DE1523876C - Elektronische Kleinuhr mit einem elektromechanischen Oszillator als Zeit basis - Google Patents
Elektronische Kleinuhr mit einem elektromechanischen Oszillator als Zeit basisInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Kleinuhr mit einem elektromechanischen Oszillator
als Zeitbasis, dessen Schwinger zur Aufrechterhaltung der Schwingungen mit einer Antriebs- und Steuerspulen
enthaltenden elektrischen Schaltung zusammenarbeitet, sowie mit einem von der Zeitbasis mechanisch
unabhängigen, das erste Rad des Räderwerkes antreibenden zweiten Schwinger, welcher als Antriebsorgan mit einer an dem elektrischen Ausgang der Zeitbasis
angeschlossenen Antriebsspule zusammenarbeitet.
Bei bekannten elektronischen Kleinuhren dieses Typs ist die Anordnung derart getroffen, daß die
elektrischen Ausgangssignale der Zeitbasis, die beispielsweise durch einen Quarzoszillator oder durch
einen Stimmgabelschwinger gebildet sein kann, die Antriebsimpulse für das Antriebssystem liefern. Dabei
wird bei allen bisher bekannten Ausführungen das Antriebssystem selber nicht durch einen selbsterregten
Oszillator gebildet, sondern die Schwingung dieses Antriebssystems wird durch die von der Zeitbasis ao
kommenden Impulse erzwungen, ohne welche keine Schwingung des Antriebssystems aufrechterhalten
bliebe. Elektronische Uhren dieses Typs haben den Vorteil, daß Zeitbasis und Antriebssystem mechanisch
voneinander unabhängig sind und daher Rück- as Wirkungen des Antriebssystems bzw. des Zeigerwerkes
auf die Zeitbasis, die selber keine mechanische Arbeit leisten muß, weitgehend ausgeschaltet werden. Nachteilig
ist jedoch, daß das Antriebssystem mit der Frequenz der Zeitbasis schwingt, wenn kein besonderer
Frequenzteiler eingeschaltet wird. Nun ist es jedoch wünschenswert, daß die Frequenz der Zeitbasis höher
als die des mechanisch mit dem Zeigerwerk zusammenarbeitenden Antriebssystem ist. Nutzt man andererseits
die Möglichkeit der unterschiedlichen-Wahl der Schwingungsfrequenzen von Zeitbasis und Antriebs-.
system aus, dann sind besondere Frequenzteilerstufen erforderlich, die insbesondere bei Verwendung eines
Quarzoszillators wegen dessen hoher Frequenz bisher eine sehr aufwendige Schaltung mit einer verhältnismäßig
großen Anzahl von Teilerstufen einschließen. Das schließt die Anwendung derartiger Schaltungen
für Kleinuhren praktisch aus. Auch sind derartige Frequenzteilerstufen ziemlich kostspielig.
Wenn das Antriebssystem durch einen Synchronmotor gebildet wird, dann kann selbstverständlich
dessen Drehzahl durch eine entsprechend hohe Polzahl des Motors relativ zur Frequenz der Zeitbasis
untersetzt werden, jedoch ist einerseits der auf diese Weise erzielbare Untersetzungsfaktor natürlich begrenzt,
und andererseits sind Synchronmotoren für Kleinuhren nicht geeignet.
Außerdem müssen bei derartigen Schaltungsanordnungen selbstverständlich die Ausgangsimpulse der
Zeitbasis in jedem Falle durch einen dem Antriebssystem zugeordneten Verstärker verstärkt werden, da
die Zeitbasis elektrisch nur möglichst wenig belastet werden soll.
Bei einem anderen Typ von elektronischen Uhren mit unabhängigen Schwingern für die Zeitbasis und
das Antriebssystem arbeiten beide Schwinger mit denselben Steuer- und Antriebsspulen zusammen.
Hierbei besteht die Notwendigkeit, beide Schwinger mit derselben Frequenz schwingen zu lassen, und
außerdem ist es nachteilig, daß elektrische Rück-Wirkungen durch das Antriebssystem in den auch zur
Zeitbasis gehörenden Steuerspulen erzeugt werden.
Ausgehend von einer elektronischen Kleinuhr der eingangs beschriebenen Art liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kleinuhr zu schaffen, welche die Vorzüge mechanisch voneinander
getrennter Zeitbasen und Antriebssysteme, wobei die Zeitbasis mit einer höheren Frequenz schwingt als
das Antriebssystem, mit den Vorteilen einer sehr einfachen, keine besonderen Frequenzteilerstufen· benötigenden
elektrischen Schaltung kombiniert, derart, daß Schaltungsaufwand und Raumbedarf bei sehr
hoher Ganggenauigkeit nur gering sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der das Antriebsorgan bildende Schwinger
Teil eines ebenfalls selbsterregten, mit einer Frequenz F schwingenden Oszillators mit individuellen Steuer-
und Antriebsspulen ist, welcher durch die mit einer um ein ganzzahliges Vielfaches höheren Frequenz (n · F)
schwingende" Zeitbasis, ohne Verwendung von Frequenzteilerstufen,
synchronisiert wird.
Diese Ausbildung des Antriebsoszillators eröffnet die elegante Möglichkeit, eine Frequenzuntersetzung
ohne besondere Untersetzerstufen ganz automatisch^ zu erzielen, indem man einfach den elektrischen Ausgang
der Zeitbasis an den Eingang des Antriebsoszillators anschließt.
Da die Schwingungsfrequenz"~lles selbsterregten
Antriebsoszillators durch die Zeitbasisimpulse synchronisiert wird, sind die Anforderungen, die an die
Qualität des Antriebsschwingers zu stellen sind, nur gering. Bei diesem Antriebsschwinger kann es sich
beispielsweise um eine einfache Lamelle oder um eine Stimmgabel handeln. Es entfallen die Notwendigkeiten,
für den Antriebsschwinger ein qualitativ hochwertiges Material zu verwenden, auf große Präzision zu achten
und für eine sehr exakte Aufhängung und Justierung zu sorgen. Verglichen mit dem ziemlich scharfen
Resonanzmaximum der Zeitbasis ist die Resonanzkurve des Antriebsoszillators wegen dessen mechanischer
Belastung bzw. Dämpfung breiter und flacher. Dadurch findet die Wechselwirkung fast ausschließlich
in der Richtung Zeitbasis—Antriebsoszillator und
nicnt umgekehrt statt.
Der Schwinger der.Zeitbasis kann derart ausgebildet
sein, daß er mit einer ziemlich hohen Frequenz und einer nur kleinen Schwingungsämplitude arbeitet, da
es ja nicht erforderlich ist, diese Schwingung direkt zum Antrieb des Räderwerks auszunutzen. Mit kleiner
Amplitude schwingende Oszillatoren lassen sich wesentlich einfacher und besser hinsichtlich ihrer
Frequenz stabilisieren als mit großer Amplitude schwingende Systeme. Insbesondere können sie durch
geeignete Maßnahmen hinsichtlich ihrer Temperaturabhängigkeit und ihrer Lageabhängigkeit stabilisiert
werden. '
Vorzugsweise wird als Schwinger für die Zeitbasis nach der Erfindung eine magnetostriktive Bilamelle
in Form eines DoppeUJ mit geeigneter Vormagnetii sierung verwendet,-wie es in der deutschen Patentanmeldung
P 15 23 875.2 der gleichen Patentinhaberin beschrieben ist. ■..-..■....·
Weitere Merkmaie der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. ■·
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an
zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt: ,
F i g. 1 ein allgemeines Blockschaltbild einer Zeitbasis, welche über einen Frequenzuntersetzer einen
Antriebsoszillator synchronisiert, dessen Resonator das eigentliche Antriebsorgan zum Antrieb des Uhrenräderwerkes
bildet,
3 4
F i g. 2 ein Schaltbild eines Frequenzuntersetzers kung nicht verringert. Die Widerstände Al und Rl
nach der Erfindung, bzw. R'l bzw. R'l und R3 dienen zur Erzeugung der
F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der erforderlichen Potentiale bzw. der gewünschten BeErfindung,
in welcher die Zeitbasis und der Antriebs- triebsstromstärke.
oszillator einen gemeinsamen Verstärker besitzen, 5 Da die Basis-Emitter-Spannung für die vorzugs-
und weise verwendeten Siliziumtransistoren Ti bzw. 7"1
Fig. 4 das Schaltbild dieses Verstärkers in der etwa 0,45V und die Emitter-Koüektor-Sättigungs-
Schaltung nach F i g. 3. spannung der Transistoren Γ3 bzw. 7"3 ungefähr
In F i g. 1 ist das Blockschaltbild eines die Zeit- 0,2 V beträgt, liegt die minimale erforderliche Speisebasis
bildenden Oszillators I dargestellt, -welcher über " spannung bei ungefähr 0,65 V. Der Gesamtstromeinen
Frequenzuntersetzer II einen zweiten Oszil- verbrauch wird im wesentlichen durch den Kollektorlator
III synchronisiert, dessen Resonator seinerseits strom des Transistors Γ3 bzw. T'3 bestimmt und ist
als schwingendes Antriebsorgan . zum Antrieb des gleich der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Tl
ersten Rades eines Uhrenräderwerkes dient. bzw. 7"1, dividiert durch den Widerstand Rl bzw. R' 2.
Nach diesem Schaltbild arbeitet die Zeitbasis mit 15 Die dreistufigen Verstärker nach Fig. 2 haben
einer in Doppel-U-Form ausgebildeten magneto- gegenüber einstufigen Verstärkern den Vorzug, daß
striktiven Bilamelle 60, deren besondere Eigenschaften ihre Verstärkung als Funktion der Speisespannung
und Vorzüge in der deutschen Patentanmeldung wesentlich konstanter ist als bei einem einstufigen Ver-P
15 23 875.2 beschrieben sind. Der eine äußere stärker, da ja die Basis-Emitter-Spannung des Tran-Schenkel
dieser Bilamelle 60 umgibt eine Rückkopp- ao sistors7*l bzw. T'l sich nur sehr wenig als Funktion
lungsspule Bc, die im Eingangskreis eines Verstärkers der Speisespannung der Batterie β ändert. Wenn.sich-C
liegt, während der. andere äußere Schenkel der Bi- andererseits die Umgebungstemperatur erhöht, dann
lamelle von einer Antriebsspule Bm umgeben ist, die - verringert sich die erwähnte Basis-Emitter-Spannung
im Ausgangskreis des erwähnten Verstärkers üegt. des erwähnten ersten Transistors und damit der
Diese Bilamelle schwingt mit einer Frequenz /„. as Strombedarf; dieser Effekt ist sehr'wunschenswert, da
Der Antriebsoszillator III schwingt seinerseits mit er die temperaturabhängige Verstärkung der Traneiner
Frequenz F — fo/n und wird von der Zeitbasis I sistoren stabilisiert und ohne großen zusätzlichen Aufüber
den Frequenzuntersetzer II auf diese Frequenz wand eine Verwendung dieser Verstärker in einem
synchronisiert. Der Resonator dieses Antriebsoszü- großen Temperaturbereich erlaubt
lators III besteht im betrachteten Ausführungsbeispiel 30 Das beschriebene, aus Zeitbasis und Antriebsaus einer U-förmigen Lamelle bzw. aus einer Stimm- oszillator bestehende System mit getrennten Resogabelöl, deren beide Schenkel in bekannter Weise natoren für die Zeitbasis und den Antriebsoszillator wiederum einerseits mit einer im Eingangskreis eines hat den Vorzug, daß das Frequenzverhalten der Zeit-Verstärkers liegenden Rückkopplungsspule bc und basis durch die mechanische Belastung des Antriebsandererseits mit einer im Ausgangskreis des Ver- 35 organs nicht beeinflußt wird und daß auch die elekstärkers liegenden Antriebsspule bu umgeben sind. . trische Rückwirkung des Antriebsoszillators auf die
lators III besteht im betrachteten Ausführungsbeispiel 30 Das beschriebene, aus Zeitbasis und Antriebsaus einer U-förmigen Lamelle bzw. aus einer Stimm- oszillator bestehende System mit getrennten Resogabelöl, deren beide Schenkel in bekannter Weise natoren für die Zeitbasis und den Antriebsoszillator wiederum einerseits mit einer im Eingangskreis eines hat den Vorzug, daß das Frequenzverhalten der Zeit-Verstärkers liegenden Rückkopplungsspule bc und basis durch die mechanische Belastung des Antriebsandererseits mit einer im Ausgangskreis des Ver- 35 organs nicht beeinflußt wird und daß auch die elekstärkers liegenden Antriebsspule bu umgeben sind. . trische Rückwirkung des Antriebsoszillators auf die
Die Eigenfrequenz F0 des als Antriebsorgan dienen- Zeitbasis sehr klein ist. . ; /!
den Resonators61 liegt in der Nähe der Betriebs- Dias zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt
frequenz F des Antriebsoszillators. Über eine am. eine Schaltung, in welcher zwar wiederum die Zeitbasis
Antriebsorgan 61 befestigte Antriebsklinke 52 wird 40 und^der Antriebsoszillator völlig getrennte Resonatoren
das erste Rad 53 des Uhrenräderwerkes, angetrieben. besitzen, entsprechend dem Blockschaltbild nach
Vorzugsweise wählt man die Frequenz /0 der Zeit- F i g. 1, wobei in diesem Falle jedoch für die Zeitbasis
basis I zu 300 oder 450Hz und den Untersetzungs- und den Antriebsoszillator ein gemeinsamer Ve?-
faktor η des Frequenzuntersetzers II zu 2 oder 3. stärker 84 verwendet wird.
Selbstverständlich können auch anders ausgebildete 45 Der Aufbau dieses vorzugsweise dreistufigen Ver-
frequenzbestimmende Elemente für die Zeitbasis und stärkers ist der gleiche, wie bereits an Hand der F i g. 2
anders ausgebildete Resonatoren bzw. Antriebsorgane beschrieben, nur befinden sich in diesem Falle diey
im Antriebsoszillator verwendet werden. Es kann sich beiden Antriebsspulen Bm des Zeitbasisresonators
in beiden Fällen auch um die gleichen mechanisch bzw. bu des Antriebsorgans im Ausgangskreis des
schwingenden Elemente handeln. 5<>
dritten Transistors, während die entsprechenden
In F i g. 2 ist beispielsweise ein erfindungsgemäßes Rückkopplungsspulen Bc bzw. bc der beiden Reso-
Schaltbild dargestellt. Die Zeitbasis I und der An- natoren im Basiskreis des ersten Transistors liegen,
triebsoszillator III, der im betrachteten Ausführangs- Diese Schaltung ist in Fig.4 dargestellt
beispiel gleichzeitig die Funktion des Frequenzunter- Nach F i g. 3 hat der Resonator bzw. das frequenz-
setzers II in sich vereinigt, sind praktisch gleich auf- 55 bestimmende Glied 50 der Zeitbasis, die mit der Fre-
gebaut. Beide Verstärker werden über eine gemein- quenz / schwingt, die gleiche Gestalt wie der Reso-
same Batterie Q gespeist und bestehen jeweils aus drei nator bzw. das Antriebsorgan 51 des Antriebsoszilla-
Stufen, welche durch die npn-Transistoren 7"1 bzw. tors, der mit der Frequenz F = f\n schwingt. Mit η
T',1, Tl bzw. T'l sowie den pnp-Transistor Γ3 bzw. ist wiederum der Frequenzuntersetzungsfaktor be-
T'3 gebildet werden. Im Basiskreis des Transistors Π δο zeichnet.
bzw. 7"1 liegen die Rückkopplungsspulen Bc bzw. Das Antriebsorgan 51 des Antriebsoszillators trägt
bc, während die Antriebsspulen im Kollektorkreis des eine Antriebsklinke 6, die das erste Rad 7 eines
Transistors T3 bzw. T'3 liegen. Die mit X-X bezeich- Uhrenräderwerkes intermittierend antreibt.
nete Verbindung stellt die Rückkopplung des Oszilla- Die Ausführungsform nach den F i g. 3 bzw. 4
toren dar, welche nur auf die Gleichstromkomponente 65 zeichnet sich durch eine besonders einfache und raum-
des Stromes wirkt, während die Wechselstromkompo- sparende Bauweise aus.
nente durch den Kondensator C bzw. C entkoppelt Da die Resonanzkurve des Antriebsoszillators
wird. Auf diese Weise wird die Wechselstromverstär- wegen dessen mechanischer Belastung und Dämpfung
breiter und flacher ist als das ziemlich scharfe Resonanzmaximum
der Zeitbasis, findet die Wechselwirkung fast ausschließlich in der Richtung Zeitbasis—Antricbsoszilliilor
und nicht umgekehrt statt.
Als Resonatoren für die Zeitbasis und das Antriebssystem
lassen sich alle bekannten Resonatoren verwenden, z. B. einfach schwingende gerade Lamellen,
U-Lamcllcn, Stimmgabeln, magnetostrictive Bilamel-Icn,
die beliebig geformt sein können, oder auch Torsionsschwinger. Von besonderem Interesse ist, wie
. bereits erwähnt, eine Doppel-U-Form der magnetostriktivcn
Bilamcllc.
Dabei können die Resonatoren von Zeitbasis und Antricbsoszillator von gleicher Bauart sein oder sich
aber im Typ und/oder in der Gestalt unterscheiden. So kann beispielsweise ein magnetostriktiver Resonator
in der Zeitbasis mit einem üblichen, elektromagnetisch erregten Resonator im Antriebsoszillatnr
kombiniert werden.
_ ■ , ao
Claims (6)
1. Elektronische Kleinuhr mit einem elektromechanischen Oszillator als Zeitbasis, dessen ~
Schwinger zur Aufrechterhaltung der Schwingungen mit einer Antriebs- und Steuerspulen enthaltcnden
elektrischen Schaltung zusammenarbeitet, sowie mit einem von der Zeitbasis mechanisch
unabhängigen, das erste Rad des Räderwerkes antreibenden zweiten Schwi.iger, welcher als Antriebsorgan mit einer an den elektrischen Ausgang der
Zeitbasis angeschlossenen Antriebsspule zusammenarbeitet, dadurchgekennzeichnet, daß
der zweite Schwinger (51, 61) Teil eines ebenfalls selbst erregten, mit einer Frequenz F schwingenden
Oszillators mit individuellen Steuer- und Antriebsspulen ist, welcher durch die mit einer um ein ganzzahliges
Vielfaches höheren Frequenz η (· F) schwingende Zeitbasis, ohne Verwendung von
Frequenzteilerstufen, synchronisiert wird.
2. Kleinühr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eigenfrequenz des Schwingers des Antriebsoszillators ungefähr gleich der Eigenfrequenz
des Schwingers der Zeitbasis dividiert durch η ist.
3. Kleinuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zur Aufrcchterhaltung
der Schwingungen der Zeitbasis und des Antriebsoszillators dienenden elektrischen Schaltungen
je einen besonderen Verstärker einschließen und der die Antriebsspule (Bm) der Zeitbasis enthaltende
Ausgangskreis des Zeitbasisverstärkers mit dem Eingangskreis des Verstärkers des Antriebsoszillators verbunden ist.
4. Kleinuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufrechterhaltung der
Schwingungen der Zeitbasis und des Antriebsoszillators dienenden- elektrischen Schaltungeneinen
gemeinsamen Verstärke r bilden, in dessen Eingangskreis die Steuerspulen- (B0' und bc) der
Zeitbasis und des Antriebsoszillators hintereinandergeschaltet
sind und in dessen Ausgangskreis die Antriebsspulen (Bm und Öm) der Zeitbasis und
des Antriebsoszillators liegen.
5. Kleinuhr nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein dreistufiger
Transistorverstärker ist, dessen erste beiden Stufen je einen npn-Transistor enthalten und dessen dritte
Stufe durch einen pnp-Transistor gebildet ist.
6. Kleinuhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger
(69, 59; 61, 51) der Zeitbasis und des Antriebsoszillators an sich bekannte Biegeschwinger sind,
von denen wenigstens der eine vorzugsweise durch eine magnetostriktive Bilamelle gebildet wird.
Hierzu 1 Blau Zeichnungen
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