eine perspektivische Ansicht räumlich auseinandergezogener Bauteile der in FIg. 12 gezeigten Ausföhrungsform,

Fig. 14 den elektrischen Schaltplan für den Betrieb mit einem Gleichstrom-Motor und

Fig. 15 die Spannungskurven mehrerer Meßpunkte des Schaltkreises der Fig. 14.

'Wie Fig. 1 zeigt, ist die Basiselektrode eines Transistors 1 Über einen Kondensator 5 mit der Kollektorelektrode eines Transistors 2 und in ähnlicher Weise die Basiselektrode des Transistors 2 über einen Kondensator 6 mit der KcIIektoreIektrode des Transistors 1 verbunden (Verbindungen 100 bzw. 101). Die Emitterelektroden der beiden Transistoren liegen auf Masse. in der Kollektorstrecke des Transistors 1 befindet sich eine Induktivität 3, die in Serie mit einem Basiswiderstand 8 des Transistors 2 geschaltet ist. in analoger Welse liegt in der Kollektorstrecke des Transistors 2 eine Induktivität 4 in Serie nit einem Basiswiderstand 7 des Transistors 1. Die induktivitäten und 4 sind gegengleich gewickelt, so daß die in ihnen induzier— ten Spannungen in Gegenphase zueinander liegen, und haben die Form einer Scheibe (s. Flg. 2 und 3). Die Verbindungsstrecke der beiden Basiswiderstände 7 und 8 ist über einen Handschalter 9 mit dem Pluspol einer Batterie 10 verbunden, deren Minuspol auf Masse ilegt.

Flg. 2 zeigt einen Unruhemotor, dessen Welle 11 in den Lager-Stellen 109 und 110 drehbar gelagert Ist. Auf der Welle 11 sitzen die Scheiben 13 und 14 des Unruhewerkes. Zwei Paare von zylindrischen Dauermagneten 17, 18 und 19, 20 sind auf den Scheiben 13 und 14 derart angeordnet, daß sich jeweils Nord- und Südpol gegenüberliegen.

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Die zueinander parallelen Scheiben 13 und 14 sind aus romanentem Magnetmaterial gefertigt, während dio Dauermagneten 17 - 20 aus permanentem Magnetwerkstoff, wie z. D, Ferrit, bestohen.

Am Rande der oberen Scheibe 13 und der unteren Scheibe 14 ist jeweils ein Ausgleichsgewicht 15 und 16 angebracht.

Wie aus den voranstehenden Ausfuhrungen folgt, bilden die Bauteile 17, 18, 14, 20, 13 einen geschlossenen magnetischen Kreis, bei dem die einander gegenüberliegenden sowie die auf derselben Scheibe befindlichen Magnete jeweils entgegengesetzte Polarität aufweisen, so daß hohe Magnetfeldstarken in den Luftspalten der Magnetpaare 17, 18 bzw. 19, 20 herrschen.

Die scheibenförmigen Spulen 3, 4, weiterhin als die Schotbenspule bezeichnet, sind auf einem Tragarm 23 montiert, der mit einer nur ausschnittsweise eingezeichneten Selenplatte 11t in Verbindung steht. Die Scheibenspule ist exzentrisch und in einer bestimmten Höhe des Schaftes 11 angebracht, um die Luftspalten der Magnetpaare 17, 18 und 19, 20 durchsetzen zu können. Die Exzentrizität der Anordnung verhindert interferenz zwischen der Schwingungsbewegung der Scheibenspule und der des Unruherades.

Die Zahl der Spulenwindungen der Spulen 3 und 4 ist gleich groß, und die Scheibenspule wird vorteilhafterweise durch das gleichzeltige Aufwickeln zweier isolierter KupferdrShte hergestellt.

Das eine Ende einer Unruhefeder 12 ist am Schaft M und das andere Federende an einem Bolzen 112 befestigt.

Die Unruhefeder hat die Aufgabe, das Unruherad stets in seiner Gleichgewichtslage festzuhalten und die gewünschte Geschwindigkeit zu regeln« Die gegenseitige Lage der Dauermagneten und der Scheibenspule liefert maximale Magnetfeldstärken in den Luft« spalten in der Gleichgewichtslage des Unruherades.

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üio weiteren Ausführungen beziehen sich auf Fig. 4, die einen Hebel und eine Antrlebssporre der in Fig. 2 dargestellten voi— liegenden Erfindung zeigen.

■"as schwingende Unruhrerad erzeugt ein Drehmoment. Üie Bewegung der· ünruhcTodes wird dazu auf einen Hebel 24 und anschließend auf οi η Lporrad 25 übertragen, das schrittweise in Drehrichtung geschaltoi wird. Üio Übertragung dor Drehung des Sperrades 25 orfclgt iibor einen Cchaft 2Γο auf oin Antriebsr1tzel 26 und von dort auf ein Zahnradgetriebe des Zeitwerks (nicht eingezeichnet In Fk).4).

Die Richtung der Drehmomentübertragung ist umgekehrt wie bei den bekannten mochanI sehen .Bauarten dos Zcltwerks. Diese Antriebsart ist dem Fachmann als roverslerter Sperradnechanismus bekannt.

Dor ^r>chattptan der Antriebsstufe in FIg. 4 zeigt anstelle von festun Ku I Ioktorwidor ständen der Fig. i variable Widerstünde 21 und 22 in den Ko I Ioktorstrecken der Transistoren 1 und 2. Diese ermöglichen eine manuelle Einstellung des Schwingungswinkels des Unruherüdes.

üie variablen MderstSnde ?1 und 22 in den Koilektorstrocken sind an die Verbindungspunkte der Kondensatoren und der Antriubsspulen angeschlossen. Die einstellbaren Widerstünde 2! und 22 gehören nicht zu den Schaltkreisen, die die Vorspannung der Transistoren beeinflussen. Da dor Spannungsabfall des Kollektor- oder Antrieösstromos an Ende dos variablen Widerstandes, resultierend aus dem StrondurcTfIuß,- die Höha dor Vorspannung nicht beeinflußt, sind die einstellbaren Widerstünde 21, 22 entsprechend der Größe des Kollektorstromes ausgelegt. Die Schwingungsamplitude des Unruherados «<lrd durch Einstellen der Größe der ./iderstände 21, 22 veriindert.

Die Transistoren 1 und 2 sind S i HzI u«n-Trans I stören von NPN-Typ. Die Basis-, Emitter- und KoJlektorelektrode werden mit den Buchstaben b, e und c gekennzeichnet. Die zufolge der Bewegung des Unruherades induzierten Spannungen In den gegengleich gewickelten Spulen «.eigen eine Phasenverschiebung von 180°. Die KoI lektoi—

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«· Q a.

elektroden der beiden Transistoren 1 und 2 sind durch die Kondensatoren 5 und 6 mit dein Basiselektroden der Transistoren 2 und verbunden.

Die Kondensatoren 5 und 6 bestimmen zusammen mit den Widerständen 7 und 8 die Zeltkonstanten der Schaltkreise.

deginnt das Unruherad zu schwingen (s. Fig. 2 und 3), so wird zufolge der Änderung der Magnetfe f dstiirke in den Luftspalten der Magnefpaare 1/, 18 und 19, 2ü Wechselstrom in den Spulen 3, 4 i nduz iert.

Zur näheren Beschreibung dieses Vorgangs sind drei Stellungen a~l, a-2, a-3 des In Uhrzeigersinn sich drehenden Unruhorades in Fig. 'Ja festgehalten. Die induzierte Spannung Kann nach der Formel θ ■ BNI ν errechnet werden.

Es ist

U ■ magnetische Flußdichte In Wb/m N - Anzahl der effektiven Spulenwindungen I ■ effektive Spulenlänge in m

ν · Relativgeschwindigkeit eines Magneten In n/soc.

Triti zufolge der gegenseitigen Lage von Magnet und Spule kein magnetischer Wirdungsflu-3 auf, so wird keine dazu proportionale '-parinung induziert. Der Vergleich von (a) und (b) der Fig. 5 zeigt, daß in Stellung a-2 maximaler magnetischer Windungsfluß und rnöxirrale Drehgeschwindigkeit des Unruherades auftreten, dte rraxirr.ale Spannungs i r.dukt i on zur Folge haben.

In tier beiden Extrem I aceη a-ϊ und a-3 (s. Fig. 5) betrögt der regnetische V'i ndur.gs f I uf? die Hfclfte des Maximalwertes der Stellung a-2. Fig. 5 c zeict eine PolarItctsumkehr der Induzierten Spannung in den Extremlagen In bezug auf die Spannung in der Zentral lage a-2.

Die Spannung wird in Form von Impulsgruppen mit den Spitzen K, L und M bzw. M¹, L¹ und K¹ Induziert, wie schematisch In Flg. 5c dargestelIt ist.

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Werden anstelle der Spulen 3 und 4 Widerstände verwendet (siehe Fig. 1), so liegt die Schaltung eines astabilen Multivibrators vor, dessen Zeltkonstante bekanntlich durch das Produkt aus Kapazität (5 oder 6) und Widerstand (7 oder B) gegeben Ist. Die Zeitkonstante ist bei der vorliegenden Erfindung bedeutend größer als die Schwingungsperlode des Unruherades, wodurch dessen Beeinflussung durch die Antriebsstufe weitgehend vermieden wird. Praktische Werte sind z. D. 0,4 see für die Schwingungsperiode des Unruherades und 47 see für die Zeltkonstante des astabilen Multivibrators.

Bei geschlossenem Spannungsschalter 9 läuft ein Großteil des Stromes der Batterie 10 durch den Widerstand 7 oder θ und ein kleiner Betrag durch die Spule 3 oder 4 und den Kondensator 5 oder 6 zur Basiselektrode des Transistors I oder 2. Welcher der beiden Transistoren angesteuert wird, hängt von den Unterschieden In den Transistorkenndaten ab und Ist ohne Einfluß auf die vorliegende Erfindung.

Der Transistor 2 leitet z. B. während der ersten Halbperiode zu Schwingungsbeginn des Unruherades den Strom. Es bewirkt dann jede Lageänderung zufolge der Rückkopplungswirkung des Multivibrators eine Verschiebung des Arbeitspunktes des Transistors 1 in Richtung Sperrstellung.

Es fließt dabei Strom durch die Spule 4, und die dazu proportionale Antriebskraft bewegt das Unruherad in die entsprechende Richtung. Die dabei in den Spulen 3 und 4 induzierten Spannungen sind proportional zur Bewegung des Unruherades und weisen eine Phasendifferenz von 180 auf. Da der Transistor 1 weiterhin gesperrt bleibt, ist die Kollektorspannung Q_n. gleich der Summe aus Batteriespannung E und der induzierten Spannung. Bei leitendem Transistor 2 wird der Kondensator 5 entsprechend der in Fig. 1 eingezeichneten Polarität aufgeladen.

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In der darauffolgenden Halbperiode ändert das Unruherad seine Bewegungsrichtung und damit auch die induzierte Spannung ihre Polarität.

Die induzierte Spannung in Spule 4 hält über den Kondensator die Basiselektrode des Transistors 1 eine Zeitlang gesperrt, überschreitet die Bas Isspannung die Sperrspannung Vqc(o) (siehe FIg. 6) wird der Transistor 1 leitend, und es fließt Strom durch die Spule 3, der eine zusätzliche Ablenkung des Unruhorades auslöst.

Im selben Moment wird die Basiselektrode des Transistors 2 durch die Aufladung des Kondensators 6 negativ vorgespannt, und der Transistor sperrt. Der Kondensator 5 wird dabei geladen.

Aus den voranstehenden Ausführungen folgt ais wesentlicher Voi— teil der Erfindung, daß die Antriebsstufe in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Frequenz des Unruherades schwingt.

Die Transistoren sperren und leiten abwechselnd den Strom, so daß zweimal ein Antriebsmoment pro Schwingung auf das Unruherad ausgeübt w I rd.

Das Zusammenwirken des Multivibrators mit den möglichen Richtungsänderungen der Antriebskraft des Unruherades bewirkt eine sofortige Beschleunigung der Schw I ngungsbetfegung und somit das schnelle Erreichen einer stabilen Lage.

Die Antriebsstufe verwirklicht ein leichtes, schnelles und zuverlässiges Selbstanlassen der Anordnung durch die Schaltoperationen zufolge der Schwingungsperioden des Unruherades.

Verschiedene Spannungskurven bei stabilen Betriebsbedingungen sind in Fig. 8 aufgetragen. Die Abbildungen a, b und c, d zeigen die Zeitabhängigkeit der Kollektorspannung «_Cj, e_c_ und die Basisspannung e„. und e_Q„ der Transistoren 1 und 2. Zum Vei—

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gleich der erhaltenen Kollektorstromkurve (s. Flg. 8 Abb. a)
ist die eines Transistors einer herkömmlichen Antriebsstufe In Abb. f gegenübergestellt.

Die Uasiselektroden der Transistoren 1 und 2 sind Infolge des
Mittelwertes der Kondensatorgleichspannung V_c5 oder V_cß negativ vorgespannt. Überschreitet die Basisspannung die Sperrspannung V,.,.,.,, so fließt Basis*- und Kollektorstrom. UoI Erreichen einer büttigungsspannung V--. . durchfließt der KoIiektorstrom zweimal diu entsprechende Spul« während einer Sch*ingungsperiodo. Die üurchf luiSzeiton sind mit t. und t- bezeichnet (s. Fig. Q e).
Die Öffnungszeiten der Transistoren sind sehr kurz, und der
Antrieb des Unruherades erfolgt jeweils bei dessen maxinaler
Schwingungsgeschwindigkeit, so daß die Antriebskraft voll wirksam w| rd.

UoI den bekannten SchwIngungsantrlebsstufen steigt die unwirksame Stromkomponente r.it der Entfernung von Drohzontrun an, was mit einem Verlust verbunden ist.

Des weiteren kann bei diesen bokannton Antrsebsstufen die Zeitkonstante in Hinblick auf die ungünstige Betriebsweise am Bewegungsanfar.g nicht beliebig groß gewählt werden, da die orhaltenen dasisgegerspannungen für die gewünschte optimale Wirkungsweise urzureichend sind. Der Antriebsslron der bekannten Schaltungen folgt im wesentlichen dem in Fig. 8 f dargestellten Verlauf mit den UurchfIu3zoI ten t,, t. und t^. Cer Beitrag zur Antriebskraft wührend der Durchflußzeiten t. und t_ ist geringfügig.
Dazu kommt noch die Unstabil ItSt der Basisgegenspannung infolge der Temperatur- und Umgebungseinflüsse. Zahlreiche Messungen
zeigen des weiteren eine hohe Instabil ItSt der Ströme wührend
der Durchgangszeiten t- und t-, die sich auf die Antriebskräfte des Unruherades auswirkt.

Demgegenüber Ist die vorliegende Erfindung auf die Verwendung
einer beliebig großen Zeitkonstante In der Antriebsstufe gerlch-

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tot, um eine dementsprechend große Basisgegenspannung zu erzfeien, so daß ein Kollektoi— bzw. Antrlobsstrom fließt (schematisch In Flg. 8 e dargestellt), der die Antriebskraft während eines Arbeitsganges in zwei gleich großen Betrögen, bei kleinem Lrehwinkel des Unruherades, ausübt.

Die Einstellung der variablen Widerstände 21 und 22 regelt die Ko I Iektorstromverstärkung und somit den SchwingungswinkoI des Unruherades.

Beim Aufbau einer bekannten (s. Flg. 7) und einer erflndungsgomäßen Antriebsschaltung (s. Flg. 4) werden zu Vergleichszwecken Bauteile mit folgenden elektrischen Daten verwendet:

Transistoren : NPH-SMIcI urn-Trans I stör.

Typ 2 SC 476 Nippon Electric Company, Tokio

Spulen * : 3000 Windungen, Drahtstärko 12 u Widerstand ca. 4,7 kOhm Kondensatoren : 4,7 Mikrofarad, 6 Volt Glelchspan*-

nung

widerstände : 10 Megaohm

Dauermagneten : PlatIn-KobaIt-Legierung Magnetische Flußdichte: U - 6400 Gauß Magnetische Feldstärke: H - 5100 Oersted

ζ,
(dH)max. « 8,5 χ 10 Gauß χ Oersted riußcichte im Luftspalt: ca 2100 Gauß

batterie : 100 mAh, 1,5 Volt Gleichspannung

Der Ürehwinkef beträgt 270°, und der Antriebsmechanismus wird über eine Getriebeübersetzung betätigt. Der variable Widerstand wird auf ca. 1,5 kOhm eingestellt, so daß der mittlere Stromverbrauch 5 Mikroampere beträgt.

Die Daten für die herkömmliche Antriebsschaltung lauten: Widerstand R : 1,8 Megaohm; Kondensator C. : 2,2 Mikrofard, 6 Volt Gleichspannung.

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Eine üatterie ist mit dom Oezugszeichen E., eine Kopplungsspule mit oC und eine Antriebsspule mit DC bezeichnet.

Ein Kondensator C₂ unterdrückt auftretende UberschwIngungen. Ein variabler Dasiswiderstand R eines Transistors Tr wird auf ca. 2 kühn eingestellt. Uei diesen Betriebsbedingungen beträgt der Schwingungswinkel des Unruherados 270 ° und der Stromvei— urauch 8,3 Mikroampere. Die Startzeit dieser Anordnung liegt üoi 12 see im Vergleich zu 3,5 see bei dor vorliegenden Erfindung, und das entspricht der Zeit, die zum Durchlaufen eines Winkels von 180 ° benötigt wird.

In Fig. 9 sind Spannungs- und Stromkurven dargestellt, die den Vergleich zwischen erfindungsgemäßem und bekanntem Antrieb ermöglichen. Die Kurven (a), (b) und (c), (d) zeigen die Kollektoi— spannungen e„_? und e_p1, die Kollektorströme Ip- ^un(* 'pt der Transistoron 2 und 1, und die Kurven (e), (f) zeigen die Kollektorspannung e„ und den Kollektorstrom i_o des Transistors Tr über die Zeit.

Das Schließen des liandscha I ters 9 bewirkt einen Antriebsstrom (s. FiQ. 9c), der die Unruhe durch ein plötzlich auftretendes Moment antreibt. Gleichzeitig wird eine Spannung K", wie in Fig. 9b dargestellt, induziert.

DIo Spannungs- und Stromkurven zeigen, daß die geforderte Synchronisation zwischen der von der Antriebsstufe gelieferten Schwingung und der Unruheradschwingung hergestellt werden kann, so daß innerhalb kürzester Zeit die zynchronisierte Schwingung mit Ger stabilisierten Grundschwingung übereinstimmt.

Nach Erreichen stabiler Betriebsbedingungen der Antriebsstufe weisen die Stromimpulse, die das Unruherad antreiben, eine konstante Dauer und Größe auf (s. Fig. 9 c d).

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BAD ORiGiNAL

Dor Vergleich dieser Kurven mit denen in Flg. 9 e, f abgebildeten einer bekannten AusfUhrungsform zeigt eine Verzögerung des An I aufVorgangs und ein langsameres Anwachsen der die Schwingung erregenden Impulse.

Es treten unerwünschte Stromimpulse M" und eine verhältnismäßig kleine Stromdauer Im Vergleich zur erfindungsgemäßen Bauart auf (s. Fig. 9 f).

Die mit K, L und M bezeichneten Spannungsspitzen in FIg. 6 c entsprechen den Stellungen a-1, a~2 und a-3 der Abbildung a dei— selben Figur bei Drehung dos Unruherades Im Uhrzeigersinn. Dreht das Unruherad seine Schwingungsrichtung um, so werden die Spannungsspftzen M¹, L' und K^f entsprechend den vorhin angeführten Stellungen induziert.

Das Anwachsen dor Schwingung hSngt von der Gl elchstromvorstüi— kung h_Fr des Transistors ob.

Die nachstehend angeführten experimentellen Daten fassen die Zeiten, die zum Durchlaufen eines Schwingungswinkels von 0 bis 130 ° notwendig sind, zusammen. Die Gleichstromverstärkung h__p wurde bei einer Kollektor-Emitterspannung von 1,5 Volt und einer Umgebungstemperatur von 25 ° C gemessen <e„ ■ 0,5 μΛ) :

hpp Schaltung geräß Schaltuno gomiiß _d e_r__E rf I η dun g bekan η t e_r_J3 a uar ton

50 3,5 sec kein Anlaufen

100 3,5 see 12 sec

200 3,5 sec 8 sec

400 2^0 sec 6,5 sec

üei kleineren Vierten der CIeI chstromverstärkung h__E kann es voi— kommen, daß der Vibrator nicht anspricht. Diese Schwierigkeit wird von der vorliegenden Erfindung vollkommen überwunden.

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Cer Vergleich der bisher Ib Ii ehern \ibra1cren rit der erf Indungs-(;emS<?en Bauart zeigt cire dreifech so schnell anwachsende Sc¹UM p^ungsgeschw I ndigkei t während der An I auf per iode. Das Absinken des SchwincLngswInkeIs Innerhalb von 1 Sekunde auf eine Γγ{^;Π-€· ve η £0 - 81' ^c, dlo zur Auf rechter¹· a I tung der Belegung des ΓυItreborwerks genügt, zeigt, daß die automotische Startdauer kIeH nor als t Sekunde cewShit werden kann.

Vorzugsweise Ist c'as ZeItreterwerk chne einer- zusätzlichen Starter ausgebildet, wie er bef den üblichen Antrieben oft notwendig ist.

L i oe ar dere Aus f ührur.gsf crm der Erflncung liefert eine kontinuierliche, s I rus f Crml gc ir.cuzterte Spannung In dem Vibrator mit einer unkehrbaren Ar.tr i etssperre (s. Fig. IU und 11).

In Flg. Π Ist eine Vibratorzunge 29 dargestellt, dlo an einem Ende D¹It einem Stabmacneten 30 verbunden ist. Die Vi bratorzunge hat E-förmlge Gestalt, und der mittlere Steg trögt den Stabmagneten 30, während die Er.con der beiden äußeren Stege η 11 einen idnkelolson 31 verbunden sind, das auf einer bekannten f.tützplatto (nicht eingezeichnet) eines Zeitwerks montiert Ist. Der irittlure Steg dor V i bratorzunge ist mit einen Scha I tnagneten 28 verbunden, der durch einen Luftspalt 99 unterbrechen Ist. Die Gestalt des Schaltmagneten 28 Ist rechteckig nit einer hufeisenförmigen Aussparung im Inneren.

Der Luftspalt ist mit einer bogenförmigen Verstrebung 27 gegen mechanische Deformationen geschützt. Ein Rad 34 aus Magnetmotoridl In dor Form oinos üblichen Hommrades ist auf das Stützblatt drehbar montiert und magnetisch durch seine äußeren Zähne 100, die in den Luftspalt 99 hineinragen, gekoppelt.

Die Vibratorzunge 29 beginnt durch die Antriebskräfte zu schwingen, die aus dem elektromagnetfschon Zusanmonwirken des Stab-

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magneten 30 mit den ruhenden Spulen 3 und 4 als eine Antriebsstufe entstehen. Die Antriebsstufe, im rechten Teil der Fig. eingezeichnet, besteht aus den gleichen Bauteilen wie die der Fig. 1. Das Magnetrad 34 dreht sich schrittweise durch die Wirkung der voranstehend beschriebenen Magnetkopplung, da der Schal+- magnet 28 zu schwingen beginnt. Die Frequenz der schrittweisen Drehung des Magnetrades 34 ist dieselbe wie die der Vibratoranordnung aus Vibratorzunge 29, Schaltmagnet 28 und Stabmagnet 30. Die Drehung des Magnetrades 34 ist auf eine übliche Zahnradübersetzung übertragbar, die die Uhrenzeiger betätigt (nicht eingezeichnet In Fig. 10 und 11). In der Antriebsstufe Ist ein zusätzlicher Kondensator 36 vorgesehen, der gelegentlich auftretende (Jberschw Ingungen im Schaltkreis unterdrückt.

Auf dem Magnetrad 34 ist eine Dämpfungseinrichtung 35 angeordnet, um die Drehbewegungen des ersteren zu stabilisieren. Eine Grobeinstellung der Schwingungsanzahl des mechanischen Vibrators ist durch das Verschieben eines Regelstückes 32 möglich, das auf dem Schaltmagnet 28 sitzt. Ein Eins te I I stück 33 ist versteilbar mit einer Schraube 101 auf dem Regelstück 32 befestigt. Die Verstellung der Schraube 101 ermöglicht eine Feineinstellung der Schwingungsanzahl des mechanischen Vibrators. Um Störungen des Betriebes der Antriebsstufe zu vermeiden, ist die Kapazität des Kondensators 36 bedeutend kleiner als die der Kondensatoren 5 und 6.

Erfindungsgemäß wird die elektromagnetische Kopplung zwischen Stabmagnet 30 und den Spulen 3 und 4 stets aufrecht gehalten, so daß die induzierte Spannung in jeder Spule einen sinusförmigen Verlauf zeigt.

Das Anwachsen der Schwingung zu Beginn der Bewegung erfolgt auch bei dieser Bauart sehr rasch.

In Fig. 15 sind verschiedene Spannungs- und Stromkurven a - e der Antriebsstufe für stabile Betriebsbedingungen schematisch

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dargestellt. Es sind e_. und e_p_ die Kollektorspannungen und e_Q1 und θ.,- dle Basisspannungen der Transistoren 1 und 2.

Eine genügend groß gewählte Zeitkonstante der In Flg. 10 abgebildeten Antriebsstufe, gegeben aus dem Produkt der Kapazität des Kondensators 5 oder 6 und dem Wert des Widerstandes 7 oder liefert einen Kollektorstrom In der in Fig. 15 e dargestellten Form. Die Antriebskraft besteht in diesem Fall aus zwei Komponenten innerhalb einer Schwingungsperlode und wirkt auf die Vibratoranordnung stets im Punkte der größten Geschwindigkeit ein, so daß der Drehwinkel so klein wie möglich gehalten wird. Die Wirksamkeit und Stabilität des Betriebes ist dabei genauso gewährleistet wie in dem voranstehend beschriebenen Fall. Die auftretende Stromkurve ist von ähnlicher Gestalt wie die Spannungskurve.

Die Abbildungen 12 - 15 zeigen eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung, bei der ein kleiner Gleichstrommotor eine Druckfeder aufzieht.

Der Gleichstrommotor (s. Abb. 12 - 14) besteht aus den Spulen 3, 4, einem Rotor 37, der mit den Spulen 3, 4 magnetisch gekoppelt und mit einem zylindrischen Dauermagneten 37a fest verbunden Ist.

Auf einem Rotorschaft 38 ist ein Antriebsrad 39 fest aufgezogen. Die Drehbewegung des Rotors 37 wird über das Antriebsrad 39 auf ein Getrieberad 40 übertragen, das auf einer Nabe 41 einen vierpoligen, zylindrischen Dauermagneten trägt. Ein vertikaler Schaft 44 verläuft, drehbar gelagert, durch die Nabe 41 und ist mit einem nach unten geöffneten hohlzyIIndrischen Joch vei bunden, auf dessen Innenseite Segmente 43a aus Magnetmaterial befestigt sind, die die magnetische Kopplung mit dem Magneten 42 herstellen. Ein Antriebsritzel 45 sitzt auf dem Schaft 44 fest auf, der eine Druckfeder 48 aufzieht. Eine drehbar gelagerte Sperrklink· 46 wird durch eine Feder 47 fest an das Antriebsritzel 45 gepreßt.

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3ei einem Aufzug der Druckfeder 48 um einen bestimmton 'Winkel, dem ein Dogonmaß von TT entsprechen soll, tritt ein Schlupf In der magnetischen Kopplung auf. Es wird hierdurch jede Umkehrung der Drehrichtung des Antriebsritzels 45 durch dlo Sperrklinke 46 verhindert. Ein Hemmrad 53 Ist fest mit den Schaft verbunden. Die Drehgeschwindigkeit des Hemmrades 53 wird durch einen bekannten Ankerhebel 54 über ein Unruherad 55 reguliert. Ein Schaft 52 mit einem Getriebe 51 Ist In Eingriff mit einem Antriebsritzel 50, das eine Einheit mit dem Hemmrad 53 bildet, und wird mit regulierter Geschwindigkeit angetrieben.

Die Spannung der Feder 48 wird durch die beschriebene Wirkungsweise des Hemmrades 53 gelockert, die magnetische Kopplung wieder hergestellt und die Druckfeder 48 neuerlich aufgezogen. Dieser Vorgang wiederholt sich standig. Die Feder 48 ist fest mit einem Ende des Schaftes 49 verbunden. Das Getriebe 51 Ist mit einem Rad (nicht gezeigt in Abb. 12) des Zeitwerkgetriebes in Verbindung, das die regulierte Geschwindigkeit auf die Uhrenzeiger (in Abb. 12 nicht eingezeichnet) übertragt.

Der zylindrische Magnet 37a des Rotors 37 (s. Flg. 14) bildet einen vierpol igen Magneten. Bei einer vollen Umdrehung des Rotors werden zwei Spannungskurven von sinusförmiger Gestalt und der Periode TT in der Spute 3 oder 4 Induziert. DIo Ausbiidung des Rotors 37a als vierpol igen Magneten ergibt eine Verdoppelung der Drehperiode des Rotors gegenüber der Periode der induzierten Spannung. Die dabei auftretenden Spannung»- und Stromkurven zeigt die Abb. 15 a - e.

Erfindungsgemäß tritt während einer Spannungsperiod· zweimal die Antriebskraft, und zwar jedesmal beim Maximum der induzierten Spannung, auf. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemSßen Motors 1st daher im Vergleich zu einem bekannten Motor wesentlich gesteigert worden.

Ansprüche:

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Claims (5)

- 19 Ansprüche:

1. Zeίtwerkantriob mit einer Antriebsstufe und einem elektromagnetisch gekoppelten anzutreibenden Teil, wie zum Beispiel einem, mechanischen Vibrator, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstufe (27 - 33, 101) aus oinerr (aar von Transistoren (1, 2) gebildet wird, deren

KoIlektorolektroden (c) jeweils mit einer (3 bzw. 4) von zwei Spulen verbunden sind, die gegensinnig gewickelt und In Gegenphase zueinander angeordnet als induktive Last der Transistoren (1, 2) arbeiten, wobei zwei Kondensatoren (6, 5) die KoI-I ektoreIektrode (O.des einen Transistors (1 bzw. 2) und die Basiselektrode (b) des anderen Transistors (2 bzw. 1) wechselseitig zusammenschatten, ferner zwei üasiswlderstündo (7, 8) jeder der üasI selektroden (b) gesondert an eine Spannunqsquolle (tu) anschließen und die Zeitkonstante der Antriebsstufe größer als eine vorgegebene Frequenzperiode des mechanischen Vibrators (27, 20, 29, 30, 31, 32, 33, 101) gewählt
ist und daß öle Transistoren (1, 2), die abwechsolnd leitend und gesperrt sind, während eine" Schwingungsperiode des
mechanischen Vibrators (27 - 33, 101) zwaimal eine Antriebskraft auf diesen ausüben.

2. Zeitwerkantr1 ob nach Anspruch 1, dadurch g β kennze i chnet, daß anzutreibende Teile (13, 14) Dauermagneten (17, 16, 19, 20) tragen, wodurch ein Zusammenwirken der Dauermagneten (17, 18, 19, 20) mit den Spulen (3, 4) der Antriebsstufe gewährleistet ist.

3. Zeitwerkantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennz· ich net , daß variable Widerstände (2t, 22) in der Antriebsstufe zum Einstellen eines Schwingungswinkels des anzutreibenden Teiles, das vorzugsweise eine
Unruheradanordnung aufweist, vorgesehen sind.

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Neu· Unterlagen (Art. T 51 Ab«.2 Nr. 1 StU 3 4« Xndtrana·«». v.4t.1tr

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4. Zeitwerkantriob gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennze i chnet, daß in der Antriebsstufe ein kleiner Gleichstrommotor, bestehend aus einen Stator, einem Rotor (37) und einem auf dem Rotor (37) aufsitzenden, höh I-zylindrisch ausgebildeten Magneten (37a) mit an der Innenseite befestigten Segnenten angeordnet Ist.

5. Zeitwerkantriob gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Vibrator (27 - 33, 101) eine mechanische Resonanzfrequenz zur Erzeugung mechanischer Schwingungen konstanter Frequenz für die mechanische Zeitsteuerung dos Zeitwerkantriebs aufweist, wobei die MuItiνίbratorantriebsstufe, die die Energie für den mechanischen Vibrator (27 - 33, 101) liefert, Dauermagnete (17, 16, 19, 20) tragt, die in den Spulen (3, 4) während jeder Periode tier sich wiederholenden Dewegung des mechanlsehen Vibrators ein Signal Induzieren, welches abwechselnd jeden der Transistoren (1, 2) leitend macht bzw. magnetische Antriebskräfte auf die Dauermagneten (17, 10, 19, 20) zweimal während jeder Schwingunosperiode des mechanischen Vibrators (27 - 33, 101) ausübt, entsprechend den Zeitpunkten, zu denen der mechanische Vibrator (27 - 33, 101) einen Durchgang durch sein Schwingungszentrum absolviert, das mit der Ruheposition des Vibrators (27 - 33, 101) übereinstimmt.

6, Zeitwerkantrieb gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Widerstände (21, 22) zwischen dem Ko I Iektoranschluß jedes der Transistoren (1, 2) und den Verbindungspunkt jeder der Spulen (3, 4) mit den Kondensatoren (5, 6) angeordnet sind und die Einstellung der Größe der mechanischen Schwingungen durch Veränderung der Widerstandswerte der Widerstände (21, 22) erfolgt, wobei die Steuerung der Amplitude der in den Spulen (3, 4) erzeugten Antriebsimpulse die Größe der dem Vibrator (27 - 33, 101) zugeführten Energie festlegt.

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