Steuervorrichtung für den elektrischen Antrieb einer Uhr, insbesondere einer Armbanduhr Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für den elektrischen Antrieb einer Uhr, insbesondere einer Arm banduhr, bei der ein elektrisches Geberelement durch ein Zwischenglied abhängig von der Winkelstellung des Gangreglers kurzzeitig mechanisch beeinflusst den Steuerimpuls für einen Antrieb auslöst.
Bei derartigen bekannten Steuervorrichtungen sind bisher als Geber mechanische Kontakte oder elektro magnetische bzw. elektrodynamische Geber verwendet worden. Geber mit mechanischen Kontrakten und einem Verschleiss unterworfen. Ferner sind sie einer Korrosion ausgesetzt, somit schwankt der Kontaktübergangswider stand über einen grossen Bereich. Bei elektromagneti schem bzw. elektrodynamischem Geber muss ein Dauer magnet verwendet werden. Wird dieser auf den Gang regler gesetzt, dann können Fremdfelder die Genauigkeit des Gangreglers stdrend beeinflussen.
Durch eine auf den Gangregler gesetzte Spule mit oder ohne Eisenkern werden die die Schwingungsdauer ergebenden Grössen, nämlich das Trägheitsmoment und die Rückstellkon stante, massgeblich bestimmt durch die Spule und durch die den Spulenanschlüssen dienenden spiralförmeigen Fe dern. Die Erfüllung von elektrischen und mechanischen Aufgaben von hohem Schwierigkeitsgrad in ein und demselben Bauteil führt zu technologischen, fertigungs technischen und reguliertechnischen Schwierigkeiten. Ausserdem liefern diese bekannten Steuervorrichtungen langandauernde Steuerimpulse.
Die daraus gewonnen mechanischen Antriebsimpulse liegen bei vielen bekann ten Anordnungen unsymmetrisch zur Nullage oder au sserhalb der Nullage des Gangreglers.
Bekannt sind auch Steuervorrichtungen für Uhren, bei denen ein mechanisches Organ mit einer niedrigen Frequenz schwingt und einen Steuerimpuls bewirkt, der verstärkt wird und seinerseits das schwingende Organ betätigt. Dabei nimmt das schwingende Organ seine Ruhelage zwischen zwei Polen ein. Es schwingt im Betrieb in beiden Richtungen über diese Nullage hinaus, wobei in der einen Richtung ein Piezokristall einer Biegebe anspruchung unterworfen wird, während in der andern Richtung das Organ nach Massgabe der Konstanten einer Feder ausschwingt.
Es liegt nun im spezifischen Charakter solcher An ordnungen, dass die beulen Amplituden des Organs zwangläufig sehr verschieden gehalten werden müssen, da die kinetische Energie des Organs im einen Drehsinn als potentielle Energie in der Feder und im andern Dreh sinn grösstenteils als potentielle Energie im biegsamen und einen grossen Elastizitätsmondul aufweisenden Piezokristall gespeichert wird, ohne dass die Feder im letztgenannten Fall wesentlich gespannt wird.
Ein weiterer Grund, weshalb die Amplitude der den Piezoquarz deformierenden Schwingungsphase kurz ge halten werden muss, liegt in der elektrischen Schaltung der magnetischen Elemente solcher Anordnungen. Im Zeitpunkt des Drehsinnwechsels des Organs, während der Piezoquarz deformiert ist, wird dem Organ über die Pole ein auf magnetischen Kräften beruhendes Dreh moment erteilt, das am wirksamsten ist, wenn das Organ nur geringfügig aus der Nullage geschwenkt ist.
Dadurch, dass bei solchen Vorrichtungen die eine Schwingungsafnplitude 'in systembedingter Weise klein gehalten werden muss, wind die Ganggenauigkeit einer entsprechend ausgerüsteten Uhr erheblich vermindert.
Ein weiterer Nachteil solcher Vorrichtungen liegt in der Tatsache, dass die eine Schwingungsamplitude des Organs im wesentlichen durch den Elastizibätsmodul des Piezoquar.zes bestimmt wird. Der Elastizitätsmodul von Piezoquarzen variiert aber stark mit der Temperatur und ist auch von andern Einflüssen abhängig.
Auch dieses Merkmal ist geeignet, die Ganggenauigkeit einer entsprechend ausgerüsteten Uhr zu vermindern. Ein weiterer Nachteil solcher Steuerungen liegt darin, dass im Augenblick, wo das Piezoplättchen auf Biegung beansprucht wird, eine entsprechende Reak tionskraft auf die Unruheelle ausgeübt wird, die relativ gross ist, weil die in diesem Zeitpunkt vorhandene kine tische Energie vollständig und innerhalb eines Bruchtei les der Schwingungszeit in im gebogenon Piezoplättchen gespeicherte potentielle Energie übergeht.
Diese grossen Reaktionskräfte begründen grosse Lagerbeanspruchun gen und einen entsprechenden Lagervorschleiss, was wiederum einen negativen Einfluss auf die Ganggenauig keit der Steuervorrichtung bewirkt.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung einer Steuervorrichtung für den elek trischen Antrieb einer Uhr, deren Ganaggenauigkeit lage- und umgebungsunabhängig ist und deren Störungsan fälligkeit reduziert ist.
Deshalb besteht eine Aufgabe, die auf Grund dieser Erfindung gelöst wird, in der Schaffung einer Steuer vorrichtung, bei der die Schwingungsamplitude des Gangreglers praktisch unabhängig vom zu deformieren den Geberelement sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch ge löst, dass das einen Spitzendruck auf das als ein passi ves Geberelement in Form eines Mehrschicht-Halblei terelement ausgebildete Geberelement ausübende Zwi schenglied und der Gangregler bei gleichbleibender Schwingungsvorrichtung des Gangreglers in und ausser Eingriff miteinander gelangen.
Vorzugsweise wird das Druckglied des Gebers nur in einer Bewegungsrichtung des Gangreglers von die sem an den Geber gedrückt. Damit wird erreicht, dass der Geber, wie gewünscht, nur einen Steuerimpuls pro Schwingung des Gangreglers liefert, und zwar, wie an gestrebt, beim Nulldurchgang des Gangreglers.
Als druckempfindlicher Geber ist ein Mehrschicht- Halbleiterelement verwendet. Der Effekt, dass ein Mehr schicht-Halbleiterelement unter Druckeinfluss seine Leit fähigkeit ändert, ist bekannt und z. B. in Proceedings Inst. Rad. Eng., Oct. 1962, Seite 2106 beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher be schrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschema zur Erläuterung der grund sätzlichen Wirkungsweise eines elektrisch erregten Schwingers, wie er unter anderem auch in Armband uhren als Gangregler verwendet wird, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfin dungsgemässen Anordnung zur elektronischen Erregung eines Unruhgangreglers, Fig. 3a und 3b eine erste Ausführung einer erfin dungsgemässen Steuerrichtung, in zwei verschiedenen Stellungen, Fig. 4 eine andere Ausführungsform, mit, welcher besonders kurze Steuerimpulse erzeugt werden können, Fig. 5 eine Schaltung eines dem Geber nachgeschal teten Transistorverstärkers.
Im schwingenden Zustand veranlasst der elektrisch gesteuerte Gangregler 1 (vgl. Fig. 1) innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs die Steuereinrichtung 2 zur Abgabe eines elektrischen Impulses. Die Antriebsein richtung 3, welche mit einer Energiequelle 3' in Ver bindung steht, wandelt den ihr zugeführten Steuerim puls in einen auf den Gangregler einwirkenden mecha nischen Antriebsimpuls um. Der Energieinhalt des An triebsimpulses reicht zur Deckung der Schwingungsver- luste aus, so dass der Gangregler im schwingenden Zu stand bleibt.
Bei der erfindungsgemässen Steuervorrichtung nach Fig. 2 ist der Unruh-Gangregler 1 um die Achse 4 drehbar gelagert. Die Steuervorrichtung enthält den auf der Unruh 1 sitzenden Steuerstift 7, das Druckglied 8 rund den druckempfindlichen Geber 11 mit den An schlüssen 15, 16 und 17, die dem Emitter-Basis- und Kollektoranschluss eins Transistors entsprechen. Drückt die Steuerspitze 12 des um die Achse 9 schwenkbaren Druckgliedes 8 unter der Einwirkung der Feder 10 auf den Geber 11, so ist die Strecke zwischen Emitter 15 und Basis 16 leitend, die Spannungsdifferenz zwi schen diesen beidn Elektroden liegt also unter der Schwellspannung, die den Transistor leitend macht. Die Strecke zwischen Emitter 15 und Kollektor 17 ist dem nach gesperrt. Der Steuerimpuls entstsht dadurch, dass der Steuerstift 7 mit Hilf des Druckgliedes 8 die Steuerspitze 12 kurzzeitig abhebt.
Das Verhalten des Transistors ist während dieser Zeitdauer durch die ver wendete Emitterschaltung gegeben, d. h. durch den Ba sisvorwiderstand 18 wird ein Basisstrom gezogen, der den Transistor zwischen Emitter und Kollektor leitend macht und somit einen Strom vom Kollektor 17 über die Antriebsspule 20 zum Minuspol der Batterie 22 fliessen lässt. Das dabei von der Spule 20 im Joch 21 erzeugte Magnetfeld wirkt über den ferromagnetischen Anker 5 auf die Unruh 1.
Erfindungsgemäss sind das Druckglied 8 und bzw. oder der Steuerstift 7 so ausgebildet, dass die Unruh 1 den Geber 11 nur in einer Schwingungsrichtung zu be- aufschlagen vermag. In der anderen Schwingungsrich tung wird die Druckübertragung durch ein elastisches Glied verhindert.
Gegenüber einem zweimaligen Antrieb je Schwingungsdauer lässt sich bei einzm einmaligen Antrieb der durch die Entnahme des Steuerimpulses bedingte Arbeitsverlust kleiner halben. Ausserdem wird dabei auch der Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung 3 erhöhet, was sich auf die Lebensdauer der Batterie. gün- stfg auswirkt.
Die genauere Ausführung einer Steuervorrichtung wird in Fig. 3a und 3b gezeigt. Die um die Drehachse 4 schwingende Unruh 1 trägt eine Feder 26 sowie die Federgegenla@ge 25.
Entsprechend Fig. 3a hebt bei links- schwingond-er Unruh 1 das federnde Druckglied 8 die Feder 26 von ihrer Gegenlage 25 ab;
der Geber 11 wird also nicht betätigt. Schwingt dagegen die Unruh, wie in Fig. 3b angedeutet, nach rechts, so bleibt die Feder 26 an ihrer Auflage 25 liegen, so dass die Feder 26 das federnde Druckglied 8 anhebt, welches nun über die Druckspitze 12 den Druckfühler 11 betätigt.
Als Geber 11 kann auch eine druckempfindliche Diode (Zweischichtelement) verwendet werden, die im Gegen satz zum Transistor bei Druckeinwirkung leitend wird. Die Steuervorrichtung muss folglich bei der Verwendung einer Diode so beschaffen sein, dass zum Zeitpunkt der Impulsgabe das Halbleiterbauteil einem Druck ausgesetzt wird.
Die Dauer des S1,1; uerimpulses kann extrem kurz ge halten werden, wenn das Druckglied 8, wie in Fig. 4 gezeigt, die während des Hubes s aufgespeicherte poten- tielle Energie am Ende des Hubes s plötzlich in kine tische Energie umwandelt und diese über die Druck spitze 12 dem Geber<B>11</B> zuführt.
Die am Druckglied 8 befestigte Prellmasse 29 erhöht den Wirkungsgrad der Energieübertragung. In Reihe mit den Anschlüssen 27 und 28 der als Geber 11 verwendeten Diode liegen die Batterie und die Antriebsspule.
Zur Verstärkung des Steuerimpulses kann ein Tran sistorverstärker nach Fig. 5 verwendet werden. Hierbei bildet der Geber 11 zusammen mit dem Widerstand 32 einen Spannungsteiler, an dem die Basis des Transistors 31 liegt. In druckfreiem Zustand ist die Diode als Geber sehr hochohmig, so dass Basis und Emitter etwa gleiches Potential haben und über den Kollektor kein Strom fliessen kann. Wird dagegen der Geber 11 einem Druck ausgesetzt, so sinkt sein Widerstand auf einen Wert, der in der Grössenordnung des Widerstandes 32 liegt, der Geber 11 zieht also einen Basisstrom, der den Transistor 31 leitend macht, wodurch ein Strom über den Kollektor, den Stellwiderstand 23 und die Spule 20 zum Minuspol der Batterie 22 fliesst. Am Stell widerstand 23 kann die Schwingamplitude eingestellt werden.