DE1244069B - Antriebsschaltung fuer zeithaltende Geraete - Google Patents

Description

• Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte, insbesondere für Uhren.
• Es ist bereits eine Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte bekanntgeworden, bei der mit mehreren stationären, permanenten Magneten eine schwingfähige, als Steuer- und Antriebsspule wirkende Spule zusammenwirkt, die einen Teil einer monostabilen Mulitivibratorschaltung bildet. Diese Schaltung weist zwei komplementär zueinander angeordnete Transistoren, ein RC-Glied und eine Gleichstromquelle auf.
• Die Anordnung ist dabei derart, daß in Ruhestellung des Schwingsystems beide Transistoren dauernd gesperrt sind. Damit ist dieses Schaltungssystem nicht selbstanlaufend. Beim mechanischen Schwingen des Systems werden über den in der Spule erzeugten Impuls beide Transistoren geöffnet, doch fließt lediglich über einen -Transistor der Spulenstrom, während über den anderen Transistor parallel hierzu ein für den Antrieb nutzloserStrom in -einer beachtlichen Höhe von mindestens 2011/e oder mehr des Gesamtstromes fließt. Dies bedeutet, daß eine bestimmte Batterie eine kürzere Lebensdauer hat oder daß für eine vorgegebene Lebensdauer eine größere Batterie verwendet werden muß.
• Des weiteren ist eine Antriebsschaltung für ein zeithaltendes Gerät bekanntgeworden, die einen permanenten Magneten, eine relativ hierzu schwingende, als Steuer- und Antriebsspule ausgebildete Spule, zwei komplementär geschaltete -Transistoren, ein RC-Glied und eine Brücke mit vier Brückenzweigen aufweist, von denen ein Brückenzweig die Spule ist, während die anderen drei Brückenzweige von Widerständen gebildet sind. Die eine Diagonale der Brücke liegt am Eingang des einen Transistors und die andere Diagonale am Ausgang des anderen Transistors. Diese Schaltung hat zwar den Vorteil, daß das mechanische Schwingungssystem selbst anlaufen kann, doch ist es wegen der Vielzahl von Widerständen verhältnismäßig aufwendig. Außerdem fließt ein Teil des Batteriestromes während des Antriebsimpulses über zwei Widerstandsbrückenzweige, und der eine Zweigstrom ist für den Antrieb nutzlos, so daß hierdurch die Lebensdauer der Stromquelle entsprechend herabgesetzt wird. Außerdem liegt noch in Reihe mit der Spule ein weiterer Widerstand, der ebenfalls einen Energieverlust bedeutet, da der ihn durchfließende Antriebsimpuls einen Spannungsabfall bewirkt.
• Es ist auch schon bekanntgeworden, eine Antriebsschaltung mit nur einem Transistor und einer einzigen, als Steuer -und Antriebsspule wirkenden Spule vorzusehen. Um hier jedoch das- System elektrisch schwingfähig zu machen, ist ein Rückkopplungstransformator. vorgesehen. Eine derartige Schaltung ist zwar selbstanlaufend, doch wird die Verstärkung lediglich durch einen einzigen- Transistor bewirkt, der einen entsprechend hohen Verstärkungsfaktor haben muß, um die Schwingung elektrisch in Gang zu halten. Außerdem ist, wenn wenig Platz vorhanden ist, wie dies bei Uhren meist zutrifft, ein Transforma= tor unerwünscht, da er wesentlich mehr Raum als die meisten anderen Komponenten, auf jeden Fall viel mehr Raum als ein zweiter Transistor benötigt. Außerdem ist er wesentlich teurer -als die zur Zeit auf dem Markt erhältlichen Transistoren.
• Die Nachteile dieser bekannten Antriebsschaltungen werden bei Antriebsschaltungen für zeithaltende Geräte, insbesondere für Uhren, mit mindestens einem permanenten Magneten und einer relativ hierzu schwingenden, als Auslösespule und zugleich als Antriebsspule wirkenden Spule, -die Bestandteil einer zwei komplementäre Transistoren, ein RC-Glied und eine Stromquelle enthaltenden Multivibratorschaltung ist, wobei Magnet und Spule einen Teil des Schwingungssystems bilden und dessen Antrieb bewirken, gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die Stromquelle, die Spule und beide Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind. Hier ist also die Anordnung so getroffen, daß der gesamte Spulenstrom über die Ausgangsseiten beider Transistoren fließt; wobei von diesem Strom nur noch ein sehr kleiner, keinen Antriebseffekt bewirkender Teil abgezweigt wird, der zum Triggem benötigt- wird. Es ergibt sich so eine optimale Ausnutzung und eine makimale Lebensdauer der Batterie, ein für den Betrieb von tragbaren Uhren, wie-beispielsweiae-Ärmbanduhren, bedeutsamer Vorteil.
• Zur Unterdrückung von hochfrequenten Schwingungen kann noch ein. Dämpfungskondensator, -vorgesehen sein, der vorzugsweise der Spüle parallel geschaltet ist.
• Vorteilhaft ist es ferner, wenn zwischen der Basis des unmittelbar mit der Spule verbundenen Transistors und dem anderen Spulenende ein" Vorstromwiderstand angeordnet ist. Durch diesen Widerstand wird die Schaltung astabil, d. h., daß eine ständige, elektrische Schwingung unabhängig von der Relativbewegung zwischen Spule und Magnet erfolgt.
• Da dieses astabile System infolge der nunmehr getroffenen Schaltung auch selbsttätig:-elektrisch "zum Schwingen kommt, d. h. ohne einen äußeren Anstoß in Form eines Impulses zu erhalten, ergibt sich der weitere Vorteil, daß nun das mechanische :Schwingungssystem des zeithaltenden Gerätes von selbst anläuft. Auch hierin liegt ein erheblicher Vorteil, da unter ungünstigen Bedingungen ein solches mechanisches System durch äußere Einwirkung -einmal kurzzeitig zum Stillstand kommen kann.
• Der Anlauf und auch der Schwingantrieb der Schaltung sind dann -besonders günstig, wenn der Vorstromwiderstand ein Vielfaches des ohmschen Widerstandes der Spule ist. Um zu erreichen, daß. das mechanische Schwingungssystem die Synchronisierung der Schaltung in der gewünschten Weise durchführt und so taktgebend sein kann, ist es vorteilhaft, wenn die Frequenz des frei laufenden, astabilen Multivibrators niedriger, höchstens gleich der mechanischen Eigenfrequenz des Schwingungssystems ist.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
• Mit 10 ist- ein permanenter Magnet bezeichnet, der auf dem freien Ende einer mit 12 bezeichneten Feder befestigt ist, deren entgegengesetztes Ende mit einem stationären Teil fest verbunden ist. Der Magnet 1!) kann dabei entsprechend dem Doppelpfeil A hin- und herschwingen und wirkt mit einer stationären, zugleich als Steuer- und Antriebsspule dienenden Spule 14 zusammen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß lediglich der einfachen Darstellung:-wegen der Magnet als beweglich eingezeichnet ist, während üblicherweise der Magnet stationär und die Spule schwingfähig ist.
• Das eine Ende - der Spule 14 ist mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle 16 verbunden. Der Minuspol der Gleichstremquelle ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines PNP-Transistors 18 und die Emitter@ Kollektor-Strecke eines NPN-Transistors 20 -an -das andere Ende der Spule 14 angeschlossen. Die beiden Transistoren 18 und 20 können ohne weiteres gegeneinander vertauscht werden, es ist dann lediglich die Batterie entsprechend umzupolen. Ein weiterer Stromkreis führt vom Pluspol der Gleichstromquelle über einen Widerstand 22 zur Basis des Transistors 20, von dort über den Emitter des Transistors 20, den Emitter des Transistors 18, die Basis des Transistors 18 und schließlich über einen Widerstand 24 zum Minuspol der Stromquelle. Ferner ist die Basis des Transistors 18 über einen Kondensator 26 mit dem Kollektor des Transistors 20 und damit auch mit dem einen Ende der Spule 14 verbunden.
• Ferner kann noch ein lediglich strichpunktiert eingezeichneter Kondensator 30 vorgesehen sein, der hochfrequenten -Strom unterdrückt und- im vorliegenden Beispiel parallel zur Spule 14 geschaltet ist.
• Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der Antriebsschaltung des näheren-erläutert werden.-T Im- Ruhezustand, cL h. bei -stillstehendem Magilet 1e, sei äiigenommefr; däg durch irgendeineä- -nicht dargestellten Schalter die Stromquelle 16 eingeschaltet wurde. Damit beginnt die Aufladung des Kondensators 26 'über den durch die Spule 14 und den Widerstand 24 gebildeten Ladekreis, der nun bis zur Spannung der Stromquelle aufgeladen werden kann. Damit liegt an der Basis des Transistors 18 eine negative Spannung, d. h., die Gleichspannung wirkt auf den Kollektor, so daß der Transistor 18 leitend wird. Ähnliches gilt auch für den Transistor 20, an dessen Basis die volle positive Spannung der Stromquelle 16 liegt, :so daß also auch hier Basis und Kollektor die gleiche Spannung aufweisen, - d. h. die Vorbedingungen für das öffnen des Transistors 20 vorhanden sind. -Sobald nun diese beiden Transistoren 18 und 20 anfangen- sich zu öffnen, beginnt ein Strom von der Stromquelle 16 über die Spule 14 und die Kollektor-Emitter-Strecken der beiden Transistoren 28 und 20 zu fließen, so daß eine gegenseitige Einwirkung zwischen der Spule 14 und dem Magneten 10 eintritt und im vorliegenden Fall dem schwingfähigen Magneten 10 ein Impuls erteilt wird. -Da auch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 leitend geworden ist, kann sich der Kondensator 26 über diese Strecke und die Emitter B'asis-Strecke: des Transistors 18 entladen, -so daß infolge des zuletzt genannten Transistors die Schwingung die volle - Impulshöhe lawinenartig erreicht. Nach der Entladung des Kondensators 26 bricht der Impuls ebenso. lawinenartig zusammen. Durch die Relativbewegung zwischen Spule und Magnet und die dem Schwingungssystem zugehörige mechanische Eigenfrequenz wird in der Spule jeweils ein Steuerimpuls induziert; auf dessen Einfloß auf die Antriebsschaltung weiter unten näher eingegangen wird.
• Zuvor sei jedoch der Zustand nach dem Anschwingen erläutert.
• WennIn der Spule 14 nach dem. mechanischen Anschwingen kein Impuls induziert wird, ist der Tran= sistor 18 infolge der gegenüber dem Kollektor positiveren Basis gesperrt. Das gleiche trifft auch- auf den Transistor 20 zu, da dort bei geschlossenem Transistor 18 kein Steuerstrom über die Basis fließen kann. Bei Vorhandensein des Widerstandes 22 ergibt sich die Sperrung des Transistors 20 auch dadurch, daß seine Basis negativer als die des Kollektors ist.
• Wird nun mit entsprechender Polarität in der Spule 14 ein Impuls erzeugt, so wird die Basis des Transistors 18 über den Kondensator 26 angesteuert und dieser Transistor geöffnet. Nunmehr kann über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 20 ein entsprechender Strom fließen, so daß auch der Transistor 20 leitend wird. Damit ist der Stromkreis von der Spule 14 über den Transistor 20, Transistor 18 zur Stromquelle 16 geschlossen, . d. h.,. es ließt nun der zum Antrieb des Schwingungssystems erforderliche Antriebsstrom.
• Die Dimensionierung der einzelnen Elemente muß dabei so erfolgen, daß vom Eingang (Basis des Transistors 18) bis zum Ausgang (Kollektor des Transistors 20) die Phase um 360° gedreht wird, so daß die allgemeine Schwingbedingung erfüllt ist. Die Impulslänge ist durch die Entladezeitkbnstante des Kondensators 26 bestimmt, der sich über die beiden Transistoren entlädt. Nach der Entladung des Kondensators tritt wieder der vorherige Zustand ein, d. h., die gegenüber dem Kollektor positivere Basis sperrt den Transistor 18 und damit auch den Transistor 20.
• Die Pause zwischen den elektrischen Impulsen ist durch die Aufladezeitkonstante des Kondensators bestimmt. Diese wird vorteilhaft gemäß der Erfindung so gewählt, daß sie länger als oder höchstens gleich lang wie die Periode des mechanischen Schwingungssystems ist und so die Synchronisierung und Triggerung der Antriebsschaltung durch das mechanische Schwingungssystem erfolgt.
• Erwähnt sei noch, daß der Widerstand 24 verhältnismäßig groß, beispielsweise von der Größenordnung von 1 MOhm, ist. Beim Widerstand 22 handelt es sich um einen relativ dazu kleinen Widerstand von der Größenordnung von 100 kO.hm. Die Kapazität 26 ist in der Größenordnung von von 1/1a #tF.
• Durch die angegebenen Werte und unter Verwendung von geeigneten Transistoren und einer entsprechenden Spule können mechanische Schwingungssysteme in einem Frequenzbereich z. B. zwischen 200 und 500 Perioden synchronisiert werden, ohne daß die Phasenbedingung verletzt wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte, insbesondere für Uhren, mit mindestens einem permanenten Magneten und einer relativ hierzu schwingenden, als Auslösespule und Antriebsspule wirkenden Spule, die Bestandteil einer zwei komplementäre Transistoren, ein RC-Glied und eine Stromquelle enthaltenden Multivibratorschaltung ist, wobei Magnet und Spule einen Teil des mechanischen Schwingungssystems bilden und dessen Antrieb bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle, die Spule und beide Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren in Reihe geschaltet sind.
2. 2. Antriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von hochfrequenten Schwingungen ein Dämpfungskondensator vorgesehen ist.
3. 3. Antriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis des unmittelbar mit der Spule verbundenen Transistors und dem anderen Spulenende ein Vorstromwiderstand angeordnet ist.
4. 4. Antriebsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorstromwiderstand ein Vielfaches des ohmschen Widerstandes der Spule ist.
5. 5. Antriebsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied so dimensioniert ist, daß die Frequenz des frei laufenden, astabilen Multivibrators höchstens ebenso hoch wie die mechanische Eigenfrequenz des Schwingungssystems ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1166 705; USA.-Patentschriften Nr. 2 909 732, 3 046 460a