DE1673728C3 - Zeitwerkantrieb - Google Patents

Description

motors, eines Ankerhebels und einer Antriebssperre sowie eine Schaltung einer Antriebsstufe,

Fig.2a bis 2e Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Kollektor- und Basisspannungen d<;r Transistoren der Antriebsstufe im synchronen Betrieb,

Fi g. 3 a bis 3 d Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Kollektor- und Basisspannungen der Transistoren der Antriebsstufe während der EinschwingzeiL

Bei einem astabUen Multivibrator ist die Basiselektrode eines Transistors 1 über einen Kondensator S mit der Kollektorelektrode eines Transistors 2 und in ähnlicher Weise die Basiselektrode des Transistors 2 über einen Kondensator 6 mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 verbunden. Die Emitterelektroden der beiden Transistoren liegen auf Masse. In der Kollektorstrecke des Transistors 1 befindet sich eine Spule 3, die in Serie mit einem Basiswiderstand 8 des Transistors 2 geschaltet Lt. In analoger Weise Hegt in der Kollektorstrecke des Transistors 2 eine Spule 4 in Serie mit einem Basiswiderstand 7 des Transistors 1. Die Spulen 3 und 4 sind gegengleich gewickelt, so daß die in ihnen induzierten Spannungen in Gegenphase zueinander liegen, und haben die Form einer Scheibe. Die Verbindungsstrecke der beiden Basiswiderstände 7 und 8 ist über einen nicht dargestellten Handschalter mit dem Pluspol einer Batterie 10 verbunden, deren Minuspol auf Masse Hegt.

Ein Unruhmotor enthält eine nicht näher bezeichnete Welle, auf der Scheiben 13,14 des Unruhwerkes sitzen. Zwei Paare von zylindrischen Dauermagneten, von denen ein Magnet 17 in Fig. 1 dargestellt ist, sind auf den Scheiben 13, 14 derart angeordnet, daß sich jeweils Nord- und Südpol gegenüberliegen.

Die zueinander parallelen Scheiben 13 und 14 sind aus remanentem Magnetmaterial gefertigt, während die Dauermagneten aus permanentem Magnetwerkstoff, wie z. B. Ferrit, bestehen.

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

Die scheibenförmigen Spulen 3, 4, weiterhin als die Scheibenspule bezeichnet, sind auf einem nicht dargestellten Tragarm montiert. Die Scheibenspule ist exzentrisch uiid in einer bestimmter. Höhe angebracht, um die Luftspalte der Magnetpaare durchsetzen zu können. Die Exzentrizität der Anordnung verhindert Interferenz zwischen der Schwingungsbewegung der Scheibenspule und der des Unruhrades.

Die Zahl der Spulenwindungen der Spule 3 und 4 ist gleich groß, und die Scheibenspule wird vorteilhafterweise durch das gleichzeitige Aufwickeln zweier isolierter Kupferdrähte hergestellt.

Das eine Ende einer Unruhfeder 12 ist an der Welle des Unruhmotors und das andere Federende an einem Bolzen befestigt. Die Unruhfeder hat die Aufgabe, das Unruhrad stets in seiner Gleichgewichtslage festzuhalten und die gewünschte Geschwindigkeit zu regeln. Die gegenseitige Lage der Dauermagneten und der Scheibenspule liefert maximale Magnetfeldstärken in den Luftspalten in der Gleichgewichtslage des Unruhrades.

Das schwingende Unruhrad erzeugt ein Drehmoment. Die Bewegung des Unruhrades wird dazu auf einen Hebel 24 und anschließend auf ein Sperrad 25 übertragen, das schrittweise in Drehrichtung geschaltet wird. Die Übertragung der Drehung des Sperrades 25 erfolgt über einen Schaft 25 a auf ein Antriebsritzel 26 und von dort auf ein Zahnradgetriebe des Zeitwerkes (nicht eingezeichnet).

Die Richtung der Drehmomentübertragung ist umgekehrt wie bei den bekannten mechanischen Bauarten des Zeitwerkes. Diese Antriebsart ist dem Fachmann als reversierter Sperradmechanismus bekannt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten astabUen Multivibrator sind weiterhin variable Widerstände 21 und 22 an die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 angeschlossen. Die Widerstände 21,22 ermöglichen eine manuelle Einstellung des Schwingungswinkels des Unruhrades.

Die variablen Widerstände 21 und 22 in den Kollektorstrecken sind an die Verbindungspunkte der Kondensatoren und der Antriebsspulen angeschlossen. Die einstellbaren Widerstände 21 und 22 gehören nicht zu den Schaltkreisen, die die Vorspannung der Transistoren beeinflussen. Da der Spannungsabfali des Kollektor- oder Antriebsstromes am Ende des variablen Widerstandes, resultierend aus dem Stromdurchfluß, die Höhe der Vorspannung nicht beeinflußt, sind die einstellbaren Widerstände 21, 22 entsprechend der Größe des Kollektorstromes ausgelegt. Die Schwingungsamplitude des Un- ruhradcs wird durch Einstellen der Größe der Widerstände 21, 22 verändert.

Die Transistoren 1 und 2 sind Silizium-Transistoren vom npn-Typ. Die Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode werden mit den Buchstaben b, e und c gekennzeichnet. Die zufolge der Bewegung des Unruhrades induzierten Spannungen in den gegengleich gewickelten Spulen zeigen eine Phasenverschiebung von 180°. Die Kollektorelektroden der beiden Transistoren 1 und 2 sind durch die Kondensatoren 5 und 6 mit den Basiselektroden der Transistoren 2 und 1 verbunden.

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

Beginnt das Unruhrad zu schwingen, so wird zufolge der Änderung der Magnetfeldstärke in den Luftspalten der Magnetpaare Wechselspannung in den Spulen 3 und 4 induziert.
Die Verkettung der Spule mit dem magnetischen Fluß hängt von ihrer Lage zu den Magneten ab. In der Stellung mit dem maximalen magnetischen Fluß tritt auch die maximale Drehgeschwindigkeit des Unruhrades auf, die eine maximale Spannungsinduktion zur Folge hat. In Abhängigkeit von der Lage der Spule ändert sich auch die Richtung des magnetischen Flusses in der Spule. Eine Richtungsumkehr des magnetischen Flusses bewirkt eine Polaritätsumkehr der in der Spule induzierten Spannung. Die induzierten Spannungen zeigen deshalb die Form von

Impulsgruppen, wobei jeweils eine Gruppe aus einem mittleren Impuls großer Amplitude und zwei benachbarten Impulsen kleinerer Amplitude besteht. In den Fig. 2a und 2b sind derartige Impulsgruppen dargestellt.

Werden an Stelle der Spulen 3 und 4 Widerstände verwendet, so liegt die Schaltung eines astabilen Multivibrators vor, dessen Zeitkonstante bekanntlich durch das Produkt aus Kapazität (5 oder 6) und Widerstand (7 oder 8) gegeben ist. Die Zeitkon-

stante ist bei der vorliegenden Erfindung bedeutend größer als die Schwingungsperiode des Unruhrades, wodurch dessen Beeinflussung durch die Antriebsstufe weitgehend vermieden wird.

Praktische Werte sind ζ. B. 0,4 sec für die Schwingungsperiode des Unruhrades und 47 see für die Zeitkonstante des astabilen Multivibrators.

Bei geschlossenem Spannungsschalter, der nicht näher dargestellt ist, läuft ein Großteil des Stromes der Batterie 10 durch den Widerstand 7 oder 8 und und ein kleiner Betrag durch die Spule 3 oder 4 und den Kondensator 5 oder 6 zur Basiselektrode des Transistors 1 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 Unruhrades 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 Unruhrad in die entsprechende Richtung. Die dabei in den Spulen 3 und 4 induzierten Spannungen sind proportional zur Bewegung des Unruhrades und weisen eine Phasendifferenz von 180° auf. Da der Transistor 1 weiterhin gesperrt bleibt, ist die Kollektorspannung e_Cl des Transistors gleich der Summe aus Batteriespannung E und der induzierten Spannung. Bei leitendem Transistor 2 wird der Kondensator S entsprechend der in F i g. 1 eingezeichneten Polarität aufgeladen.

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

Die induzierte Spannung in Spule 4 hält über den Kondensator 5 die Basiselektrode des Transistors 1 eine Zeitlang gesperrt. Überschreitet die Basisspannung die Basis-Emitter-Sperrspannung V_BE, wird der Transistor 1 leitend, und es fließt Strom durch die Spule 3, der eine zusätzliche Ablenkung des Unruhrades 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 als wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß die Antriebsstufe in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Frequenz des Unruhrades schwingt

Die Transistoren sperren und leiten abwechselnd den Strom, so daß zweimal ein Antnebsmoment pro Schwingung auf das Unruhrad ausgeübt wird.

Das Zusammenwirken des Multivibrators mit den möglichen Richtungsänderungen der Antriebskraft des Unruhrades bewirkt eine sofortige" Beschleunigung der Schwingungsbewegung und somit das schnelle Erreichen einer stabilen Lage.

Die Antriebsstufe verwirklicht ein leichtes, schnelles und zuverlässiges Selbstanlassen der Anordnung durch die Schaltoperation. zufolge der Schwingunjgsperioden des Unruhrades.

Verschiedene Spannungskurven bei stabilen Betriebsbedingungen sind in F i g. 2 aufgetragen. Die Abbildungen a, b und c, d zeigen die Zeitabhängjgkeit der Kollektorspannung e_Cv e_Cz der Transistoren 1 bzw. 2 und die Basisspannung e_ßl und e_Bi der Transistoren 1 und 2.

Die Basiselektroden der Transistoren 1 und 2 sind infolge des Mittelwertes der Kondensatorgleichspannung F_Cs oder V_C9 negativ vorgespannt. Überschreitet die Basisspannung die Basis-Emitter-Sperrspannung V_BE, so fließt Basis- und Kollektorstrom. Bei Erreichen einer Sättigungsspannung V_{BE (s)} durchfließt der Kollektorstrom zweimal die entsprechende Spule während einer Schwingungsperiode. Die Durchflußzeiten sind mit Z₁ und f., bezeichnet (siehe Fig.2e). Die Öffnungszeiten der Transistoren sind sehr kurz, und der Antrieb des Unruhrades erfolgt jeweils bei dessen maximaler Schwingungsgeschwindigkeit, so daß die Antriebskraftvoll wirksam wird.

Die Einstellung der variablen Widerstände 21 und 22 regelt die Kollektorstromverstärkung und somit den Schwingungswinkel des Unruhrades.

Die in den F i g. 3 a, 3 b, 3 c und 3 d dargestellten Diagramme zeigen die Kollektorspannungen e_Ct und e_Cl und die Kollektorströme i_Ci und i_Cl der Transistoren 2 und 1 als Funktion der Zeit beim Einschwingen des astabilen Multivibrators auf die Frequenz des mechanischen Schwingers.

Das Schließen des Handschalters bewirkt einen Antriebsstrom (s. Fig. 3c), der die Unruh durch ein plötzlich auftretendes Moment antreibt. Gleiduieitig wird eine Spannung K", wie in Fig. 3b dargestellt, induziert.

Die Spannungs- und Stromkurven zeigen, daß die geforderte Synchronisation zwischen der von der Antriebsstufe gelieferten Schwingung und der Unr ruhradschwingung hergestellt werden kann, so daß innerhalb kürzester Zeit die synchronisierte Schwingung mit der stabilisierten Grundschwingung übereinstimmt.

Nach Erreichen stabiler Betriebsbedingungen der Antriebsstufe weisen die Stromimpulse, die das Unruhrad antreiben, eine konstante Dauer und Größe auf (s. F i g. 3 c, 3 d).

Die erfindungsgemäße Anordnung schwingt auch bei kleineren Werten des Gleichstromverstärkungsfaktors der Transistoren an. Zum Anschwingen ist keine eigene »Anlaßschaltung«, wie sie bei üblicher Antrieben häufig verwendet wird, erforderlich.

Gegenüber den bekannten Zeitwerkantrieben steig beim erfindungsgemäßen Antrieb die Schwingungsgeschwindigkeit beim Anlaufen sehr schnell ao. Ds überdies ein Schwingungswinkel von 60 bis 80° fii die Aufrechterhaltung der Bewegung des Zeitwerte genügt, kann die automatische Startdauer kleimer.al 1 Sekunde sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

actj *,««, Anrch die Innenwiderstände der HenH A^esSoSnSstimmt wird. Bei dem bekann- Patentansprüche: SzÜSSSS klnn auch nicht die Amplitude ten -""V^Jriii Schwingers durch eine Einstell-

1. Zeitwerkantrieb mit einem elektromagnetisch des Pf^f™ , übertragenen Impuls verändert angetriebenen mechanischen Schwinger und mit 5 moghchkeit fur den uoenr g einer elektrischen Antriebsstufe in Form eines ^we£^d^\_{nt ist auch e}in Zeitwerkantrieb, der sich von ein Paar von Transistoren aufweisenden Multi- *7ZLhend eenannten dadurch unterscheidet,

vibrators, dessen Wiederholungsperiode größer als dem y^f^büer Multivibrator verwendet ist, der die Schwingungspenode des mechanischen dau eis »»·. enthält, in deren Kollektorkreisen Schwingers ist und durch den der mechanische io zwei ^raMMtcm^ ^ mechanischen Schwingers Schwinger bei jedem Durchgang durch seine ^^° *T\_{md D}i_e Spulen sind gegensinnig zuein-Gleichgewichtslage einen Antriebsimpuls erhalt, ^a^^Iwr^Zi Jeder der KoUektoren der beiden dadurch gekennzeichnet, daß ein an an^der £^f transistoren ist über einen Kondensich bekannter astabiler Multivibrator verwendet VF⁰Vr^Z widerstand parallel liegt, mit der Basis ist, bei dem einerseits jeder der Kollektor™ der x₅ sator, dem ein ^^g^ Verbunden. Der bistabile beiden typengleichen Transistoren (1, 2) über des'anderen ^ _{h mcht von selbst ω}, _so

einen Kondensator (5, 6) mit der Basis des ^^^^Ξε Schaltung für die Erregung der anderen Transistors verbunden ist und anderer- daß eine ^MS»™LJr ^ ⁶ _Auch bei diesem beseits die Basis jedes Transistors (1, 2) über einen Schwuigungn^benoü^ ^ ^^^^

Widerstand (7, 8) an eine Spannungsquelle ge- «ο kannten ^J™^ ^ _{litude der} Schwingung des schaltet ist, wobei in den Kollektorkreisen der zur Einstellung oer«» H _h Transistoren (1,2) Arbeitswiderstände angeordnet ^m^^hMlschf^^leS_e7_M3tivibrator bekannt, bei sind, die jeweils aus einer Spule (3, 4) bestehen, ^¥*™1}^S\™Sf^_n de beiden Transistoren

und daß die beiden Spulen (3, 4), von denen jede dem jeder d^iSrrit der Basis des anderen gegensinnig zur anderen geschaltet ist, zum An- a₅ über einen ^Κ°_Γ ^η _Η^°[_5ΐ%^_Γεηα die Basis jedes trieb des mechanischen Schwingers vorgesehen Transistors ve.rhunden ist. wan

Transistors

t Zeitwerkantrieb nach Anspruch 1 dadurch ^g^^^^

gekennzeichnet, daß in jedem der Kollektorkreise Jn^K(JJgJJJ *££ Erzeugung von

der Transistoren (1, 2) eh veränderbarer Wider- 30 bekannt»»^ίϊΕ!« R^iSz von der Kapazistand (21, 22) eingeschaltet ist. ^StSSSiSZ^^ an die Basen L_ge-

schlossenen Widerständen abhangt.

Der Erfindung üegt die Aufgabe zugrunde, einen

35 Zeitwerkantrieb der eingangs erwähnten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß durch eine Verlängerung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zeitw.kan- der ^^^J^S^Si £S

trieb mit einem elektromagnetisch angetriebenen me- der Frequenz des »»"£" _{winEers eine} mög-

chanischen Schwinger und mit einer elektrischen An- ^^^^^ä^SLon bis zu

triebsstufe in Form eines ein Paar von Transistoren 4° hchst ^^e.^Ems.^cnw^!^_e,_t ^a

aufweisenden astabilen Multivibrators, dessen Wie- dessen Synchromsation erziel wu^d_

derholungsperiode größer als die Schwingungsperiode Diese Ausgabe wird durch die im Anspruch^

des mechanischen Schwingers ist und durch de» der gegebene Erfindung ^_η*^^^£

mechanische Schwinger bei jedem Durchgang durch spruch erläuterten Αω^ί?^¹,^

seine Gleichgewichtslage einen Antriebsimpuls erhält. 45 Schwingung ^dM.^^^S^Sch^SübS-

Ein derartiger Zeitwerkantrieb ist bekannt. Er ent- triebsimpulse auf den ^ham ^njchwinger über

hält zwei Transistoren von unterschiedlichem Leit- tragen. Der mechanise^ Schwmger J¹™ ™^{r rascn}

fähigkeitstyp. Eine Spule, die zum Antrieb de« me- in Bewegung^versetzt Der as übte ^J™?J^.

chartischen Schwingers dient, ist bei dem bekannten reicht dabei bereits MÄMjZJ ^STe vom

Zeitwerkantrieb in den Kollektorkreis eines pnp-Tran- 50 öden des ^mec^^sch _n ^e° ^

i hl d Bi it d Kllktor mechanischen Schwinge

Zeitwerkantrieb in den Kollektorkreis eines pnpTran 50 öden des ^_n ^ sistors geschaltet, dessen Basis mit dem Kollektor mechanischen Schwinger 3f^_rf_ü?S_s ^J eines npn-Transistors verbunden ist, in dessen Emit- der ernndungsgemaßen Anordnung w.^[überdies de terkreis ein aus einem Widerstand und einem Konden- Beginn und das Ende ^der. ^bsunpu^lse rmt de

i Shi des ^^^^^S^^L

terkreis ein aus einem Widerstand und einem Kondn g

sator bestehendes Zeitglied angeordnet ist. Die Basis Schwingung des ^^^^S^^L

des npn-Transistors ist über ein weiteres ZeitgUed an 55 siert. Dies hat den Vorteil daß ^dl^raftubert_ragung

den Kollektor des pnp-Transistors angeschlossen. durch E.nflusse, z. B·*«™^^^ bleibt

Zum Betrieb des bekannten Zeitwerkantriebs sind vibmtoisAal^Jiratg^

zwei Batterien erforderlich, denen nur für die Dauer Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindun 5 ist

der auf den Schwinger magnetisch übertragenen dem ^^«^ S«SS^ ^±^/S»

Kraft Strom entnommen wird. Die mittlere Strom- 60 Ordnung kann die A^mP^{lltude der} SE \Ärt

entnahme ist deshalb gering. Bei dem bekannten mechanischen Schwingers aij einen.^Fjl» %^ef_

Zeitwerkantrieb findet auch eine selbsttätige Synchro- eingestellt werden durch jde η eine h nre^chende Be

nisation der Schwingungen des astabilen Multivibra- wegung des Antriebs bei rnoghchst kurzer Em

tors mit der Schwingungsperiode des mechanischen schwingzeit des MultivibratorJ ^e™^™"^ _d ,

Schwingers statt. Die Impulsdauer der Antriebsim- 65 Die Erfindung wird im folgeren ;an Hand eine

pulse wird jedoch nicht synchronisiert, sondern in einer Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbei

hängt von der Aufladung des im Emitterkreis des spiels näher erläutert. Es zeigt

npn-Transistors angeordneten Kondensators ab, des- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Unruh