DE1226045B

DE1226045B - By an electronic circuit contactless self-controlled mechanical vibration system for time-keeping devices

Info

Publication number: DE1226045B
Application number: DEK41760A
Authority: DE
Inventors: Fritz Thoma
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1956-08-04
Filing date: 1956-08-04
Publication date: 1966-09-29

Description

Durch eine elektronische Schaltung kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystem für zeithaltende Geräte Es sind mechanische Schwingungssysteme, insbesondere Pendel- und Unruhanordnungen von Uhren bekannt, bei denen der Schwinger z. B. aus einem Magneten, -vorzugsweise Permanentmagneten, oder einem Kondensator od. dgl. bestehend, kontaktlos durch Beeinflussung eines elektrischen Kreises, beispielsweise einer Spule, bei # seiner Relativbewegung in diesem elektrische Impulse erzeugt, welche mittels einer-Röhren- oder steuerbaren Halbleiteranordnung, vorzugsweise Transistoranordnung, Impulse in einem zweiten entsprechenden elektrischen Kreise erzeugen, durch die der Schwinger einen ständigen periodischen Antrieb erfährt. Die kontaktlose Steuerung erfolgt mittels zweier Induktionsspulen, nämlich einer Generatorspule, in welcher durch den schwingenden Magneten durch Induktion elektrische Impulse erzeugt werden, und einer Motorspule, welche Antriebsimp-#t-Ise auf den schwingenden Magneten ausübt. Bei einer Transistorschaltung liegt die Generatorspule im allgemeinen im Basiskreis, während die Motorspule ira Kollektorkreis angeordnet ist. Außerdem liegt im Emitter-Kollektor-Kreis eine elektrische Spannungsquelle, beispielsweise Batterie, welche die Energie zur Aufrechterhaltung der mechanischen Schwingungen liefert.Mechanical contactless self-controlled by an electronic circuit Vibration system for time-keeping devices There are mechanical vibration systems, in particular pendulum and balance arrangements of clocks are known in which the oscillator z. B. from a magnet, -preferably permanent magnet, or a capacitor Od. Like. Existing, contactless by influencing an electrical circuit, for example a coil, with # its relative movement generating electrical impulses in it, which by means of a tube or controllable semiconductor arrangement, preferably Transistor arrangement, pulses in a second corresponding electrical circuit generate, through which the oscillator experiences a constant periodic drive. The contactless control takes place by means of two induction coils, namely one Generator coil, in which electric by the oscillating magnet by induction Pulses are generated, and a motor coil, which drive pulses # t-Ise on the vibrating magnet. In the case of a transistor circuit, the generator coil is located generally in the base circuit, while the motor coil is arranged in the collector circuit is. In addition, there is an electrical voltage source in the emitter-collector circuit, for example battery, which provides the energy to maintain the mechanical Provides vibrations.

. Es ist bereits erkannt worden, daß unerwünschte gegenseitige Störbeeinflussungen der Spulen aufeinecnder und auf den Schwingerteil vermieden werden müssen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Spulen in geeigneter Weise zueinander anzuordnen und elektrische Ausgleichsglieder zu mindestens einer der beiden Spulen vorzusehen, die geeignet sind, Eigenschwingungen der Rückkopplungsschaltungsanordnung zu unterdrücken. Es ist insbesondere vorgeschlagen worden, die beiden Spulen dicht neben--einander in der Nähe der Pendelruhelage derart anzuordnen, daß die Pendelvertikale durch die Generatorspule unsymmetrisch hindurchgeht, und mindestens parallel zur Motorspule einen Ohmschen Widerstand, vorzugsweise im Kollektorkreis, anzuordnen. . It has already been recognized that undesired mutual interference of the coils on one another and on the oscillating part must be avoided. It has already been proposed to arrange the coils in a suitable manner with respect to one another and to provide electrical compensation elements for at least one of the two coils which are suitable for suppressing natural oscillations of the feedback circuit arrangement. In particular, it has been proposed to arrange the two coils close to each other near the pendulum rest position in such a way that the pendulum vertical passes through the generator coil asymmetrically, and to arrange an ohmic resistance at least parallel to the motor coil, preferably in the collector circuit.

Weiterhin ist bekannt, die den Ein- und Ausgangskreis einer Elektronenröhre bildenden Spulen unter gegenseitiger Kopplung konzentrisch zueinander anzuordnen, wobei zur selbsttätigen Erzeugung einer Gitterspannung ein Regelvierpol nachgeschaltet ist.It is also known that the input and output circuit of an electron tube to arrange forming coils concentrically to one another with mutual coupling, with a four-pole control connected downstream for the automatic generation of a grid voltage is.

Diese bekannten Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, verhältnismäßig stark temperaturabhängig zu sein, was einerseits durch die meistens verwendeten elektronischen Bauelemente, beispielsweise Germanium-Transistoren, bedingt ist und andererseits auch von der Temperaturabhängigkeit der benutzten Spannungsquelle oder sonstigen Teilen der elektronischen Schaltung herrühren kann.However, these known devices have the disadvantage of being relatively to be strongly temperature-dependent, which on the one hand by the mostly used electronic components, such as germanium transistors, is conditional and on the other hand also on the temperature dependency of the voltage source used or other parts of the electronic circuit.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Versuche haben nun gezeigt, daß nicht nur die Abhängigkeit des Schwingungssystems von Unregelmäßigkeiten des elektrischen Aufbaus, z. B. Spannungs- oder Temperaturschwankungen, sondern auch der energetische Wirkungsgrad der Anordnung von der gegenseitigen Kopplung und Relativanordnung der Spulen abhängig ist.The experiments on which the invention is based have now shown that not only the dependence of the oscillation system on electrical irregularities Structure, e.g. B. voltage or temperature fluctuations, but also the energetic Efficiency of the arrangement of the mutual coupling and relative arrangement of the Coils is dependent.

Die Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, optimale Anordnungen der im Ein- und Ausgang der elektronischen Schaltung befindlichen Spulen festzulegen, bei denen das elektronisch gesteuerte Lind angetriebene mechanische Schwingungssystem am wenigsten abhängig von Temperatur- und Spannungsschwankungen ist.The invention therefore sets itself the task of optimal arrangements of the determine the coils located in the input and output of the electronic circuit, where the electronically controlled Lind driven mechanical vibration system is least dependent on temperature and voltage fluctuations.

Dabei bezieht sich die Erfindung auf ein durch eine elektronische Schaltung, insbesondere eine Transistorschaltung, kontaktlos selbstgesteuertes mechanisches Schwingungssystem, für zeithaltende Geräte, z. B. Uhren, Gangregler oder Frequenznormale, mit durch Relativbewegung zueinander in impulserzeugendem bzw. angetriebenem Verhältnis befindlichen, mindestens zwei konzentrisch zueinander und eng benachbart angeordneten, vorzugsweise festen Spulen und einem vorzugsweise schwingende% Magneten.The invention relates to an electronic one Circuit, in particular a transistor circuit, contactless self-controlled mechanical Vibration system, for time-keeping devices, e.g. B. clocks, regulators or frequency standards, with due to relative movement to each other in a pulse-generating or driven ratio located, at least two concentric to each other and closely spaced, preferably fixed coils and a preferably oscillating magnet.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe auf eine erste Art dadurch gelöst, daß bei einer sehr engen Kopplung der Spulen diese so bemessen und räumlich zueinander angeordnet sind, daß der Ein-und Ausgangskreis der elektronischen Schaltung eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen und daß die im Ausgang der elektronischen Schaltung liegende Motorspule außerhalb der im, Eingang befindlichen Generatorspule angeordnet ist.According to the invention, the set object is thereby achieved in a first way solved that with a very close coupling of the coils they are dimensioned and spatially are arranged to each other that the input and output circuit of the electronic circuit have the smallest possible phase difference and that the output of the electronic Circuit located motor coil outside of the generator coil located in the input is arranged.

Eine weitere Lösung, bei der ebenfalls bei sehr enger Kopplung der Spulen-- diese so bemessen und räumlich zueinander angeordnet sind, daß der Ein-und Ausgangskreis der elektronischen Schaltung eine möglichst geringe Phasendifferenz aufweisen, besteht darin, daß mindestens zwei Spulen des Ein- und Ausgangs der elektronischen Schaltung abwechselnd ineinandergewickelt sind, wobei die innerste Lage der im Eingang liegenden Generatorspule innen liegt.Another solution in which the Coils - these sized and are spatially arranged to one another, that the input and output circuit of the electronic circuit is as small as possible Have phase difference is that at least two coils of the input and Output of the electronic circuit are alternately wound into each other, wherein the innermost layer of the generator coil in the entrance is on the inside.

In beiden Fällen ist es zweckmäßig, daß dem Einund/oderAusgangskreis der elektronischen Schaltung in an sich bereits vorgeschlagener Weise ein Ausgleichsglied, insbesondere ein ParalleIwiderstand zur Spule, angeordnet ist, welcher geeignet ist, Eigenschwingungen der Rückkopplungsschaltungsanordnung zu unterdrücken.In both cases it is advisable that the input and / or output circuit the electronic circuit in a manner already proposed, a compensating element, in particular a parallel resistor to the coil is arranged, which is suitable is to suppress natural vibrations of the feedback circuitry.

Die beste Temperaturunabhängigkeit bei koaxialer Spulenanordnung erhält man, wenn die Generatorspule innerhalb der Motorspule angeordnet ist.The best temperature independence is obtained with a coaxial coil arrangement when the generator coil is arranged inside the motor coil.

Bei der umgekehrten Anordnung der Generatorspule außerhalb der Motorspule würde jedoch grundsätzlich ein günstigerer Wirkungsgrad in energetischer Hinsicht vorhanden sein.With the reverse arrangement of the generator coil outside the motor coil However, it would generally be more efficient in terms of energy to be available.

Die Lösung, daß die Lagen beider Spulen abwechselnd ineinandergewickelt sind, stellt einen Kompromiß zwischen den beiden erwähnten Koaxialanordnungen dar. Dadurch, daß hierbei die Generatorspule mindestens teilweise in unmittelbarer Nähe der dem Magneten zugewandten inneren Begrenzung der Spulenkombination angeordnet is4 wird der Vorteil einer besonders starken Einwirkung des Magnetfeldes des die Spule beaufschlagenden Magnetpols auf diese und eine hierdurch bedingte besonders scharfe Ausbildung des Induktionssteuerimpulses erreicht auf Grund derer der Induktionssteuerimpuls gleichzeitig weitgehend unempfindlich gegen Temperaturänderungen wird. Hierdurch wird wiederum die vorteilhafte Wirkung hervorgerufen, daß auch in der Motorspule scharf begrenzte, kastenförmige Antriebsimpulse hervorgerufen werden können. Günstig wirkt sich hierbei die in der Zeichnung dargestellte Anordnung aus, wonach sich bei Ruhestellung des mechanischen Schwingungssystems in der gezeichneten Lage der für die Impulserzeugung wirksame Pol des Magneten in der Nähe der öffnung der konzentrischeu Windungen befindet.The solution is that the layers of both coils are alternately wound into one another represents a compromise between the two mentioned coaxial arrangements. The fact that here the generator coil is at least partially in the immediate vicinity the inner boundary of the coil combination facing the magnet is4 the advantage of a particularly strong influence of the magnetic field of the Coil acting on the magnetic pole on this and one caused by it in particular sharp formation of the induction control pulse achieved on the basis of which the induction control pulse at the same time is largely insensitive to temperature changes. Through this in turn, the beneficial effect is produced that also in the motor coil sharply delimited, box-shaped drive pulses can be caused. Cheap This affects the arrangement shown in the drawing, after which when the mechanical oscillation system is at rest in the position shown in the for the generation of impulses effective pole of the magnet in the vicinity of the opening of the concentric u Turns.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens eine der Spulen und/oder der Magnet des Schwingers derart verschiebbar und justierbar angeordnet sind, daß der Zeitpunkt des Impulsanstiegs auf ein Optimum eingestellt werden kann. Hierdurch läßt sich ein größtmöglicher Wirkungsgrad der elektrischen Kopplung bzw. Rückkopplung bei geringster Leistungsentnahme aus der Spannungsquelle, insbesondere Batterie, einstellen.According to an expedient further development of the invention it is provided that at least one of the coils and / or the magnet of the oscillator are arranged displaceably and adjustably in such a way that the time of the pulse rise can be set to an optimum. In this way, the greatest possible efficiency of the electrical coupling or feedback can be set with the least amount of power being drawn from the voltage source, in particular the battery.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing is an embodiment of the device according to Invention shown for example.

I Ein in Richtung des Pfeils hin- und herschwingender Dauermagnet 2 ist in eine Bohrung eines leicht gekrümmten Stabes 8 aus unmagnetischem Material, insbesondere Messing, eingesetzt. Zwei konzentrisch aufeinandergewickelte Spulen 3 und 4 sind ungefähr in der Schwingungsmittellage des Pendelstabes 8 - ein wenig unsymmetrisch zu dieser - angeordnet. Bei seinen Schwingungen taucht der Magnet mit dem Nordpol und dem Südpol periodisch in an sich bem kannter Weise in die beiden Spulen 2 und 3, die irn Ein- und Ausgangskreis eines Transistors 5 liegem Dabei wird die im Ausgang des Transistors liegende Motorspule 3 von einer Trockenbatterie 6 gespeist, sobald die Generatorspule 4 von Strom durchflossen ist. 7 bedeutet einen bereits vorgeschlagenen Ohmschen Widerstand zur Unterdrückung der Schwingneigung. Dieser Widerstand kann unter Umständen gleichzeitig als Heißleiter in ebenfalls vorgeschlagener Weise ausgebildet sein und zur weiteren Verbesserung der Temperaturkompensation dienen. I A in the direction of arrow back and herschwingender permanent magnet 2 is inserted into a bore of a slightly curved rod 8 of non-magnetic material, in particular brass. Two concentrically successive wound coils 3 and 4 are approximately at the center of vibration of the pendulum rod 8 - bit of an unbalanced to this - arranged. In its vibrations of the magnet with the north pole and the south pole immersed periodically in bem per se known manner in the two coils 2 and 3, the IRN input and output circuit of a transistor 5 liegem Here, the lying in the output of the transistor motor coil 3 of a dry battery 6 fed as soon as the generator coil 4 has current flowing through it. 7 denotes an ohmic resistance that has already been proposed to suppress the tendency to oscillate. Under certain circumstances, this resistor can simultaneously be designed as a thermistor in the manner also proposed and serve to further improve the temperature compensation.

Beide Spulen 3 und 4 besitzen die gleiche Länge und eine derartige Bemessung, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser etwa 5 beträgt. Da nämlich der Isochronismus des Pendels irn wesentlichen von der Kürze und Schärfe der Antriebsimpulse abhängt, ist es vorteilhaft, wenn die Spulen möglichst kurz sind; andererseits wird der Wirkungsgrad um so besser, je länger die Spulen sind, daher muß zwischen beiden Forderungen ein optimaler Kompromiß gesucht werden. Aus diesem Grunde sollte, wie Versuche ergeben haben, das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spulen etwa zwischen 1,5:1 und 10:1 liegen.Both coils 3 and 4 are of the same length and are dimensioned such that the ratio of length to diameter is approximately five . Since the isochronism of the pendulum depends essentially on the brevity and sharpness of the drive pulses, it is advantageous if the coils are as short as possible; On the other hand, the efficiency is so much the better the longer the coils are, therefore, must be an optimum compromise to be sought between two requirements. For this reason, as tests have shown, the ratio of length to diameter of the coils should be approximately between 1.5: 1 and 10: 1 .

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Ausführungsbeispiele, in mannigfacher Weise abgeändert werden können. An Stelle des Transistors können beispeilsweise andere schaltende und/oder verstärkende steuerbare Halbleiteranordnungen treten. Das Pendel kann durch eine Unruh od. dgl. ersetzt sein. Es können mehrere Spulen vorhanden sein.It is within the scope of the invention that the embodiments in can be modified in many ways. Instead of the transistor, for example other switching and / or amplifying controllable semiconductor arrangements occur. The pendulum can be replaced by a balance wheel or the like. There can be multiple coils to be available.

Claims

Claims: 1. By an electronic circuit, in particular a transistor circuit, contactless self-controlled mechanical vibration system for time-keeping devices such. B. clocks, regulators or frequency standards, with by relative movement to each other in impulse generating or driven ratio, at least two concentrically to each other and closely arranged preferably fixed coils and a preferably oscillating magnet, characterized in that with a very close coupling of the coils this so dimensioned and spatially arranged to one another that the input and output circuit of the electronic circuit have the smallest possible phase difference and that the motor coil located in the output of the electronic circuit is arranged outside the generator coil located in the input.

2. By an electronic circuit, in particular a transistor circuit, contactless self-controlled mechanical vibration system for time-keeping devices such. B. clocks, regulators or frequency standards, with relative movement to each other in pulse-generating or driven ratio, at least two concentrically to each other and closely spaced preferably fixed coils and a preferably oscillating magnet, characterized in that when the coils are very closely coupled, these are dimensioned and are spatially arranged so that the input and output circuit of the electronic circuit have the smallest possible phase difference and that at least two coils of the input and output of the electronic circuit are alternately wound one inside the other, the innermost layer of the generator coil located in the input being on the inside. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one coil is concentric to the other coil over its entire length, preferably both coils are of the same length in a manner known per se. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio of length to diameter of the coils is between about 1.5: 1 and 10: 1 . 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one coil and / or the magnet is arranged adjustably by displacement in such a way that the time of the pulse rise is adjustable. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the input and / or output circuit of the electronic circuit is associated in a known manner with a compensating element, in particular a parallel resistor to the coil, which is suitable for natural oscillations of the feedback circuit arrangement suppress. Documents considered: French Patent No. 1090 564; French additional patent specification No. 65 772 (addition to French patent specification No. 1092 411); Annales frangaises de Chronom6trie, 1942, No. 3 and 4, pp. 161 to 163, 188 to 192.