DE1043962B

DE1043962B - Schaltungsanordnung zur kontaktlosen elektrischen Unterhaltung von Drehschwingungen

Info

Publication number: DE1043962B
Application number: DES51916A
Authority: DE
Inventors: Marius Lavet; Jacques Dietsch
Original assignee: Leon Hatot SA France
Current assignee: Leon Hatot SA France
Priority date: 1953-09-17
Filing date: 1954-09-13
Publication date: 1958-11-13
Also published as: DE1039945B

Description

Schaltungsanordnung zur kontaktlosen elektrischen Unterhaltung von Drehschwingungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur kontaktlosen elektrischen Unterhaltung der Schwingungen eines Drehschwingers. Es ist bekannt, einen als Frequenznormal dienenden und einen Stabmagneten tragenden elastischen Draht dadurch in Schwingungen zu halten, daß der Magnet in Spulen eintaucht, welche im Gitter, bzw. Anodenkreis einer Verßtärkerröhre liegen, die hierdurch eine Rückkopplung erfährt und als Generator eines Wechselstromes wirkt-, welcher als elektrische Normalfrequenz verwendet werden kann (USA.-Patent 2260847).
Es ist ferner belnnnt, die Induktivitäten eines kapazitiv abgestimmten Röhrengenerators- in Form eines drei-. scltenkligen Transformators mit Eisenkern auszubilden, wobei der eine Kernschenkel einen Luftspalt besitzt, in welchen ein unter dein Einfluß einer Spiralfeder stehender Anker schwingfähig gelagert ist. Der Anker trägt Sperrhebel, mit deren Hilfe er, wenn er in Schwingungen versetzt wird, ein Zahnrad eines Zeitzählwerkes weiterschaltet. Die in dem elektrisch abgestimmten Röhrengenerator erzeugten- Schwingungen, die sich in dem Transformatorschenkel mit Luftspalt als. magnetische Kräfte auswirken, versetzen den Anker in Schwingungen (österreichisches Patent 133 325).
Es sind weitere Anordnungen mit linear hin. und her sohwingexgdem Pendel bekannt, bei welchem das schwin, gerade Pendel: eine Röhrenanordnung steuert, deren Ausgangskreise direkt oder indirekt die Energie liefern, die zur Aufrechterhaltung der Pendelschwingungen erforderlich ist (britisches Patent 601 712).
Es ist ferner für die Zwecke der Materialprüfung bekannt, Resonanzschwinger anzuwenden, die mittels Elektronenröhren rückgesteuert werden, so daB sie in. Schwingungen gehalten werden, ähnlich wie dies auch bei Stimmgabelschaltungen vorgenommen wird (schweizerisches Patent 213 932).
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, in einer elektrischen Uhr als Gangregler einen Stimmgabelgenerator zu verwenden, bei welchem auf den beiden Stimmgabelenden je ein Topfmagnet vorgesehen ist, wobei die Topfmagneten in Spulen eintauchen, die im Eingangskreis bzw: Ausgangskreis eines Transistorverstärkers angeordnet sind. Bei dieser Schaltung wird durch die Schwingungen der Stimmgabel in der Eingangsspule der Transistorschaltung eine Steuerspannung erzeugt und diese Spannung durch die Transistorschaltung über die Ausgangsspule auf die Stimmgabel wieder so rückgekoppelt, daß eine Aufrechterhaltung der Stimmgabelschwingungen stattfindet (deutsche Patentanmeldung B 31384 VIId/83b)..
Vom Erfinder ist für die Zwecke der Unterhaltung der Schwingungen eines linearen Hinundherschwingungen ausführenden Pendels eine Schaltungsanordnung vor=. gesehen worden, bei der durch die Schwingung in einer ersten Spule eine- Steuerspannung erzeugt wird und über eine elektronische Rückkopplungsschaltung; vorzugsweise eine Transistor-Rückkopplungsschaltung, ein Stromfluß in einer zweiten Spule derart bewirkt wird; daß. derselbe als Antrieb. auf das Pendel einwirkt; dabei wird eine derartige Ausbildung des Spulen- und Magnet= systems hinsichtlich der Flußverteilung und der Kopplung der Spulen miteinander und mit dem Magnetsystern vorgesehen, daß der bei der Schwingung entstehende Ausgangsstrom in Form eines Impulses auf die: Antriebsspule im wesentlichen nur während eines kleinen Teiles der Schwingungsperiode einwirkt. Die Erfindung benutzt das vorerwähnte Grundprinzip und kennzeichnet sich durch die Verwendung für eine elektrische Uhr mit Drehschwinger als Gangregler, bei welcher der Antrieb des Zeigerwerkes bzw. die Steuerung des Antriebes des Zeigerwerkes vom Drehschwinger abgeleitet wird, und durch eine derartige Anordnung von. Polen auf dem Drehschwinger; vorzugsweise der Unruh, oder auf einem vom Drehschwinger periodisch bewegten Teil, daß die von den Polen eingenommene Fläche nur einem kleinen Teil des gesamten Schwingungsbogens entspricht.
In der erfindungsgemäßen Weise lassen sich bei geringstem Raumbedarf und geringster Leistungsaufnahme Uhrenanordnungen in Gang halten. Die Erfindung eröffnet auf diese Weise insbesondere Wege zum Bau rein elektrisch arbeitender transportabler Uhren, Taschenuhren sowie Armbanduhren.
Die Besonderheiten der Durchführung der Erfindung werden im nachstehenden an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und 2 einen im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangenden Transistorkreis und ein Schaubild seiner Betriebsweise, Fig.3a und 3b eine Unruhanordnung gemäß der Erfindung in Draufsicht bzw. Seitenansicht, Fig. 4 und 5 eine ähnliche Ausführungsform in gleicher Darstellungsweise, Fig. 6 die zugehörigen Strom- und Spannungsverhältnisse als Funktion der Zeit, Fig. 7 eine weitere abgewandelte Ausführungsform, Fig. 8 bis 10 weitere Ausführungsformen für magnetische Hemmungen und Achslagerungen, Fig. 11 eine Ausführungsform ähnlich der in Fig. 7 gezeigten, Fig. 12 (Ansicht a und b) ein Drehpendel, das in bezug auf Aufstellung nicht empfindlich ist, Fig. 13 (Ansicht a und b) ein Torsionspendel, das wie die Vorrichtungen nach Fig. 12 betätigt wird, Fig. 14 bis 16 konstruktive Abwandlungen der Einrichtungen nach Fig. 12 und 13, Fig. 17 bis 21 schematische Skizzen eines Triebwerkes und der hauptsächlichen Organe einer erfindungsgemäßen Uhr, Fig. 22 bis 24 eine weitere Ausführungsform einer unruhgesteuerten Uhr gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Transistorschaltung dargestellt, wie sie zweckmäßigerweise im Rahmen der Erfindung zur Anwendung gelangt.
Die Spule BM ist die Antriebsspule, die vom Ausgangsstrom des Transistors TR erregt wird. Die Spule BC liefert den Steuerstrom des Transistors. Der Drehschwinger, der in Schwingungen gehalten werden soll, besitzt magnetische Pole, die mit den Spulen BC und BM so zusammenwirken, daß Teil F des von der Spule BC umfaßten Magnetflusses sich mit der Zeit t, wie es Fig. 2 a zeigt, ändert; in Fig. 2 stellt- T die Schwingungsperiode des Drehschwingers dar. Demzufolge hat die elektromotorische Kraft e, welche das Eingangssignal von Ty erzeugt, die Form nach Fig. 2b, denn sie ist proportional der Ableitung des Flusses F nach der Zeit. Die Spannung e bildet sich nur dann aus, wenn ein Pol des Drehschwingers vor den Windungen der Spule BC vorüberwandert. Die Polarität von e hängt von der Bewegungsrichtung des Drehschwingers ab, und im allgemeinen ist die erzeugte elektromotorische Kraft nicht sinusförmig.
Der Verstärker Tr liefert einen pulsierenden Strom i", (s. Fig. 2c) in die Antriebsspule BM und übt dadurch einantreibendes Moment auf den Drehschwinger aus. Die Stromimpulse im sind gegen die Spannungsmaxima e zeitlich um die Größe t, phasenverschoben.
Der verstärkende Transistor wird so betrieben, daß er die un terenHalbwellen der Steuerspannungen unterdrückt, und demnach liegt zwischen den von im herrührenden Antriebsimpulsen das Intervall T.
Die Erfahrung zeigt, daß man die Verhältnisse- so wählen kann, daß der mit der Bildung des Steuersignals verbundene Energieverlust schwächer ist als die durch den. Ausgangsstrom im bewirkte Antriebsleistung: Es ist auf diese Weise möglich, Gangverhältnisse zu schaffen, die den mittels periodischer Kontakte erzielten Verhältnissen entsprechen. Eine mäßige Verstärkung reicht aus; denn die Spule BC kann in intermittierender Form einen Strom von 0,1 Milliwatt Leistung erzeugen, der das plötzliche Einsetzen eines Antriebsstromes von 1 Milliwatt Leistung auslöst.
Die elektrische Energie wird durch ein kleines Element mit schwacher durchschnittlicher Leistungsabgabe von weniger als 0,001 Watt geliefert.
Fig. 3 a und 3 b zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Unruhgangreglers gemäß der Erfindung. Die schwingende Unruh besteht aus zwei teilweise ausgenommenen Scheiben A, und A2, die auf einer gemeinsamen Achse 0 angebracht sind. Die Teile bestehen aus einem Werkstoff von hoher Koerzitivkraft, und nur die mit N1, S1 und N2, S2 bezeichneten Teile sind dauermagnetisiert. In den übrigen Teilen bleiben die Weißschen Bereiche ungeordnet. Die Scheiben A1 und A2 der Unruh tragen nur an ihrer Peripherie die Pole N1 und S1, die einander gegenüberstehen, und die Unruh bildet ein astatisches System. Die feste Spule BC zur Erzeugung des periodischen Signals für die Auslösung der Antriebsimpulse ist zwischen den Scheiben A1 und A2 angeordnet; die dargestellte Lage ist die Gleichgewichtsstellung der Unruh, deren zugeordnete Spiralfeder nicht dargestellt ist.
Der Transistorverstärker Tr ist an BC gelegt und erzeugt einen Impulsstrom, der die Wicklung BM durchfließt. Die Wicklung BM ist ebenfalls mit der Unruh magnetisch gekoppelt und liefert ihr die durch Reibung verlorene Energie zurück.
In Fig. 4 und 5 ist eine Uhr dargestellt, die mit der Präzision von Seechronometern arbeitet.
Die von den teilweise magnetisierten Massen Al und A2 gebildete Unruh mit vertikaler Achse entspricht derjenigen von Fig. 3. Der Unruh sind beispielsweise zwei zylindrische oder kegelförmige Spiralfedern SPl und SP2 zugeordnet.
Um den Isochronismus des Gangreglers nicht zu stören, wählt man die rechts in Fig. 5 dargestellte Anordnung. Die Spulen BC, BM und BS sind fest gelagerte Luftkernspulen. RH ist ein Rheostat, der eine leichte Änderung des Wertes i"" der in die Antriebsspule BM gesandten Stromimpulse ermöglicht. Ein Kondensator C dient dazu, die Phase der Stromimpulse i,n zu ändern. HR ist eine Nebenuhr, welche mittels eines geeigneten Relais RL betätigt wird. Von der Spule BS können Taktgeberspannungen entnommen werden.
Die Einrichtung kann mit einer Amplitude von etwa 270° unter folgenden Bedingungen in Gang gehalten werden Der Pol N2 nimmt die Stellung Fig. 5 ein, wenn die Unruh sich im toten Punkt befindet. Es ändert sich der die Spule BC durchziehende Magnetfluß F entsprechend Fig. 6 a. Die-,in der Spule BC induzierte elektromotorische Kraft ändert sich entsprechend Fig. 6b. Diese elektromotorische Kraft bestimmt den Eingangsstrom im Verstärker Tr.
Der verstärkte Ausgangsstrom ibesitzt die in Fig. 6 c dargestellte Form. Man sieht, daß das Intervall zwischen den Stromimpulsen T/2 beträgt. Die Antriebsorgane werden den kurzen Impulsen angepaßt, die nach dem Durchlaufen des Totpunktes auftreten, wobei die Verzögerung t, beträgt. Diese Verzögerung richtet sich nach der Impedanz des aus BM und C gebildeten Ausgangskreises. Die nacheinander folgenden Durchgänge des Maximums des Antriebsstromes i" finden also statt, wenn die Unruh andere Winkellagen einnimmt. Wenn beispielsweise die Stellung der Unruh durch den Pol N2 verlaufenden Radius N20 charakterisiert wird, setzen die aufeinanderfolgenden Impulsmaxima des Arbeitsstromes ein, wenn die Unruh die n#-o- und n-o-Richtungen einnimmt. Es ist also möglich, die Lage der Spule BM so zu wählen, daß nur einer der beiden Stromimpulse ein Drehmoment hervorruft. Hierzu genügt es, daß für einen der Stromstöße der Pol M von der Spule BM entfernt ist. Unter diesen Umständen folgen die Antriebsimpulse im Abstand T aufeinander, als ob die Unruh mittels eines mechanischen, nur in jeder zweiten Halbschwingung wirkenden Hemmwerks in Gang gehalten würde.
Da die Impulsverschiebungen und ebenso die Unvollkommenheiten der Konstruktion den Isochronismus stören, hängt die Periode T etwas von der Amplitude ab. Die Periodendauer kann geregelt werden, indem man den Rheostaten RH verändert. Dieses elektrische Organ spielt so bei der Vor- und Nachstellung die Rolle eines Spiralenrückers.
Die Unruh kann auch mittels der Hilfsspule BS synchronisiert werden, indem man ihr einen intermittierenden Strom von der Periode Ts, die annähernd .der Periode T gleich ist, zuführt. Diese Spule wirkt am Ende der Unruhschwingungen auf N2.
Um die Achsreibung zu vermeiden, kann man sich konischer, dauermagnetisierter Lagerzapfen und Schraubstifte V1C und VZC bedienen. Zu diesem Zweck bestehen die betreffenden Teile aus Werkstoffen mit sehr hoher Koerzitivkraft, und der Magnetisierungsgrad wird so eingestellt, daß die Kräfte der magnetischen Abstoßung gerade ausreichen, um ein Anhaften zu vermeiden, das zu schädlichen Reibungserscheinungen führt. Man kann auch erreichen, daß die zu lagernden Teile durch eine kleine Luftschicht voneinander getrennt sind, so daß man auf das Schmiermittel verzichten kann.
Die Fig. 7 veranschaulicht eine Einrichtung ähnlicher Art. Die hier amagnetische Unruh bewirkt eine stoßweise, wechselnde Drehbewegung der GabelF, deren GegenarmQ dauermagnetisiert ist. Dieser Gegenarm ist zwischen den Magnetkernen aus extra weichem Material zweier kleiner Spulen BC und BM angeordnet, die an den Verstärker Tv angeschaltet sind. Die Gabel F kann auch mittels eines Antriebsankers das erste Sperrad R, eines Zeitzählwerkes betätigen.
Diese Einrichtung wirkt wie ein Ankerhemmwerk. Wenn der Scheibenzapfen Ch auf die Gabel in Richtung der Pfeile wirkt, entfernt sich der Pol N von BC und nähert sich BM. Die Spule BC verhält sich wie eine Tonabnehmerwicklung und löst den Fluß eines kurzen Stromes i aus, der die vom Kern der Spule BM ausgeübte Anziehung verstärkt. Demzufolge übt die Gabel F auf die Unruh einen Antriebsimpuls aus, und man erkennt, daß die aufeinanderfolgenden Wirkungen von BC und von BM den Vorgängen bei gewöhnlichen mechanischen Hemmwerken entsprechen.
Da die Gabel zwischen BC und BM sich in einem labilen magnetischen Gleichgewicht befindet, erreicht man einen guten Gang des Ankers, der das Rad R, um jeweils einen halben Zahn fortschaltet. Dieses Rad R, kann radial magnetisiert sein, so daß Zungen N, N' abwechselnd magnetisch in die Zahnung eingreifen. Der mechanische Sperrkegel, den man gewöhnlich in den Nebenuhrtriebwerken mit Antriebsanker verwendet, kann durch einen magnetischen Sperrkegel, bestehend aus den Magneten N1Sr und NS" ersetzt sein.
Im Rahmen der Erfindung ist es zweckmäßig, alle Erscheinungen der gleitenden Reibung zu mildern. Dies erreicht man insbesondere mittels der in den Fig. 8 bis 10 schematisch dargestellten Konstruktionseinzelheiten.
Fig. 8 zeigt, wie man die Reibung und die Gangunregelmäßigkeiten des Grahamschen Hemmwerkes verringern kann. Das Steigrad Re und die Zungen des Ankers A, bestehen aus hartem Material mit hoher Koerzitivkraft und Vormagnetisierung entsprechend der Pfeilrichtung. Man vermindert auf diese Weise die Berührungskräfte zwischen den Teilen, welche mechanische Arbeit der Antriebsfeder auf die Unruh übertragen. Fig. 9 bezieht sich auf Stifthemmwerke; das wirksame Ende jedes Ankarstiftes wird so magnetisiert, daß es den Zahn, auf den es wirkt, zurückstößt. Fig. 10 bezieht sich auf die Lagerung von Achsen; die Reibung wurde dadurch gemildert, daß die Zapfen und Achslager aus harten magnetisierten Materialien bestehen, die sich gegenseitig abstoßen.
Die in der gewöhnlichen Technik vorgesehenen kleinen Spielräume werden jedoch beibehalten, um so genaue Führungen zu gewährleisten.
Fig. 11 zeigt eine Magnetscheibe A als Unruh, die mit einer Unruhspirale 13 versehen -ist und zwischen den Spulen BC und BM schwingt. Sie überträgt ihre Schwingungen über einen Anker 6 auf ein Steigrad 7, das bei jeder Schwingung weitergeschaltet wird und über Zahnräder den Sekundenzeiger 12, den Minutenzeiger 10 und den Stundenzeiger 9 antreibt.
Die Fig.12 bis 16 veranschaulichen verschiedene Typen von Drehpendel-Gangreglern, die gegen die Wirkung der Schwerkraft praktisch unempfindlich sind.
In Fig. 12 a und 12 b wird eine Unruh durch zwei S-förmig angeordnete Magneten 34 und 35 gebildet, die auf einer gemeinsamen Achse 0 angeordnet sind und mit der Spiralfeder 36 ein astatisch-isochrones System bilden. Die Steuerspule und die Antriebsspule werden mit BC und BM bezeichnet. Man kann bei 37 einen pulsierenden Strom entnehmen, der beispielsweise ein Zeitzählwerk antreiben oder eine federbetriebene Hauptuhr synchronisieren kann. Der Aufbau eignet sich für Zeitmeßgeräte von Fahrzeugen (Schiffen, Flugzeugen usw.).
Fig. 13 a, 13 b veranschaulichen einen Unterbrecher der Ausführung mit Torsionspendeln. Die auf Schwenkbewegung abgeglichene Masse wird durch einen oder mehrere Magneten 38 in S-Form gebildet, die in ihrer halben Länge auf dem auf Torsion arbeitenden Stab 39 aus Elinvar befestigt sind. Man kann dem Querschnitt des schwingenden Stabes 39 verschiedene Form geben, z. B. Rechteck- oder Kreuzform (Fig. 16).
Um den Raumbedarf des Torsionspendels zu vermindern, kann man den Magneten 38 auf einem Elinvardraht 40 anbringen, der, wie Fig, 14a zeigt, teilweise in Form einer Schraubenfeder gebogen ist. Das obere Ende dieses Drahtes ist an einem Rahmen 41 befestigt, während das untere Ende sich frei in einem Lager 42 dreht, das so angeordnet ist, daß die seitlichen Bewegungen der Achse es Magneten eng begrenzt sind. Unter diesen Bedingungen kann der Magnet 38 Drehschwingungen ausführen.
Fig. 15 a und 15 b stellen einen anderen Unruhgangregler mit Spirale 36 und Zapflagerachse 0-0' dar. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Chronometer und Uhren, die mit sehr großer Amplitude und einer Frequenz arbeiten, die derjenigen der üblichen Marinechronometer entspricht.
Die Hauptschwingmasse wird durch den Permanenthohlmägneten 43 gebildet, der zwei am Umfang nahe zueinander angeordnete Pole N und S besitzt. Zwischen diesen Polen ist eine kleine magnetisierte Scheibe zas eingesetzt, die so angeordnet ist, daß ihre Eigenmagnetisierung derjenigen von 43 entgegengesetzt ist. Die Scheibe ns dient dazu, den direkten magnetischen Schluß zwischen N und S zu vermeiden.
Die Magneten 43 und ns werden vorzugsweise aus leitendem Material mit starker Koerzitivkraft und hoher Remanenz gebildet; beispielsweise kann der Magnet 43 aus Walzblech aus Kupfer-Nickel-Kobalt-Legierung ausgestanzt sein. Der kleine Magnet ns muß eine sehr starke Koerzitivkraft darbieten.
Auf der Achse 0-0' sind in geringem Abstand von dem Magneten 43 zwei dünne Hohlscheiben 44 und 45a angebracht. Diese Teile bestehen aus extra weichem ferromagnetischem Stoff von hoher Permeabilität, der den größten Teil des von dem Pol N ausgehenden und in den Pol S eintretenden magnetischen Kraftlinienflusses in eine bestimmte Bahn lenkt. Zwischen 43 und 45 wird. eine flache, rollenförmige Spule mit Luftkern oder einem Kern aus isolierendem Stoff angeordnet, die die feste Steuerspule BC bildet; ebenso wird symmetrisch zur Ebene von 43 zwischen 43 und 44 die Antriebsspule BM angeordnet.
Die Stellungen der festen Spulen BC und BM sind so gewählt, daß ihre Achsen in die Nähe der kleinen Scheibe izs gelangen, wenn die Unruh sich im toten Punkt befindet.
Man kann für die Unruh 43 kleine Abmessungen wählen, (z. B. Durchmesser zwischen 1 und 3 cm).
Die Konstruktionsweise des Gangreglers führt zu folgenden Ergebnissen a) Die von den Polen N und S ausgehenden magnetischen Kraftlinienflüsse wirken auf einen großen Teil der Leiter der Spulen BC und BM.
b) Die bewegende Wirkung von BM tritt nur ein, wenn die Unruh sich in der Nähe ihrer Gleichgewichtslage befindet, auch wenn die Schwingungsamplitude 270° erreicht. So verwirklicht man die mit den besten mechanischen Hemmwerken erzielte Wirkungsweise.
c) Man beseitigt die störenden magnetischen Einwirkungen, die bei gewissen Arten elektrischer Uhren den Isochronismus stören und aus dem remanenten Magnetismus beweglicher Weicheisenteile herrühren.
Fig. 17 bis 21 zeigen in großem Maßstab an Hand eines Beispiels die Hauptorgane einer Uhr mit erfindungsgemäßem Gangregler.
Der Gangregler ist in 43 dargestellt. Die kleinen eingelegten Magneten sind angeordnet, wie es die Fig. 18 und der Schnitt nach Fig. 19 zeigen. Die Spule BC, die das Eingangssignal des Transistors Ty erzeugt, und die Spule BM, die den Antriebsimpuls gibt, sind zwischen der Hauptplatine des Laufwerkes 44 und des Gangreglers 43 angeordnet. Diese Spulen von flacher Form bestehen aus einem Draht hoher Leitfähigkeit und mit dünner Emailisolierung. Ihr Draht ist sehr dünn (Durchmesser kleiner als 0,03 mm).
Die vor den Spulen vorüberwandernden Pole besitzen die Polaiitäten N, S, S und N, und der mittlere Durch= messet der Windungen ist gleich dem Abstand p der Achsen zweier ungleichnamiger benachbarter Magnetpole (s. Fig.21, die einen Schnitt längs einer zylindrischen Fläche darstellt, welche durch die Achsen der eingelegten Magnete verläuft; der Schnitt ist auf der Zeichenebene abgewinkelt).
Die ir Fig.17 dargestellte Stellung ist die Gleichcwichtslage des Gangreglers, d. h. die Stellung, für wel-che- die Winkelgeschwindigkeit ein Maximum ist. Für diese Stellurg ist die Änderungsgeschwindigkeit des indyziep erden Kraftflusses in BC maximal. Außerder-ist@bei gedgreter Diehiichtung das von BM ausgeübte Drehmomc r_t maximal ; denn Teile von Leitern, die von dem Strc-m i« du=rchflossen werden, befinden sich gleichzeitig vor einem Pol N und einem Pol S. Die Schaltung ist so, daß das Moment auf den Gangregler in Richtung f wirkt, und dadurch läßt sich erreichen, daß kein merkliches Momt.nt mehr auftritt, wenn sich der Gangregler um hehr als 10` in der einen oder anderen Richtung gedreht hat. Wenn der eine der Pole N oder S vor einem der Leiter voiüteiwandeit, die sich auf einer Seite der Spule BC Lefirder, ist die induzierte elektrernotorische Kraft relativ klein, so daß sie nicht ausreicht, um den Transi->tor T" zu ertspc-ircn.
"_ußcidcm Heibt das Drehmoment relativ klein, wenn der düttelpirnkt der Spule Bll-T sich nicht in der Mitte des Zwischenraumes zwischen zwei entgegengesetzten Polen N-S befindet.
Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, zeigt sich, daß der Gangregler einen merklichen Antriebsimpuls empfängt, nur wenn er in Richtung f durch die Gleich= gewichtslage wandert. Er ist also unter Bedingungen selbstgehend, die den in einem mechanischen Uhrwerk bestehenden vergleichbar sind, das mit Chronometerhemmwerk arbeitet, Fig. 17 und folgende veranschaulichen schematisch eine Konstruktion, die Hauptorgane in einem sehr beschränkten Raum unterzubringen. Der Durchmesser des Gangreglers ist etwa gleich dem Radius y des Gehäuses 45.
Auf einer Seite des Gangreglers befinden sich die Spulen BC und BM und die Gabel, die mit dem das Zahnrad 48 drehenden Antriebsanker 47 ein Ganzes bildet. Das Rad 48 ist mit einem Ritzel versehen, das einen Sekundenzeiger mit Mittelachse p betätigt.
Auf der anderen Seite des Gangreglers befindet sich die Unruhspirale 49 aus amagnetischer Legierung.
Das Räder- und Zeigerwerk entsprechen demjenigen von gewöhnlichen Uhren. Man kann Vorrichtungen zum Einstellen der Uhrzeit vorsehen, z. B. einen Seitenantrieb 50.
Die beschriebene Konstruktionsweise beläßt einen bedeutenden freien Raum in einem flachen Gehäuse 45 von runder oder ovaler Form, Man kann das Werk durch ein hermetisch verschlossenes, kleines inneres Gehäuse 51, vorzugsweise aus durchsichtigem Kunststoff, zusätzlich schützen.
Ein oder mehrere Kleinelemente vor; runder oder ovaler Form 52 und 53 sind seitlich des Werkes auf einem isolierenden Sockel angeordnet. Diese Elemente nehmen fast den ganzen verfügbaren Raum ein. Ein Scharnierdeckel gibt Zugang zu den Elementen zwecks Auswechslung.
Ein Umschalter 54 ermöglicht den Betrieb :nur eines der Elemente, während das andere eine Reserve bildet. Man kann ein Gehäuse 45 aus Mumetall (74 % Ni, 20 °/o Fe, 5,3 0% Cu und 0,7 0f0 Mn) oder einer anderen Legierung hoher Permeabilität vorsehen, das einen magnetischen Schirm zum Schutz des Gangreglers gegen den Einiluß äußerer Felder bildet.
Über den inaktiven Polen des Gangreglers kann matt eine kleine Platte aus extra weichem magnetischem Material 55 vorsehen, um die Streuung des Dauermagnetflusses zu beschränken.
In den Antriebsvorrichtungen nach Fig. 17 -arid 18 enthalten die dargestellten Wicklungen keine ferromagnetischen Kerne. Man könnte aber auch Kerne von guter magnetischerPermeabilität einsetzen, ähnlich denjenigen, die ,in, Radiogeräten benutzt werden, d. h. Kerne aus 1Metallpülver mit hohem spezifischem Widerstand und schwacher Hysteresis.
Die Kleinmagneten 39 können aus Stoffen mit großer Koerzitivkraft, wie die unter den Namen -SILMANAL" und vFERROXDUR« sowie Legierungen wie -Platin-Eisen« und rPlatin-Kobalt« bestehen.
Die Unruh gemäß Fig. 18 kann auch ganz aus Material von großer Koerzitivkraft bestehen, das nichtmagnetisierte Teile (Weißsche Störbereiche) oder Kerben und Auszackungen enthält, wobei die Magnetisierung auf die Polbereiche in der Reihenfolge N, S, S, N oder S, N, N, S beschränkt ist. Das verwendete Material kann dabei eine leitfähige Substanz sein, die in den Richtungen S-N und N-S leicht zu magnetisieren ist. Man kann dazu die unter den Bezeichnungen >,Cunico« und vViccaloy« bekannten Legierungen wählen.
Die vier am Umfang angeordneten Pole können bis zu S0` voneinander versetzt sein, und in diesem Falle wären die Spulenachsen symmetrisch zur Achse der Unruh anzuordnen. Die Gleichgewichtslage müßte dann so gewählt sein, daß bei maximaler Winkelgeschwindigkeit die in BC und Blll durch die Bewegung der Magneten 39 induzierten elektromotorischen Kräfte ihren Höchstwert erreichen.
Fig. 22 zeigt ein Torsionspendel zur Betätigung eines Räderwerks. Die Unruh ist mit 75 bezeichnet. Ihr ist die Spirale 76 zugeordnet.
Die Unruh besteht aus einem hochwertigen zweipoligen Magneten, der in einem dünnen Mantel 77 aus nichtmagnetischem Metall angeordnet ist. Seine Achse 0 steht senkrecht. Eine Platte 78 aus Weicheisen oder einer Legierung mit hoher Permeabilität ist zwischen den Magneten 75 und der Spirale eingesetzt und bildet einen Schirm, was gegebenenfalls die Verwendung einer Spirale aus leicht ferromagnetischem Metall ermöglicht. Der Abstand D ist so gewählt, daß die magnetische Anziehung zwischen 75 und 78 das Gewicht der Unruh ausgleicht; sie kann auch leicht überwiegen, was die Verwendung eines einzigen Gegenzapflagers ermöglicht.
Zwischen der Unruh und der Platte 78 sind die flachen Spulen BC und BM angeordnet, die an den Transistor TR und die Stromquelle S angeschlossen sind, wodurch die Schwingungen der Unruh unterhalten werden. Mittels der Vorrichtung 80 kann das Vor- und Nachgehen reguliert werden.
Die Umwandlung der Drehschwingungen der Unruhachse in eine Drehbewegung mit nur einer Richtung für den Zeigerantrieb kann durch verschiedene Zeitzählwerke erreicht werden. Man kann beispielsweise zwei parallele Schneckengänge 81 und 82 verwenden, die radial gespalten und mit zu schrägen Flächen ausgebildet sind, wie aus Fig. 24 zu ersehen ist. Diese Teile setzen ein mit Zähnen 84 versehenes Rad 83 in Drehung, wobei dieses bei jeder halben Schwingung der Unruh 75 um einen Zahn weiterrückt.
Die Achse 85 ist dem Zifferblatt parallel; sie trägt eine endlose Schraube 86, die mit einem mit dem Ritzel 88 verbundenen Rad 87 kämmt. Das Ritzel 88 bewegt das Mittelrad 89, welches mit der Achse 0-M des Minutenzeigers fest verbunden ist. Der Stundenzeiger wird durch das gewöhnliche Minutenzeigerwerk 90 angetrieben.
Auf den Magneten 75 kann man die Gangkorrekturvorrichtungen für den Isochronismus und den thermischen Ausgleich wirken, lassen.
Die Anordnung der in der Fig. 22 dargestellten Organe läßt noch reichlich Raum zur allfälligen Unterbringung der Stromquelle S in dem kleinen zylindrischen Gehäuse 91; der Durchmesser dieses Gehäuses kann auf weniger als 5 cm reduziert werden. Für die Zwecke der Gangregelung empfiehlt es sich, nahe der Unruh näherbar einen die Schwingungsdauer regelnden, vorzugsweise von Hand einstellbaren ferromagnetischen Körper anzuordnen. Dabei ist es zweckmäßig, daß zwecks selbständigen Temperaturausgleiches der Korrekturkörper einen gewünschter Weise ausnutzbaren Temperaturgang seiner magnetischer Eigenschaften hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zur kontaktlosen elektrischen Unterhaltung der Schwingungen eines Schwingers, bei welcher während der Schwingung in einer ersten Spule eine Steuerspannung erzeugt wird, die über eine elektronische Rückkopplungsschaltung, vorzugsweise eine Transistor-Rückkopplungsschaltung, einen Stromfluß in einer zweiten Spule derart bewirkt, daß derselbe als Antrieb auf den Schwinger einwirkt, wobei eine derartige Ausbildung des Spulen- und Magnetsystems hinsichtlich der Flußverteilung und der Kopplung der Spulen miteinander und mit dem Magnetsystem erreicht wird, daß der bei der Schwingung entstehende Ausgangsstrom in Form eines Impulses auf die Antriebsspule im wesentlichen nur während eines kleinen Teiles der Schwingungsperiode einwirkt, gekennzeichnet durch die Verwendung für eine elektrische Uhr mit Drehschwinger als Gangregler, bei welcher der Antrieb des Zeigerwerkes bzw. die Steuerung des Antriebs des Zeigerwerkes vom Drehschwinger abgeleitet wird, und durch eine derartige Anordnung von Polen auf dem Drehschwinger, vorzugsweise der Unruh, oder auf einem vom Drehschwinger periodisch bewegten Teil, daß die von den Polen eingenommene Fläche nur einem kleinen Teil des gesamten Schwingungsbogens entspricht.
2. Unruhgangregler für Uhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende System eine vorzugsweise ringförmige magnetische Scheibe ist, die an ihrem Umfang wenigstens einen vor einer Spule sich bewegenden Pol (Ni) besitzt.
3. Unruhgangregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Stoff von hoher Koerzitivkraft bestehende Scheibe (A) zwei diametral gegenüberliegende Pole (N, S) besitzt, die in zwei große Flachspulen (BR, BE) eintauchen.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehschwinger ein sein Außenfeld schließender, mit ihm zugleich bewegter Eisenkörper zugeordnet ist, der vorzugsweise ebenfalls ein Permanentmagnet ist und das Magnetsystem zu einem astatischen System ergänzt.
5. Unruhgangregler nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Unruhsystem zwei astatisch angeordnete Magnetscheiben (Al, A2) vorgesehen sind und die Induktionsspulen (BC) in den Zwischenraum zwischen den beiden Magnetscheiben hineinragen.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistorkreis regelbare Phasenverschiebungsmittel zugeordnet sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsspule ein Kondensator parallel geschaltet ist. B.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Antriebsstromkreis ein Regulierwiderstand eingeschaltet ist, dessen Handgriff vorzugsweise als ein über eine Skala bewegter Zeiger ausgebildet ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Pol (N1) am Scheibenumfang und der andere (S)1 im Scheibenmittelpunkt liegt.
10. Unruhgangregler für eine Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unruh ein von ihr periodisch bewegter, aus einem Permanentmagneten bestehender Anker zugeordnet ist, wobei der eine Pol in der Ankerachse liegt, während der andere an dem der Unruh abgewendeten Ankerende liegt und derart zu der Steuer- und der Antriebsspule angeordnet ist, daß dieses Ankerende sowohl den Steuerimpuls erzeugt, als auch den Antriebsimpuls erhält, und daß das der Unruh zugewandte Ankerende so ausgebildet ist, daß es nicht nur den Steuerantrieb von der Unruh erhält, sondern auch seinerseits auf die Unruh impulsgebend zurückwirkt.
11. Gangregler für eine Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Körner- bzw. Schneidenlagereng, bei welcher die zu lagernde Achsspitze bzw. die Schneide einerseits und das Körnerlager bzw. die Schneide andererseits aus Permanentmagneten gleicher Polarität bestehen.
12. Elektrische Uhr nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch ein mechanisches Gesperre, bei dem Sperrad und Sperrklinke bzw. Schaltklinke aus magn,_tischem Material gleicher Polarität bestehen.
13. Elektrische Uhr mit einem Gesperre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrrad aus einem Permanentmagnetrad mit vorzugsweise gezahntem Umfang besteht und der eine Pol in der Radmitte und der andere, auf eine Mehrzahl Pole verteilt, auf der Peripherie liegt.
14. Elektrische Uhr mit einem Gesperre nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung als Schaltrad und eine derartige Zuordnung eines beweglichen magnetischen Schalthebels, daß Schaltrad und Schalthebel zusammenwirken.
15. Elektrische Uhr mit einem Sperrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß einem permanentmagnetischen Sternrad fest angeordnete Arretierungsmagnetpole zugeordnet sind.
16. Elektrische Uhr mit Gangregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschwinger, insbesondere die Unruh, S-förmige Gestalt hat und die Steuer- und Antriebsspule parallel- zur Drehachse liegende Windungsflächen besitzt.
17. Schaltungsanordnung mit Unruhgangregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Magnetscheibe eine Unterbrechungsstelle aufweist, an der die ungleichnamigen Pole liegen und in welche Unterbrechung mit gegensinniger Polarität eine zusätzliche kleine Magnetscheibe eingesetzt ist, und d aß beiderseits auf derDrehachse ferromagnetische Scheiben angeordnet sind, welche die an der Unterbrechungsstelle austretenden Kraftlinien schließen.
18. Schaltanordnung mit einem Unruhgangregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unruhring aus unmagnetischem Material besteht und auf ihm zwei Paare von Stabmagneten derart angeordnet sind, daß ihre mittleren Magnetpaare gleich orientiert sind., während die außenliegenden Magnetpaare in bezug auf das innere Paar entgegengesetzt orientiert sind, und daß die Steuer- und Antriebsspulen parallel zur Ringebene liegen und daß vorzugsweise auf den Unruhring und unterhalb der Spulen ferromagnetische Flächen derart angeordnet sind, daß sie den Kraftfluß abschirmen.
19. Schaltanordnung mit einer elektrischen Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Unruh ein in seinem Abstand von derselben veränderlicher ferromagnetischer Körper derart angeordnet ist, daß durch seine Einstellung von Hand die Schwingungsdauer der Unruh regelbar ist.
20. Schaltanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturkörper aus einem Material hergestellt ist, dessen magnetische Eigenschaften einen derartigen Temperaturgang haben, daß eine Kompensation des Temperaturganges der Unruhschwingungen erzielt wird. In Betracht gezogene Druckschriften Österreichische Patentschrift Nr. 133 325; schweizerische Patentschrift Nr. 213 932; britische Patentschrift Nr.601 712; USA.-Patentschrift Nr. 2 260 847.