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Elektrischer Uhrantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Antrieb in einer Uhr, bei dem fest angeordnete Spulen mit am Pendel angebrachten Dauermagnetan- ordnungen so zusammenwirken, dass sie auf elektromagnetischem Wege Steuerimpulse an eine Empfängerspule abgeben und Antriebsimpulse aus einer Treibspule aufnehmen.
Jede Beeinflussung eines schwingenden Pendels ändert dessen Amplitude und Frequenz und hat somit Änderungen des Ganges, also seiner Genauigkeit, auf die es bei einem Uhrpendel besonders ankommt, zur Folge. Dabei sind Einwirkungen durch die Lagerreibung, die es umgebende Luft und die vom Pendel abzugebende Steuerenergie unvermeidbar. Wenn jedoch die Steuerenergie gerade bei Nulldurchgang des Pendels entnommen und alle Verluste durch einen entsprechenden Antriebsimpuls gerade bei Nulldurchgang kompensiert werden, wird das Pendel mit ausserordentlicher Ganggenauigkeit schwingen. Bei einem mechanisch angetriebenen Pendel können aus konstruktiven Gründen diese Forderungen, Steuer- und Antriebsimpuls bei Nulldurchgang des Pendels zu übertragen, im allgemeinen nicht erfüllt werden.
Aber auch bekannte Pendel mit elektromagnetischer Beeinflussung gestatten nicht, einen sehr kurzen Impuls gerade beim Nulldurchgang des Pendels zu übertragen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen elektrischen Antrieb zu schaffen, bei dem an einem Pendel angebrachte Dauermagnetanordnungen so mit zwei im Uhrgehäuse fest angeordneten Spulen (Empfänger- und Treibspule) in Umgebung des Pendel-Null- durchganges zusammenwirken, dass die Pendelbeeinflussung in der Pendel-Nullage ihren grössten Wert erreicht, und der zeitliche Impulsverlauf symmetrisch zu diesem Höchstwert ist, dabei sein Vorzeichen nicht ändert und die Kräfte nur während Bruchteilen des Pendelweges und tangential zur Bewegungsrichtung wirken.
Dabei sind die einander beeinflussenden Bauelemente, die Magnetanordnungen bzw. die Spulen (Empfänger- und Treibspule) so anzuordnen und zu bemessen, dass der gewünschte Erfolg bei einfacher Justiermöglichkeit erzielt wird.
Der elektrische Uhrantrieb nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch das Zusammenwirken von zwei im Abstand gegenüberstehenden Magnetanordnungen mit einer Empfängerspule, deren im Spuleninnern allein durch einen Spulenstrom erzeugte Feldlinien senkrecht zur Symmetrieebene der gegenüberstehenden Magnetanordnungen stehen, so dass bei schwingendem Pendel der die Empfängerspule durchsetzende Dauermagnetfluss sich stetig zwischen zwei Grenzwerten ändert, während er in Ruhelage des Pendels das arithmetische Mittel dieser Grenzwerte bildet.
Durch diese Zuordnung von Dauermagnetanordnung und Empfängerspule entsteht in dieser ein kurzer, zur Pendelruhelage kraftsymmetrischer Impuls, der verstärkt zum Antrieb eines Uhrwerkes und über eine Treibspule zur Deckung der Pendelverluste dienen kann. Hierbei ist es vorteilhaft, auch die Treibspule in gleicher Weise wie die Empfängerspule anzuordnen, weil so die Symmetrie des zu übertragenden Kraft- impulses gewahrt bleibt.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus nachstehender Beschreibung von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes.
Es zeigen schematisch: Fig. 1 den bisher üblichen Aufbau eines auf elektromagnetischem Wege beeinflussten Uhrpendels, Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel in Ansicht, Fig. 2a ein Diagramm des die Spulen bei schwingendem Pendel durchsetzenden Dauermagnetflusses und der in der Empfängerspule entstehenden EMK als Funktion des Pendelweges,
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Fig. 3 und 3a ein weiteres Ausführungsbeispiel mit homogener Feldverteilung in einem schmalen Luftspalt der Dauermagnetanordnung in zwei Ansichten, Fig.3b ein weiteres, dem vorhergehenden sehr ähnliches Ausführungsbeispiel,
bei dem eine Hälfte der Magnetanordnung weggelassen wurde, Fig. 3c ein Diagramm des die Empfängerspule entsprechend Fig. 3b bei schwingendem Pendel durchsetzenden Dauermagnetflusses und die in ihr entstehende EMK als Funktion des Pendelweges, Fig.4 und 4a ein der Fig.3b ähnliches Ausführungsbeispiel mit ringförmiger Dauermagnetan- ordnung, deren den Luftspalt begrenzende Polflächen senkrecht zur Schwingungsebene stehen.
Gemäss Fig. 1 besteht ein elektrischer Antrieb für Uhren üblicherweise aus einem Pendel 1, einem linsenförmigen Teil 2, einem am Pendel 1 angebrachten Stabmagneten 3, der meist etwa wie die Pendelbahn gekrümmt ist und in zwei im Uhrgehäuse 4, das nur teilweise dargestellt wurde, justierbar angeordnete Spulen 5, 6 eintaucht, welche über einen Verstärker 7 zusammenwirken. Schwingt das Pendel 1, so taucht der Stabmagnet 3 mehr oder weniger in die Empfängerspule 5 ein und induziert in dieser eine EMK, welche durch den Verstärker 7 verstärkt wird. Ein Teil dieser Energie dient zum Antrieb eines nicht dargestellten Räderwerkes der Uhr, während der andere Teil durch die Treibspule 6 die Verluste des Pendels 1 deckt, so dass dieses in Rückkopplungsschaltung schwingt.
In Fig. 2 ist ein nach links ausgeschwungenes Pendel 1 dargestellt, an dem unterhalb seines linsenförmigen Teiles 2 zwei Magnetanordnungen aus je zwei schmalen Magnetplatten 8 aus hochkoerzitivem Material und einem Weicheisenzylinder 9 bestehend, mittels eines nicht ferromagnetischen Bügels 10 befestigt sind. Diese Magnetanordnungen sind so angebracht, dass sich gleichnamige Pole (z. B. N, N) ge- genüberstehen und ihre von den magnetischen Feldlinien nicht durchstossene Ebene 11 (Symmetrieebene beider Pole) mit der Pendelachse 12 zusammenfällt und auf der Schwingungsebene des Pendels 1, die hier der Zeichenebene entspricht, senkrecht steht.
Die Empfängerspule 13 und die Treibspule 14 sind konzentrisch gemeinsam so auf einen Spulenträger gewickelt, dass sie symmetrisch zu der den Spulenzylin- der senkrecht durchschneidenden Spulenmittelebene 15 liegen. Der Spulenträger ist justierbar am nur teilweise dargestellten Uhrgehäuse 4 befestigt und so eingestellt, dass seine Spulenmittelebene 15 mit der Pendelachse 12 in Pendelruhelage 16 zusammenfällt und auf der Schwingungsebene des Pendels 1 senkrecht steht.
Die im Innern jeder Spule allein durch einen in ihr fliessenden Strom entstehenden Feldlinien stehen dann in Pendelruhelage 16 senkrecht auf der von den Dauermagnetfeldlinien nicht durchstossenen Ebene 11, und die Spulen liegen mit ihren wirksamen Hälften hierzu symmetrisch.
Dadurch erhält der die Spulen durchsetzende Dauermagnetfluss einen zur Pendel-Nullage 16 symmetrischen Verlauf, er ändert sich stetig zwischen zwei Grenzwerten und ist in Pendel-Nullage 16 Null, bildet also das arithmetische Mittel beider Grenzwerte. Weiterhin hat die in der Empfängerspule 13 induzierte EMK ihren höchsten Wert bei Pendel-Nulldurchgang, dauert nur einen kurzen Bruchteil des Pendelweges und ist zur Pendel- Nullage 16 symmetrisch, wie das Diagramm gemäss Fig.2a zeigt, das den Flussverlauf $ in den beiden Spulen 13,
14 und den EMK-Verlauf e in der Empfängerspule 13 als Funktion des Pendelweges s darstellt. Dabei entsteht durch Zusammensetzen jeder Magnetanordnung aus je zwei Polplatten 8 und einem langen Weicheisenzylinder 9 in letzterem praktisch kein magnetischer Spannungsabfall, so dass daraus keine magnetischen Kraftlinien austreten, also der Flussverlauf in der Empfängerspule 13 konstant bleibt, sowie die Polplatten 8 durch sie hindurchgeschwungen sind.
Durch Verwendung konzentrischer Spulen 13, 14 mit ihren Wicklungshälften symmetrisch zur Mittelebene 15 des Spulenträgers und Anbringen der Magnetanordnungen mit ihrer von den Dauermagnet feldliniert nicht durchstossenen Ebene 11 in der Pendelachse 12 sind einfache Voraussetzungen für ein leichtes und genaues Einstellen der elektrischen Antriebseinrichtung in Uhren gegeben.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig.3 und 3a erzeugt die gleichen Fluss- und Spannungsverhältnisse, die Fig.2a darstellt. Die Magnete bestehen aus vier schmalen Dauermagnetplatten 17 und die Magnete gemäss Fig. 3b bestehen aus zwei Dauermagnetplatten 17, welche jeweils durch den Weicheisenbügel 18 zu einer Magnetanordnung zusammengefasst und damit am Pendel 1 befestigt sind. In beiden Fällen entsteht ein enger Luftspalt mit homogener Feldverteilung, dessen ihn begrenzende Polflächen parallel zur Schwingungsebene liegen, so dass also die homogenen Feldlinien senkrecht zur Schwingungsebene des Pendels 1 verlaufen.
Eine schmale rechteckige Empfängerspule 19 und eine weitere rechteckige Treibspule 20 sind so an dem nur teilweise dargestellten Uhrgehäuse 4 verstellbar angebracht, dass die mittlere Spulenebene beider Spulen 19, 20 mit der Schwingungsebene des Pendels zusammenfällt und die Spulenseite der Treibspule 20 symmetrisch zum rechten Abschlussrand 21 des Bügels 18 bei Pendel in Ruhelage liegen. Die Empfängerspule 19 liegt in Fig. 3b bei Pendel in Ruhelage dagegen mit ihren Spulenseiten symmetrisch zum linken Abschlussrand 22 des Bügels 18, während sie in Fig. 3a bei Pendel in Ruhelage mit beiden Spulenseiten symmetrisch zur Pendelachse 12 liegt.
Dabei sind in Fig.3a die vier Dauermagnetplatten 17 so angeordnet, dass die Feldlinien in der linken Hälfte in die Zeichenebene hinein, aber in der rechten Hälfte aus der Zeichenebene heraus gerichtet sind, so dass sich also die Richtung der Feldlinien an der Pendelachse 12 umkehrt, während in Fig.3b die Feldlinien nur in die Zeichenebene hineingerichtet sind.
Das Diagramm in Fig. 3c zeigt den Flussverlauf 1D, der die Empfänger- und Treibspule 19, 20 durchsetzt, und den EMK-Verlauf e, der in der Empfänger-
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spule 19 induzierten Spannung bei schwingendem Pendel als Funktion des Pendelweges s für das Ausführungsbeispiel gemäss Fig.3b.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 und 4a entspricht im wesentlichen dem der Fig.3b, nur sind hier die den Luftspalt begrenzenden Polflächen senkrecht zur Schwingungsebene des Pendels angeordnet und statt einer Kombination aus zwei Dauermagnetplatten und einem Weicheisenbügel wird ein geschlitzter Dauermagnet 23 verwendet.
Durch die feste Kopplung der Empfänger- und Treibspule insbesondere entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel tritt eine unerwünschte elektrische Rückkopplung (Pfeifen) ein. Diese kann durch ein zweites, hier nicht dargestelltes Spulenpaar mit gleichen Daten und gleicher Zuordnung in den Zuleitungen zur Empfänger- bzw. Treibspule vermieden werden, wobei diese Hilfsspulen ausserhalb des magnetischen Wirkungsbereichs des Pendels angebracht werden müssen und gegeneinander so gekoppelt sind, dass sie die Rückkopplung kompensieren.