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Gangregeleinrichtung für Uhrwerke od. dgl. Die Erfindung betrifft
eine Gangregeleinrichtung für Uhrwerke od. dgl. mit einer magnetischen Hemmung,
bestehend aus einem in einer Richtung angetriebenen Hemmrad, das zur Regelung seiner
Drehzahl mit einem Schwingsystem magnetisch gekoppelt ist; dessen Eigenfrequenz
die Drehzahl des Hemmrades bestimmt, und mit einer elektromagnetischen Synchronisierung
durch die Frequenz einer Wechselstromquelle, wobei während der Synchronisierung
die Eigenfrequenz des Schwingungssystems verlegt ist.
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Magnetische Hemmungen dieser Art sind bekannt. Sie enthalten normalerweise
eine Feder sowie ein geeignetes Getriebe zum Antreiben des Hemmrades.
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Im normalen Betrieb wird die Feder durch einen vom Netz her angetriebenen
Motor in vollaufgezogenem Zustand gehalten, so daß die Uhr entweder als Synchronuhr
oder als federbetriebene Uhr einwandfrei laufen kann. Die Eigenfrequenz des magnetischen
Systems ist so gewählt, daß sie der Netzfrequenz möglichst genau entspricht. Außerdem
ist eine elektromagnetische Synchronisationseinrichtung vorgesehen, die aus einer
Wicklung mit einem magnetischen Kern, der bis auf einen Spalt geschlossen ist, und
einem kleinen Anker aus magnetischem Material bestehen kann, der mit dem magnetischen
Schwingungssystem gekoppelt ist. Der Elektromagnet wird mit Netzfrequenz erregt.
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Im normalen Betrieb wird das Hemmrad durch die Feder angetrieben,
die von dem mit Netzstrom betriebenen Motor in vollaufgezogenem Zustand gehalten
wird. Das Hemmrad läuft um und versetzt das magnetische System in Schwingungen.
Die Drehgeschwindigkeit des Rades wird von der Schwingungsfrequenz des magnetischen
Systems geregelt. Die durch den Elektromagneten zur Wirkung gebrachten Impulse veranlassen
nun das magnetische System, Schwingungen synchron mit der Netzfrequenz auszuführen,
so daß das Werk als Synchronwerk, z. B. als Synchronuhr, läuft. Bei Ausfallen des
Netzstromes treibt die Feder das Hemmrad weiter an, und das Werk läuft weiter, bis
die Feder abgelaufen ist oder erneut Netzstrom verfügbar ist. Es kann ein kleiner
Zeitfehler eintreten, da die Eigenfrequenz des magnetischen Systems nicht genau
mit der Nennfrequenz des Netzes übereinstimmt. Auch kann ein geringfügiger temperaturbedingter
Fehler auftreten. Diese Fehler lassen sich natürlich durch entsprechende Konstruktion
auf ein Minimum beschränken. Sobald Netzstrom wieder verfügbar ist, übernimmt der
Elektromagnet abermals die Regelung, und das magnetische System wird wieder gezwungen,
mit synchroner Frequenz zu schwingen. Außerdem zieht der Motor die Feder wieder
auf.
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Bei derartigen Hemmungen tritt eine große Schwierigkeit auf. Wenn
die Eigenfrequenz des magnetischen Systems genau mit der Netzfrequenz übereinstimmt,
wird eine Resonanzwirkung erzeugt, wenn die synchronisierenden Impulse über den
Elektromagneten zur Wirkung gebracht werden, so daß die Amplitude der Schwingung
des Magnetsystems zunimmt und das System Schwingungen mit zu großer Amplitude ausführt.
Dies kann zu unbefriedigendem und geräuschvollem Lauf führen. Mitunter stößt das
schwingende Glied sogar an andere Teile. Um diese Gefahr zu vermindern, ist es erforderlich,
die von dem Elektromagneten gelieferte Energie auf einem möglichst niedrigen Niveau
zu halten. Wenn die Netzfrequenz um mehr als ein geringes Maß von der Nennfrequenz
abweichen sollte, dann entspricht diese nicht mehr der Eigenfrequenz des Schwingungssytems,
und die dem Elektromagneten zugeführte Energiemenge reicht dann unter Umständen
nicht mehr, um eine verläßliche Synchronisierung aufrechtzuerhalten.
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Um diese Fehler zu vermeiden, ist nun bereits vorgeschlagen worden,
bei Stromausfall wirksam werdende Mittel vorzusehen, die während der Zeit des synchronisierenden
Netzbetriebes die Eigenfrequenz des .Schwingkörpers weit aus dem Bereich der synchronisierenden,
dem Schwinger seine Frequenz aufzwingende
Frequenz zu verlegen.
Dieser Vorschlag bedarf also irgendeiner zusätzlichen Einrichtung; um die gefährlichen
Resonanzerscheinungen auszuschalten. Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß
bewußt auf zusätzliche Mittel verzichtet wird und die Übertragung der Synchronisierungsfrequenz
in der Weise erfolgt, daß automatisch eine Verlegung der Eigenfrequenz des Schwingungssystems
erfolgt. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch eine mit dem Schwingungssystem
schwingende, magnetisierbare Zunge als Anker für die Übertragung der Synchronisation
auf das Schwingsystem, die in einem Spalt schwingt, der von einem offenen Kern einer
mit der Wechselstromquelle verbundenen Spule gebildet wird und der etwas breiter
ist als die Zunge, wobei die Dicke des Kernes im wesentlichen der Dicke der Zunge
entspricht und der Kern im wesentlichen in der Ebene der Zunge oder parallel zu
dieser angeordnet ist.
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Bei dieser Ausbildung kann gemäß der Erfindung die Eigenfrequenz des
Schwingungssystems gleich der Frequenz des Wechselstromes der Synchronisationseinrichtung
oder gleich einem Vielfachen dieser Frequenz sein.
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Zwei vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bestehen darin,
daß die Zunge in ihrer Ruhestellung in einer zur Kernebene im wesentlichen parallelen
Ebene angeordnet ist, die entweder um .den Abstand einer halben Schwingungsamplitude
versetzt ist oder aber um den Abstand einer viertel Schwingungsamplitude oder weniger
versetzt ist.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß der Erfindung ein
Einweggleichrichter in der Zuleitung zur Spule vorgesehen ist. Dieser kann nach
einem vorteilhaften Erfindungsmerkmal parallel zur Spule geschaltet sein, wobei
eine Impedanz m einer der Zuführungen vor dem Gleichrichterabzweig vorgesehen ist.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine schematische Ausführungsform der Erfindung, F i g. 2 ein
Diagramm zur Veranschaulichung einer Ankeranordnung, bei der der Anker in seiner
Ruhestellung mit dem magnetischen Kreis fluchtend, also in .der gleichen Ebene wie
dieser, angeordnet ist, F i. g. 3 ein Schema zur Veranschaulichung des Falles, bei
dem .der Anker in der Ruhestellung in einer Ebene liegt, die um ,die Hälfte der
gesamten Schwingungsamplitude gegen die Ebene des magnetischen Kreises versetzt
ist, F i g. 4 ein Schema zur Veranschaulichung des Falles, bei dem der Anker in
der Ruhestellung in einer Ebene liegt, die um ein Viertel der gesamten Schwingungsamplitude
gegen die Ebene des magnetischen Kreises versetzt ist, F ig. 5 ein Schema zur Veranschaulichung
des Falles, bei dem der Anker in der Ruhestellung in einer gegen die Ebene des magnetischen
Kreises versetzten Ebene liegt, die zwischen den in F i g. 2 und 4 angedeuteten
Ruhelageebenen des Ankers liegt, und F i g. 6 ein Schema zur Veranschaulichung einer
Elektromagnetentwicklung, in deren Zuleitungsstromkreis ein Gleichrichter vorgesehen
ist, durch -den .die Schwingungsfrequenz .des magnetischen Systems halbiert wird.
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F i g. 1 zeigt eine .bekannte magnetische Hemmung, bei der ein Hemmrad
11 auf einer Spindel 12 montiert ist, die in nicht dargestellten Lagern frei drehbar
ist. Das Hemmrad 11 besteht aus magnetischem Material, z. B. Magneteisen mit geringer
Hysteresis, und hat Zähne 13. Radial fluchtend mit jedem Zahn ist ein Loch 14 vorgesehen,
so daß die Umrisse der Zähne und Löcher eine gewellte Bahn aus magnetischem Material
bilden, die am Umfang des Rades verläuft. Die .offenen Enden 16 und 17 eines U-förmigen
Dauermagneten 15 sind gegeneinander einwärts umgebogen und lassen einen Spalt frei,
der etwas breiter ist als die Dicke des Hemmrades 11. Der Magnet 15 liegt in einer
Ebene, die annähernd tangential zum mittleren Durchmesser der welligen Bahn liegt,
die von den Zähnen und Löchern gebildet wird.
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Am geschlossenen Ende des Magneten 15 ist dieser am einen Ende einer
Blattfeder 18 befestigt, die vorteilhafterweise aus einem Streifen von federndem
Material -bestehen kann, dessen Wärmeelastizitätskoeffizient im wesentlichen gleich
Null ist. Die Blattfeder 18 liegt innerhalb der von dem Magnet 15 gebildeten U-Form.
Das andere Ende der Blattfeder18 ist mittels einer Schraube 19 an einem Bügel 20
befestigt, der einen Teil eines Rahmens bildet. Die Teile sind vorzugsweise so angeordnet,
daß der Magnet um eine Achse schwingfähig ist, die durch den Schwerpunkt des aus
Magnet und Blattfeder bestehenden Satzes hindurchgeht. Da der Magnet in solcher
Lage angeordnet ist, daß seine Enden 16 und 17 im wesentlichen tangential zu einem
Kreis liegen, dessen Durchmesser dem mittleren Durchmesser der Wellenbahn an dem
Hemmrad 11 gleich ist, regelt die Schwingung des Magneten die Umlaufgeschwindigkeit
des Rades 11, das normalerweise von einer Feder angetrieben ist.
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Bei Versuchen mit einer. Anordnung von dieser Ausbildung wurde gefunden,
daß je nach der Ruhelage .des Ankers in bezng auf die Pole des Elektromagneten verschiedene
Wirkungen erzielt werden können, wenn der mit dem magnetischen System verbundene
Anker aus einem ziemlich dünnen Streifen von z. B. etwa 0,5 mm Dicke von geringer
Hysteresis hergestellt ist und das System so angeordnet ist, daß der Streifen in
einem Spalt 22 in einem magnetischen Kreis 23 schwingt, der ebenfalls aus einem
Streifen von magnetischem Material gleicher Dicke hergestellt ist, und wenn der
Kern mit einer Wicklung 24 versehen ist. Diese verschiedenen Wirkungen werden im
folgenden beschrieben.
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F i g. 2 ist ein Schema zur Veranschaulichung des Ankers 21 in einer
Ruhestellung, die mit den beiden Enden des magnetischen Kreises 23 fluchtet, .d.
h. in der gleichen Ebene liegt wie dieser, so daß er sich bei seiner .Schwingung
in jeder Richtung aus der Ruhelage in Stellungen 21 a um einen Abstand A bewegt.
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Die gesamte Schwingungsamplitude beträgt .also 2 A. Unter diesen Bedingungen
übt die Zufuhr von Strom zum Elektromagneten auf den Anker eine zusätzliche zur
Mittellage gerichtete Kraft aus und versteift das System so, d aß die Eigenschwingungsfrequenz
des Schwingmagnetsystems auf eine Frequenz gehoben wird, die wesentlich oberhalb
der ursprünglichen Netzfrequenz liegt. Bei einem gegebenen System hängt das Maß,
um weiches die Eigenfrequenz des magnetischen Systems angehoben wird, von der Stärke
.des Elektromagneten ab und somit von dem magnetisierenden Amperewindungen.Wenn
ein solches System mit einem Netz von 50 Hz Netzfrequenz
verwendet
werden soll, so wird die Eigenfrequenz des Schwingmagnetsystems möglichst genau
gleich 50 Hz gewählt. Wenn die Wicklung 24 erregt wird, wird die Eigenfrequenz des
magnetischen Systems merklich über 50 Hz angehoben, jedoch zwingt der Elektromagnet
das Magnetsystem mit 50 Hz zu schwingen. Da das Magnetsystem nicht mehr mit seiner
Eigenfrequenz schwingt, werden Resonanzwirkungen vermieden, und der Wicklung 24
muß Energie in nennenswertem Maß zugeführt werden, damit das magnetische System
gezwungen wird, weiterhin mit einer Frequenz von 50 Hz zu schwingen, so daß eine
verläßliche Schwingung gewährleistet ist.
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F i g. 3 ist ein Schema ähnlich F i g. 2, jedoch ist die Ruhelage
des Ankers 21 in diesem Fall derart verschoben, daß der Anker in dieser Lage nicht
mehr mit den Enden des magnetischen Kreises 23 fluchtet, vielmehr der magnetische
Kreis und der Anker in parallelen Ebenen liegen, deren Abstand D gleich ist dem
Ausschlag, um den sich der Anker bei der Schwingung von seiner Ruhestellung entfernt.
Der Abstand D ist gleich A der halben Amplitude, und der Anker
21 kommt jeweils während der einen Halbperiode seiner Schwingung zum Fluchten
mit dem magnetischen Kreis 23 und bewegt sich in der folgenden Halbperiode vom Kern
23 fort. Unter diesen Bedingungen wird die Eigenfrequenz des Schwingungssystems
vermindert. Auch hier ist der Grad der Abnahme abhängig von den magnetisierenden
Amperewindungen der Wicklung 24.
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Bei dieser Anordnung ist eine auf den Anker 21 wirkende Zugkraft vorhanden,
die bestrebt ist, ihn bei jeder Halbperiode des Wechselstroms zum Fluchten mit dem
magnetischen Kreis 23 zu bringen, d. h., daß das System mit der doppelten Netzfrequenz
schwingt. Das Schwingmagnetsystem würde also dann so konstruiert sein, daß seine
Eigenschwingungsfrequenz 100 Hz beträgt, jedoch würde, wenn die Wicklung 24 erregt
würde, die Eigenfrequenz des Schwingungssystems auf eine Frequenz von weniger als
100 Hz vermindert werden und gezwungen werden, wegen des Elektromagneten mit einer
Frequenz von 100 Hz zu schwingen.
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F i g. 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Ebene, in der der Anker
in seiner Ruhelage liegt, von der Ebene des magnetischen Kreises um die Hälfte des
Abstandes entfernt ist, um den der Anker sich bei seiner Schwingung aus seiner Ruhelage
herausbewegt, d. h., der Abstand D ist gleich der Hälfte des Ausschlages A, so daß
während jeweils einer Halbperiode der Schwingung der Anker 21 sich von dem Magnetkreis
entfernt und während der anderen Halbperiode in die fluchtende Stellung eintritt
und um eine Strecke über diese hinaus ausschlägt, die etwa gleich ist der Hälfte
seines größten Ausschlages aus der Ruhelage. Die maximale Synchronisierungswirkung
wird mit dieser Anordnung für eine gegebene Menge an der Wicklung 24 zugeführten
Energie erzielt, und die Schwingungsfrequenz des Magnetsystems ist doppelt so hoch
wie die Netzfrequenz. Für den Betrieb mit einem Netz einer Frequenz von 50 Hz wird
das Schwingmagnetsystem mit einer Eigenfrequenz von 100 Hz konstruiert, und bei
Erregung der Wicklung 24 wird die Eigenfrequenz des Schwingsystems von dem Frequenzwert
von 100 Hz fortgerückt, jedoch zwingt der Elektromagnet das Schwingungssystem mit
einer Frequenz von 100 Hz zu schwingen. F i g. 5 zeigt ein Schema einer Anordnung,
die einen Kompromiß zwischen den drei unterschiedlichen Anordnungen der F i g. 2,
3 und 4 bildet, Der Anker 21 liegt in seiner Ruhestellung in einer zur Ebene des
Magnetkreises 23 parallelen Ebene, die von der ersteren um einen Bruchteil entfernt
liegt, der weniger als die Hälfte des größten Ausschlags des Ankers aus seiner Ruhelage
bei seiner Schwingung beträgt. Wenn der Anker in der einen Richtung seiner Bewegung
ausschlägt, erfolgt seine Bewegung vollständig außerhalb des Bereiches des Kernes
23, während seines Ausschlages aus der Ruhestellung in der anderen Richtung bewegt
er sich jedoch in die mit dem Magnetkreis 23 fluchtende Lage und schlägt über diese
hinaus aus. Auch bei dieser Anordnung muß die Eigenfrequenz der Schwingung des Magnetsystems
das Doppelte der Netzfrequenz, also 100 Hz bei einer Netzfrequenz von 50 Hz, betragen.
Diese Anordnung zeichnet sich durch ein gutes Synchronisiervermögen aus, da die
Eigenfrequenz der Schwingung ;des Magnetsystems angehoben wird, wenn Energie zugeführt
wird.
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Es kann vorteilhaft sein, Anordnungen wie jene nach den F i g. 3,4
oder 5 zusammen mit Magnetsystemen zu verwenden, deren Eigenfrequenz 50 Hz beträgt.
Dies kann dadurch erzielt werden, daß man in den Zuleitungsstromkreis zur Wicklung
24 einen Gleichrichter einbaut. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in F i
g. 6 dargestellt. Wie bei den anderen Ausführungsformen schwingt der Anker 21 im
Spalt 22 im magnetischen Kreis 23. Die Wicklung 24 ist mit einem zwischen die Leiter
geschalteten Gleichrichter 25 und mit einer Impedanz versehen, die zum Begrenzen
des durch den Gleichrichter 25 fließenden Stromes dient und in Reihe mit der elektrischen
Zuleitung liegt und als Widerstand 26 dargestellt ist. Wenn Netzstrom in der einen
Richtung fließt, ist der Widerstand des Gleichrichters 25 sehr hoch, so daß durch
die Wicklung 24 Strom von normaler Stromstärke fließt. Fließt jedoch der Netzstrom
in der entgegengesetzten Richtung, so schließt der Gleichrichter 25 praktisch die
Wicklung 24 kurz, so daß durch die letztere praktisch kein Strom fließt.
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Wenn der Netzstrom ausfällt, wird die Wicklung 24 entregt, so daß
der Elektromagnet wirkungsmäßig nicht mehr vorhanden ist, und die Eigenfrequenz
des Schwingmagnetsystems kehrt auf ihren ursprünglichen Wert zurück, so daß die
magnetische Hemmung auch weiterhin den Gang der Uhr mit der richtigen Ganggeschwindigkeit
steuert.