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Elektrische Uhr mit selbstgesteuertem, periodischem, elektromagnetischem Rückkopplungs-Antrieb der Unruh
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung einer elektrischen Uhr mit selbstgesteuertem, perio- dischem, elektromagnetischem Rückkopplungs-Antrieb der Unruh, von welcher der Zeigerwerksantrieb mit weicher Kraftabgabe abgeleitet wird. Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere für Wand- und
Tischuhren geeignet.
Es ist ein Klinkenantrieb zum Antrieb des Zeigerwerks einer elektrischen Uhr bekannt, bei welchem ein mechanischer Schwinger, der eine angenähert geradlinige Schwingungsbewegung ausführtund insbe- sondere als Stimmgabelschwinger ausgebildet ist, eine Klinke trägt, die in die Zähne eines Klinkenrades eingreift und dieses bei jeder zweiten Halbschwingung um einen Zahn fortschaltet. Für die Bemessung der als Blattfeder ausgebildeten Klinke müssen bei der bekannten Einrichtung gewisse Bedingungen ein- gehalten werden :
Es muss die Blattfeder eine genügende Steifigkeit besitzen, so dass die Frequenz ihrer Eigenschwingung grösser ist als die Frequenz des Schwingers.
Anderseits muss die Klinke biegsam genug sein, damit das Produkt aus der durch sie bei ihrer Rückwärtsbewegung auf den Zahn ausgeübten Kraft und dem Reibungskoeffizienten zwischen ihr und dem Zahn und damit das dabei auf das Schaltrad ausgeübte Drehmoment kleiner ist als das auf das Schaltrad ausgeübte bremsende Drehmoment. Auch die Amplitude des Schwingers muss in bestimmten engen Grenzen gehalten werden, da andernfalls die Klinke des Schaltrad verlassen würde.
Es ist auch eine elektrische Uhr der erwähnten Art bekannt, bei welcher ein in der Nähe der Unruhachse und parallel zu dieser angeordnetes Klinkenrad durch einen auf der Unruhachse angeordneten Mitnehmer bei jeder zweiten Halbschwingung der Unruh um einen Zahn weitergeschaltet wird. Abgesehen von dem grossen Raumbedarf dieser Anordnung, liegt ein Nachteil darin, dass der wirksame Schaltweg des Klinkenrades sehr klein ist im Verhältnis zur Amplitude der Unruhschwingung.
Bei der durch die Erfindung geschaffenen elektrischen Uhr sind diese Mängel dadurch vermieden, dass das erste Schaltrad (Klinkenrad) des Zeigerwerkantriebes koaxial zur Unruhachse angeordnet ist und eine mit der Unruh fest verbundene Schaltklinke mit dem ersten Schaltrad während der ganzen Dauer jeder zweiten Halbschwingung in Eingriff steht, so dass ein Betrieb mit relativ hoher Frequenz und kleiner Amplitude der Unruhschwingung ermöglicht wird. Die während einer vollen Halbschwingung der Unruh andauernde Fortschaltbewegung erfolgt dabei einerseits ohne Stösse, die ein Weiterspringen des ersten Schaltrades herbeiführen könnten, und anderseits mit zur Mittellage der Unruh symmetrischer Kraftabnahme, d. h. dass die zur Fortschaltung des Zeigerwerks aus der Unruhschwingung entnommene Kraft vor und nach Durchgang durch die Mittellage der Unruh gleich gross ist.
Um jeweils bei der zwischen aufeinanderfolgenden Vorschubschwingungen liegenden Halbschwingung ein Zurückführen des Schaltrades zu verhindern, wird zweckmässig das Schaltrad gegen eine solche unbeabsichtigte Mitnahme gesichert. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann zu diesem Zweck das Schaltrad aus magnetisch weichem Stahl bestehen, wobei ein ortsfest eingebauter Magnet eine Rastwirkung auf das Schaltrad ausübt.
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Vorteilhafterweise wird zur Selbststeuerung des Unruhschwingers eine Transistor-Schaltung verwen- det, bei welcher der Schwinger symmetrisch zu seiner Mittelebene zwei Stabmagnete oder einen Dop- pelmagnet trägt, die sich an zwei oberhalb bzw. unterhalb der Magnete symmetrisch zur Null-Linie des
Schwingungsausschlages angeordneten Spulen vorbeibewegen. Zweckmässig wird dabei die Kraft der Richt- kraftfeder so gewählt, dass der Schwingungsausschlag der Unruh bei einer Halbschwingung nicht grösser ist als die Spulenbreite.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Anordnung erwiesen, bei welcher die Unruh in an sich be- kannterweise auf einem durch ihre Achse hindurchgeführten, gespannten Stahldraht gelagert ist, wobei dieser Stahldraht zugleich zur Lagerung des Schaltrades dient. Gegebenenfalls kann jedoch das Schalt- rad auch in der koaxialen Verlängerung der Schwingerachse, aber getrennt von dieser gelagert sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausfüh- rungsbeispiels an Hand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine schematisch darge- stellte Ansicht einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Unruh ; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende
Draufsicht im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 ; Fig. 3 eine Einzelheit einer Ausführungsform, bei welcher abweichend von Fig. 1 das Schaltrad getrennt von der Unruhachse gelagert ist.
In den Zeichnungen bezeichnet --1-- einen als Unruh für eine Tisch- oder Wanduhr dienenden
Schwinger, dessen Achse --12--, wie bekannt, auf einem Stahldraht gelagert und an einer als Richtkraftfeder dienenden bifilar gewickelten Doppelwendelfeder --2-- aufgehängt ist. Mit --3 und 31-- sind ortsfeste Lagerteile des Uhrwerks bezeichnet, an welchen die Enden des Stahldrahtes sowie das obere Ende der Feder --2-- befestigt sind.
Der gewichtsmässig ausbalancierte Unruhschwinger trägt an einer Seite eine Schaltklinke --4--, die z. B. aus einer Bronze-Blattfeder bestehen kann und mit ihrem freien Ende in die Schaltzähne eines Schaltrades --5-- eingreift, welches in der koaxialen Verlängerung zur Unruhachse --12-- drehbar gelagert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stahldraht, auf welchem die Achse --12-gelagert ist, durch die hohleAchse-51-des Schaltrades-5-bis zu dem unteren Lagerwinkel-31- hindurchgeführt. Die Achse --51-- des Schaltrades --5-- trägt eine Schnecke, welche mit einem das (nicht dargestellte) Zeigerwerk antreibenden Schneckenrad --6-- kämmt.
Am andern Ende --13-- trägt die Unruh --1-- zwei parallele Stabmagnete-7, 71--, die sich an einer Steuerspule --8-- und einer Antriebsspule --9-- vorbeibewegen. Die zugehörige Transistorschaltung ist in Fig. 4 der Zeichnungen wiedergegeben. Die Spulen-8, 9- sitzen auf einem aus nicht magnetisierbarem Material bestehenden Träger --10--. Das Schaltrad --5-- besitzt 36 Zähne und der Schwingungswinkel w der Unruh beträgt etwa loc), wobei sie 20 Halbschwingungen pro Sekunde ausführt. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, dass bei jeder Halbschwingung, die der Unruhschwinger gemäss Fig. 2 im Uhrzeigersinne ausführt, das Schaltrad --5-- um einen Zahn fortgeschaltet wird.
Bei der entgegengesetzten Halbschwingung bleibt das Schaltrad --5-- stehen ; um diesen Stillstand zu gewährleisten, ist gemäss der Erfindung eine magnetische Rastvorrichtung vorgesehen, welche aus dem in Fig. 2 dargestellten Magnet --11-- besteht, der auf die Schaltzähne des aus magnetisch weichem Stahl gefertigen Schaltrades --5-- eine Rastwirkung ausübt. Selbstverständlich könnte an Stelle der magnetischen Rastvorrichtung auch eine mechanisch wirkende Rast, z. B. eine Rastfeder, vorgesehen werden.
Fig. 2 zeigt die Unruh in der Mittellage ; wie gestrichelt angedeutet, bewegen sich die Magnete --7 bzw. 71-- bei vollem Ausschlag in der einen bzw. andern Richtung bis in die Mittellage. Wie ersichtlich, ist die Amplitude jeder Halbschwingung nicht grösser als die Spulenbreite der Spulen-8, U-.
Nach Fig. 3 kann das Schaltrad auch unabhängig von der Lagerung der Unruhachse gelagert werden.
Zu diesem Zweck kann die Schaltradachse-51-- in besonderen Lagerwinkeln-32 und 33-- in Zapfen oder Spitzen gelagert sein.
Fig. 4 zeigt die Transistorschaltung für Steuer- und Antriebsspule --8 bzw. 9-- sowie Fig. 5 die Diagramme der in der Steuerspule-8-induzierten Spannung und des in der Antriebsspule fliessenden Stromes in Abhängigkeit vom Schwingungswinkel. Aus dem Diagramm --i-- für den Strom in der Antriebsspule --9-- ist ersichtlich, dass sich jeweils im Nulldurchgang der Unruh in der Antriebsspule ein zweihöckriger Antriebsimpuls ausbildet, was sich ohne weiteres aus der verhältnismässig kleinen Schwingungsamplitude der Unruh erklärt.
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