Elektrische Uhr mit einem Drehschwinger
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Uhr mit einem Drehschwinger und einer senkrecht zur Drehschwingerwelle stehenden, mit drei Fortschaltnokken versehenen Drehwelle, wobei die Drehschwingerwelle mit zwei auf die Nocken der Drehwelle einwirkenden Schwingarmen versehen ist und eine periodisch einund ausschaltbare Erregerspule zusammen mit mindestens einem Permanentmagneten das Antriebsorgan für den Schwinger bildet. Bei einer solchen Uhr ist schon vorgeschlagen worden, als Bestandteil des Schalters, der den Stromkreis der Erregerspule schliesst, ein Glied des Getriebes zu benützen. Mechanische Kontakte dieser Art haben zwar den Nachteil, dass sie störungsanfällig sind, sie würden sich aber für die Steuerung transistorisierter Schaltungen gut eignen, welche eine möglichst kurze, steile Steuerspannung verlangen.
Aus anderen Vorschlägen sind Ausführungen mit gänzlich entkoppelter Steuer- und Antriebspule durch völlig getrennte Anordnung der Spulen bekannt. Dabei wirkt ein magnetisiertes oder mit Permanentmagneten versehenes Getriebeteil ausserhalb der Unruhe auf eine Steuerspannungsspule ein. Übernimmt diese Funktion zum Beispiel ein Anker zwischen Unruhe und Zeigergetriebe, so ist dessen kurze Winkelbewegung von nur einigen Graden nachteilig, da eine rasche und steile Magnetflussänderung vorteilhaft ist.
Dieser Vorteil wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass die Drehwelle mit einem dreizahnigen Weicheisensternrad versehen ist und dass zwei Hufeisenmagnete derart in der Ebene dieses Sternrades angeordnet sind, dass dieses Rad beim schrittweisen Drehen abwechslungsweise den Magnetfluss des einen und des anderen Magneten schliesst und dadurch jeweilen in seiner Stellung festgehalten wird und dass des weiteren einer dieser Hufeisenmagnete mit einer Steuerspule versehen ist, die zur Steuerung der Erregerspule dient. So wird die Erregerspule periodisch, ohne mechanischen Kontakt, einund ausgeschaltet. Die Erregerspule kann dabei zweckmässigerweise über einen Transistor durch die Steuerspule gesteuert werden.
Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Antriebstelle der elektrischen Uhr, die Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, die Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 und die Fig. 4 den zeitlichen Verlauf a) der Drehschwingerbewegung, b) der periodischen Sprungbewegungen der Drehwelle, c) der in der Steuerspule induzierten Spannung und d) des Kollektorstromes in der Erregerspule.
In der Fig. 1 ist das als Ganzes mit 1 bezeichnete ein Drehschwinger einer elektrischen Uhr. Er besitzt eine Welle 2, die in den Lagern 3 drehbar gehalten wird. An dieser sind die Spiralfeder 4, die Unruh 5 und zwei Schwingarmc 6 und 10 angeordnet. Die Unruh 5 weist zwei durch eine Säule 5a getrennte Unruhreifen 5d und 5e auf, die an ihren einander zugewandten Flächen je einen segmentförmigen Permanentmagneten Sb und an den diametral gegenüberliegenden Stellen ein entsprechendes Gegengewicht 5c tragen. Die Drehwelle ist mit 7 bezeichnet und wird in den Lagern 8 und 23 gehalten.
Sie ist auf der einen Seite mit drei Fortschaltnocken 9 und auf der anderen Seite mit einem Weicheisensternrad 15 versehen, welches, wie man besonders gut aus der Fig. 3 ersehen kann, drei den drei Nocken 9 entsprechende Zähne 15a, 15b und 15c aufweist. Dic Welle 7 ist gegen die Mitte hin cinge- schnürt und weist hier einen einzigen Fortschaltzahn 11 auf, um das 60zählige Zahnrad 12 schrittweise zu drehen. In der Ebene des dreizahnigen Sternrades 15 sind die beiden Hufeisenmagnete 16 und 17 derart angeordnet, dass die beiden Polschuhe 1 6a und 1 6b des Magneten 16 den beiden Zähnen 15a und 15b gegen überliegen, wenn sich dieses in der in der Fig. 3 dargestellten Lage befindet.
Diese beiden Polschuhe haben also in bezug auf die Achse des Sternrades 15 einen Winkelabstand von 1200. Die beiden Polschuhe 17a und 17b des Hufeisenmagneten 17 weisen zu den beiden vorgenannten Polschuhen je einen Abstand von 60 bezogen auf die Achse des Sternrades 15 auf und alle vier Polschuhe haben denselben Abstand von der Achse.
Die beiden Magnete 16 und 17 müssen dabei so angeordnet sein, dass die beiden einander gegenüberliegenden Polschuhe 16a und 17a gleichpolig sind. Der Hufeisenmagnet 16 ist mit einer Steuerspule 14 versehen, deren Anschlussklemmen mit 14a und 14b bezeichnet sind.
Der Hufeisenmagnet 16 mit der Steuerspule 14 und der Hufeisenmagnet 17 sind auf der das eine Lager der Drehwelle 7 bildenden Platte 23 befestigt, die so mit ihnen ein auswechselbares Bauelement bildet. Bei dieser Ausgestaltung der Magnete ergeben sich für eine Um- drehung des Sternrads 15 sechs Haltestellungen, von denen die erste in der Fig. 3 dargestellt ist. Wie man sieht, ist der Fluss des Magneten 16 über die Zähne 15a und 15b geschlossen, so dass das Rad 15 in dieser Stellung magnetisch festgehalten wird. Wenn nun das Rad 15 entgegen dieser magnetischen Haltekraft um 600 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Luftspalt zwischen den beiden Polschuhen 1 6a und 1 6b wesentlich vergrössert und die beiden Zähne 15a und 15c schliessen das Feld des Hufeisenmagneten 17.
Bei einer weiteren Drehung im Uhrzeigersinn um 600 ergibt sich dieselbe Radstellung wie in der Fig. 3, aber mit dem Unterschied, dass dem Polschuh 1 6a der Zahn 15b und dem Polschuh 16b der Zahn 1 5c gegenüberliegt. Bei weiteren 600-Drehungen wiederholen sich diese Haltestellungen.
Zwischen den beiden Unruhreifen 5d und 5e ist die Erregerspule 18 derart angeordnet, dass diese im Ruhezustand der Unruh in der Mitte der beiden Permanentmagnete 5b liegt. Diese Spule 1 8 ist einerseits über die Batterie 19 mit dem Emitter des Transistors 20 und anderseits direkt mit dem Kollektor dieses Transistors verbunden. Von der Transistorbasis führt eine Leitung zum Anschluss 14a der Steuerspule 14, deren anderer Anschluss 14b mit dem Emitter des Transistors 20 verbunden ist.
Durch eine Drehbewegung um die Achse der Drehschwingerwelle 2 erhält der Drehschwinger einen Impuls und damit beginnt die Unruh 5 zu schwingen. Die dadurch bewegten Schwingarme 6 und 10 drehen auf bekannte Weise bei jeder Kalbschwingung die Drehwelle 7 schrittweise um 60 und zwar in der Fig. 3 im Uhrzeigersinn. Während einer ganzen Schwingung der Unruh 5 wird die Drehwelle 7 daher in zwei Schritten um 1200 gedreht, so dass drei volle Schwingungen der Unruh 5 eine vollständige Drehung der Drehwelle und damit eine Fortschaltung des Zahnrades 12 um einen Zahn bewirken.
Zur Aufrechterhaltung dieser Schwingung, deren Amplitude in der Fig. 4a) mit < bezeichnet ist und die dort als Funktion der Zeit t aufgetragen ist, muss nun der Unruh 5 periodisch Energie zugeführt werden. Dazu dienen die Schaltschritte des Sternrades 15, die in der Steuerspule 14 durch rasche Anderung des Magnetflusses steile Spannungsimpulse induzieren. In dem in der Fig. 3 gezeigten Moment ist der Magnetfluss des Hufeisenmagneten 16 an den Polschuhen 1 6a und 1 6b über die Zähne 1 5a und 1 5b des Sternrades 15 geschlossen.
Bei der nun folgenden 600-Drehung wird der Magnetfluss des Hufeisenmagneten 16, der Steuerspule
14, sprunghaft verkleinert, worauf das Sternrad 15 mit seinen Zähnen 15a und 15c an den Polschuhen 17a und 1 7b magnetisch einrastet. Beim dritten Drehschritt wird der Magnetfluss des Hufeisenmagneten 16 an den Polschuhen 16a und 16b über die Zähne 15b und 15c geschlossen und so weiter. Das Diagramm b) in der Fig. 4 zeigt die sich sprungweise ändernde Drehgeschwindigkeit v des Sternrades 15 in Funktion der Zeit t. Je nachdem, ob der Magnetfluss des Hufeisenmagneten 16 durch Vergrösserung des Luftspaltes verkleinert oder durch Verkleinerung des Luftspaltes vergrössert wird, entsteht, wie man aus dem Diagramm 4 c) ersehen kann, ein Spannungsimpuls 21 mit steiler Anfangs- und flacher Endflanke oder ein Impuls 22 mit flacherer Anfangs- und steilerer Endflanke.
Die beiden abwechslungsweise entstehenden Impulse haben entgegengesetzte Vorzeichen. Bei jeder vollen Schwingung der Unruh 5 entsteht also je ein Impuls mit steiler Anfangsflanke. Die Verbindung zwischen der Steuerspule 14 und dem Transistor 20 ist nun so vorgenommen, dass die steile Anfangsflanke einen negativen Spannungsimpuls auf die Basis abgibt. Diese negative Steuerspannung 21, die kurz nach dem Nulldurchgang der Unruh 5 der Basis des Transistors 20 zugeleitet wird, verändert den Basistrom, so dass der Stromkreis zwischen der Batterie und der Erregerspule 18 kurzzeitig geschlossen wird, wie das aus der Fig. 4 d) ersichtlich ist, wo dieser Kollektorstrom mit Ii bezeichnet ist. Ein positiver Spannungsimpuls 22 an der Basis erzeugt, wie die Diagramme c) und d) der Fig. 4 zeigen, keinen Strom im Kollektorkreis.
Somit wird nach jeder vollen Schwingung aus der Batterie 18 der Unruh 5 einmal Energie zugeführt. Das in der Erregerspule 18 erzeugte Magnetfeld wirkt so, dass die beiden Permanentmagnete 5b der Unruh 5 unmittelbar nach dem Nulldurchgang einen Beschleunigungsstoss erhalten.
Das Sternrad 15 dient zusammen mit den beiden Hufeisenmagneten 16 und 17 nicht nur zur Erzeugung von Steuerimpulsen, sondern gleichzeitig, wie bereits vorstehend erwähnt, auch als Rastmittel, das gleichmässiger als eine mechanische Rast arbeitet und im Gegensatz zu einer solchen keine mechanische Reibung aufweist.