Micro-generator levert elektriciteit; Pols windt horlogeop

Het elektrische quartzhorloge is nauwkeurig. Zo nauwkeurig dat het maar drie keer per jaar moet worden gelijkgezet: een keer als het winter wordt, een keer voor de zomer en een keer als de batterij op is. Dat is een keer te veel: er zijn elektrische horloges waarvan de batterij nooit leeg raakt. Die hebben geen batterij.

'Het eerste quartzhorloge ter wereld dat zijn energie krijgt uit de beweging van uw arm', schrijft het Japanse Seiko in haar brochure. 'Die erste automatische Quartz-Uhr ohne Batterie', schrijft ook de Zwitserse horlogemaker Jean d'Eve, want Seiko en Jean d'Eve hebben een dispuut over het primaat van een en ander. Een verstandig mens blijft daar buiten.

De kans dat men de horloges tegenkomt is klein. Seiko loopt niet te koop met haar Automatic Generating System AGS dat toch al twee jaar op de markt is en de horloges van Jean d'Eve zijn niet te betalen. Duizenden guldens.

De verslaggever trok daarom naar Tilburg om het wonder te zien. Een gangetje uit, een poortje door en daar stond hij voor Kinetron BV: een in 1984 opgericht Nederlands bedrijf waar met een man of vijftien de batterijloze horloges van Jean d'Eve worden geproduceerd. Kinetron heeft hun principe bedacht, ontwikkeld en wat meer zegt mondiaal weten te patenteren. Omdat nog niet alle octrooien helemaal rond zijn, kan directeur H. Smit niet alle details onthullen.

Het principe is simpel: de automatische elektrische horloges zijn uitgerust met een miniatuur generator (een dynamootje) dat door een excentrisch opgehangen gewicht wordt aangedreven. De micro-generator laadt een geavanceerde condensator op en die levert op zijn beurt stroom aan een door het kwartskristal gestuurde stappenmotor die de wijzers aan het draaien brengt. Want het gaat hier om analoge kwartshorloges.

Kinetrons kracht schuilt in de micro-generator die niet groter is dan een knoopcelletje. De onderneming ontwikkelde hem samen met de Technische Universiteit Eindhoven en het Zwitserse ingenieursbureau Conseilray. Het is goedbeschouwd een klassieke generator, bestaande uit een spoel van koperdraad waarbinnen een veelpolige, permanente magneet (de rotor) draait. De spoel zelf staat stil en heet dus stator. De wisselstroom die de draaiende magneet in de spoel induceert wordt gelijkgericht voor hij naar de condensator gaat.

Het valt niet mee om een miniatuur generator te maken die veel energie levert. Kinetron vond de oplossing in de samenstelling van de kleine magnetische ring die, zegt Smit, buitengewoon veel kracht heeft en maar liefst veertien-polig is. Het octrooi dat de magneet beschermt is een fabricage-octrooi, Kinetron heeft een heel eigen methode om het ringetje samarium-kobalt 'lateraal te magnetiseren'. Meer details krijgen we niet.

De Seiko-generator lijkt veel op die van Kinetron. Het verschil zit hem in de aandrijving van de rotoras. Beide gebruiken daarvoor een excentrisch gewicht dat door polsbewegingen aan het schommelen raakt, zoals dat ook in het automatische mechanische horloge gebeurt. Bij Seiko brengt het oscillerende gewicht via twee tandwieltjes (een versnellingsbak) de rotoras op toeren zoals men met een ouderwetse fietsbel de as van de klepel laat draaien. Elke minieme verplaatsing van het gewicht verdraait de rotor.

Het plaatje laat zien dat het ook anders kan. Kinetron monteert tussen rotoras en rotorhuis een conische veer. Een verplaatsing van het gewicht drijft wel de rotoras aan maar vooralsnog niet de magneetring in zijn rotorhuis. Dat wordt aanvankelijk vastgehouden door het kleefkoppel dat het weekijzeren statorhuis op de magneet uitoefent. Al snel wordt de veerspanning zo hoog dat deze het kleefkoppel overwint en dan schiet de rotor met een reuzevaart door zijn evenwichtsstand tot de veer zich heeft ontspannen. Dat is de veersprong waar Kinetron zo trots op is. Hij geeft de rotor een snelheid van meer dan 10.000 toeren per minuut. (Seiko komt overigens, zegt Seiko, op 100.000.)

Waar het om gaat is dat de Kinetron-rotor pulsjes wisselstroom opwekt in de statorspoel. Theorie en praktijk leren dat daardoor met hetzelfde gewicht en dezelfde pols veel meer energie wordt geproduceerd dan met het systeem-Seiko. Zoveel energie produceert Kinetron dat men tot nader order een lampje, een LED, in het Jean d'Eve horloge onderbrengt om het teveel af te voeren. Belgie doet dat in het groot met kernenergie.

De eigenlijke spanningsbron van de automatische horloges is een condensator. Seiko gebruikt er een die zijn horloge een gangreserve geeft van drie dagen. Drie dagen na de dood van de drager haakt de AGS af. De Matsushita-condensator van Kinetron levert, met LED, een gangreserve van tien dagen. Het is een moderne koolstof-koolstof condensator met een capaciteit van 0,33 farad (en een prijs van nog geen twee gulden). Er wordt gewerkt aan een configuratie die een reserve van dertig dagen heeft.

Kinetron ziet een glanzende toekomst voor haar horloges, want als het over een paar jaar tot serieproduktie komt kan de prijs flink omlaag. Mondiaal bedraagt het analoog kwartssegment nu bijna 300 miljoen stuks per jaar, dus reken maar uit. Smit ziet het personeel makkelijk tot vijftig man groeien.

En waarom bij horloges stoppen? Ook in pacemakers en veeherkenningssystemen kan Kinetrons rotor stroom opwekken. Nog wijder is de horizon: omdat elke generator in principe ook een elektromotor is, kan Kinetron net zo goed micro-motortjes maken. De verslaggever keek door een microscoop naar een draaiende motor die 1 millimeter groot was.