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Von einer Batterie gespeister, kontaktloser, niederfrequenter, elektromechanischer Frequenzgeber für elektrische Uhren und andere Geräte mit genauen Laufzeiten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Oszillator zu schaffen, welcher mit niedrigen akustischen Schwingungsfrequenzen und möglichst noch wesentlich niedrigeren, unterhalb der Hörgrenze liegenden Frequenzen zu schwingen vermag und sich sowohl zur Steuerung als auch zum Antrieb für Uhren und andere Geräte mit genauen Laufzeiten eignet..
Elektrische Schwingungskreise wurden bekanntlich bisher in der Weise aufgebaut, dass ein nicht linearer Vierpol bezüglich Ein- und Ausgang rückgekoppelt wurde ; die sich bei einem solchen Schwingungskreis ergebende Eigenfrequenz war im wesentlichen durch Selbstinduktion und Kapazität des Gesamtkreises bestimmt. Ohne besonderen Aufwand liessen sich mit derartigen Schwingungskreisen nur schwer elektrische Frequenzen unterhalb der Hörgrenze erzielen. Aus diesem Grunde sind bisher reine elektrische Schwingungskreise zur Steuerung bzw. zum Antrieb von Uhren und ähnlichen mechanischen Laufwerken in der Praxis nicht angewendet worden. Statt dessen sind bisher verschiedene andere Wege eingeschlagen worden.
Im Schweizer Patent Nr. 345302 ist eine elektronisch, vorzugsweise durch Transistorschaltung, kontaktlos gesteuerte Uhr mit einem in impulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis zu zwei in der Schwingungsbahn koaxial zu dieser liegenden Spulen stehenden magnetischen Schwingerteil, vorzugsweise Pendelteil, insbesondere stabförmigen, in Schwingungsrichtung sich erstreckenden Permanentmagneten am Pendelende, beschrieben, deren wesentliches Merkmal darin besteht, dass der aus den beiden eng benachbarten Spulen und dem Transistor gebil- dete elektrische Schwingkreise einerseits durch den mit seinem einen Pol in beide Spulen eintauchenden Magnetschwinger beaufschlagt wird,
und andererseits seine Eigenschwingung durch Zuordnung elektrischer Ausgleichsglieder zu mindestens einer der beiden Spulen unterdrückt wird. Eine solche Uhr besitzt eine gute Ganggenauigkeit und ist weitgehend von Temperatureinflüssen unabhängig, besonders dann, wenn die beiden Spulen durch ihre Wicklungsart bzw. räumliche Zuordnung zueinander derartig stark miteinander gekoppelt sind, dass der Ein- und der Ausgangskreis der elektronischen Schaltung, vorzugsweise der Transistorschaltung, eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht,
dass eine .Spule konzentrisch auf die andere angeordnet ist.
Den erwähnten Massnahmen liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst scharfe elektrische Antriebsimpulse mit grosser Gleichmässigkeit zum Antrieb für das mechanische Schwingungssystem, beispielsweise einen als Pendel schwingenden Magneten, zu erzeugen.
Die Notwendigkeit, für einen derartigen elektrodynamischen Pendelantrieb möglichst scharfe Impulse zu verwenden, ist bereits seit Jahrzehnten in der Technik der elektrischen Kontaktuhr bekannt, und in dieser Technik ist das Problem durch eine entsprechend präzise Ausbildung der Kontakte selbst gelöst.
Beim Ersatz der Kontakte durch eine kontaktlose, insbesondere induktive Steuerung, trat zunächst die Schwierigkeit auf, dass die in einer Generatorspule durch einen schwingenden Magneten erzeugten Steuerimpulse, die in strenger Analogie zur elektrischen Kontaktuhr die Stromerregung der Motor-
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spule zum Antrieb des Magneten auslösen sollten, sinusförmig ausgebildet sind.
Dies ist einmal dadurch bedingt, dass sich mindestens ein Pol des Magneten, der am Pendel angeordnet ist, während der ganzen Schwingung (it) in der Spule befindet und auf Grund der sinusförmigen Geschwindigkeitsänderung eine sinusförmige Spannung erzeugt wird, zum anderen, weil die gesamten, an der kontaktlosen -Steuerung beteiligten Einzelteile so angeordnet sind, dass nur eine elektromechanische Rückkopplung vorhanden ist. Bei der Kontaktuhr dagegen sind die scharfen Impulse von der Teilung des vom Pendel bewegten Schaltrades abhängig.
War nun die Generatorspule im Eingang und die Motorspule im Ausgang eines elektronischen Bauelementes, beispielsweise einer Elektronenröhre oder eines Transistors, angeordnet, wie es z. B. aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 2260847 bekannt ist, so konnte auch in der Motorspule nur ein sinusförmiger Impuls entstehen, da der Magnet, in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Pendels, in der Steuerspule einen Strom induziert.
In denfranzösischenPatentschriftenNrn.1090564, 1092411 und Add.Nr. 65772 zu Patent Nr. 1092411 ist deshalb die Aufgabe behandelt worden, aus den im Eingang des Transistors entstehenden unscharfen Induktionsimpulsen möglichst scharfe Impulse im Transistorausgang, d. h. in der Motorspule, zu gewinnen; als Lösungen dieser Aufgabe sind in den genannten französischen Patentschriften angegeben a) die Herstellung eines magnetischen Rückschlusses zur Zentrierung des Feldes ; b) eine möglichst schmale Treibspule (Motorspule) ;
c) Zusammenbringen zweier Magnetpole gleicher Polarität, derart, dass sich die Feldlinien abstos- sen und dadurch ein schmales, radial um die Magnetachse laufendes Feld entsteht.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen haben Jedoch gezeigt, dass die zuletzt erwähnte Aufgabenstellung samt ihren Lösungen in einer Richtung liegen, die zu keinem befriedigenden praktischen Ergebnis führt, weil die Streuung des magnetischen Feldes zu gross ist und infolgedessen trotzdem noch sinusförmige Impulse entstehen, wenn auch mit etwas höherer Flankensteilheit.
Die Erfindung verlässt daher grundsätzlich den durch die genannten drei französischen Patentschriften gewiesenen Weg und knüpft statt dessen an die eingangs geschilderten Vorschläge an.' Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe für einen von einer Batterie gespeisten kontaktlosen, niederfrequenten, elektromechanischen Frequenzgeber für elektrische Uhren, Plattenspieler und andere Geräte mit genauen Laufzeiten mit einem ein steuerbares Schaltglied, z.
B. eine Röhre, einen Transistor, eine Doppelbasisdiode, eine Hallsonde oder andere Halbleiter-Bauelemente enthaltenden elektronischen Kreis, der die elektrischen Antriebsimpulse für das mechanische Frequenzgebersystem liefert, dadurch gelöst, dass der Ein- und der Ausgangskreis des elek- tronischen Schaltgliedes über Impedanzen derart rückgekoppelt sind, dass die Frequenz des Schaltvorganges und der hierdurch bedingten elektrischen Schwingung des Kreises durch die Verzögerungszeit des Rückkopplungsvorganges - beispielsweise durch die Phasenverschiebung des elektrischen Stromes in zwei rückgekoppelten Spulen - bestimmt ist.
Zur Bestimmung der elektrischen Daten des elektrischen Schwingungskreises, insbesondere der Länge, des Durchmessers, des ohm'schen Widerstandes und der Amperewindungszahl der Spulen sowie der Feldstärke und Abmessung des Magnetschwingers sind folgende grundsätzliche Richtlinien zu beachten Da sich der mechanische Schwinger durch seine Wechselwirkung mit dem elektronischen Schwinger selbst steuern soll, müssen sich das mechanische Drehmoment, beispielsweise des Pendels, einer Unruh oder das mechanische Trägheitsmoment eines etwa longitudinale Schwingungen ausführenden mechanischen Schwingers, und die elektromotorische Kraft des elektrischen Antriebssystems das Gleichgewicht halten.
Jeder Eingriff in den Isochronismus des mechanischen Schwingers, der sich in der induzierten Spannung der Generatorspule abzeichnet, muss unverändert, d. h. ohne Veränderung seiner Frequenz oder seiner Form, dem mechanischen Schwinger als Antriebsimpuls mit erhöhtem Energieinhalt wieder zugeführt werden.
Wird beispielsweise das Pendel durch einen Stoss von aussen beschleunigt oder in seiner Amplitude verringert, so muss dies selbsttätig durch eine Änderung der Energiezuführung ausgeglichen werden. Bei vergrösserter Amplitilde muss also die elektrische Energiezufuhr geringer sein ;
da die Geschwindigkeit des Pendels im Nulldurchgang - bei bezüglich Lage und Abmessung fester Spule - vergrössert ist, ist auch die elektrische Impulslänge im Verhältnis zur Gesamtamplitude verkleinert und infolgedessen tatsächlich der elektrische Antrieb verringert. Hieraus ist ersichtlich, dass zwischen dem Moment des Pendels und der elektromotorischen Kraft des Antriebssystems eine Differenz entsteht, durch die das Gleichgewicht zwischen dem mechanischen und dem elektrodynamischen Energiepotential selbsttätig wieder hergestellt wird.
Damit das soeben gekennzeichnete Verhalten einwandfrei und ohne Energieverluste in jedem Falle garantiert ist, muss das Schaltorgan, beispielsweise der Transistor, durch den das elektrische und das mechanische Schwingungssystem miteinander gekoppelt werden, so bemessen sein, dass die Eingangsspannung niemals begrenzt ist, sondern dass die im Transistoreingang induzierte Spannung auch dann auf den Ausgangskreis kongruent übertragen wird, wenn die Eingangsspannung durch äussere, den Iso- chronismus des Pendels störende Einflüsse moduliert ist.
Der einzige Unterschied zwischen dem Ein- und dem Ausgangskreis des Transistors hat darin zu bestehen, dass die im Ausgangskreis für den Antrieb des mechanischen Schwingungssystems benötigte Energie aus der im Ausgangskreis befindlichen Bat-
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terie entnommen wird und infolgedessen in der Amplitude gegenüber der Eingangsenergie in jedem Zeitpunkt proportional vergrössert ist.
Damit die erwähnten Forderungen erfüllt sind, muss bei der Konstruktion der rückgekoppelten elektrischen Uhr folgende Reihenfolge in bezug auf die Bemessung der einzelnen Bauteile beachtet werden Ein Pendel mit gewünschter Frequenz, gewünschter Stabilität und gewünschtem Direktionsmoment erhält ein bestimmtes Trägheitsmoment. Bei einer bestimmten Pendelauslenkung, die sich zwischen 3o und 7 , beispielsweise für Kurzpendel, als zweckmässig erwiesen hat, erzeugt ein am Pendel befestigter, bezüglich Lage, Grösse und Abmessung bestimmter Permanentmagnet in einer von innen durchschwun- genen Spule einen bezüglich Länge,
Amplitude und Amplitudenlage bestimmten Spannungsimpuls und gleichzeitig einen dem Eintauchvorgang entgegenwirkenden Stromimpuls (als Dämpfungwirkung auf Grund der Gegeninduktion).
Auf Grund dieses in der im Transistoreingang liegenden Generatorspule erzeugten Spannungsimpulses, wobei das negative Potential des Spannungsimpulses an der Basis des Transistors liegt, wird der Transistor geöffnet.
Wenn nun Motor- und Generatorspule derart miteinander gekoppelt sind, dass sie mit dem Transistor zusammen einen Schwingungskreis ergeben, so würde auf Grund einer induktiven Erregung, beispielsweise für Kurzpendel, der Schwingungskreis unbegrenzt zu schwingen anfangen.
Es sind deshalb in bereits vorgeschlagener Weise elektrische Ausgleichsglieder in der Schaltung vorgesehen, durch die die Schwingungen wieder unterdrückt werden ; jedoch nur soweit, dass der Kreis einerseits durch Eigenleitung des Transistors hervorrufende Temperaturschwankungen (- 30 bis + 60,) C) nicht zu schwingen beginnt, andererseits bei einem Spannungsimpuls bestimmter Höhe, hervorgerufen durch den Dauermagneten, zu schwingen beginnt und dass bei Unterschreiten dieser Spannungshöhe die Schwingung wieder unterdrückt wird.
Dies lässt sich mit der üblichen Emitterschaltung mit induktiver Rückkopplung entweder durch eine Stromgegenkopplung oder eineSpannungsgegenkopplungbe- wirken. Die Stromgegenkopplung besteht darin, dass dem Aussenwiderstand, d. h. mindestens einer der beiden Spulen, ein ohm'scher Widerstand parallel geschaltet wird. Bei der Spannungsgegenkopplung wird die Ausgangsspannung auf den Eingang rückgekoppelt, und zwar unter Ausnutzung der Phasenverschiebung eines Kondensators, der zwischen Emitter und Basis geschaltet wird. Beide Massnahmen können auch kombiniert angewendet werden.
Zur Durchführung des Erfindungsgedankens werden nun Ein- und Ausgang des Schwingungskreises in einem solchen Masse gegeneinander gekoppelt, bzw. die erwähnten Ausgleichsglieder entsprechend bemessen sein, dass das Schwingen des Kreises nur möglich ist, wenn sich ein Remanenz enthaltender Körper, insbesondere Magnetmaterial, mindestens in einer Spule befindet.
Weiter ist der Kreis so abzustimmen und der Arbeitspunkt des Schaltorgans, insbesondere des Transistors, so zu legen, dass während einer ganz bestimmten Amplitudenlage des am Pendel befestigten Dauermagneten zu einer eng gekoppelten Spulenanordnung in dieser Anordnung durch Induktionswirkung und Induktivitätsänderung, bedingt durch die gleichzeitige Anwesenheit des Rema- nenz enthaltenden Körpers, in mindestens einem Teil mindestens einer Spule, die Dämpfung des Kreises für die festgelegte Zeit des Antriebsimpulses aufgehoben, der Transistor geöffnet und der Stromimpuls aus der Batterie ausgelöst wird.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen des Frequenzgebers nach der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Frequenzgeber nach der Erfindung mit zwei den Ein- und Ausgang eines Transistors rückkoppelnden Spulen und mit einem verschiebbaren Eisenkern ; Fig. 2 zeigt einen Frequenzgeber mit einer Doppelbasisdiode, deren Ein- und Ausgang durch eine einzige Spule mit festem Eisenkern und einem magnetfeldabhängigen Widerstand rückgekoppelt sind ; die Fig. 3 bis 8 zeigen den Aufbau einer Uhr, die von einem Oszillator angetrieben wird, der zwei den Ein- und Ausgang eines Transistors rückkoppelnde Spulen mit festem, den Stator eines Synchronmotors bildendem Eisenkern aufweist ;
die Fig. 9 bis 12 stellen zwei weitere Ausführungs- beispiele des erfindungsgemässen Frequenzgebers dar, bei denen der feste Magnetkern der Oszillatoranord- nung als Stator eines nach dem Ferraris-Prinzip arbeitenden Läufers bzw.
Schwingers ausgebildet ist ; die Fig. 13 und 14 betreffen eine Oszillatoranord- nung mit periodisch schwingendem Magnetkern, der am Pendel einer Uhr befestigt ist ; Fig.15 zeigt eine Oszillatoranordnung mit schwingendem Magnetkern und zwei getrennten Spulen, denen die enge Kopplung bewirkende Hilfsspulen zugeordnet sind ; die Fig. 16 und 17 zeigen beispielsweise Ausführungsformen mit longitudinal schwingenden Magnetkernen ; die Fig. 18 und 19 sind Ausführungsformen mit einem elektrischen RC-Schwingungskreis, der durch einen als Unruh wirkenden Magnetschwinger synchronisiert ist.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen Transistor in Kollek- torschaltung, dessen Ein- und Ausgang mittels zweier Induktionsspulen 2 und 3 rückgekoppelt sind. Die Windungen der beiden Spulen sind koaxial aufeinander gewickelt, damit eine möglichst enge Kopplung entsteht. 4 bedeutet eine Batterie. 5 ist ein Eisenkern, z. B. ein Ferritkern. Sobald der dargestellte elektrische Kreis mittels eines Schalters 6 geschlossen ist, schwingt er, und zwar überraschenderweise mit sehr niedrigen Frequenzen. Bei geeigneter Dimensionie- rung lässt sich eine Schwingung von der Grössenord- nung von 10 Hz erzielen.
Die Frequenz kann durch
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Verschieben des Magnetkerns 5 in Richtung seiner Axe beeinflusst werden. Die erzeugte Frequenz kann mittels einer Hilfswicklung abgenommen werden, die zweckmässigerweise mit den beiden Spulen 2 und 3 gekoppelt ist.
Diese Ausführungsform kann in mannigfacher Weise abgeändert oder ergänzt werden. Die Spulenanordnung kann aus zwei oder mehreren Spulen, gegebenenfalls mit Spannungsübersetzung, bestehen und als Transformator mit gegebenenfalls verschiebbarem Kern ausgebildet sein. Unter Umständen ist es zweck- mässig, die beiden Rückkopplungsspulen gleichartig auszubilden und den Abgriff sekundärseitig mittels einer Hilfswicklung abweichender Windungszahl vorzunehmen.
Durch die Dimensionierung der Spulen und gegebenenfalls auch durch Zuhilfenahme ohm'- scher Vorschaltwiderstände lässt sich erreichen, dass der Transistor bzw. ein entsprechendes Bauelement als reiner Schalter wirkt, indem beispielsweise der Arbeitspunkt in das Sättigungsgebiet der Charakteristik des Halbleiterbauelements gelegt wird oder mindestens am Beginn dieses Sättigungsgebiets liegt.
In diesem Falle erhält man verhältnismässig scharf ausgeprägte, rechteckförmige Spannungsimpulse. Aber auch Sinusschwingungen lassen sich erzielen, wenn man den Arbeitspunkt in den ansteigenden Teil der Charakteristik legt und das Halbleiterbauelement, beispielsweise einen Transistor, als Verstärker ausnutzt.
An Stelle der gemäss der Fig. 1 vorgesehenen Kollektorschaltung kann beispielsweise auch eine Emitterschaltung benutzt werden. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn ein Eisenkern für die Rückkopplungsspule vorgesehen ist. Bei einer Anordnung ohne Kern ist bisweilen die Kollektorschaltung vorteilhafter.
Besonderes Augenmerk ist auf die Ausbildung und vor allem die Dimensionierung der Rückkopplungsanordnung zu legen. Bei Verwendung von Spulen sollte deren Kopplung verhältnismässig eng sein. Die Spulen können mit Lagenwicklung oder besser in Waben- bzw. Kreuzform gewickelt sein. Eine besonders enge Kopplung erzielt man durch Aufeinanderwickeln der Spulen. Die koaxiale Ineinander-Anord- nung oder scheibenförmige Nebeneinander-Anord- nung bietet andererseits die zusätzliche Möglichkeit einer gegenseitigen Entfernungsänderung der Spulen.
Man kann auch die Spulen nach Art eines Ring- modulators auf einem gemeinsamen, gegebenenfalls ringförmigen Ferritkern anordnen, unter Umständen in einer solchen Weise, dass sie als Schalter wirken, der abwechselnd den Eingang und den Ausgang des Transistors bzw. Halbleiterbauelements schliesst.
Die rückkoppelnde Wirkung der Spulen kann auch mittels Laufzeitgliedern, z. B. durch kapazitative Kopplung oder RC-Kombinationen und/oder mittels einer Doppelbasisdiode (Fadenhalbleiteranordnung) erreicht werden. Auch hierbei ist die Dauer des jeweiligen Rückkopplungsvorganges massgebend für die entstehende Frequenz. Da unter Umständen auch hochfrequente, durch Selbstinduktion und Kapazität bestimmte Schwingungen des das Halbleiterbauelement, insbesondere den Transistor, enthaltenden elektrischen Kreises auftreten können, ist es zweckmässig, an sich bereits vorgeschlagene elektrische Ausgleichsglieder im Ein- und/ oder Ausgangskreis, z.
B. in Form eines ohm'schen Widerstandes oder einer Kapazität, insbesondere parallel zu mindestens einer der rückkoppelnden Spulen vorzusehen, um damit die Schwingneigung des Transistors oder dergleichen zu unterdrücken oder zu vermindern. Auch sollte eine solche Schwingungen begünstigende Polung der elektrischen Spannung, insbesondere negativer Vorspannung des Emitters, vermieden werden. Bei der in Fig. 1 angedeuteten Po- lung der Batterie ist daher vorzugsweise ein Transistor vom Typ p-n-p vorausgesetzt.
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit einer Fadendiode (= Doppelbasisdiode), in deren Ein- und Ausgangskreis ein magnetfeldabhängiger Widerstand 9 nach Art einer Corbino-Scheibe oder einer Hallsonde und ein Spule 10 liegen, die durch den Magnetkern 8 miteinander rückgekoppelt sind, in dessen Luftspalt der magnetfeldabhängige Widerstand 9 angeordnet ist. 12 bedeutet die Spannungsquelle für die Fadendiode. 7 ist ein magnetisches Verzögerungsglied.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Im abgeschalteten Zustand oder im Leerlauf besitzt die Corbino-Scheibe einen kleinen elektrischen Widerstand, was zur Folge hat, dass die Doppelbasisdiode beim Einschalten umkippt und bewirkt, dass die in ihrem Ausgang befindliche Spule 10 von Strom durchflossen wird und ein magnetisches Feld aufbaut. Hierdurch wird der elektrische Widerstand der Corbino-Scheibe 9 vergrössert, wodurch die Doppelbasisdiode 11 instabil wird und den Strom in der Spule 10 wieder abschaltet, worauf sich das Spiel wiederholt. Die Frequenz kann durch Laufzeitglieder oder magnetische Verzögerungen am Kern 8, z. B. mit Hilfe eines Kurzschlussringes, verändert werden.
Mit einem Frequenzgeber nach der Erfindung sind so niedrige Frequenzen erzielbar, dass mit ihrer Hilfe, zweckmässig über ein Relais, das Zeigerwerk einer Uhr angetrieben werden kann, wobei eine weitere Frequenzteilung kaum mehr angewendet zu werden braucht. Hierbei kann unter Umständen mindestens eines der die Rückkopplung bewirkenden Elemente, z. B. Spulen, unmittelbar - ganz oder teilweise - als Arbeitswiderstand, insbesondere Relaiswicklung bzw. Schrittschaltwerkwicklung, dienen.
Eine besonders zweckmässige Ausgestaltung eines Frequenzgebers nach der Erfindung besteht darin, dass der Ein- und/oder Ausgangskreis in elektromotorischer Wechselwirkung mit einem mechanischen Schwinger oder Drehteil steht, dessen Bewegungszustand er aufrecht erhält und/oder bezüglich seiner Frequenz stabilisiert. Zweckmässigerweise wird diese Wechselwirkung ganz oder teilweise mittels der Rück-
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kopplungsglieder, beispielsweise Spulen oder Kondensatoren, bewirkt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes bilden die den Ein- und Ausgangskreis rückkoppelnden Spulen ganz oder teilweise die Wicklungen - vorzugsweise Statorwicklungen - eines Synchronmotors, der vorzugsweise mit Dauermagnetläufer ausgestattet ist. Es ergibt sich auf diese Weise ein Langsamläufer, der als Antrieb und Gangregler für Uhren und ähnliche feinmechanische Gebilde, z. B. Plattenspieler, mit Vorteil Anwendung finden kann.
Besonders gut bewährt hat sich diese Kombination beiVerwendung eines leistungsfähigenKlein-Syn- chronmotors mit einem Elektromagneten, auf dessen Eisenkern aus Stanzblechen bestehende Polschuhe angeordnet sind, welche die Spule von aussen zangenartig umgreifend neben dieser einen Polkranz bilden, innerhalb dessen ein Polrad angeordnet ist und dessen wesentliches Merkmal darin besteht, dass der Magnetkern ganz oder teilweise aus Verlängerungen der beiden Polschuhe besteht, die mit diesem je einen gemeinsamen Stanzteil bilden,
wobei die eine Verlängerung von der einen und die andere Verlängerung von der anderen Seite in die Spule hinein- und gegebenenfalls durch diese hindurchragen. Bei dieser oder einer ähnlichen Synchronmotoranordnung können die beiden Rückkopplungsspulen ebenfalls mit Vorteil auf einem gemeinsamen Spulenkörper übereinander gewickelt sein. Man hält auf diese Weise eine günstige Wechselspannung mit nur minimaler Gleichstromkomponente, was ein günstiges Drehmoment des Synchronmotors bedingt. Ein solcher Synchronmotor kann auf Grund der Anordnung gemäss der Erfindung mit einer Batterie von etwa 4 bis 12 Volt Gleichspannung, gegebenenfalls sogar von einer 1,4-Volt-Batterie betrieben werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 3 bis 8 betrifft eine tragbare elektrische Uhr, z. B. Armband- oder Taschenuhr, bei der als Energiequelle ein elektrischer Speicher, insbesondere eine Batterie oder ein Element dient, der ständig mit der Uhr verbunden ist, beispielsweise am oder im Uhrgehäuse angeordnet ist, und an den eine Frequenzgeberanordnung nach der Erfindung angeschlossen ist, von der ein das Räderwerk der Uhr antreibender Synchronmotor angetrieben wird.
Dadurch, dass die den Gang regelnde konstante Frequenz elektronisch schaltungsmässig unmittelbar hinter der elektrischen Energiequelle erzeugt wird, wird der Vorteil erreicht, dass anschliessend nur noch mit einem Synchronmotor gearbeitet zu werden braucht, der das Zeigerwerk direkt - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes - anzutreiben vermag. Gegebenenfalls ist der Synchronläufer mit einem Gesperre zu kombinieren, das eine eindeutige Laufrichtung garantiert.
Der Synchronmotor soll in der vorliegenden Ausführung als Aussenläufer verwendet werden. Die Laufrichtung wird durch die Anwendung des Spalt- polprinzipes erreicht. Der Motor selbst ist ein War- ren- oder Hysteresismotor, bestehend aus folgenden vier Teilen a) Magnet- oder Triebkern aus Dynamoblech, b) Erregerspule, c) Stahlscheibe bzw. Läufertrommel aus Kobaltstahl, d) Kurzschlussringe aus Kupfer.
Die beschriebene Anordnung könnte nun beispielsweise mit einer Photozellenanordnung kombiniert werden, die in an sich bekannter Weise die elektrische Energiequelle, insbesondere den Akkumulator, ständig nachlädt.
Ein extrem geringer Raumbedarf kann dadurch ermöglicht werden, dass die Ladestromquelle in bereits vorgeschlagener Weise (Schweizer Patent Nr. 352969) als ein durch Relativbewegung mindestens zweier seiner Teile zueinander Strom erzeugender Generator ausgebildet ist. Der bewegliche Teil dieses Generators ist dabei derart auszubilden und zu lagern, dass er eine pendelnde Bewegung innerhalb eines Winkelbereiches von etwa 3000 ausführt, so dass der restliche Winkelbereich für die Unterbringung der Energiequelle, insbesondere Batterie, ausgenutzt werden kann.
Auf diese Weise lässt sich ein Schichtenaufbau der ganzen Uhr erzielen, der aus einer ersten Schicht mit der Ladestromquelle und der annähernd gleich hohen Batterie besteht, über der eine zweite Schicht angeordnet ist, in der der elektronische Oszillator mit dem von ihm angetriebenen Synchronmotor derart angeordnet ist, dass die gleichzeitig die Spulenanordnung des Oszillators bildende Spulenanordnung des Synchronmotors auf dem Kreisumfang der Schicht rotationssymmetrisch angeordnet ist und sowohl den Synchronläufer als auch das Räderwerk der Uhr und zweckmässig auch noch das Schaltelement bzw.
die Schaltelemente des Oszillators umschliesst. Als Decke der zweiten Schicht dient das Zifferblatt.
Der Dynamo oder das Nachladegerät kann auch so angeordnet sein, dass der als Schwinganker ausgebildete Dauermagnet nicht sektorförmig ausgebildet ist, sondern über eine Untersetzung in an sich bekannter Weise von einem Schwingpendelaufzug, wie er in den Automatikuhren verwendet wird, angetrieben wird.
Fig. 3 zeigt den Boden 31 einer elektrischen Uhr. Die Lücken 32 dienen als Haltenuten für das Werkzeug zum Aufschrauben des Bodens.
Fig. 4 zeigt die erste scheibenförmige Baueinheit dieser elektrischen Uhr, auf die der Boden 31 aufsetz- bar ist. Sie besteht aus einem ringförmigen Teil 40, auf dem kranzartig einige Induktionsspulen 33, 34, 35 und 36 angeordnet sind, die je einen Eisenkern 33', 34', 35' und 36' umschliessen und elektrisch hintereinander geschaltet sind. 37 bedeutet ein sek- torförmiges Eisenpendel, das um die Achse 38 drehbar gelagert ist. Das Pendel 37 ist derart magnetisiert, dass es in Achsnähe seinen Nordpol N hat und an der Peripherie durch mehr oder minder tiefe Einschnitte getrennte Südpole aufweist.
Das Pendel Q37 kann auch so magnetisiert sein, dass abwechselnd ein
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Nord- und ein Südpol folgen. Die Schaltung der Spulen muss dann auf ein Grätzgleichrichtsystem abgestimmt werden. Durch Bewegungen der Uhr pendelt das Pendel 37 in Richtung des Pfeiles 39 hin und her und erzeugt dabei Stromimpulse in den Spulen 33 bis 36, die über deren Zuleitungen 41 einer hochwertigen Batterie (Akkumulator oder Element) 42 zugeführt werden. Die Pendelbewegung ist durch Anschläge derart begrenzt, dass zur Aufnahme der Batterie 42 ein Sektor von etwa 6011 verbleibt.
Das Pendel 37 selbst besteht aus einem hochwertigen Ferrit- material.
Fig. 5 zeigt die zweite scheibenförmige Baueinheit der elektrischen Uhr ; 43 ist ein Hysteresisring aus Kobaltstahl, 44 ein Blech, das zum Läuferteil des Motors gehört. Die Öffnungen 45, 46 und 47 sind zur Gewichtsverringerung angebracht ; 48 bedeutet eine Wicklung, die aus zwei übereinander gewickelten, elektrisch eng miteinander gekoppelten Spulen besteht, die einerseits den Stator eines Synchronmotors bilden und anderseits im Ein- bzw. Ausgang eines an die Batterie angeschlossenen Transistors 49 (Fig. 6) liegen.
In Fig. 6 ist das eigentliche Triebwerk mit den nötigen Untersetzungen angedeutet, in das auch die Schaltmittel wie Transistor und Diode eingebaut sind. 51 bedeutet die Achse für den Läufer, 50 die das Zifferblatt tragenden Platine.
In Fig. 7 ist als letzte scheibenförmige Baueinheit der Gehäusedeckel 66 dargestellt.
Der Schaltungsaufbau gliedert sich gemäss Fig. 8 in fünf Hauptabschnitte I bis V.
Der Abschnitt I umfasst den Generatorteil, der aus dem Pendelteil 52 besteht, der in diesem Falle mit zwei beweglichen Polen N und S dargestellt ist, die sich vor den Polschuhen 53 und 54 der Generatorspule 55 bewegen. 56 ist ein die Rückentladung der Batterie verhindernder Gleichrichter, der gleichzeitig zur Gleichrichtung des bei der Hin- und Herbewegung des Pendelteils 52 erzeugten Wechselstroms dient.
Der Abschnitt II umfasst den elektrischen Speicher in Gestalt der Batterie 57.
Im Abschnitt III ist der elektronische Oszillator zu erkennen, der den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom umformt und gleichzeitig den Fre- quenzregler der Uhr bildet. Er besteht nach dem Beispiel aus einem Transistor 58, in dessen Ein- und Ausgangskreis die beiden Spulen 59 und 60 liegen.
Der Abschnitt IV enthält den Antriebsmotor, der durch den Teil III frequenzgeregelt ist. Er besteht aus einem Synchronmotor, mit Spaltpolen 61 und 62 und einem Polradläufer 63.
Der Abschnitt V umfasst die Anzeige mit dem Räderwerk 64 und der Zeigeranordnung 65.
Das Ausführungsbeispiel lässt sich in verschiedener Hinsicht abwandeln. Ausser bereits angedeuteten Abwandlungen im mechanischen Aufbau und in der elektrischen Schaltung ist es z. B. denkbar, den Generatorteil I entweder ganz fortzulassen und die Batterie entweder zeitweilig aus dem Netz aufzuladen oder nach Ablauf zu ersetzen oder den beweglichen Teil des Generators mit einem mechanischen Aufziehorgan zu kuppeln, so dass die Uhr entweder mit einem Schlüssel oder einem festen Aufziehkopf mindestens zusätzlich nach Art des bei mechanischen Uhren üblichen Aufziehvorganges elektrisch nachgeladen werden kann.
Auch ist es möglich, das Ladeorgan mit der Stellvorrichtung für die Zeiger oder bei einer Kapseltaschenuhr mit dem Dek- kel derart zu kombinieren, dass bei jeder Betätigung eine elektrische Aufladung bzw. Nachladung erfolgt.
Das Zeigerräderwerk lässt sich unter Umständen dadurch stark vereinfachen, dass der elektronische Oszillator auf Frequenzen unter 100 Hz oder noch besser unter 10 Hz bemessen wird. Ausser den bereits obengenannten Möglichkeiten lässt sich dies unter Umständen auch durch Anwendung bzw. Kombination anderer bzw. verschiedener Halbleiterbauelemente erzielen. So kann beispielsweise durch Kombination zweier elektronischer Schaltungen gemäss Fig. 8 III eine Schwebungsfrequenz erzeugt werden, so dass z. B. der Sekundenzeiger direkt ohne übersetzung antreibbar ist.
Anderseits lassen sich langsame Schwingungsvorgänge auch durch Doppelbasisdioden oder andere Fadenhalbleiterbauelemente mit gegebenenfalls mehreren Emitter- und gegebenenfalls Kollektor-Elektroden, die zwischen zwei sperrfreien Basiselektroden unterschiedlichen Potentials angeordnet sind, niedrige Frequenzen erzeugen.
Fig. 9 zeigt eine Bauart, die nach dem Ferraris- Prinzip arbeitet. 70 bedeutet ein Joch, dessen Kern von zwei Spulen 72 und 73 umschlossen ist, die im Ein- bzw. Ausgang des Transistors 82 liegen. 83 bedeutet die Speisespannungsquelle. Durch den elektronischen Schalt- und gegebenenfalls Verstärkerkreis werden in dem Joch 70 verhältnismässig niedrige magnetische Wechselfrequenzen erzeugt.
Das Joch 70 weist zwei Polpaare auf, von denen das eine von zwei Kurzschlussringen 74 umgeben ist, wodurch das zwischen diesem Polpaar aufgebaute Magnetfeld jeweils um 90,1 gegenüber dem magnetischen Kraft- fluss des anderen Polpaares verschoben ist. 77 bedeutet eine Aluminiumscheibe, die den Ferraris-Läufer bildet. Die Scheibe 77 ist mit Reibungsschluss auf der Welle 76 befestigt, die in zwei Körnerlagern 75 gelagert ist. 78 bedeutet die Spiralfeder einer Uhr mit dem Ankerrad 79, das drehbeweglich auf der Welle 76 angeordnet ist. 80 ist ein Anker und 81 eine Unruh.
Die Wirkungsweise ist folgende: Durch das ständig wirkende magnetische Drehfeld wird der Fer- raris-Scheibe 77 ein durch die Reibungskupplung begrenztes Drehmoment erteilt, durch das die Spiralfeder 78 ständig um einen bestimmten Winkelweg vorgespannt ist und somit das Uhrwerk über die Gangpartie angetrieben wird.
In den Fig. 10 bis 12 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Ferraris-Läufer direkt - ohne zwischengeschaltete Spiralfeder - zum Antrieb eines Gangreglers dient.
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Auf einer in Lagern 86 laufenden Welle 92 ist eine Schwungmasse 88 nach Art einer Unruh und eine den Ferraris-Läufer bildende Aluminiumscheibe 87 angeordnet, welche die Form eines Sektors von vorzugsweise 900 Scheitelwinkel aufweist. 89 bedeutet eine Spiralfeder, deren eines Ende im Gehäuse fixiert ist und die der Welle 92 eine elastische Direktionskraft erteilt.
Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn das Schwingungsgebilde beispielsweise in Pfeilrichtung, d. h. in entgegengesetztem Uhrzeigerdrehsinn schwingt, tritt die Aluminiumscheibe in den Luftspalt der beiden räumlich und um 9011 phasenverschobenen magnetischen Wechselfelder und erfährt auf Grund der in ihr induzierten Wirbelströme in der Richtung des Drehfeldes eine Beschleunigung. Sobald der Sektor 87 aus dem Luftspalt des Joches 70 ausgetreten ist, schwingt das Gebilde völlig frei bis zu einem Umkehrpunkt, der durch die in den Fig. 11 und 12 in Querschnitt und Draufsicht dargestellte Getriebeanordnung bedingt ist. In diesem Punkt wird die Scheibe 87 festgehalten, wenn die Welle 92 auf Grund der Direktionskraft der Feder 89 wieder zurückzuschwingen versucht.
Die Aluminiumscheibe 87 bleibt in dieser Lage durch eine Schaltklinkenanord- nung 97 (Fig. 12) gesperrt. Die Scheibe 87 wird erst dann wieder mitgenommen, wenn die Unruh 88 an ihrem zweiten Umkehrpunkt angelangt ist. Die Scheibe 87 vermag sich also nur in einer Richtung zu drehen und wird an der Rückschwingung durch die fest auf ihr angeordnete Schaltklinke 97 gehindert, die auf ein Sperrad 91 arbeitet, das fest mit der Welle 92 der Unruh 88 verbunden ist. Aus Fig. 11 ist noch etwas deutlicher ersichtlich, wie die einzelnen Teile auf der Welle 92 angeordnet sind.
Die Scheibe 93 ist über eine Verbindungsbuchse 94 mit einer Scheibe 95 verbunden, auf deren Peripherie ein Schaltstift 96 angeordnet ist, der in die Lücke eines Malteser Kreuzes 90 einzutauchen vermag und dieses bei jeder Schwingung um einen Zahn weiterschaltet. Das Malteser Kreuz ist derart ausgebildet, dass es gleichzeitig als Rücklaufsperre für die Scheibe 93 dient. Als Kupplung zwischen der Welle 92 und der nur in einer Richtung drehbaren Scheibe 93 dient das Sperrad 91 mit der Schaltklinke 97.
Gemäss Fig. 13 ist der in den Oszillatorspulen befindliche Kern als magnetischer Pendelschwinger ausgebildet. 100 bedeutet eine um den raumfesten Punkt 102 schwenkbare Pendelstange, an deren Ende ein Bügel 103 angeordnet ist, der einen schwach gebogenen Stab 104 aus Messing oder einem anderen elektrisch gut leitenden Metall trägt, das jedoch keine magnetischen Eigenschaften besitzt. Innerhalb des mindestens auf der linken Seite teilweise hohlen Stabes 104 befindet sich ein Dauermagnet 105 mit den Polen N und S. 107 und 108 sind zwei gleich lange und konzentrisch aufeinander gewickelte Spulen, von denen die innere 107 im Eingang und die äussere 108 im Ausgang eines Transistors 109 liegen.
Bei ge- öffnetem Transistor wird die äussere Spule 108, welche in bezug auf den Magneten 105 als Motorspule wirkt, an eine elektrische Spannungsquelle 110 gelegt, die nach dem Ausführungsbeispiel als handels- übliche Batterie, beispielsweise als Primärelement oder als Akkumulator mit Ladegerät in Form einer handelsüblichen Batterie, ausgebildet ist. Ein ohm'- scher Widerstand 111 und/oder ein Kondensator 106 dienen als elektrische Ausgleichsglieder, die eine Dämpfung der elektrischen Schwingungen des aus den beiden Spulen 107 und 108 und dem Transistor 109 mit der Batterie 110 gebildeten Schwingungskreises bewirken.
Die beiden Spulen 107 und 108 sind derart gewickelt, dass durch den Südpol des schwingendenMagneten durchInduktionswirkung und Induktivitätsänderung in mindestens einer Spule die Dämpfung des Kreises derart vermindert wird, dass der Kreis zum Schwingen kommt und auf diese Weise ein Antriebsimpuls in Rechteckform, bestehend aus der Rückkopplungsfrequenz, entsteht. Dieser modulierte Gleichstromimpuls baut in der Motorspule 108 ein Feld N' - S' auf, das den Dauermagneten abstösst bzw. anzieht.
Die gestrichelte Vertikale 113 gibt die Symmetrielage des Pendels an, in deren Umgebung das Pendel beim Schwingen seine grösste Geschwindigkeit besitzt. Das Trägheitsmoment des Pendels und die durch den elektrischen Kreisgelieferten Antriebsimpulse auf den Magneten 105 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Pendel beispielsweise eine Amplitude von etwa 5o besitzt.
Das Spulenpaar 107, 108 ist derart justiert, dass der Südpol des schwingenden Magneten 105 in seiner rechten Umkehrlage mit dem Nordpol N' der Spulen zur Deckung kommt. Die Spulenlänge und damit die Lage des Poles S' ist derart gewählt, dass der Südpol S des Magneten 105 den Pol S' kurz vor Erreichen seiner Maximalgeschwindigkeit passiert ; dies ist ungefähr dann der Fall, wenn er von seiner linken Umkehrlage ungefähr die halbe Amplitude, d. h. den vierten Teil des Weges von der linken bis zur rechten Umkehrlage entfernt ist. Die Länge des Magneten 105 ist mindestens gleich der Spulenlänge.
Die während einer Schwingung des Pendels von links, 112, nach rechts, 114, in der Motorspule 108 auftretenden elektrischen Spannungsimpulse U sind auf dem in Fig. 14 gezeichneten Diagramm in Abhängigkeit von der beim einmaligen Durchschwingen des ganzen Schwingweges verstreichenden Zeit t schematisch aufgetragen.
Ungefähr beim Eintreten des Magneten 105 in die linke Spulenöffnung besitzt dieser bereits eine so hohe Geschwindigkeit, dass der von ihm in der Spule 107 erzeugte Induktionsimpuls dazu ausreicht, um den Transistor 109 zu öffnen. Infolgedessen fängt der Schwingungskreis zur Zeit t1 an zu schwingen, und zwar sofort mit der vollen, ihm durch die elektrischen Werte bestimmten Amplitude, die durch den Schwingungskreis gegeben und unabhän- gig von der Grösse des ursprünglichen Induktions- stosses in der Spule 107 ist.
Diese bei der Abstimmung des elektrischen Schwingungskreises - im allgemeinen zwischen 1000 und 10000 Hz, nach dem
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Beispiel bei 4000 bis 5000 Hz - liegenden Schwingungen dauern bis zum Zeitpunkt t, in dem die Geschwindigkeit des Magneten 105 wieder so weit abgenommen hat, dass die Induktionsimpulse in der Spule 107 unterhalb der Ansprechschwelle des Arbeitspunktes der Transistor-Schaltung 109 liegen. Auf diese Weise entsteht zwischen t1 und t. ein kasten- förmiger Stromspannungsimpuls von extrem grosser Flankensteilheit,
der durch Hochfrequenzschwingun- gen moduliert ist und mit seinem in der Motorspule erzeugten Feld als Antriebsimpuls auf den Schwinger 105 einwirkt. Die Frequenz entspricht der Laufzeit der Gesamtschaltung ; und zwar entsteht dieser Impuls in beiden Spulen 107 und 108 gleichzeitig, nur mit dem Unterschied, dass beispielsweise der Strom in der Spule 108 ungefähr zehnmal grösser ist als in der Spule 107.
Kurz vor seiner rechten Umkehrlage, die im Diagramm durch die gestrichelte Vertikale 114 eingezeichnet ist, ruft der Magnet bei der Zeit t3 nochmals ein Schwingen des elektrischen Kreises hervor, was durch die Remanenzänderung innerhalb der Spulen bewirkt wird; in diesem Schwingungsumkehrstadium ist nämlich die ganze Spulenlänge durch den Magneten 105 ausgefüllt. Hierdurch entsteht eine Verstimmung des Schwingungskreises, auf Grund deren die durch die Glieder 111 und/oder 106 bewirkte Dämpfung bis zum Zeitpunkt t4 wieder aufgehoben wird, zu dem der Magnet 105 die Spule nur mehr teilweise ausfüllt, so dass die Dämpfung der Glieder 111, 106 wieder ausreicht, um die Schwingungen zu beenden.
Dieser zweite Impuls, t3 bis tj, übt keinen Antrieb auf den Magneten aus, sondern dient zur Stabilisierung seiner Endlage und damit seiner Amplitude ; das Vorhandensein des Stabilisierungsimpulses ist für das Aufrechterhalten der Pendelschwingungen nicht unbedingt erforderlich ; er erhöht jedoch in überraschendem Masse die Ganggenauigkeit des Frequenzgebers bzw. der Uhr.
In der zweiten linken Umkehrlage tritt ein solcher Stabilisierungsimpuls nicht ein, da sich zu diesem Zeitpunkt kein Eisen in den Spulen befindet. Der Stab 104 besteht in bekannter Weise aus elektrisch leitendem Material, z. B. Messing, Kupfer oder Aluminium.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen haben nämlich ergeben, dass unmagne- tische Leiter, insbesondere Nichteisenmetalle, die Schwingneigung des quasistabilen elektrischen Schwingungskreises, wie er durch die Glieder 106 bis 111 des Ausführungsbeispiels gegeben ist, dämpfen und unterdrücken, die HF-Schwingfrequenz aber etwa um 1/3 erhöhen, während die Schwingneigung durch die Anwesenheit eisenhaltigen oder gar magnetischen Materials in den Spulen gefördert, die Schwingfrequenz aber stark (bis auf etwa den 100sten Teil) verkleinert wird.
Es lassen sich noch weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes denken, insbesondere kann der elektrische quasistabile Schwingungskreis auch durch andere, gegebenenfalls an sich bekannte Mittel, verwirklicht werden, wobei insbesondere der Transistor durch andere Schaltungsorgane ersetzt oder ergänzt sein und die Quasistabilität durch andere, gegebenenfalls an sich bekannte Mittel erreicht oder ergänzt werden kann.
In der Ausführungsform nach Fig. 15 sind die Spulen 107 und 108 nicht aufeinander angeordnet, sondern räumlich getrennt und durch Kopplungs- hilfsspulen 115 und 116 miteinander elektrisch, insbesondere galvanisch, gekoppelt.
Die die Schwingungen anfachende Verstimmung bzw. Entdämpfung des Kreises kann gemäss einer weiteren Variante auch durch eine Schwingbewegung herbeigeführt und/oder unterstützt werden, die die Spulen - mit oder ohne Eisen- bzw. Magnetkern relativ zueinander ausführen ; beispielsweise dadurch, dass die zweite Spule fest auf den schwingenden Magneten oder einem anderen schwingenden Remanenz- kern angeordnet ist oder zusätzlich zur anderen Spule und zum Magneten Schwingungen ausführt.
Auch kann die Kopplung der Spulen während des mechanischen Vorganges im Rhythmus mit diesem derart variiert werden, dass die Spulen nur während des Antriebsimpulses und gegebenenfalls des Stabilisierungsimpulses eine bevorzugt enge elektrische Kopplung miteinander aufweisen, bzw. während der übrigen Zeitintervalle elektrisch mindestens bis zu einem gewissen Grade entkoppelt sind. Dies kann ebenfalls durch eine Relativbewegung der Spulen zueinander bewirkt werden ; oder es kann zu diesem Zweck ein die Kopplung der Spulen abschirmender Leiter rhythmisch zwischen sie gehoben und wieder entfernt werden: Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die gemäss dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Spulen auch durch entsprechende andere Rückkopplungsglieder, insbesondere Kapazitäten, ersetzt oder ergänzt sein können.
Auch in diesem Falle ist es möglich, mit einem relativ zu mindestens einer Spule bewegten remanenten oder magnetischen Körper zu arbeiten oder aber in an sich bekannter Weise einen kapazitiven Pendelantrieb vorzusehen, bei dem eine Kondensatorbewegung relativ zu mindestens einer anderen eine mechanische Schwingbewegung ausführt. Auch piezo-elektrische, magnetostriktive Impulsauslösungen sind im Rahmen der Erfindung möglich. Es können auch umgekehrt die Spulen gegenüber einem raumfesten Magneten schwingen. Ferner können an die Stelle eines Pendels auch eine Unruh, ein Schwingmotor oder ein Drehmotor oder sonstige periodisch bewegte mechanische Systeme treten.
Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrische Schaltung die gleiche ist wie in Fig. 13, jedoch statt des Pendels ein Longitudinalschwinger vorgesehen ist, wie er bei Uhren bisher noch nicht bekannt war. Mit 117 ist ein Stabmagnet bezeichnet, der mittels Kappen 118 und 119 senkrecht zwischen zwei Zylinderfedern 120 und 121 aufgehängt ist, von denen die Feder 120 am Gehäuse 122 und die Feder 121 an einer elastischen Schaltklinke 123 befestigt ist. Die Schaltklinke 123 ist als Blattfeder ausgebildet.
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107 und 108 sind die beiden Induktionsspulen; mit 109 ist schematisch der Transistor und mit 111 der Dämpfungswiderstand dargestellt.
Die Schaltklinke 123 wirkt als elastisch nachgiebiges Glied und überträgt die mechanischen Schwingungen auf ein Schaltrad 124. Die Frequenz ist durch die Schwingungsmasse und die Elastizitäten der Federn bestimmt. Durch Änderung der Vorspannung mindestens einer der Federn lässt sich die Frequenz leicht beeinflussen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Feder 120 in einer Regulierschraube befestigt sein.
Durch das Schaltklinkenrad 124 wird ein Nockenrad 125 gedreht, das periodisch einen Kontakt 126 schliesst, der über eine Leitung und die Batterie 110 zwei Nebenuhren 127 und 128 steuert oder synchronisiert.
Die elastischen Halterungsglieder können auch in vom Ausführungsbeispiel abweichender Form ausgebildet und angeordnet sein, insbesondere könnte die Feder 120 fehlen. Es könnten andere, sich selbst ge- radeführende elastische Glieder aus Stäben oder dergleichen Verwendung finden.
In Fig. 17 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 16 dargestellt. 129 und 130 sind zwei unmagnetische, stabförmige Massenteile, die durch den Permanentmagneten 117 miteinander verbunden sind. An den Enden der Massen 129 und 130 sind Permanentmagnete 131 und 132 angesetzt, die in gleichpolige Magnettopflager 133 und 134 tauchen, von denen das eine am Gehäuse und das andere an einer Blattfeder 135 montiert ist. Jedes Lager besteht aus einem radialmagnetisierten Ringmagneten und einer diesen abschliessenden axiahnagnetisierten Endscheibe.
Durch das aus den zwei Induktionsspulen 107 und 108, den Transistor 109, den Ausgleichswiderstand 111 und die Spannungsquelle 110 gebildete elektrische Schwingungssystem wird der Magnet 117 in der beschriebenen Weise zum Schwingen veranlasst. Die bei diesen Schwingungen mitwirkende rücktreibende Kraft der magnetischen Lager 133 und 134 geht als Elastizität bestimmend in die Schwingfrequenz ein.
Die sich hierbei ergebenden Schwingungen können auf verschiedene Weise verwertet werden. Zwei Möglichkeiten sind in der Zeichnung angedeutet. Die eine besteht im Abgriff der in der einen Spule, insbesondere der Spule 107, erzeugten Strom- und Spannungsimpulse im Ausgang der elektrischen Rückkopplungsschaltung 136, an der gemäss dem Ausführungsbeispiel ein aus einem Elektromagneten 137, einem als Schaltklinke wirkenden Anker 138 und einem Schaltrad 139 bestehendes Schrittschalt- werk angeschlossen ist ; dieses dient beispielsweise zum Antrieb von Nebenuhren.
Die andere dargestellte Möglichkeit besteht darin, dass das eine der beiden magnetischen Lager - gemäss der Figur das obere seinerseits elastisch nachgiebig in einer Blattfeder 135 gelagert ist, der eine elastische Klinke 140 zum Fortschalten eines Schaltrades 141 zugeordnet ist. Das Schaltrad 141 kann zum Antrieb einer Hauptuhr, zum Nachspannen eines Kraftspeichers, beispielsweise einer Zugfeder für eine Uhr, oder dergleichen dienen.
Die Fig. 18 und 19 zeigen zwei Ausführungsformen eines als Kippgenerator ausgebildeten, niederfrequenten elektronischen Kreises, der in Wechselwirkung mit einem stabförmigen Magneten steht, der nach Art einer Unruh oder eines Schwinggenerators mechanische Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen, ausführt, die mit den Kippschwingun- gen des elektrischen Kreises synchronisiert werden.
Es bedeuten in diesen Figuren 150 der Transistor mit der Basis 1', dem Emitter 1" und dem Kollektor 1"' ; 151 der Basiswiderstand, dessen Ohmwert in der Grössenordnung von einigen Hundert Ohm ist; 152 der Kollektorwiderstand (einige Kiloohm) und 153 der Emitterwiderstand (etwa 100 Ohm).
Für den niederfrequenten Schwingkreis ist nun das RC-Glied, das in vorliegendem Fall aus dem Kondensator 154 und der Spule 155 des Schrittschalt- werkes 156 besteht, vorgesehen. Die Batterie 160 liefert die Energie und hat eine Spannung von etwa 1 bis 4 Volt.
Wie aus Fig. 19 ersichtlich und an sich bekannt ist, besteht das Schrittschaltwerk 156 aus einem Schaltrad 157, das von dem Anker 158 der Spule 155 angetrieben wird. Der Anker sieht unter der Wirkung der Feder 159.
Gemäss den Fig. 18 und 19 sind die Widerstände 151 und 152 als Spulen ausgebildet, die auf einen mechanischen Schwinger 161 wirken, der als ein in einer Unruh angeordneter Dauermagnet ausgebildet ist. Diese Unruh stabilisiert die Frequenz des ganzen Systems, so dass Spannungs- und Temperatureinflüsse die Frequenz nicht mehr beeinträchtigen können und die Spannungsabhängigkeit auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Gemäss Fig. 19 kann - um eine noch grössere Genauigkeit der abgegebenen Frequenzen mit diesen einfachen Mitteln zu bekommen - eine als Verstärker wirkende Schaltung mit Hilfe eines weiteren Halbleiterbauelementes zur Amplitudendämpfung des mechanischen Schwingbildes verwendet werden. Der schwingende Dauermagnet erzeugt bei einer zu grossen Amplitude eine Induktionsspannung in der Erregerspule 162, die den Transistor 164 erregt und so in der Spule 163 ein Feld aufbaut, das die Amplitude des mechanischen Frequenzreglers begrenzt. 165 ist die erforderliche Speisebatterie.