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Neue Beschreibungseinleitung Elektrisch angetriebener, selbstgesteuerter
Drehschwinger für Zeitmeßgeräte. Die Neuerung betrifft einen elektrisch angetriebenen,
| selbstgesteuerten Drehschwinger für Zeitoeßgerätet der |
| auf magnetelektrischem wiege in einer Spule eine Steuer- |
spannung erzeugt, die über eine Verstärkerschaltung, vorzugsweise eine Transistorschaltung,
eine den Drehechwinger auf elektromagnetischem @ege beeinflußende Antriebsspule
speist, Die Neuerung bezweckt die Verbesserung eines derartigen Drehschwingers in
der Hinsicht, daß der Drehschwinger sehr klein und leicht ausgeführt werden kann,
wodurch wiederum die mechanischen Reibungsverluste in den Dreh-
| eehwingerlagernverringert werden, so daß sich insgesamt |
| eingünstigerer Wirkungsgrad ergibt. Die kleinen Abmessungen |
| des Drehaohwingera sowie die infolge des günstigeren |
| Wirkungsgrades Rßiner zu haltenden Stromquellen ermöglichen |
| LEm-c' ; f'"''""- :--'"r= !'yjn'3 td hu'zsnspr.) bt d ! 3 zu
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die Herstellung eines Uhrwerkes mit sehr kleinen Abmessungen.
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Die Neuerung besteht darin, daß der Drehschwinger zwei mit den Spulen
zusammenwirkende Permanentmagneten trägt, aus deren den Spulen zugekehrten Polflächen
die Kräfte linien im wesentlichen in Richtung der Drehschwingerachse
| austreten, daß für die RUckleitung des Magnetflusses die |
| rehsehwingerwelleumgebende ! eile aus Werkstoff hober |
| Permeabilität vorgesehen sind und daß der mittlere Abstand |
| der den Spulen zugekehrten Polfläehen wenigstens annähernd |
dem mittleren Abstand der von den Magneten beeinflußten Spulenseiten ist.
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Die Neuerung ist im folgenden anhand der Zeichnung an eini-
| genAafhrungsbeispielen beschrieben Es zeigen |
Fig. 1 das Gesamtschema einer Verteileranlage auf Schieffen von einer Mutteruhr
aus, wobei die Steuerung der Nebenuhren von der Unruh der mutteruhr aus erfolgt,
Pig. 2 eine Abwandlung der Anlage auch w Fig. 3 eine Skala, an der die Größe einzelner
Gegenstände abgelesen werden kann,
| Fig. 4 den Motor eines Impulsempfãngera nach Fig. 2, |
rige 5t 6 und 7 Einzelansichten der magnetelektrisehen Drehschwinger der Mutteruhr
nach Fig. 1, Fig. 8 bis db abgewandelte Auafuhrungstormen der in den Figuren 5 bis
7 gezeigten Drehschwinger.
| (Fortsetzung urspr. Beschreibung Seite 5. 3. Absatz |
| "In der sohemat1schen..."bis Seite'2, vorletzter Absatz) |
| wri i i<N. aAMa. jMM ! ! ! . an'ae. &s |
| w,..."",.,...- |
| wird, der in einer einzigen RihtMg tMluft wobei |
| die WicBt s Oszillators un4 des Motors ge- |
| , . , ! M-. -''-''--''''" |
| BWtNWWSiRd. |
| M. L-. Ja. t |
| Patm h VimßO. |
| In der schematischen Zeichnung der Fig. 1 ist gezeigt, dass |
| eine Zentralverteilungsanlage für den genaue Zeit mit den |
Verbesserungen nach der Erfindung eine Sendeuhr (oder Mutteruhr HM) umfasst, die
in der Lage ist, Nebenuhren mit Synchronmotoren langsam laufender Art über ein besonderes
Frequenzteilerrelais Rel. zu betätigen. Eine einzige Nebenuhr HR ist auf dem Schema
dargestellt, aber selbstverständlich könnten mehrere Nebenuhren parallel auf der
Leitung geschaltet werden, die von dem Relais Rel gespeist wird.
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Die Mdteruhr UM besteht im wesentlichen aus einem Oszillator, der
so beschaffen ist, wie eine Unruhe eines Marinechronometers, dessen Periode T (hin
und zurück) eine halbe Sekunde beträgt. Diese Unruh wird durch eine magnetelektrisehe
Vorrichtung automatisch in Gang gehalten, wobei die Energie von einer Batterie 0
konstanter Spannung geliefert wird und die Impulse durch einen Transistor Tr verteilt
werden,
der sich wie ein statischer Kommutator nach dem Prinzip "alles oder nichts* verhält.
Die Batterie Gund der Transistor Tr sind so, wie das Schema das zeigt, mit einemmgnetelektrischen
Übertrager (oder Abfangen) BC und mit einer Antriebswicklung BE verbunden, die kurze
Antriebsimpulse auf die Unruh 25 ausübt, die zu der zylindrischen Spirale 26 gehört.
Diese Impulse werden nur gesendet, wenn die Unruhe in der Nähe ihrer Stellungen
statischen Gleichgewichtes vorbeiläuft und sie sind durch die Konstruktion so bestimmte
das die sorgfältig ausbalancierten beweglichen Massen mit einer grossen Amplitude
schwingen (Höchstdrehwinkel, von der Gleichgewiohtsstellung aus oder"dem Totpunkt
zwischen 180 und 270 gezählt). Der Strom 1, der periodisch den Stromkreis der Batterie
@ freigibt, wird von dem kleinen beweglichen Magneten A2 induziert und der Ausgangsstrom
1 des elektronischen Relais wirkt auf den Magneten Al ein, der symmetrisch gegenüber
der senkrechten Achse 00@ der Unruh angeordnet aber in der Höhe versetzt ist, wie
das die Skizze zeigt.
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Eine magnetische Abschirmung aus sehr weichem Eisen PI F2 verhindert
den Einfluß des Magneten Al auf die Spule BC.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung funktioniert im Prinzip wie
die elektromechanischen isochronen Oszillatoren nach den früher angemeldeten Patenten
der Anmelderin, Nr.
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1 090 564, angemeldet am 17. September 1953 (siehe Fig. 6)
Nr.
1 092 411, angemeldet am 21. Oktober 1953 (siehe Fig. 7& und 7b). Jedoch sind
verschiedene Verbesserungen an der Ausführung der Antriebsorgane durchgeführt. Diese
Verbesserungen werden weiter unten unter Hinweis auf Fig. 5 bis 11 dargestellt.
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In dem Stromkreis, in dem sich die Batterie G und die Antriebsspule
BE befindet, sind Elektroden e (Sender) und b (Unterteil eines zweiten Transistors
27, der die Aufgabe hat, das Relais Rel. zu steuern) angeordnet. Der Strom 1 der
die Halbleiterkristalle in der Richtung e nach b durchläuft, ist ein intermittierender
strom, der durch kurze Sendungen in einer Richtung dargestellt wird, die jedesmal
stattfinden, wenn die Unruh 25 in den beiden Richtungen durch den Totpunkt verläuft.
Die Periode dieser Sendungen ist die Hälfte der Periode T der Unruhe 25. In der
Folge wird der Transistor 27 vier mal je Sekunde einen Augenblick leitend, wobei
T auf den Wert von 0, 5 Sekunden eingestellt Ist.
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Das Relais Rel besteht aus einem kleinen Umlaufmotor, der gleichzeitig
selbst unterhalten und abhängig Ist, der über ein Untersetzungsgetriebe einen magnetelektrischen
Sender
betätigt. Die Energie wird von einer Zellen-oder Akkumulatorenbatterie
28 geliefert. Der Mitnehmermotor umfasst einen zweipoligen Ringmagneten 29 (aus
einem Material mit einem sehr großen koerzitiven Feld), der sich zwischen den flachen
und sehr nahe aneinanderliegenden Hohlspulen 30 und 31 dreht und eine Vorrichtung
zur periodischen Speisung, die von dem dritten Transistor 32 gebildet wird. Die
durchgeführten Verbindungen sind klar in dem Schema Fig. 1 gezeigt und dort ist
sichtbar, dass die Elektroden e (Sender) und c (Kollektor) des Transistors 27 in
Serie mit der Spule 31, der Stromquelle 28 und den Elektroden e (Sender) und c (Kollektor)
des Transistors 32 geschaltet sind. Ein Druckknopfkontakt 33 sowie ein starker Widerstand
R sind paratlel mit den Elektroden e und c des Transistors 27 geschaltet.
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Wenn die Spule 31 von einem Strom Im durchflossen wird, Ubat sie einen
Antriebsimpuls auf den Ringmagneten 29 aus.
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Dieser Strom Im wird zur richtigen Zeit unter der Einwirkung der Spule
30 erzeugt, deren Enden mit den Elektroden e (Sender) und d (Basis) des Transistors
32 verbunden sind.
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Wenn auf den Knopf 33 gedrückt wird, um die Elektroden e und o des
Transistors 27 kurzzuschliessen, beginnt der
von den Organen 29,
30. 31 und 32 gebildete Motor sich zu drehen (die Arbeitsweise dieses Systemes ist
in dem Patent Nr. 1 090 564 unter Hinweis auf Fig. 11 und 16 dieses Patentes beschrieben).
Die Erfahrung zeigt, dass die Spannung der Stromquelle 28 und die Wicklungen 30
und 31 so gewählt werden können, dass das Anlaufen des Kreismagneten 29 selbsttätig
erfolgt. Es ist jedoch notwendig, vorher die Linie der Pole NS in eine Wartestellung
zu bringen, die ungefähr parallel zur Ebene der Windungen der Flachspulen 30 und
31 liegt. Dieses Ergebnis wird leicht mit Hilfe eines kleinen Hilfsmagneten 34 erreicht,
der gerade genügt, um ein leichtes Rüokpoldrehmoment zu erzeugen, wenn die elektrischen
Ströme unterbrochen werden. Wenn unter diesen Umständen die Stromquelle 28 zum Arbeiten
gebracht wird und der Kontakt 33 hergestellt ist, ist festzustellen, dass der Magnet
39 einen ersten Impuls empfängt und sich nach einigen Schwingungen großer werdender
Schwingungsweite spontan weiter dreht. Dieses Ergebnis scheint sich aus der induktiven
Kupplung zu ergeben, die zwischen den koaxialen und einander genäherte Spulen 30
und 31 besteht. Die in dem Schema dargestellte Anordnung bildet in der Tat einen
elektrischen Oszillator von positiver Rückkupplung und Schwingungen hoher Frequenz
beginnen sofort, wenn der Magnet 29 (von schwacher magnetischer Permeabilität) unbeweglich
gemacht wird, so dass die Linie der Pole NS ungefähr senkrecht zur gemeinsamen
Achse
der beiden Spulen 30 und 31 liegt. Sowie die Stromquelle 28 eingeschaltet wird,
erhält der Magnet NS von der Spule 30 ein Anlassdrehmoment und beginnt, sich zu
drehen.
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Gleichzeitig erzeugt der bewegliche magnetische Fluss der sich aus
dem Magneten 29 ergibt, in der Spule 30 durch elektromagnetische Induktion eine
elektromotorische Kräfte die eine'Verschiebung elektrischer Ladungen zwischen e
und b des Transistors 32 entstehen lässt. Die Verschiebung der Ladungsträger zwischen
dem Sender e und dem Unterteil b macht die Kristalle zwischen den Elektroden e und
c leitend, was die Abgabe eines verhältnismässig bedeutenden Stromes Im mit sich
bringt. Dieser strom Ubt elektromagnetische Kräfte entgegengesetzter Richtungen
auf die Pole N und S des Rotors 29 aus, wobei der Rotor durch diese Kräfte in Bewegung
gesetzt wird, aber der Strom Im unterbricht sich automatisch, wenn der Magnet 29
sich um eine Viertelumdrehung gedreht hat (Linie der Pole NS in der Achse der Spulen
30 und 31 geleitet). Das Unterbrechen des Stromkreises aus der Stromquelle dauert
an, wenn die Polarität der Elektrode B umgekehrt wird, d. h. während eines Wechsels
der in der Spule 30 induzierten elektromotorischen Kraft. Der Strom Im entsteht
erneut, sowie die auf den Transistor 32 einwirkende Spannung im Sinne e bis b wirkt.
Dank der Wiederholung dieses Ersoheinungszyklus
dreht sich der
Rotor mit einer kontinuierlichen Bewegung und es ist möglich, die Speisespannung
des Motors so zu wählen, dass seine Eigengeschwindigkeit (bei hergestellten Kontaktkreise
30) höher als vier Umdrehungen je Minute ist.
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Die Geschwindigkeit des Magneten 29 wird selbsttätig durch die Mutteruhr
HM verringert und reguliert sowie nicht mehr auf den Kontaktknopf 33 eingewirkt
wird, was zur Wirkung hat, in den Stromkreis der Spule 31 und der Quelle 28 die
Elektroden e und o des Transistors 21 einzubringen. Die Kristalle zwischen den Elektroden
e und o die zu den Transistoren 27 und 32 gehören, verhalten sich wie zwei in Serie
montierte Schalter, wobei der erste viermal je Sekunde leitend wird und der zweite
während eines Teiles jeder Umdrehung des Magneten 29. Es ist gezeigt, dass die Spule
31 lediglich von dem Strom Im durchflossen ist, wenn die Transistoren 27 und 28
gleichzeitig im Zustande guter Leiter sind. Da dieser Zustand in geeigneter Weise
erfüllt wird, kann der Magnet 29 sich mit der Geschwindigkeit von vier Umdrehungen
je Sekunde drehen. Die Erfahrung zeigt, dass die Geschwindigkeit schnell von alleine
auftritt und eine grosso Stabilität aufweist. Wenn in der Tat die Drehung des Magneten
29 die Neigung hat. schneller
zu werden, dann verringert sich die
Dauer eines jeden Durchlaufes des Stromes Im und der Motor, der weniger Energie
erhält, wird verlangsamt. Wenn diese Verlangsamung Ubermässig wird, dann erhöht
sich die Dauer der Impulse infolge des intermittierenden Stromes Im und der Rotor
29 erhält mehr mechanische Kraft, was sich der Verringerung der Geschwindigkeit
entgegenstellt.
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Es ist festzustellen, dass dieses Prinzip der Synchronsierung durch
Abhängigmachung in dem Patent 1 092 411 unter Hinweis auf Fig. 12 dieses Patentes
erläutert ist, jedoch ist die vorstehend beschriebene Ausführungsform sehr stark
vereinfacht.
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Der Rotor 29 ist durch eine Untersetzungstransmission mit einem Umlaufmagneten
34 verbunden, der sich zwischen den flachen Spulen 35 und 36 dreht, die so angeordnet
sind, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. Vorzugsweise sind die Zahnräder so gewählt,
dass sie dem Rotor 34 die Geschwindigkeit von einer Umdrehung je Sekunde verleihen
und die in jeder Spule 35 und 36 induzierten elektromotorischen Kräfte sind ungefähr
sinusförmig und von einer Frequenz von 1 Hertz.
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Die Spulen 35 und 36 sind an den Eingängen von zwei elektronischen
Verstarkern-Unterbrechern 37 und 38 vorzugaweise
von Transistorenart
verbunden. Die Ausgangsklemmen sind einerseits mit der Stromquelle (Batterie 39)
und andererseits mit einem Kabel mit drei Leitern 40 41 und 42 verbunden, wie das
in dem Schema nach Fig. 1 gezeigt ist.
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Die Verbindungen sind so hergestellt, dass die Vorrich-
| tung 37. 38 wie ein Zweiwegekommutator sich verhält : die |
Ausgangsklemmen 37 und 38 speisen abwechselnd die Nebenuhren wie etwa HR während
ungefähr einer halben Sekunde und dieser Zyklus wiederholt sich einmal je Sekunde.
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Ein Unterbrecher 40 ist in den Stromkreis der Batterie 39 eingeschaltet.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 37 bis 38 ist in verschiedenen Formen ausgeführt.
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Eine einfache Aus gsrorm ißt in Fig. 11 des Patentes 1 092 411 dargestellt.
Dieses System gestattet es, Nebenuhren mit einem zweipoligen Magneten zu betreiben,
der sich stoßweise unter der Einwirkung eines abwechselnden magnetischen Flusses
um eine halbe Umdrehung dreht, wobei dieser magnetische Pluss von zwei Wicklungen
erzeugt wird, die nacheinander von in einer Richtung verlaufenden Strömen gespeist
werden, die in Zeitabständen von 1/2 Sekunde gesendet werden. Nebenuhren dieser
Art sind in dem Patent 1 092 411 unter Hinweis auf Fig. 1 und 11 beschrieben. An
den drei heftern 40,
41 und 42 angeschlossen, drehen sich die Synchronmotoren
dieser Uhren mit der mittleren Geschwindigkeit von 60 Umdrehungen je Minute und
können Zeiger mit konzentrischen Achsen antreiben, die die Sekunde, die Minute und
die Stunde anzeigen.
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Unten in Fig. 1 ist schematisch eine verbesserte Ausführungsform der
Empfängeruhr dargestellt, die mit zwei Synchronmotoren MSI und MS2 versehen ist.
Einer dieser Motoren MSI besitzt einen zweipoligen kreisförmigen Magneten 43, der
sich zwischen den polaren Teilen mit exzentrischen Bogen dreht, die zu einem Stator
gehören, der abwechselnd von den Spulen 44 und 45 erregt wird. Diese Spulen sind
mit den Leitungsdrähte verbunden, wie das in dem Schema gezeigt ist. Der Magnet
43 dreht sich Jede halbe Sekunde um eine halbe Umdrehung und nimmt durch geeignete
Zahnrãders ! tze den Sekundenzeiger 46 und den Minutenzeiger 47 mit. Die notwendigen
Getriebe sind in der Uhrenindustrie allgemein bekannt, so dass es nicht notwendig
ist, sie in dieser Beschreibung besonders darzustellen.
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Auf der Hohlachse des Minutenzeigers 47 dreht sich freidie rohrformige
Achse des Stundenzeiger 48, der von dem zweiten Synchronmotor MS2 gesteuert wird,
dessen Magnetrotor
bei 49 dargestellt ist. Dieser Motor ist gleich
dem Motor MSI aber er wird normalerweise durch eine Spezialleitung mit drei Drähten
50, 51 und 52 gespeist, die von einem Zweirichtungskommutator 54 bedient wird. Diese
Sendevorrichtung wird von einer Empfangsuhr 55 betätigt, die sich wie eine Sekundärmutteruhr
verhält und so beschaffen ist, dass sie Sendungen in lagen Zeitzwischenräumen aussendet.
Beispielsweise werden die Spulen 56 und 57 nacheinander von kurzen Strömen durchflossen,
die in einem Zeitabstand von 6 Minuten folgen. Die mittlere Geschwindigkeit des
Magneten 59 ist fünf Umdrehungen je Minute und der Stundenzeiger 48, der von den
Zahnrädern im Verhältnis 1 z 60 mitgenommen wird, dreht sich in 12 Stunden einmal
vollständig.
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Mit Hilfe des dreipoligen Zweirichtungskommutators 58 ist es möglich,
die Drähte 50, 51 und 52 mit der Leitung 401, 41t und 42'zu verbinden. In diesem
Falle hat der Motor MS 2 die gleichen Geschwindigkeiten wie der Motor MSI und der
Stundenzeiger 48 wird mit der anormalen Geschwindigkeit von einer Umdrehung je Minute
angetrieben.
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Die Betätigung von 58 erfolgt, um die Nebenuhren sehr schnell wieder
auf richtige Zeit zu bringen, wie nachstehend erläutert wird.
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Die Anordnung kann eine grosse Anzahl von Nebenuhren wie etwa HR umfassen,
die miteinander verbunden sind, wie das
| das Schema mit Leitungen mit sechs Drähten 40', 41t, 42*.,
50t |
und 52 anzeigt, und zwar mit Hilfe von dichten Verteilerkasten 59. Jeder Verteilerkasten
enthält zwei Widerstände 60 und 61, die in den gemeinsamen Drähten 41 und 51 eingeschaltet
sind. Dank dieser Widerstände kann ein zufälligerKurzschluss in einem Motor MSI
oder MS2 nicht das Anhalten der gesamten Installation hervorrufen. Es ist auch möglich,
mehrere Gruppen von Nebenuhren zu bilden, die mit getrennten Stromkreisen verbunden
sind, wodurch es möglich wird, gegebenenfalls einen Teil der Anlage abzuschalten,
der durch einen zufälligen Fehler ausser Betrieb gesetzt ist. Verschiedene Permutationssysteme
abgeleiteter Leitungen mit Hand-oder selbsttätiger Steuerung können verwendet werden,
um die Sicherheit der Übertragungen der Stromaussendungen sicherzustellen. Ausserdem
verbessern die folgenden Hilfsanordnungen den chronometrischen Dienst und erleichtern
gleichzeitig die Instandhaltung und die Überwachung der Empfangszifferblätter.
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Eine einzige Akkumulatorenbatterie 39 kann die Nebenuhren betätigen,
sowie das Relais Rel und die Spannung U dieser einzigen Batterie wird wirksam mit
Hilfe eines Voltmessers-
Anzeige-Gerätes kontrolliert oder mit
Hilfe der Vorrichtung, die oben rechte in Fig. 1 gezeigt ist.
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Diese Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung, die gegen die Spannung
U empfindlich ist und aus einem Ringmagneten 62 besteht, der sich sehr frei in einer
Hohlspule 63 dreht. Die von einer Spiralfeder 64 zurückgeholt Einrichtung ist mit
einer sichtbaren Anzeigenadel und einem Ausgleichsgegengewicht versehen, das aus
einem dünnen und leichten Teil 65 aus reinem Kupfer gebildet wird. Die Spie 63 empfängt
die zu überwachende Spannung U und wenn alles normal ist, nimmt die Einrichtung
die in der Zeichnung dargestellte Stellung infolge der elektromagnetischen Kräfte
ein, die auf die Pole N und S des Magneten 62 einwirken. Wenn die Spannung U sich
aus einem abnormalen Grunde verändert, wird das Rückholdrehmoment der Spirale 64
vorherrschend und lässt die Einrichtung sich in der Richtung des Pfeiles t drehen.
Das Kupfergegengewicht 65 legt sich dann zwischen die Spulen 66 und 67 eines selbständigen
Transistoroszillators 6 dessen-Energiequelle bei 69 dargestellt ist. In dem Ausgangsstromkreis
des Oszillators ist ein Anzeigegerät 70 angeordnet, das im Falle des Strommangels
funktioniert. Das Zwischenschalten der elektromagnetischen Skala 65 verhütet die
induktive Kopplung zwischen den Spulen 66 und 67 und bewirkt
das
Arbeiten einer geeigneten Alarmvorrichtung, die den Uberwacher der Anlage davon
informiert das die Zeitanlage nicht mehr richtig funktioniert. Die vorstehend beschriebene
Anordnung ist von einer sehr sicheren Funktion, denn es sind keine elektrischen
Kontakte geringen Druckes vorhanden und die von der Energiequelle 69 verlangte Kraft
ist sehr gering. Es kann demgemäß eine kleine unabhängige Zelle verwendet werden,
die mehrere Jahre hält und in der Lage ist, ein akustisches Anzeigegerät arbeiten
zu lassen oder ein Sicherheitsmanöver einzuleiten sowie die Spannung U ungenügend
wird. Das Organ 70 kann aus Geräten hergestellt werden, wie sie in den Fernmeldeanlagen
üblich sind.
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Alle elektromechanischen Geräte wie HM und Rel können gegen störende
Magnetfelder durch Abschirmungen aus Weicheisen oder aus Nickeleisen, sogenannten"Mumetall"geschützt
werden.
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Eines dieser Schutzgehäuse ist bei 71 dargestellt. Es ist festzustellen,
dass die Einrichtung mit Hilfe einer geringen Anzahl beweglicher verhältnismässig
einfacher und leichtter Elemente hergestellt ist. Die Drehzapfen sind kaum belastet
und drehen sich mit geringen mittleren Geschwindigkeiten. Die elektrischen Kontakte
mit geringem Druck und Klinkenmechanismen sind ausgeschaltet worden. Auf diese Art
und Weise werden die HauptgrUnde der Störungen in Zentraluhrenanlagen beseitigt,
wie sie heute verwendet werden.
Die Antriebseinrichtungen sind
unempfindlich gegen die Veränderung der offenbaren Schwerkraft und gegen Stoßbeschleunigungen.
Sie können demgemäss in Kriegsschiffen oder in Flugzeugen verwendet werden. pie
Anlage nach Fig. 1 erleichtert das Aufrechterhalten der Genauigkeit zahlreicher
Uhren. Die kleinen Versetzungen der Sekunden und Minutenanzeiger können leicht mit
Hilfe des Stössels 33 und des, Unterbrechers 40 korrigiert werden. Im
| Falle eines kleinen Haohgehens genügt es in der Tat auf den |
| t |
| Knopf 33 zu drUcken, um die Geschwindigkeit des Magneten 29 |
| zu erhöhen und die Nebenuhren gleichzeitig vorgehen zu las- |
sen. Im Falle eines allgemeinen Vorgehens genüg@ es, z@eitweilig die Impulse mit
Hilfe des Unterbrechers 40"ausfallen zu lassen.
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Die Zeitumstellungen, die notwendig werden (beispielsweise wenn ein
Schiff in Breitengrade mit anderer Zeitrechnung einfährt) werden leicht erzielt,
indem entweder gleichzeitig die Motoren MS2 angehalten werden oder indem diese Motoren
mit Hilfe des Kommutators 58 auf die Leitung 40-41-42 geschaltet werden. Die Verstellungen
um eine Stunde vorwärts oder rückwärts können mit Hilfe zweier selbsttätiger Kommutatoren
erreicht werden, die nach vorher bestimmten Zeiträumen in ihre Ausgangsstellungen
zurückkehren. In
diesem Falle können die angewendeten Manöver mit
Hilfe von zwei Druckknöpfen erzielt werden. Es ist nicht notwendig, hier die allen
Fachleuten bekannten Geräte näher zu beschreib ben. Das Umstellen der Zeit kann
sehr schnell erreicht werden ; um die Uhr HR beispielsweise um eine Stunde zurückzustellen
genügt es, abwechselnd in die Spulen 56 und 57 des Motors MS2 eine Folge von Impulsen
zu senden, die in Zeitabständen von einer halben Sekunde erfolgen, um die rohrförmige
Achse des Zeigers 48 um 11/12 (elf zwölftel) Umdrehungen vorwärtsschreiten zu lassen.
Dieser Vorgang, der durch die Betätigung des Kommutators 58 erreicht wird, erfordert
lediglich 55 Sekunden. Um den Zeiger 48 um eine Stunde vorgehen zu lassen, werden
in die Leitung 50-51-52 Impulse im Abstand von einer halben Sekunde während einer
Gesamtdauer von 5 Sekunden eingeleitet. Der Magnet 49 dreht sich dann schnell um
5 Umdrehungen und der Zeiger 59 läuft auf diese Weise um 5/60 oder 1/12 Umdrehung
vorwärts. Der Zeiger nimmt seine normale Geschwindigkeit wieder auf sowie der Kommutator
58 in seine Ausgangsstellung nach Fig.
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1 zurückgeführt wird (sei es von Hand, sei es selbsttätig).
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Fig. 2, zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform der Fig.
1, wobei die Mutteruhr HMt als einfache Borduhr verwendet werden kann. Dieses Zeitmeßgerät
kann mit einem
geringen Raumbedarf gebaut werden, wie das von der
Skala nach Fig. 3 gezeigt wird (Durchmesser der Grundplatte 71 ungefähr 43 mm).
Die Mutteruhr kann vereinfachte Stundenmechanismen betätigen, deren Motoren lediglich
Stromaussendungen in einer Richtung notwendig machen. Das Prinzip dieser Synchronmotoren
ist in dem Patent 1 092 411 unter Hinweis auf Fig. 14 bis 16 dieses Patentes dargelegt
aber die unten in Fig. 2 und Fig. 4 der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsform
hat es ermöglicht, den Verbrauch dieser Motorart zu verringern.
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Die Mutteruhr HMt arbeitet gem ! ss dem Prinzip der selbst unterhaltenen
Unruh 25-26, die weiter oben unter Hinweis auf Fig. 1 beschrieben ist. Jedoch wird
die zylindrische Spirale durch eine flache Spirale aus Elinvar 72 ersetzt, die mit
einer Reglerklaue 73 versehen ist. Ausserdem läßt die senkrechte Achse 0 der Unruh
die die Stunde anzeigenden Zeiger Schritt für Schritt vorwärts schreiten. Auf Fig.
2 ist eine Bewegungsübertragung dargestellt, deren Prinzip bekannt ist (doppelter
Mitnehmerbund 74 der Rampen aufweist, die abwechselnd auf ein leichtes Rad 75 einwirken,
das mit N Zähnen 76 versehen ist). Dieser Mechanismus ist verbessert worden, in
dem die Ubllche mechanische Andreas-Kreuz-Vorrichtung durch ein magnetisches Andreaskreuz
ersetzt
wurde, das ohne Gleitreibung arbeitet. Diese Anordnung wird von einem sehr leichten
Klinkenrad 77 mit N Zähnen aus sehr weichem Eisen gebildet, das auf der Achse des
Rades 75 montiert ist. Die Spitzen der Zähne 77 verlau* fen sehr nahe an den Enden
von zwei magnetisierten Stiften 78 und 79 (Stiften aus schmiedbarem Draht mit großen
koerzitivem Feld, wie etwa den Drähten aus bekannten Legierungen mit den Handelsbezeichnungen"Cunife"und"Cunico".
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Der Abstand der Stifte 79 und 78 entspricht einem oder drei Halbschritten
der Verzahnung 77 und die Stellungen dieser kleinen Magnete sind so bestimmt, dass
das Rad 75 Ruhestellungen einnimmt, die die von der Unruh hervorgerufenen Vorwärtsbewegungen
erleichtern.
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Die Achse der Räder 75-77 trägt ein Ritzel, das mit dem Zahnrad e0
kämmt, das mit der waagerechten Mittelachse 81 kraftschlüssig verbunden ist und
sich mit der Geschwindigkeit von einer Umdrehung je Minute dreht. Auf dieser Achse
ist der Sekundenzeiger der Uhr befestigt. Die beiden anderen Zeiger werden von Zahnrädern
angetrieben, wie sie in der Uhrenindustrie allgemein bekannt sind. Auf der senkrechten
Achse 0 kann ein kleines Klinekenrad 82 angebracht werden, das dazu bestimmt ist,
das Anlaufen der Unruhe mit Hilfe eines kleinen elastischen Hebels zu erleichtem,
der
mit der Einstellvorrichtung der Uhr zusammenwirkt. (Es wird hier nicht auf Ausführungseinzelheiten
dieser Anordnung eingegangen, die in der Uhrenindustrie allgemein gebräuchlich ist.)
Die magnet-elektrischen Antriebsorgane der Unruh können in verschiedener Art und
Weise hergestellt werden (insbesondere wie das die Patente Nr. 1 090 564 und 1 092
411 angeben sowie die Figuren 5 bis 11 der dieser Beschreibung beigegebenen Zeichnung).
Vorzugsweise wird auf einer leichten Unruh 83 ein oder mehrere Magnete A befestigt,
die sich in der Nähe der Spulen BC und HE drehen, die mit dem Transistor TR und
mit der Quelle elektrischer Energie @ verbunden sind. (Dieses System der Selbstunterhaltung
ist früher bereits im einzelnen beschrieben worden.) Die Unruh 83 ist auf ihrer
oberen Fläche mit zwei dünnen Platten versehen, 84, aus Weicheisen und 85 aus einer
Eisennickel-Leigierung "Mumetall", die magnetische Abschirmungen zwischen dem oder
den Magneten A und der Spirale 72 bilden. Diese Anordnung gestattet es, eine Reglerepirale
72 aus ein wenig Ferromagnetischem Material, wie "Elinvar" zu verwenden, dessen
Elastizität nicht wesentlich von den Veränderungen der Umgebungstemperatur beeinflueet
wird. In dem Stromkreis mit
der Stromquelle G, den Elektroden @
und c des Transistors Tr und der Antriebsspule HE ist ein Widerstand 86 eingeschaltet,
an dessen Klemmen eine elektrische Spannung ab-
| genommen werden kann deren Periode in konstantem Verhalt" |
| nie zur Sehwingungeperiode T der Unruh 83 steht. Diese in |
| entsprechender Weise verstärkte Spannung gestattet e< eine |
| odermehrere elektrische Uhren durch die in dem Patent Nr. |
| 1 092 411 und in den Zusätzen zu diesem Patent beschriebe- |
| nen Verfahren anzutreiben oder zu synchronisieren. |
| Fig. 2 stellt ein Antrieb. system durch das Relais Reif |
| d"i analog dem, das vorstehend unter Hinweis auf : Fig. 1 |
| beschrieben wurde. Dieaee Reiche umfaast einen umlaufen- |
| den Motor, der von dem Magneten 87"den Spulen 88, 89 und |
dem Transistor 90 gebildet wird. Die Elektroden e und c dieses Transistors sind
in Serie mit der Stromquelle 91
| und den Elektrodene*'o* einee zweiten Transistors 92 |
verbunden, der periodisch durch die Uhr HMt ausgelöst (entblockiert) wird. Die Drehung
des Magneten 87 wird dem Induktionsmagneten 93 durch ein Zahnräder untersetzungegetriebe
94 Ubertragen. Eine den Magneten 93 umgebende te. te Spule 95 ist der Sitz einer
elektromotorischen Induktionskraft, von der eine Alternanz auf die
Leitfähigkeit
des Krafttransistors 96 einwirkt, der dazu bestimmt ist, den Synchronmotor MS' der
Nebenuhren zu betätigen. Die Energie wird vorzugsweise durch eine Akkumulatoren-Batterie
97 geliefert (die auch den Motor 87-88-89 anstelle von 91 speisen kann).
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Das Relais Rel* arbeitet wie das Relais Rel der Einrich-
| tung nach ? ig. l, wobei jedoch die Leitunge, die die Ne- |
| benuhren bedient, nur aus zwei Drähten (98 und 99) be- |
| steht. Diese Leitung überträgt beispielsweise Impulse |
| des Stromes 1 in Zeitabständen von einer Sekunde. |
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Jeder Empfangsmotor MS' besitzt einen Ringmagneten 100, der sich stoßweise
um eine halbe Umdrehung zwischen den beiden exzentrisch liegenden Polstücken 101
und 102 eines zweipoligen Stators bewegt. Dieser Stator wird periodisch durch die
mit der Leitung 98-99 verbundene Wicklung 103 erregt. Er ist durch einen festen
Magneten 104 der wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, angeordnet ist, permanent polarisiert.
Dieser Magnet 104 besteht aus einem Material, dessen differentielle magnetische
Permeabilität der Luft benachbart ist. Der Grad der permanenten Magnetisierung muss
so geregelt werden, dass bei Abwesenheit von Strom in der Spule 103 der kreisförmige
Magnet 100 mit Sicherheit in die in Fig. 4 dargestellte Stellung gebracht wird.
Das
magnetische Rückholdrehmoment muss genügend gross aber nicht überaHssig sein, damit
ein geringer Strom It der in die Wicklung 103 geschickt wird, das Zeichen des magnetischen
Potentialunterschiedes zwischen den polaren Bogen 101 und 102 ändern kann. Die Erfahrung
zeigt, dass jede
| Umkehrung der Richtung des magnetischen Flusses zwischen |
| 101 und 102 die Drehung des kreisförmigen Magneten 100 um |
eine halbe Umdrehung hervorruft, unter dem Einfluß eines Kurzstromes in einer einzigen
Richtung, der mit der Frequenz von 1 Hertz gesendet wird, dreht sich der Magnet
100 mit der Mittelgeschwindigkeit von 60 Umdrehungen je Minute und kann die Zeiger
einer Nebenuhr betätigen, die die Stunde, die Minute und die Sekunde anzeigen. Der
Druckknopf 1 und der Unterbrecher 40'gestatten es, die Anzeigen der Nebenuhren zu
korrigieren. Bei der Anlage nach Fig. 1 könnte jede Nebenuhr mit zwei Motoren wie
MS' versehen werden, die die Aufgabe haben einerseits die Sekundenzeiger und Minutenzeiger
zu betätigen und andererseit@ den Stundenzeiger. Die Speisung der beiden Motoren
MS' durch Sendungen verschiedener Frequenz erfordert nur eine Leitung mit vier Drähten
(oder auch nur drei Drahtes, wenn für die beiden Stromkreise ein gemeinsamer Leiter
gewählt wird). Die vorstehend beschriebene Zusatzeinrichtung gemäss Fig. 1
ist
offensichtlich für Zentraluhrenanlagen mit Strömen in einer Richtung geeignet, die
auf die polaren Motoren nach Fig. 4 einwirken.
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Fig. 5 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsformen der magnetelektrischen
Organe, deren Aufgabe es ist, die Selbstunterhaltung der Unruhen in den Hauptuhren
HM, Fig. 1 und HM' Fig. 2 sicherzustellen.
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Die im Schnitt und in Draufsicht auf Fig. 5 und 6 darge-
| stellte Anordnung (siehe auoh perspektivische Ansicht Fi- |
| gur 7) ist gleich der, die Gegenstand einer Veröffentlichung |
| in den"Compte Kendus des Seanoes de ltAcademie des Sohiences, |
| Buch 245, Seiten 1304 bis 1306 (Sitzung vom 14. Oktober 1957) |
veröffentlicht ist. Jedoch ist die praktische Ausführung unterschiedliab und gestattet
ee, die notwendigen magnetischen Flüsse mit Hilfe einer Masse aus Magnetmaterial
sehr
| hoher Oute und von verhXltniaB&saig geringem Volumen zu
er- |
reichen. Daher kann eine hohe elektrische Leistung erzielt werden, wobei gleichzeitig
die mechanischen Verluste verringert werden, die sich durch die Reibung der Drehzapfen
ergeben. Der Induktionsmagnet A2 sowie der Magnet A1, der die Antriebsimpulse erhält,
bestehen aus leichten an der Achse 0 durch dünne niohtisagnetische Arme angebrachten
Teilen.
Diese Magnet sind zweipolig und die Linien innerer Kraft sind parallel und senkrecht
zur vertikalen Achse 0 angeordnet, wie in Fig. 7 gezeigt. Die wirklichen Abmessungen
entsprechen beispielsweise der Skala 3 (Abmessung eines jeden Magneten ungefähr
! 8 x 5 x 2 Millimeter). Die Magnete sind symmetrisch und diametral entgegengesetzt
gegenüber der Achse 0 der Unruhe angeordnet, aber sie liegen hüben und drüben von
einem dünnen Querbalken F1 und F2 in Form einer doppelten Gabel. Dieser Teil F1
und F2 besteht aus einem ferromagnetischen weichen Material sehr hoher Permeabilität,
in dem die Kraftlinien aussen an den Magneten
| Al und Ag sich konzentrieren, wie das die in Fig. 7 einge- |
zeichneten Pfeile zeigen. Auf diese Weise werden vier (4) schmale Luftspalte erzeugt,
in denen die Dichtigkeit des magnetischen Flusses sehr hoch ist.
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Rollenspulen BC und BE sehr flacher Art aus reinem emailliertem Kupferdraht
sind auf isolierenden Trägern (in der Zeichnung nicht dargestellt0 befestigt. Wenn
die Unruhe ihre Stellung statischen Gleichgewichtes einnimmt, befinden sich die
Seiten der Spulen in den Luftspalten Al und F1 und zwischen A2 und F. Die Wicklungen
müssen mit sehr feinen Drähten und sehr eng gewickelt hergestellt werden. Diese
Anordnung gestattet es, einen guten Ausgleich der Magneten zu erreichen,
die
die notwendigen magnetischen Flüsse erzeugen. Die Unruhe kann mit grosser Schwingungsweite
schwingen (270° hU-ben und drüben von der Gleichgewichtsstellung der Fig. 6) und
die durch A2 in der Spule BO induzierte elektromotorische Kraft entsteht nur in
der Nahe der Durchgänge der Unruhe durch den Totpunkt. Der Magnet Al wirkt nicht
auf die Spule BC ein, denn der Querträger F1-F2 bildet eine sehr wirksame magnetische
Abschirmung. Sowie die Unruhe sich um einen Winkel von ungefähr 45° aus der Stellung
nach Fig. 6 gedreht hat, wird der Fluß, der die Leiter von den Spulen BC und BE
trennt, praktisch 0 und lässt seine elektromagnetischen Kräfte entstehen.
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Diese Konstruktion. besonderheit gestattet es, die Schwingung der
Unruhe mit Hilfe von Kräften aufrecht zu erhalten, die ausschliesslich auf einem
kurzen Wege wirken, der in der Nähe des Totpunktes konzentriert ist. Die Theorie
und die Erfahrung zeigen, dass diese Eigenschaften des Systems nach Pig. 5 bis 7
die Herstellung von Isochronen Unruhen erleichtern, die sich für die sehr genaue
Messung der Zeit eignen. Die Antriebsimpulse beeinflussen die Dauer der Schwingung
nicht wesentlich. Demgemäss kann der Einfluss der Temperatur auf den Transistor
Tr (siehe Fig. 1) sich nur durch eine leichte Abwandlung der Schwingungsamplitude
ausdrücken, ohne die Periode davon
zu verändern.
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Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Systems nach Fig.
7. Die Magnete Atl und A'2 haben die Form eines U. Diese Teile können aus einem
Blech einer Legierung auf Eisen- und Kobaltbasis ausgeschnitten werden, das sich
walzen llsat. Diese Legierung ist durch eine sehr hohe remanente Induktion gekennzeichnet.
Der Querteil F1 und 1'2 kann aus einem Blech aus reinem geglühten Eisen ausgeschnitten
werden.
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Fig. 9 bis 11 zeigen in Vorderansicht, in Draufsicht und in der Perspektive
eine andere Art einer Antriebsunruhe, die sich insbesondere für die vorstehend unter
Hinweis
| auf Fig. 2 beschriebene Uhr eignet. Diese Unruhe läßt sich |
mit leichten Elementen geringen Platzbedarfes herstellen, wie von der Skala nach
Fig. 3 gezeigt. Diese Unruhe besteht aus drei dünnen ausgeschnittenen Teilen, deren
Form in Fig. 9 dargestellt ist. In dem Teil 83 aus nichtmagnetischem Material, das
leicht bearbeitet werden kann (Messing oder Duraluminium)
sind
zwei kleine zylindrische senkrechte Magnete 105 und 106 ziemlich nahe aneinander
eingelassen. Die Kraftlinien dieser benachbarten Magnete liegen parallel zu ihrer
Achse, wodurch es möglich wird ein koerzitives orientiertes Material zu verwenden,
das einen sehr hohen Fluss aufrecht erhält.
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Auf dem Teil 83 Bind dünne Platten gleicher Außenform, 84 und 85 angeordnet,
die eine aus reinem Eisen, die andere aus Eisen-Nickel Mumetall, die den Unterteil
der Magneten 105 und 106 darstellen, deren innere Kraftlinien zur Achse 0 der Unruhe
parallel liegen. Die polaren aktiven Flächen der beweglichen Magnete entgegengesetzter
Polaritäten N und S befinden sich unter der Unruhe 83 und aie verlaufen vor einer
sehr flachen Plachspule BC aus feinem Draht, die durch einen festen Isolator festgehalten
ist, wie das Fig.
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2 und lla zeigen. Die seitlichen Leiter b1 und b2 dieser Spule BC
schneiden normalerweise die senkrechten Kraftlinien, die aus den Magneten 105 und
106 herauskommen, wodurch es möglich wird, den pulsierenden Stromreis zu erzügen,
der die Kristalle des Transistors Tr periodisch leitend machen soll. (siehe Fig.
2). Die Antriebsspule HE ist an die Spule BO eng angelegt. Auf Fig. 11a ist gezeigt,
dann die beiden Wicklungen BC und HE eine gemeinsame Achse aufweisen, die parallel
zur Achse 0 der Unrube liegen und die aktiven Seiten von BO befinden sich vor den
Polarflächen NS, wenn die Unruhe durch ihre Stellung statischen Gleichgewichts verläuft.
Die Vorrichtung nach Fig. 9 bis
11 arbeitet wie die Unruhe nach
Fig. 5, jedoch ist der magnetische permanente Stromkreis weniger gut geschlossen
und die elektrische Leistung weniger hoch. Die Erhöhung des Verbrauches bleibt jedoch
in sehr engen Grenzen und durchaus annehmbar, denn die Unruhe 10 ist sehr leicht
und wenig gedämpfte dank einem magnetischen Anker 77-78*79. Sie wird demgemäss durch
winzigste Kräfte betätigt. Die dünne Platte 85 bildet eine magnetische Abschirmung
zwischen dem Magneten 105-106 und der Spirale 72 (Fig. 10).
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Die kleinen getrennten Magnete 105 und 106 konnten durch einen einzigen
Teil in Form eines Ringabschnittes getrennt sein, wie das in Fig. 11b bezeichnet
ist. Es ist möglich, diesen doppelten Magneten aus einem magnetischen Material darzustellen,
das gemäss der Richtung xy orientiert ist und ein sehr hohes koerzitives Feld aufweist,
wodurch es möglich wird, die Magnetisierung örtlich festzulegen, wie
| daw die Pfeile A1 und A2 zeigen, während der Zwischenbe- |
reich neutral bleibt (Bereiche von Weise in Unordnung).
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Vorstehend wurden verschiedene Prinzipien von Verbasserungen dargelegt,
die an Uhrwerken mit hin-und hergehenden Unruhen angebracht wurden, die mit Synchronmotoren
zugammen arbeiten. Diese erfinderischen Grundgedanken gestatten