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Vorrichtung zum Aufrechterhalten mechanischer Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten mechanischer Schwingungen eines Schwingsystems durch während bestimmter Phasenintervalle der Schwingung erzeugte elektrische Stromimpulse, die mittels einer Antriebsspule dem erwähnten System die zum Aufrechterhalten der Schwingung erforderliche Energie liefern. Eine solche Vorrichtung findet z. B. für elektrische Uhrwerke Anwendung, deren Pendel bzw. Unruh auf die angegebene Weise in Schwingung gehalten wird.
Bei einer solchen Vorrichtung tritt die Schwierigkeit auf, dass die Schwingungsamplitude der Unruh unter andern von der Amplitude der elektrischen Stromimpulse und von der mechanischen Dämpfung des Schwingsystems abhängt, was zu Abweichungen in der Periodenzeit der Schwingung und daher zu Fehlanzeigen des Uhrwerkes führen kann.
Die Erfindung bezweckt, die Abweichungen dieser Amplitude zu verringern und weist das Kennzeichen auf, dass vom Schwingsystem eine von seiner Amplitude abhängige Spannung erzeugt wird, durch welche die Amplitude der kurzzeitig auftretenden elektrischen Stromimpulse bei Vergrösserung der Schwingungsamplitude verkleinert wird.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel in Seitenansicht, Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils der Fig. 1, Fig.3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Fig. 1, Fig. 4 das zweite Ausführungsbeispiel in Draufsicht.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 besitzt ein Schwingsystem 1, z. B. die Unruh eines elektrischen Uhrwerkes, das eine Welle 2 mit Lagern 3 und 4, eine auf der Welle 2 angebrachte Scheibe 5 aus dauermagnetischem oder hartmagnetischem Material sowie einen Stab 6 aus magnetischem Material und eine Feder 7 aufweist, deren Starrheit in Verbindung mit den Trägheitsmomenten der Scheibe 5 und des Stabes 6 die Periodenzeit des Systems 1 bedingt.
Die Scheibe 5 erzeugt auf die nachstehend zu beschreibende Weise elektrische Impulse in einer Aufnahme - Spule 8, wobei die Impulse nach erfolgter Verstärkung in einem Verstärker 9, insbesondere einem Transistor B-Verstärker, einer Antriebsspule 10 zugeführt werden, welche den Stab 6 derart anzieht, dass die Schwingung des Systems 1 aufrechterhalten wird.
Die Scheibe 5 ist zu diesem Zweck in Axialrich- tung magnetisiert, und zwar bildet nach den Fig. 1 und 2 nahezu die ganze obere Fläche dieser Scheibe 5 eine Polfläche S mit Südmagnetismus und nahezu die ganze untere Fläche eine Polfläche N mit Nordmagnetismus. An einer Stelle aber, in Fig.2 mit 12 bezeichnet, ist die Magnetisierungsrichtung N-S gerade umgekehrt, so dass die obere Fläche also Nord- und die untere Fläche Südmagnetismus aufweist. Bewegt sich die Stelle 12 zwischen die Schenkel 13 der Spule 8, so ändert sich also plötzlich das Vorzeichen des Magnetflusses, so dass in der Spule 8 ein Impuls erzeugt wird.
Die Feder 7 ist dabei derart eingespannt, dass der Nulldurchgang der Schwingung der Lage entspricht, bei der sich die Stelle 12 dem Schenkel 13 gegenüber befindet. Der Stab 6 befindet sich dann auch gerade in der Mitte zwischen den Schenkeln 14 der Spule 10.
In Fig. 3 sind als Funktion der Zeit t die Amplitude u der Schwingung, der durch die Schenkel 13 der Spule 8 strömende-Magnetfluss 0, die von diesem Fluss in der Spule 8 erzeugte Spannung V, der folglich im Verstärkerausgang auftretende und der Spule 10 zugeführte Strom i, und die folglich auf den Stab 6
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ausgeübte Antriebskraft Kt dargestellt. Diese Kraft ist positiv vorgezeichnet, wenn sie einem Drehsinn entspricht, und negativ vorgezeichnet, wenn sie dem entgegengesetzten Drehsinn der Scheibe 5 entspricht.
Die Zeitskala ist in der Nähe des Impulses deutlichkeitshalber etwas ausgedehnt, im allgemeinen haben die Impulse gegenüber den zwischen ihnen auftretenden Zeitintervallen eine kürzere Dauer.
Wenn die Amplitude ac des Schwingsystems grösser wird, so ändern sich die betreffenden Grössen, in Fig. 3 wie gestrichelt dargestellt. Zwar ist die Impulsdauer des Stromes i bzw. die Antriebskraft Kt dann kürzer geworden, aber ihre Amplitude hat sich derart vergrössert, dass die der Spule 10 schliesslich zugeführte Energie zugenommen hat, so dass die Amplitude gleichfalls wieder grösser wird.
Diesem Effekt wird entgegengewirkt, da der Stab 6 dauermagnetisch ist und daher beim Durchgang zwischen die Schenkel 14 der Spule 10 eine von der Amplitude abhängige Spannung in der Spule 10 induziert. Der Transistor 9 ist dabei derart eingestellt, dass der Augenblickswert seines Kollektorstromes durch eine entsprechende Abnahme seiner Kollektorspannung auf einen der Emitterspannung nahezu gleichen Wert begrenzt wird. Dies kann durch Anwendung einer Speisequelle 24 niedrigerer Spannung und./ oder durch eine Antriebsspule 10 mit höherem Eigenwiderstand erzielt werden.
Da im Kollektorkreis neben der Spannung der Quelle 24 auch die erwähnte, vom Magnetstab 6 in der Spule 10 induzierte Spannung wirksam ist, wird daher die Amplitude der Kollektorstromimpulse bei zunehmender Amplitude durch Zunahme dieser induzierten Spannung verkleinert.
Es ist einleuchtend, dass man ähnliche Effekte bei Anwendung eines Röhrenverstärkers statt eines Transistorverstärkers erzielen kann. Auch kann man die an der Spule 10 oder die an einer getrennten, mit dem Schwingsystem zusammenwirkenden Spule erzeugte Spannung, gegebenenfalls über einen Gleichrichter, dem Eingangskreis des Verstärkers mit einer solchen Phase zuführen, dass seine Ausgangsstromamplitude bei Zunahme der Amplitude abnimmt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 findet ein ganz anderes Verfahren zum Erzeugen der elektrischen Stromimpulse Anwendung. Das Schwingsystem trägt dabei ein Rad 17 aus nichtmagnetischem Material, auf der eine kleine radioaktive Materialmenge 18 angebracht ist, die mit einem Detektor 19 für radioaktive Strahlung, z. B. einem Phototransistor, zusammenwirkt.
Die Ausgangsstromimpulse des Detektors 19 durchfliessen wieder eine Antriebsspule 10', die mit einem auf dem Rad 17 angebrachten Dauermagnet 6' zusammenwirkt, so dass auf die Weise nach Fig. 1 nicht nur ein Antrieb des Schwingsystems 1, sondern auch eine Gegen-EMK an der Spule 10' erzeugt wird, welche die Amplitude der vom Detektor 19 weitergegebenen Stromimpulse bei zunehmender Amplitude der Schwingung verkleinert. Ein Widerstand 21 und ein Kondensator 22 dienen dabei zum Unwirksammachen von ungewünschten, vom Detektor 19 weitergegebenen Impulsen. Die Klemmen 23 können mit einem Zeigertriebwerk einer Uhr verbunden werden. Es ist einleuchtend, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele auf entsprechende Weise bei Uhren mit Pendeln anwendbar sind.
Auch könnte man die Spulen die Schwingungsbewegung ausführen lassen und den Dauermagneten fest anordnen, obwohl dies vielfach zu verwickelteren Bauarten führen würde.