DE2356297A1 - Synchronisationsvorrichtung fuer eine in einem uhrwerk schwingende unruh - Google Patents

Description

EWALD OPPSRMANxV

PATENTANWALT

88 27 21 .

OFFENBACH (MAIN) · KAISERSTRASSE 9 · TELEFON (0611) ****** . KABEL EWOPAT

9. November 1973

Op/ef -

51/2

JAZ S. A.

64 bis, rue de la Boetie
Paris (8^e)
Frankreich ■

SynchronisationsVorrichtung für eine in einem Uhrwerk

schwingende Unruh

Die vorliegende' Erfindung betrifft eine Synchronisations-Vorrichtung für eine in einem Uhrwerk schwingende Unruh.

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Es ist bekannt, daß in Uhrwerksapparaten mit Hochfrequenzoszillator, insbesondere mit Quarzoszillator, eine Unruh als Antriebsorgan für die Fortschaltung des Zeigerwerks verwendet wird.

Tatsächlich gibt es zahlreiche Uhrw-erke, deren Spiralfederunruh elektromagnetisch angetrieben wird und die sich für diesen Verwendungszweck eignen.

Eine solche Lösung ist offensichtlich deswegen von Interesse, weil sie zur Verwirklichung von Uhrwerksgeräten mit hoher Genauigkeit führt, die durch den Quarz zu einem vernünftigen Preis gegeben ist, und wegen der Verwendung eines Zeitanzeigemechanismus, der bereits anderweitig wirtschaftlich in sehr großen Serien hergestellt wird.

Die zu erfüllende Bedingung ist die zuverlässige Regelung der Schwingungsfrequenz der Spiralfederunruh auf diejenige des Quarzes, wobei letztere vorher geteilt wird.

Obwohl zur Erreichung dieses Ziels schon verschiedene Verfahren Vorgeschlagen worden sind, wird nur der Fall von Unruhen betrachtet, deren Bewegung durch elektrodynamische Vorrichtungen unterhalten wird, d. h. solche Unruhen wie 1 (Fig. 1), die mindestens zwei Magnete a, a' tragen, die sich gegenüber einer festen Luftspule b bewegen. Es wäre auch möglich, eine umgekehrte Anordnung zu verwenden, bei der die Spule b beweglich und die Magnete a, a¹ fest sind.

Nach einem bekannten Verfahren liegt keine Selbsthaltung der Unruh vor; die Spule empfängt von dem Quarzgenerator ausgehende Impulse, die die Unruh durch Resonanzwirkung zum Schwingen zwingen.

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Dieses Verfahren bietet eine einfache Lösung, die aber deswegen Nachteile mit sich bringt, weil die Amplitude der Unruh eng mit dem Unterschied zwischen ihrer natürlichen Frequenz und der Frequenz der Impulse des Generators · zusammenhängt, wobei die Amplitude unzureichend für die Sicherstellung des Antriebs des Räderwerks werden kann. Ebenso kann das Anläufen nach einem Stillstand nicht erzielt werden. -·'-■■

Nach einem anderen bekannten Verfahren, bei dem eine Amplituden-Frequenz-Regelung verwendet wird, hat die Spiralfederunruh eine selbstgehaltene Bewegung. Mittels gewisser bekannter Vorrichtungen erhält man einen starken Isochronismusfehler, d. h. ihre eigene Frequenz hängt stark von ihrer Amplitude ab. Ein SpezialStromkreis ermöglicht einen Vergleich ihrer momentanen Frequenz mit der Frequenz des Quarzgenerätors und eine Dosierung der Haltungsenergie, um erstere auf einen Wert zurückzuführen, der demjenigen des Quarzgenerators gleich ist. Dieses Verfahren ist kompliziert und birgt das Risiko eines "Pumpens" und "Außertrittfaliens" der Regelung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwingung der Spiralfeder unruh mit der Frequenz, des Hochfrequenzquarzgenerators durch einfache Mittel bei großer Betriebssicherheit zu synchronisieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Uhrwerk, in welchem eine Unruh mindestens zwei Magnete trägt, deren Schwingung durch eine Vorrichtung aufrechterhalten wird, die eine Steuer- und eine Antriebsspule um-

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faßt, wobei diese Spulen durch einen Schaltstromkreis miteinander verbunden sind und die Synchronisation durch einen Hochfrequenzoszillator erzielt wird, der mit einem Stromkreis für die Aufrechterhaltung seiner Schwingungen und die Frequenzteilung verbunden ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthaltung durch eine Abstoß- oder Anzugsaktion der Unruh gewährleistet ist, daß die eigene Periode T₁ der Unruh von der Periode T^ des Synchronisationsgenerators verschieden ist, und daß der Synchronisationsimpuls außerhalb des Durchgangs durch den Totpunkt in gegensätzlicher Wirkung zum Antriebsimpuls erfolgt.

Diese Vorrichtung ist sehr einfach zu verwirklichen, weil man einen Selbsthaltungsstromkreis bekannter Bauart verwendet, der ohne jegliche Veränderung voll und ganz beibehalten wird, und weil die Synchronisationsimpulse unmittelbar der Antriebsspule dieses Stromkreises erteilt werden. Darüber hinaus bietet diese Vorrichtung eine große Betriebssicherheit. Die Synchronisationsimpulse wirken nämlich zu einem Zeitpunkt, da die Unruh verhältnismäßig weit von ihrer Ruhestellung entfernt ist, und sie bieten eine maximale Wirksamkeit für die Korrektur ihrer natürlichen Schwingungsfrequenz und ihre Sperrung bei der Frequenz des Hochfrequenzquarzoszillators. Die Amplitude der Unruh wird durch den Selbsthaltungsstromkreis, der auf der energetischen Ebene der Wirkung des Synchronisationsstromkreises die Waage hält, stets bei einem ausreichenden Wert gehalten.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer durch elektrodynamische Mittel angetriebenen Spiralfederunruh,

Fig. 2a und 2b Draufsichten der Spulen-Magnet-Vorrich-. tung der in Fig. 1 dargestellten Unruh,

Fig. 3 ein Schema des Selbsthaltungsstromkreises des Hochfrequenzoszillators und des Synchronisationsstromkreises,

Fig. 4a bis 4d graphische Darstellungen der Spannung

an den Klemmen der Antriebsspule auf der Ordinate in Abhängigkeit von der Zeit auf der Abszisse und

Fig. 5 ein Schema einer AusführungsVariante des

Selbsthaltungsstromkreises und des Synchronisationsstromkreises.

In Fig. 1 ist eine Unruh 1 bekannter Bauart dargestellt, bestehend aus einer Spiralfeder 2 und einer Welle 1c, auf welcher Scheiben 1ä und 1b befestigt sind. Diese tragen Magnete a und a¹, die sich mit der Unruh gegenüber der Spule b in einer Hin- und Herbewegung A bzw. R so bewegen, wie es in Fig. 2a und 2b mit Pfeilen dargestellt ist.

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In Fig. 2a und 2b ist die Spule b und die Stellung der Magnete a und a¹ in Ruhestellung gestrichelt dargestellt. Hierbei entspricht diese Ruhestellung einer Achse PM bzw. einem "Totpunkt", die gegenüber der den Mittelpunkt der Spule b mit der Achse der Unruh 1 verbindenden Achse 0-0' verschoben ist, um das Ingangsetzen der Schwingungen zu begünstigen. (Im Mittelpunkt der Spule ist die Mittelkraft der Laplace-Kräfte zwischen dem Kräftepaar Magnet/Spule gleich Null).

Der bekannte Selbsthaltungsstromkreis der Unruh 1, der in Fig. 3 in dünnen Strichen dargestellt ist, umfaßt eine Antriebsspule Bm und eine Steuerspule Bc, die gleichzeitig gewickelt werden, um die in Fig. 1 und 2 dargestellte Spule b zu bilden.

Die Antriebsspule Bm liegt zwischen der positiven Klemme der Stromquelle S und dem Kollektor 3 eines Transistors Tr, dessen Emitter 4 an die negative Klemme der Stromquelle S angeschlossen ist. Die Basis 5 des Transistors Tr ist durch einen Kondensator C mit der Steuerspule Bc verbunden, und ein Widerstand R befindet sich zwischen dem Kondensator C und der Stromquelle S.

Entsprechend der Erfindung wird ein Hochfrequenzoszillator verwendet, der aus einem Quarz Q und einem Synchronisationsstromkreis besteht, die in Fig. 3 mit dicken Strichen dargestellt sind.

Der Quarz Q ist an einen integrierten Stromkreis CI angeschlossen, der die Unterhaltung der Schwingungen des Quar-

e zes gewährleistet und Teilungsmittel für die Frquenz des

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Quarzes enthält, die es ermöglichen, diese insbesondere von 2,621.440 Hz auf 2,5 Hz zurückzuführen. Dieser Synchronisationsstromkreis ist zu seiner Speisung an die Klemmen der Stromquelle S angeschlossen. Sein Ausgang 6, der Synchronisationsimpulse abgibt, ist mit der Antriebsspule Bm verbunden.

Wenn die Unruh 1 von Hand in Schwingung versetzt wird und die Spannungsquelle abgeschaltet ist, wie in Fig. 4a dargestellt ist, dann tritt eine in der Antriebsspule Bm entsprechend der Richtung der Hin- und Herbewegung A bzw. R der Magnete a und a' und der Unruh induzierte Spannung auf. Der Bereich gegenseitiger Beeinflussung Magnet/Spule ist auf χ y begrenzt.

In Fig. 4b ist die induzierte Spannung im Normalbetrieb bei Selbsthaltung dargestellt, und es erfolgen zwei Impulse je Periode. In der Richtung A erfolgt der Antriebsimpuls im beim Durchgang durch die Totpunktachse PM, und in der Richtung R liegt er dahinter.

In Fig. 4c ist eine graphische Darstellung der in der Spule induzierten Spannung zu sehen, wenn der Synchronisationsstromkreis mit dem Quarz Q, dem Stromkreis CI und dem Transistor Tr₂ an den Selbsthaltungsstromkreis angeschlossen ist, wobei dieser Synchronisationsstromkreis einen Impuls ijs_ je Periode abgibt, der das gleiche Vorzeichen wie im hat,

Anfangs erfolgt der Synchronisationsimpuls i_s zu einem beliebigen Zeitpunkt, und wie in Fig. 4c dargestellt,, kann er außerhalb des Bereichs χ y auftreten und in diesem Falle keine Wirkung auf die Unruh haben.

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Dagegen erfolgt im Falle von Fig. 4d der Impuls jLs im Wechselwirkungsbereich χ y Magnet/Spule, und er wirkt auf die Schwingung der Spiralfederunruh. Wenn man beispielsweise eine solche Anordnung (Richtung des Kraftflusses der Magnete und auf den Strom in der Spule zurückzuführendes Feld) gewählt hat, daß die Selbsthaltung durch eine Abstoßaktion der Unruh gewährleistet ist, dann ergibt sich daraus, daß der vor dem Durchgang der Magnete a und a¹ durch die Achse PM erfolgende Synchronisationsimpuls auf die Unruh wirkt und dabei nach den klassischen Gesetzen der Chronometrie die Periode im Sinne einer Verzögerung verändert.

Es genügt demnach einerseits, daß die Periode T^ der Unruh kürzer ist als die Periode T₂ des Synchronisationsgenerators, und daß die Dauer des Synchronisationsimpulses i^s dazu ausreicht, daß T₁ auf T₂ eingeregelt wird.

Es ist selbstverständlich zulässig, daß ausschließlich bei

sich
Selbsthaltung T^ in Abhängigkeit von der Amplitude nicht oder nur wenig verändert, was bei dem bekannten Uhrwerk mit Antriebsunruh der Fall ist.

Falls anfangs der Synchronisations impuls is_ mit dem Antriebsimpuls ijn zusammenfällt, hat er keinerlei Wirkung auf die Unruh, da der Synchronisationsimpuls das gleiche Vorzeichen hat wie der Antriebsimpuls und mit diesem eins wird.

Wegen der anfänglichen Verschiebung von PM gegenüber 0-0' ist der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen iin (Fig. 4a - 4c) kürzer in der Richtung A als in der Richtung R.

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Aufgrund dieser Asymmetrie ist es vorteilhaft, die Synchronisation nur einmal je Periode vorzunehmen. In der Richtung R ist die Synchronisationswirkung des Impulses is minimal, denn er kann nur in der unmittelbaren Nähe von PM wirken und infolgedessen T- nur begrenzt verändern. In diesem Falle setzt sich die relative Verschiebung von T₁ im Vergleich zu T₉ solange fort, bis der Impuls is kurz vor im in A-Richtung erfolgt.

Falls die Selbsthaltung der Unruh durch Anziehung, nicht aber durch Abstoßung der Magnete erhalten wird, erhält man eine gegenüber der oben beschriebenen umgekehrte Betriebsweise, und die Periode T, der Unruh ist größer als die Periode T₂ des Synchronisationsgenerators.

Die Synchronisationsvorrichtung gemäß der Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf Unruhen, die zwei Magnete oder zweimal zwei nebeneinander angeordnete Magnete tragen, für die ein einziger Antriebsimpuls im je Periode beispielsweise in Richtung A erfolgt, während der Impuls ijn in Richtung R durch bekannte Kunstgriffe unterdrückt wird.

Selbstverständlich kann man den Schaltstromkreis mit Transistor durch einen Schaltstromkreis mit mechanischem Kontakt in bekannter Bauart ersetzen.

Außer der durch- is_ herbeigeführten Periodenveränderung wird selbstverständlich auch auf der energetischen Ebene eine Wirkung ausgeübt, die sich in einer Abbremsung der Unruh auswirkt. Aufgrund seiner Aktionsweise kommt nun der Selbsthaltungsstromkreis zum Zuge und gleicht automatisch die sich-daraus ergebende Amplitudenverringerung aus. Infolgedessen wird letztere stets bei einem für den Antrieb des Anzeigeräderwerks ausreichenden Wert gehalten.

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Die für die Synchronisation notwendige Energie kommt zu der Energie für die Selbsthaltung hinzu. Der gesamte Energieverbrauch bleibt jedoch in annehmbaren Grenzen, so daß eine Laufdauer von mindestens einem Jahr mit einer normalen Batterie des bereits für die Uhrwerke mit Antriebsunruh verwendeten Modells gesichert ist.

Bei der vorhergehenden Ausfuhrungsform wird der aus dem integrierten Stromkreis kommende Synchronisationsstrom nicht verstärkt, und er wLrd unmittelbar an die Antriebsspule Bm angelegt, durch die auch der Selbsthaltungsstrom fließt.

In dem als Variante in Fig. 5 dargestellten Stromkreis wird der Synchronisationsstrom des integrierten Strom- ■ kreises CI durch den Transistor Tr verstärkt, wodurch es ermöglicht wird, einen wirtschaftlicheren integrierten Stromkreis zu verwenden.

Gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Schema ist der Synchronisationsstromkreis, der den Quarz Q und den integrierten Stromkreis CI umfaßt, der seinerseits die Haltung der Schwingungen des Quarzes sicherstellt und Teilungsmittel für die Frequenz des Quarzes enthält, zu seiner Speisung an die Klemmen der Stromquelle S angeschlossen. Sein Ausgang 6, der Synchronisationsimpulse abgibt, ist an die Basis 5 des Transistors Tr angeschlossen.

Die normalen Haltungsimpulse und die Synchronisationsimpulse werden demnach an die Basis des Transistors Tr angelegt.

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Um zu vermeiden, daß die Synchronisationsimpulse durch den Kondensator C und die Spule Bc kurzgeschlossen werden, wird eine Diode D zwischen den Synchronisationsstromkreis und den Kondensator C geschaltet. Diese Diode D vermeidet auch, daß die sich aus-den normalen Selbsthaltungsbedingungen ergebende Ladung des Kondensators C durch die Synchronisationsimpulse geändert wird. Außerdem verhindert die Diode nicht den Durchgang des Polarisationsstromes des Transistors durch den Widerstand R.

Wenn abgesehen von den Synchronisations impulsen is_ der Ausgang 6 des Synchronisationsstromkreises keinen sehr großen Widerstand bietet^ ordnet man am Ausgang des Synchronisationsstromkreises eine im Bild gestrichelt dargestellte Diode D₂ an.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die oben dargelegten Ausführungsformen, sondern sie umfaßt auch alle Varianten.

- Ansprüche -

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Claims (4)

1. Ansprüche

   Mj Synchronisations vorrichtung für eine in einem Uhrwerk schwingende Unruh, die mindestens zwei Magnete trägt, deren Schwingung durch eine Vorrichtung aufrechterhalten wird, die eine Steuer- und eine Antriebsspule umfaßt, wobei diese Spulen durch einen Schaltstromkreis miteinander verbunden sind und die Synchronisation durch einen Hochfrequenzoszillator erzielt wird, der mit einem Stromkreis für die Aufrechterhaltung seiner Schwingungen und die Frequenzteilung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthaltung durch eine Abstoß- oder Anziehungsaktion der Unruh gewährleistet ist, daß die eigene Periode Τ., der Unruh von der Periode T- des Synchronisationsgenerators verschieden ist, und daß der Synchronisationsimpuls außerhalb des Durchgangs durch den Totpunkt in gegensätzlicher Wirkung zum Antriebsimpuls erfolgt.
2. 2. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisationskreis einen Synchronisationsimpuls je Periode abgibt.
3. 3. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthaltung durch eine Abstoßaktion der Unruh gewährleistet ist, daß die eigene Periode T. der Unruh kürzer ist als die Periode To des Synchronisationsgenerators, und daß der Synchronisationsimpuls vor dem Durchgang durch den Totpunkt erfolgt.

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4. 4. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Selbsthaltung der Unruh durch
   eine Anziehungsaktion gewährleistet ist, daß die eigene
   Periode Ί< der Unruh langer ist als die Periode T^ des
   Synchronisationsgenerators, und daß der Synchronisationsimpuls nach dem Durchgang durch den Totpunkt erfolgt.

   5. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzoszillator aus einem
   piezoelektrischen Quarz besteht.

   6. Synchronisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des
   Teilungsstromkreises des Hochfrequenzoszillators mit der
   Antriebsspule verbunden ist.

   7. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstromkreis einen Transistor umfaßt, dessen Basis durch einen Kondensator an die Steuerspule angeschlossen ist, wobei der Kollektor mit der
   Antriebsspule verbunden und der Emitter an die negative
   Klemme der Stromquelle angeschlossen ist.

   8. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstromkreis einen Umschalter mit mechanischem Kontakt umfaßt.

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   9. Synchronisationsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltungsimpulse und die Synchronisationsimpulse an die Basis des Transistors angelegt werden.

   10. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode zwischen die Steuerspule und die Basis des Transistors geschaltet ist, wobei diese Diode die Haltungsimpulse durchgehen läßt und den Durchgang der Synchronisationsimpulse durch die Spule verhindert.

   11. Synchronisationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des TeilungsStromkreises des Hochfrequenzoszillators eine Diode angeschlossen ist, welche die Synchronisationsimpulse durchgehen läßt.

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