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Magnetanordnung für elektrische und elektronische Uhren Für elektrische
und elektronische Uhren werden vielfach Magneten, auf den Gangordner als Speiche
oder axial in den Unruhring eingesetzt, verwendet, oder es werden Spulen auf dem
Gangordner und Permanentmagneten außerhalb vorgesehen. Bei elektronischen Uhren
wird der Durchgang eines Magneten durch eine Spule oder einer Spule durch einen
Magneten dazu verwendet, einen Erregerimpuls für die Öffnung eines Transistor-Verstärkerkreises
zu erzeugen. Die bisher bekannten Anordnungen besitzen aber immer noch ganz erhebliche
Nachteile. Wird beispielsweise ein Permanentmagnet als Speiche auf einem Gangordner
verwendet und ein Erregerspulensystem entweder als Stirnspule oder als geteilte
Spule, durch die der Magnet hindurchschwingt, so besteht immer die Schwierigkeit,
daß nach 180° durch den anderen Magnetpol nochmals ein Erregerimpuls entsteht. Wird
beispielsweise der Erregerimpuls durch einen Nordpol beim Austritt aus der Erregerspule
erzeugt, so wird nach l80° durch den Südpol beim Eintritt ein gleicher Impuls folgen.
Genau gleich liegen die Verhältnisse bei anderen Magnetformen. Der bisher einzige
Ausweg war eine einseitige Anordnung einer Spulenkombination und eine einseitige
Anordnung der beeinflussenden Magneten, wozu dann auf der Gegenseite entsprechende
Ausgleichsgewichte erforderlich waren. Hierdurch wird der Gangordnerschwinger sehr
schwer, und es ergeben sich zumeist Uhren, die nicht in jeder Lage betriebsfähig
sind. Man könnte nun eine Uhr derartig aufbauen, daß man den Einzelimpuls niedrig
wählt, um in einer Halbschwingung den Gangordner zweimal anzustoßen. Dies ist aber
nicht möglich, da einmal die Isochronismusbedingungen völlig gestört werden, und
zum anderen sind die Impulse nicht so zu bemessen, daß durch den nach 180° liegenden
Impuls nicht ein Überschwingen erfolgt, so daß nach 360° ein nochmaliger Impuls
auftritt. Wenn überhaupt ein Impuls nach 180° vorhanden ist, so tritt immer ein
überschwingen der Uhr auf, oder es müssen Prellvorrichtungen vorgesehen sein. Legt
man die Impulse außerhalb der Nullage, beispielsweise nach 90°, so ergibt sich die
große Schwierigkeit, daß beide Impulse dann wieder um 180°, also immer jeweils außerhalb
der Nullage liegen, und hierdurch sind die Isochronismusbedingungen noch weit mehr
gestört. Bei Kontaktuhren kann man die Schaltzeiten so wählen, daß zwar keine direkte
Behinderung durch eine Wiederholung des Antriebsimpulses nach 180° erfolgt. In jedem
Fall kann man aber die Ausnutzung in bezug auf den Wirkungsgrad nur bis zu einem
geringen Prozentsatz erzielen. Die Nachteile dieser sich aus dem Dipol der verwendeten
Magneten ergebenden Impulserzeugung für elektronische Uhren haben dazu geführt,
daß bisher nur sehr wenige elektronische Uhren mit Erregung aus Magnetkreisen hergestellt
worden sind. Alle bisherigen Systeme haben nur einseitige Magnetanordnungen mit
Gegengewichten auf der anderen Seite zur Ausbalancierung und mit einem entsprechend
schlechten Wirkungsgrad. Dieser schlechte Wirkungsgrad wirkt sich besonders auf
die aus einer Batterie entnommene Leistung aus. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnungen
besteht darin, daß nur geringe Amplituden erreicht werden, während zur Einhaltung
guter Isochronismusbedingungen unbedingt Amplituden über 220° anzustreben sind.
Da alle elektronischen Einrichtungen mit Transistoren als Schaltelemente außerordentlich
spannungsabhängig und auch temperaturabhängig sind, so ändert sich die Amplitude
außerdem noch in Abhängigkeit von der gerade noch vorhandenen Batteriespannung.
Könnte man Amplituden von 270 oder 300° für die höchste Batteriespannung wählen
und erzielen, so wäre selbst bei Absinken der Batteriespannung noch immer eine Amplitude
vorhanden, die über 220° liegt, und die Abweichungen vom isochronen Gang wären gering.
Man ist daher dazu übergegangen, nur bestimmte Laufzeiten vorzuschreiben, um nach
dieser Laufzeit die Batterie auszuwechseln, ohne dabei darauf Rücksicht zu nehmen,
daß die Batterie noch eine ganze Reihe von Monaten weiter die Uhr betreiben würde.
Diese Maßnahme ist bei solchen einseitigen Magnetanordnungen erforderlich, da durch
das Absinken der Amplitude keine Regulierung der Uhr mehr möglich ist. Dieser außerordentliche
Nachteil schränkt aber die Verwendung von elektronischen Uhren außerordentlich
ein.
Wenn außerdem noch dazu eine Abhängigkeit der Lage besteht, so können elektronische
Uhren mit einseitigen Magnetanordnungen nur als eine vorübergehende Lösung angesehen
werden.
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Lösungen für Magnetanordnungen und Schaltungsanordnungen elektronischer
Uhren, die entweder nur eine Amplitude unter l80° zulassen oder die treibende Nebenimpulse
nach 180° abgeben und daher eine erhöhte Belastung der Batterie bedingen, können
nicht zu der gebotenen Ausnutzung der prinzipiellen Möglichkeiten mit Halbleiterschaltungen
führen. Es ist eine ganze Anzahl von Anordnungen bekannt, die mit Dämpfungsmitteln
die Amplitude unter 180° begrenzen. Es sind auch Lösungen bekannt, wonach 180° zusätzliche
Impulse abgegeben werden, meistens entsteht ein Impuls in der Nullage und zwei weitere
etwa in gleicher Größe oder mit kürzerer Dauer in entsprechenden Ausschlagswinkeln
zur Nullage. Man hat auch bereits versucht, zwischen den eigentlichen Antrieb und
die Erregung durch Zahnradübersetzungen den Antriebsimpuls von der Amplitude des
Erregerschwingers unabhängig zu machen. Weiterhin hat man vorgeschlagen und versucht,
zur Symmetrierung der Impulse dienende Zusatzmagneten in den eigentlichen Unruhschwinger
anzuordnen. Alle diese Lösungen haben aber die beschriebenen Nachteile, oder bei
Ausschaltung eines Nachteils treten andere Schwierigkeiten auf.
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Die Erfindung betrifft einen durch Halbleiterschaltung selbstgesteuerten
Unruhantrieb eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, insbesondere einer elektronischen
Uhr, mit Relativbewegung von Permanentmagnetsystemen und Spulenanordnungen zueinander,
derart, daß an sich durch die Hauptmagneten bei 180° überschreitenden großen Unruh-Amplituden
mindestens in der Steuerspule Nebenimpulse auftreten könnten, und mit derartiger
Anordnung des Magnetsystems, daß zumindest treibende Nebenimpulse vom Ausgangskreis
der Halbleiterschaltung in ihrer Wirkung unterdrückt werden.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung bei Systemen
mit im Verhältnis zum Hauptmagneten kleineren Zusatzmagneten, jedoch derart, daß
der oder mehrere kleinere Zusatzmagneten dem einen Pol des Hauptmagneten gegenpolig,
z. B. in einer Aussparung des Hauptmagneten, oder bei mehreren diametral zum oder
zu mehreren Hauptmagneten, aber durch größeren Luftweg von ihm bzw. ihnen getrennt
angeordneten kleineren Zusatzmagneten so zugeordnet ist (sind), daß durch Neutralisierung
dieses Pols des Hauptmagneten oder der Pole der kleineren Zusatzmagneten gegeneinander
auch bei 180° überschreitenden Unruh-Amplituden schon in der Steuerspule das Auftreten
von Nebenimpulsen verhindert wird.
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Das eine Polende stellt also in Wirklichkeit magnetisch einen geschlossenen
Magnetkreis dar, der keine Spannung und keinen Strom in einer Erregerspule induzieren
kann. Bei einem Speichenmagneten beispielsweise ist die eine Seite des Magneten
stufenförmig abgesetzt, und in diese Stufe wird ein kleiner passender Magnet so
eingesetzt, daß er am Ende einen Gegenpol zu dem zu neutralisierenden Magnetpol
des Speichermagneten aufweist. Beim Durchschwingen des Speichenmagneten kann also
der nicht neutralisierte Magnetpol eine Induktionsspannung und einen Induktionsstrom
in einer Erregerspule erzeugen. Der neutralisierte Magnetpol aber nicht, denn der
eigentliche Südpol, wenn der andere Magnetpol ein Nordpol ist, wird dementsprechend
durch den Neutralisationsmagneten verschoben. Die Antriebsspule kann nun entweder
so angeordnet sein, daß sie auf den nicht neutralisierten Magnetpol einwirkt, oder
sie kann in entsprechenderAusführung so angeordnet sein, daß sie auf die beiden
sich neutralisierenden Magnetpole am anderen Ende der Speiche einwirkt. Die Antriebsspule
ist hierzu zweiteilig ausgeführt und besitzt jeweils entgegengesetzten Wicklungssinn,
so daß die eine Hälfte der Spule auf den beispielsweise vorgesehenen Nordpol und
die andere Hälfte der Spule auf den vorgesehenen Südpol einwirkt. Eine Impulserzeugung
nach 180° ist bei einer derartigen Magnetanordnung völlig unmöglich. In genau der
gleichen Weise können die Magnetpole auch bei anderen Ausführungsformen von elektronischen
Uhren vorgesehen sein. Wählt man beispielsweise zwei Magneten, im Unruhring angeordnet,
so beläßt man den einen Magnet in der bisherigen Ausführungsform, während man den
anderen teilt und gegenpolig zusammensetzt. Der ungeteilte, nicht neutralisierte
Magnet erregt in der zugehörigen Erregerspule einen Induktionsstrom zur Öffnung
des Transistors, während der andere nach 180° über diese Spule hinwegschwingende
neutralisierte Magnet keinen Induktionsstrom erzeugen kann. Auch hierbei ist es
möglich, die Antriebsspule auf den nicht neutralisierten Magneten einwirken zu lassen
oder in geteilter Ausführung auf die zwei Pole des neutralisierten Magneten. Eine
Impulswiederholung nach 180° ist jedenfalls auch bei einer solchen Magnetanordnung
nicht möglich. Selbst bei Anordnungen, wo der Magnet als Speiche innerhalb einer
Solonoidspule schwingt und wo ein Teil der Solonoidspule als Erregerwicklung ausgeführt
ist, ist ein Betrieb der Uhr mit Antriebsimpulsen aus der Nullage heraus ohne Wiederholung
nach 180° möglich. Auch bei Anordnungen mit Spulen auf der Unruh kann man die feststehenden
Magneten in gleicher Weise so ausführen, daß ein Teil des Magnetsystems neutralisiert
ist, so daß also auch dabei nur Erregerimpulse in der Nullage oder kurz außerhalb
der Nullage ohne Wiederholung nach 180° zu erzeugen sind.
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Der besondere Vorteil solcher Magnetanordnungen liegt darin, daß man
die Amplitude des Gangordners beliebig wählen kann. Man kann diese Amplitude bis
auf 300 und 330° bringen, so daß also bei absinkender Batteriespannung noch immer
eine Amplitude über 220° zur Einhaltung günstiger Isochronismusbedingungen erzielbar
ist. Hierdurch wird die Spannungsabhängigkeit erheblich vermindert und der Wirkungsgrad
der gesamten Anordnung außerordentlich vergrößert.
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Eine bekannte Uhrenanordnung besitzt beispielsweise einen Stromverbrauch
von 200 Mikroampere. Stellt man diese Uhrenanordnung auf eine Magnetneutralisierung,
wie beschrieben, um, so geht der Stromverbrauch auf 50 Mikroampere herunter, und
dabei steigt die Amplitude auf über 270°.
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In den Zeichnungen sind Beispiele solcher Magnetanordnungen dargestellt.
Die Neutralisation läßt sich auch anwenden bei Toroidantriebssystemen mit Eisenring
und auf diesen Ring gleichfalls angebrachter Erregerspule. Man kann den Neutralisationsmagneten
in diesem Fall auch so anordnen, daß der magnetische Schluß über den Eisenkern so
erfolgt, daß keine Hemmung eintritt, und den Neutralisationsmagneten auf den Antriebsmagneten
so aufsetzen,
daß die Erregerspule dazwischenliegt. Es ist sogar
möglich, zwei Erregerspulen anzuwenden, wobei die eine nur durch den normalen Pol
erregt wird und die andere Erregerspule so gewickelt ist, daß sie nur durch die
beiden sich neutralisierenden Magnetpole erregt werden kann. Auf diese Weise ist
sogar eine Verstärkung durch die Magnetanordnung möglich, denn nach einem Amplitudenwinkel
von 180° kann in keiner der Spulen ein Induktionsstrom erzeugt werden.
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Die Magnetanordnung bietet für elektrische und elektronische Uhren
außerordentliche Vorteile, und durch die neuen überraschenden Wirkungen lassen sich
solche Uhren bei geringstem Stromverbrauch mit guten Isochronismusbedingungen herstellen.
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In F i g. 1 ist in dem Magneten 5 ein durchgehendes Loch 1 vorgesehen
zur Befestigung des Magneten auf der Achse. Der Magnet 5 ist an einer Seite als
Stufe abgesetzt, so daß der Neutralisierungsmagnet 4 in diese Stufe hineinpaßt.
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In F i g. 2 ist ein Schema dargestellt, wie von der Neutralisierung
Gebrauch gemacht werden kann. Auch hier ist wieder das Mittelloch 1 vorgesehen zum
Aufsetzen auf die Achse, 2 und 3 sind die Trägerbleche der Magneten, 6 und 7 sind
die Magneten auf der einen Seite und 8, 9, 10 und 11 die entsprechend neutralisierten
Magneten auf der anderen Seite. 12 und 13 sind zwei getrennte Spulen, während
14 eine zusammenhängende einfache Spule darstellt.
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In F i g. 3 sind die gleichen Verhältnisse dargestellt, aber mit feststehenden
Magneten und Spulen auf dem schwingenden Gangregler. Die Spulen sind mit 19 und
20 bezeichnet, die Magneten auf der einen Seite mit 17 und 18, während die neutralisierten
Magneten auf der anderen Seite mit 15 und 16 beziffert sind.
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Bei F i g. 4 handelt es sich um eine Toroidanordnung, wobei auf dem
Toroideisenkern die Antriebsspule und zwei Erregerspulen aufgebracht sind. Innerhalb
dieses Toroids schwingt der Magnet nach F i g. 1.
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In der F i g. 5 ist ein Antriebssystem dargestellt in Form einer Solonoidspule,
in der der Magnet schwingt. Es handelt sich hierbei wieder um den gleichen Magneten
mit dem gleichen Bezugszeichen wie nach F i g. 1. Die Erregerspule, bezeichnet mit
E, ist so in die Antriebsspule eingesetzt, daß die günstigste Wirkung für die Übertragung
des Antriebs- und Erregerimpulses besteht. Nach 180° kann durch die Neutralisierung
des anderen Magnetpols kein Impuls wieder auftreten.
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In F i g. 6 sind im Gegensatz dazu zwei Spulen, eine Erregerspule,
durch die der Magnet nach F i g. 1 hindurchschwingt, und eine Stirnspule, bezeichnet
mit A, vorgesehen. Durch das Durchschwingen des Magneten wird eine sehr hohe Induktion
erreicht, ohne daß nach einer Amplitude nach 180° hemmende oder auch fördernde Impulse
auftreten können.
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In F i g. 7 ist dargestellt, wie man runde Magnete neutralisieren
kann. Der eigentliche wirksame Magnet 16 wird durch den ringförmig um diesen liegenden
Magneten 15 in bezug auf die Einwirkung auf die Erreger- oder Antriebsspule
aufgehoben. Nur die gleichfalls ringförmig umeinanderliegenden Spulen werden jeweils
von den entsprechenden Magnetpolen beaufschlagt.
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In F i g. 8 ist eine andere Ausführungsform nach gleichem grundsätzlichem
Aufbau wie F i g. 1 dargestellt. Der Magnet besteht hier aus einem Preßstück, so
daß keine Aussparungen vorgesehen sein müssen und kein besonderer Magnet, der in
diese Aussparung eingesetzt wird.