DE1073967B - Anordnung zur kon taktlosen elektronischen Steuerung eines zeithaltenden elektrischen Geräts - Google Patents

Description

• Anordnung zur kontaktlosen elektronischen Steuerung eines zeithaltenden elektrischen Geräts Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontaktlosen elektronischen Steuerung eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, insbesondere einer elektrischen Uhr, bei welcher ein und dieselbe Spule sowohl als Steuerspule wie als Antriebsspule dient.
• Eine bekannte Anordnung dieser Art besitzt eine im Felde eines Dauermagneten schwingfähige Spule, welche zwischen den Steuerelektroden von zwei Trioden geschaltet ist, wobei die Anoden und Gitter dieser Trioden über Widerstände miteinander kreuzweise gekoppelt sind, derart, daß die Schaltung zum Selbstschwingen neigt. Jede durch das Feld des Magneten in die Spule erzeugte Spannung wird deshalb durch eine der Trioden verstärkt und über- die Rückkopplungswiderstände der Spule in Phase zurückgeführt.
• Zumindestens durch die Notwendigkeit von zwei elektronischen Trioden ist diese Schaltung sehr aufwendig, auch ist die für Uhren notwendige Bedingung kurzer, scharfer Antriebsimpulse in der Nullage des Schwingers nicht hinreichend erfüllt.
• Eine andere bekannte Vorrichtung derselben Art besitzt einen im Felde eines Dauermagneten zum Schwingen angeordneten metallischen Körper, welcher mittels einer Antriebsspule und eines Anpassungstransformators mit einem Schwingungskreis eines Röhrenoszillators gekoppelt ist, dessen Schwingungsfrequenz ungefähr gleich der mechanischen Schwingungsfrequenz des Körpers ist, so daß die mechanischen Schwingungen dieses Körpers durch die elektrischen Schwingungen des Röhrenoszillators unterhalten werden und diese elektrischen Schwingungen auf die Frequenz der mechanischen Schwingungen des Körpers sozusagen synchronisiert werden. Eine solche Anordnung ist zumindestens für Kleinuhren unvorteilhaft, weil hier im Luftspalt des Magneten zwei Körper in Ebenen übereinanderliegen, so daß der Luftspalt sehr groß ist und dadurch die Streuverluste groß werden. Die bekannten Röhrenoszillatoren weisen im übrigen vielfach noch den Nachteil auf, daß sie im A-Betrieb arbeiten und somit stetig stromdurchflossen sind, so daß die Batterie immer Strom liefern muß, was für Kleinuhren unzuträglich ist.
• Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine sehr einfache Anordnung der vorstehend angegebenen Gattung anzugeben, welche jedoch im Gegensatz zu den bekannten-Anordnungen aus nur wenigen Teilen besteht und dank einer unmittelbaren elektrischen Kopplung zwischen der in bezug auf den Dauermagneten schwingenden Spule und dem Verstärker jedoch einen guten Nutzeffekt bei sehr kleinem Verbrauch an elektrischer Energie gewährleistet.
• Die Anordnung nach der Erfindung, die von der eingangs genannten Gattung ausgeht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spule mit einer einzigen Triode, vorzugsweise Transistor, und mit Kopplungsmitteln so zusammengeschaltet ist, daß durch die Relativbewegung eines Permanentmagneten und der Spule, vorzugsweise bei bewegten Magneten und feststehender Spule, ein kurzfristiger Steuerimpuls solcher Größe auslösbar ist, daß er den Schwellwert der Triode überschreitet und dadurch eine elektrische Rückkopplung über die Kopplungsmittel derart bewirkt, daß entweder ein verstärkter Rechteckimpuls oder ein Hüllkurvenimpuls mehrerer Wellenzüge eines elektrischen Schwingkreises auftritt, wobei in beiden Fällen der Impuls die gleiche Spule als Treibimpuls beeinflußt.
• Hierdurch wird erreicht, daß mit einem Minimum an Raum- und Energiebedarf ein zuverlässiger Antrieb der Unruhe erfolgt. Der Schwellwert der Triode bewerkstelligt nämlich, daß nur während der Nulldurchgänge der Unruhe ein Stromimpuls der Batterie entnommen wird. Man kann ferner mit einer geringen Polstärke des Unruhmagneten und/oder mit einer geringen Windungszahl der Spule auskommen, weil der Strom, sobald der Schwellwert überschritten wird, infolge elektrischer Rückkopplung impulsartig anwächst.
• Die Erfindung läßt sich besonders günstig in Verbindung mit einem Transistorverstärker verwirklichen. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die natürliche Eingangsspannungsschwelle eines Transistors in einem Verstärker auszunutzen, insbesondere auch in einem Verstärker zur Steuerung eines Uhrgangreglers, doch wird bei der vorgeschlagenen Anordnung nur die periodische Sperrung des Transistorverstärkers ausgenutzt, nicht aber eine regenerative Kopplung auf die gleiche Spule, wodurch die Schwingungsbewegung ohne erheblichen Schaltungsmehraufwand mit gutem Nutzeffekt aufrechterhalten ist.
• Es sei ferner erwähnt, daß Zeitgeber nach Art eines elektronischen Multivibrators an sich bekannt sind. Die dadurch erforderlichen Verstärkerelemente entnehmen aber kontinuierlich Strom von der Speisequelle. Auch wird bei der bekannten Anordnung die Kopplung nicht durch den Unruhmagneten selbst ausgelöst. Dies bietet aber bei der Erfindung die Möglichkeit, den Antriebsimpuls genau oder nahezu genau während des Nulldurchganges der Unruh auszulösen.
• Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung; Fig. 2 ist die Draufsicht eines Einzelteiles von Fig. 1; Fig. 3 und 4 zeigen zwei Schaltungen der Univibratorart zur Verwendung in einer Anordnung nach Fig. 1; Fig. 5 ist eine Kurve zur Erläuterung der Fig. 3 und 4; Fig. 6 und 7 zeigen zwei Schaltungen der Sinusoszillatorart zur Verwendung in einer Anordnung nach Fig. 1.
• Die Anordnung nach Fig. 1 besitzt einen scheibenförmigen Dauermagneten 1, der mit einer Feder 2 ein um eine Welle 3 schwingendes System bildet. Der Dauermagnet 1 ist z. B. in Axialrichtung magnetisiert, wobei auf die in Fig. 2 dargestellte Weise die Magnetisierung an der Stelle 4 plötzlich in der Richtung umkehrt und z. B. Polflächen N und S der durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 begrenzten Gestalt entstehen. Bewegt sich die Stelle 4 durch die Schenkel 5 eines weichmagnetischen Kernes 6 einer Spule 7, so wird eine Flußänderung im Kern 6 und folglich ein Spannungsimpuls in der Spule 7 erzeugt, die nach erfolgter Verstärkung der gleichen Spule 7 als Antriebssystem zum Aufrechterhalten der schwingenden Bewegung zugeführt wird.
• Dazu ist ein normalerweise gesperrter Verstärker derart mit der Spule 7 verbunden, daß er erst beim Auftreten der erwähnten Spannungsimpulse geöffnet wird und dann durch Kopplungsmittel der verstärkte Stromimpuls im Kollektorkreis auf die Spule 7 zurückwirkt. Während in der Fig. 1 dies nur rein schematisch durch den Teil 8 angedeutet ist, sind in den Figuren 3 und 4 zwei Beispiele solcher Schaltungen der monostabilen Kipp- oder Univibratorart dargestellt. Die schematisch dargestellte Spule 7 liegt hier im Emitter-Basis-Kreis eines Transistors 10, der durch einen Kollektor-Basis-Rückkopplungstransformator 11 so stark rückgekoppelt ist, daß bei Auftreten eines kurzzeitigen Spannungsimpulses mit richtigem Vorzeichen an der Spule 7 der Transistor 10 kurzzeitig leitend wird und dann einen impulsförmigen Kollektorstrom entstehen läßt, der aber nach Ablauf des Impulses an der Spule 7 wieder in seinen praktisch urileitenden Zustand zurückkehrt. Dieser verstärkte Impuls wirkt über die Kopplung auf die Spule 7 als Antriebsimpuls zurück. Gegebenenfalls kann im Kollektorkreis eine zusätzliche Spule 17 zum Antrieb des Zeigerwerks eingeschaltet werden, wenn man den Zeigerwerksantrieb zur Erzielung einer möglichst freien Unruhschwingung nicht an der Unruh selbst ableiten will.
• Bei diesen Schaltungen macht man einen günstigen Gebrauch von der Eigenschaft der Transistoren, daß die Kennlinie (s. Fig. 5), die den Basisstrom Ib als Funktion der Basisspannung Vb darstellt, bei Abwesenheit einer Emitter-Basis-Vorspannungsquelle bereits von Natur eine gewisse Schwellenspannung V0 aufweist, die bewirkt, daß der Transistor 10 erst bei einer die Schwellenspannung V0 überschreitenden Spannung an der Spule 7 eine hinreichend große Verstärkung zum Durchführen einer regenerativen Rückkopplung besitzt.
• Bei den Schaltungen nach den Figuren 6 und 7 liegt die Spule 7 selbst in an sich bekannten Oszillatorschaltungen, wobei die Kapazität 16 mit der Spule 7 die Frequenz der während des induzierten Spannungsimpulses an der Spule 7 erzeugten Schwingungen bedingt. Infolge dieser Schwingungen fließt im Kollektor-Basis-Kreis, also durch die gleiche Spule 7, als Hüllkurvenimpuls mehrerer Wellenzüge ein mittlerer Kollektorstromimpuls, der wesentlich größer als und gleichförmig mit dem ursprünglichen an der Spule 7 erzeugten Impuls ist. Die Dämpfung des Kreises muß dabei so groß und die Spannungsquelle 12 so klein sein, daß nach dem Ablauf des Spannungsimpulses an der Spule 7 die Schwingung sofort gelöscht wird, was darauf hinausgeht, daß während der Zeit, in der der Transistor von den Spannungsimpulsen entsperrt wird, die Amplitude der erzeugten verstärkten Spannungen noch so gering bleibt, daß der Transistor in den Intervallen zwischen den erwähnten Spannungsimpulsen nicht zum Selbstschwingen kommen kann. Die zusätzliche Spule 17 kann hier ebenfalls im Bedarfsfall z. B. zum Antrieb eines Zeigersystems für die Zeitanzeige dienen.
• An Stelle der dargestellten Transistorverstärkerelemente können auch Röhrenverstärker benutzt werden, die durch eine Gittervorspannungsquelle normalerweise gesperrt sind. Auch können andere Halbleitersysteme Anwendung finden. Ferner könnte man die Spule 7 die schwingende Bewegung ausführen. lassen und den Dauermagneten 1 fest anordnen, obzwar dies vielfach zu verwickelteren Bauarten führen würde.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur kontaktlosen elektronischen Steuerung eines zeithaltenden elektrischen Gerätes; insbesondere einer elektrischen Uhr, bei welcher ein und dieselbe Spule sowohl als Steuerspule wie als Antriebsspule dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) mit einer einzigen Triode, vorzugsweise Transistor (10), und mit Kopplungsmitteln so zusammengeschaltet ist, daß durch die Relativbewegung eines Permanentmagneten (1) und der Spule (7), vorzugsweise bei bewegten Magneten (1) und feststehender Spule (7), ein kurzfristiger Steuerimpuls solcher Größe auslösbar ist, daß er den Schwellwert der Triode (10) überschreitet und dadurch eine elektrische Rückkopplung über die Kopplungsmittel derart bewirkt, daß entweder ein verstärkter Rechteckimpuls oder ein Hüllkurvenimpuls mehrerer Wellenzüge eines elektrischen Schwingkreises auftritt, wobei in beiden Fällen der Impuls die gleiche Spule (7) als Treibimpuls beeinflußt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, mit einer feststehenden Spule, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) mit einem U-förmigen Kern (6) versehen ist, durch dessen Luftspalt ein Unruhmagnet (1) schwingfähig ist, der axial polarisiert ist, und zwar so, daß in der Nullage des Systems eine Trennzone (4) zwischen NS-Magneten und einem SN-Magneten sich in der Mitte des Luftspaltes befindet.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig als Steuer-oder Treibspule dienende Spule (7) im Basis-Emitter-Kreis eines Transistors (10) liegt und ein Übertrager (11) als Kopplungsmittel vorgesehen ist, dessen eine Wicklung im Kollektorkreis und dessen andere Wicklung, vorzugsweise unter Parallelschaltung eines Kondensators, im Basis-Emitter-Kreis liegt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator, dem ein Widerstand parallel geschaltet ist, in Reihe mit der Sekundärwicklung des Übertragers (11) und der Steuer- und Treibspule (7) liegt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Treibspule (7) selbst einen Bestandteil eines Schwingkreises bildet, der im Basis-Kollektor-Kreis liegt, und daß eine induktive oder kapazitive Anzapfung dieses Schwingkreises im Emitter-Basis-Kreis liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patenschrift Nr. 945197; britische Patentschrift Nr. 601712; USA.-Patentschrift Nr. 2574136; Annales françaises de Chronometrie, »Auszug« aus November 1953, S. 117 bis 124.