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Elektrische Armbanduhr Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Armbanduhr, bei welcher die Unruh als Frequenzsteuerorgan dient und periodisch während ihres Durchganges durch mindestens ein magnetisches Feld angetrieben wird.
Die erfindungsgemässe Uhr ist gekennzeichnet durch eine Batterie, eine von der Unruh getragene, periodisch erregte Spule, mindestens einen Magnet, der ein magnetisches Feld in der Bahn der Spule erzeugt, und mindestens ein Joch, das dieses Feld begrenzt und die Foucaultschen Ströme reduziert.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Grundriss einer Armbanduhr mit abgenommenem Unruhkloben, Fig. 2 einen Aufriss zu Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht, aus welcher die Befestigung des Magneten ersichtlich ist, Fig. 4 einen Teilgrundriss des obern Nebenschlusses und des Magneten bei abgenommener Unruh, Fig. 5 einen Aufriss zu Fig. 4, Fig. 6 einen Teilgrundriss der Uhr, von der andern Seite gesehen, aus welchem der untere Nebenschluss ersichtlich ist,
Fig. 7, 8 Varianten der Ausführung des Joches, Fig. 9 eine perspektivische Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 10 eine schematische Darstellung der Uhr nach Fig. 9, Fig. 11 ein elektrisches Schema zu Fig. 9, Fig. 12 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Variante, Fig. 13 eine schematische Darstellung zu Fig. 12 und Fig. 14 ein elektrisches Schema zu Fig. 12.
Es war bisher bekannt, permanente magnetische Felder für elektrische Uhren mittels Magneten zu er- zeugen, die verhältnismässig lang in bezug auf ihren Durchmesser waren. Diese Magnete wurden dann auf verschiedene Art und Weise gebogen, um im Uhrgehäuse angeordnet werden und gleichzeitig die gewünschte Flussdichte im Luftspalt erzeugen zu können. Es war ferner üblich, Magnete mit hoher remanenter Induktion zu verwenden.
In der Praxis wurde aber gefunden, dass sich Magnete mit ausgeglichenen magnetischen Eigenschaften, d. h. mit einer etwas kleineren remanenten Induktion und dafür einer grö- sseren Koerzitivkraft besser eignen, wobei genügend Energie mit Magneten erzeugt werden kann, bei welchen der Quotient lld (der Länge zum Durchmesser) höchstens 1 beträgt. Die bisher verwendeten magnetischen Joche wurden derart benützt, dass der Magnet den Anker teilweise überlappte und umgekehrt.
Es wurde gefunden, dass Streufelder praktisch eliminiert und eine Luftspaltflussdichte dadurch erzielt werden können, dass die Joche sich nicht überlappen, und dass die Teile des Joches neben den Polen, die Flächen des Magneten nicht überdecken, von welchen der magnetische Fluss kommt.
Die in Fig. 1-3 dargestellte Uhr 42 weist eine Platte 44 auf, die mit einer mittels einer Feder 50 und einer Klemme 48 gehaltenen Batterie 46 versehen ist. Die Unruhwelle 52 trägt eine Unruh 54, auf welcher eine gebogene Spule 56 an ihrem Rande mittels Klemmen 58, 60 angeordnet ist. Eine Hebelscheibe 62, die ebenfalls auf der Unruhwelle 52 über der Unruh 54 angeordnet ist, trägt einen Stift 64 und einen Kontakt 66, um periodisch einen Kontakt mit der Kontaktfeder 68 zu erzeugen, die an einer der Klemmen der Batterie 46 angeschlossen ist.
Die Platte 44 weist unter der Unruh 54 eine sektor- förmige Ausnehmung 70 auf. Neben dem innern Rand dieser Ausnehmung 70 ist die Platte 44 mit zwei Bohrungen zur Aufnahme zweier zylindrischer Magnete 72,
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74 versehen, die im Presssitz eingesetzt werden und deren Quotient lld höchstens 1 beträgt. Diese Magnete könnten aber auch einen polygonalen oder einen elliptischen oder sonst einen konvexen Querschnitt haben.
Diese Magnete 72, 74 sind derart angeordnet, dass je ein Magnet unter einem Ende 76 bzw. 78 der gebogenen Spule 56 liegt, wobei entgegengesetzte Pole nach oben gerichtet sind. Ein oberes magnetisches Joch 80 ist mittels zweier Pfosten 82, 84 aus weichem magnetisierbarem Material befestigt, die sich durch die Platte 44 erstrecken. Schrauben 86, 88 erstrecken sich durch das obere Joch und diese Pfosten 82, 84 und halten ein unteres magnetisches Joch 90 gegen die Platte 44. Diese Platte besteht aus nichtmagnetisierbarem Material, z. B. Messing oder einer Nickelsilberlegierung, während die Joche 80, 90 und die Pfosten 82, 84 aus magnetisierbarem Material, z. B. Stahl mit kleinem Kohlenstoffgehalt bestehen.
Die Schrauben 86, 88 können aus magnetisierbarem Material bestehen oder nicht.
Das untere Joch 90 ist gebogen und weist zwei nach innen gerichtete Vorsprünge 92, 94 auf, die sich unter den untern Magnetflächen erstrecken und im Kontakt mit denselben stehen. Das obere Joch 80 hat die Form eines abgeflachten W mit dünneren Schenkeln 96, 98 und einem innern V-förmigen Teil 100, der zwei nach aussen gerichtete Finger 102, 104 aufweist. Weder die Vorsprünge 96, 98 noch die Finger 102, 104 (Fig.4) überlappen gänzlich die obern Flächen der Magnete 72, 74, da erstere sich ausserhalb und letztere sich innerhalb dieser Flächen erstrecken. Ausser den Enden des obern Jochs 80, die an den Pfosten 82, 84 befestigt sind, und ausser der Spitze der Finger 102, 104 überlappt kein Teil des obern Jochs 80 das untere Joch 90.
Es wurde gefunden, dass diese besondere Anordnung ein Minimum an Streufeldern und ein Maximum an gleichförmiger Flussdichte durch jedes Ende 76, 78 der Spule 56 gewährleistet.
Die Längsachsen der magnetischen Felder sind parallel zur Unruhwelle 52, d. h. senkrecht zur Unruh 54 selbst. Nach Behandlung und Magnetisierung werden die Magnete 72, 74 endgültig in die Platte 44 einge- presst, so dass sie bei Reparatur nicht herausgenommen und eventuell mit falscher Polarität wieder aufmontiert werden können. Die Uhr ist gegenüber magnetischen Feldern unempfindlich, die viel grösser sind als solche, die übliche sogenannte antimagnetische Uhren ausser Gebrauch setzen.
Im Falle einer unerwünschten Magnetisierung der Unruhwelle oder der Spiralfeder kann die ganze Uhr ohne Nachteil für die Magnete oder den magnetischen Kreislauf in an -sich bekannter Weise entmagnetisiert werden.
In Fig. 7 und 8 ist eine Variante der Ausführung der Joche dargestellt. Die Platte 122 ist hier mit Schlitzen l20 versehen, in welchen einstückigeU-förmigeJoche 124 eingeschoben werden, die die Magnete 126 überlappen und mittels Schrauben 128 befestigt werden. Man erhält somit einen getrennten magnetischen Nebenschlusskreislauf für jeden Magnet, der einen wirksamen magnetischen Kreislauf bildet. In Fig. 9-14 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, bei welchen an Stelle von permanenten Magneten Elektromagnete verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9-11 bezeichnet 142 den Unruhkloben, 144 die Unruh mit der Spiralfeder 146, 148 die Unruhwelle, 150 das obere Lager und 152 das Einstellorgan. Ferner trägt die Unruh 144 eine mindestens annähernd dreieckige Spule 154.
Die Platte 140 weist zwei parallele Schlitze 156 auf, in welchen ein Elektromagnet 158 mit verbreiterten Polflächen 160, 162, die den positiven und den negativen Pol bilden, eingesetzt und mittels Schrauben 164 befestigt ist. Die Platte 140 weist eine sektorförmige Ausnehmung 166 auf, so dass die Polflächen 160, 162 sich praktisch in der Ebene der Oberfläche der Platte 148 befinden.
Ein Joch mit einem Mittelteil 170 aus einem Material mit guten magnetischen Eigenschaften, z. B. gehärtetem Stahl mit kleinem Kohlenstoffgehalt und End- teilen 172 aus nichtmagnetisierbarem Material, z. B aus Messing, ist mittels Schrauben 168 befestigt. Die End- teile sind in an sich bekannter Weise mit dem Mittelteil verbunden und mittels Schrauben 174 gehalten. Der Mittelteil 170 ist derart angeordnet, dass er die Polflächen 160, 162 überlappt, wobei der Abstand zwischen diesen Flächen und dem Mittelteil genügend ist, um die Spule 154 durchgehen zu lassen.
Die Spule 154 weist einen leicht gebogenen Teil und zwei gerade radial in bezug auf die Unruhwelle angeordnete Teile auf. Diese Spule 154 ist derart an der Unruh 144 befestigt, dass sie hin und her zwischen dem Joch 170 und den Polflächen 160, 162 bewegt wird. Die radialen Teile der Spule 154 sind derart angeordnet, dass sie sich einmal während einer Oszillation unmittelbar über den Polflächen 160, 162 befinden.
Der den elektrischen Kontakt erzeugende Mechanismus ist in Fig. 9 nicht dargestellt. In Fig. 11 ist er schematisch wiedergegeben. Dieser Mechanismus verursacht eine Erregung der Spule und des Magnetes im Moment, in welchem die radialen Teile der Spule sich über den Polflächen befinden. Diese Lage ist in Fig. 10 dargestellt, wobei die Unruhwelle 148 sich im Sinne des Pfeils dreht. Infolge der Erregung des Magnetes, gelangt ein magnetischer Fluss vom Nordpol 160 zum induzierten Südpol 176 des Jochs 170. Dieser magnetische Fluss gelangt durch den Anker zu einem vom Südpol 162 induzierten Nordpol 178, womit der magnetische Kreislauf abgeschlossen wird. Es entstehen somit zwei momentane magnetische Felder zwischen dem Magnet und dem Joch 170.
Während der Erregung des Elektromagnetes sind die radialen Teile der Spule 154 in, der Lage der Fig. 10. Da diese Spule in diesem Augenblick ebenfalls erregt wird, verläuft der erzeugte magnetische Fluss durch die von Pfeilen angegebene kreisförmige Bahn 180, während die andere Spulenseite eine Bahn 182 für ihren magnetischen Fluss aufweist.
Die Richtung des magnetischen Flusses, die durch die Pfeile 184, 186 angegeben ist, ist die Richtung Nord- Süd. Dis Flüsse 180, 182 addieren sich auf der linken
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Seite der radialen Teile der Spule 154 und subtrahieren sich voneinander auf der rechten Seite. Das gleiche gilt für die Flüsse 182, 186. Dadurch entsteht eine zur Ebene der Wicklungen parallele Kraft sowie magnetische Impulse, derart, dass die Spule und die Unruh in Richtung des Pfeils gedreht werden. Das von der Spiralfeder ausgeübte Drehmoment dreht die Unruh im umgekehrten Sinne. Während dieser letzteren Umdrehung sind weder der Elektromagnet noch die Spule erregt.
Die Schaltung ist schematisch in Fig. 11 mit einer Batterie 188, einem Kontaktschalter 190, einem stehenden Elektromagnet 158 und einer beweglichen Spule 154 dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 12-l4 ist eine Platte 192 mit einem Unruhkloben 194 und einer Unruh 144 mit Spiralfeder vorgesehen. Ferner weist die Platte 192 eine sektorförmige Ausnehmung 198 mit parallelen Schlitzen 200, zur Aufnahme von mittels Schrauben 204 festgehaltenen Elektromagneten 202 auf.
Diese Magnete 202 bestehen je aus einem C-förmi- gen Kern 206 bzw. 208 mit Wicklungen 210 bzw. 212 (Fig. 13), die derart angeordnet sind, dass der magnetische Fluss dieser Magnete 202 in umgekehrter Richtung fliesst, wobei der eine den Südpol und der andere den Nordpol als unterer Pol hat.
Die Unruh 196 trägt eine Spule 214, die identisch zur Spule 154 der Fig. 9 ist. Die Magnete sind derart angeordnet, dass die radialen Teile 216, 218 der Spule sich gleichzeitig zwischen den Polen während einer Umdrehung der Unruh befinden.
In Fig. 13 hat der linke Magnet 202 den Südpol oben und der rechte Magnet den Nordpol oben, womit der linke Magnet einen nach oben gerichteten Fluss und der rechte einen nach unten gerichteten Fluss erzeugt.
Wenn die Unruh sich auf ihrer Welle 224 im Sinne des Pfeils 226 (Fig. 13) dreht, so fliesst der Fluss in den Armen 216, 218 im Sinne der Pfeile 228 und addiert sich auf einer Seite, während er sich auf der- andern Seite subtrahiert, wodurch die Unruh gedreht wird. In Fig. 14 ist die Batterie 230, der Schalter 232, die Magnete 202 und die Spule 214 schematisch dargestellt.
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Electric wristwatch The present invention relates to an electric wristwatch in which the balance wheel serves as a frequency control element and is periodically driven by at least one magnetic field during its passage.
The clock according to the invention is characterized by a battery, a periodically excited coil carried by the balance wheel, at least one magnet that generates a magnetic field in the path of the coil, and at least one yoke that limits this field and reduces Foucault currents.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawings. 1 shows a plan view of a wristwatch with the balance cock removed, FIG. 2 shows an elevation of FIG. 1, FIG. 3 shows a partial perspective view from which the fastening of the magnet can be seen, FIG. 4 shows a partial plan view of the upper shunt and the Magnets with the balance removed, Fig. 5 is an elevation to Fig. 4, Fig. 6 is a partial plan view of the clock, seen from the other side, from which the lower shunt can be seen,
7, 8 variants of the design of the yoke, FIG. 9 a perspective partial view of a second exemplary embodiment, FIG. 10 a schematic representation of the clock according to FIG. 9, FIG. 11 an electrical diagram for FIG. 9, FIG. 12 a perspective view Partial view of a further variant, FIG. 13 a schematic representation of FIG. 12 and FIG. 14 an electrical diagram of FIG. 12.
It was previously known to generate permanent magnetic fields for electric clocks by means of magnets, which were relatively long in relation to their diameter. These magnets were then bent in various ways in order to be able to be arranged in the watch case and at the same time to generate the desired flux density in the air gap. It was also common to use magnets with high remanent induction.
In practice, however, it has been found that magnets with balanced magnetic properties, i.e. H. with a somewhat smaller remanent induction and a larger coercive force are better suited, whereby sufficient energy can be generated with magnets in which the quotient lld (the length to the diameter) is at most 1. The magnetic yokes previously used were used in such a way that the magnet partially overlapped the armature and vice versa.
It has been found that stray fields can be practically eliminated and an air gap flux density can be achieved in that the yokes do not overlap and that the parts of the yoke adjacent to the poles do not cover the surfaces of the magnet from which the magnetic flux comes.
The clock 42 shown in FIGS. 1-3 has a plate 44 which is provided with a battery 46 held by means of a spring 50 and a clamp 48. The balance shaft 52 carries a balance 54 on which a curved spool 56 is arranged at its edge by means of clamps 58, 60. A lever disk 62, which is also arranged on the balance shaft 52 above the balance 54, carries a pin 64 and a contact 66 in order to produce periodic contact with the contact spring 68 which is connected to one of the terminals of the battery 46.
The plate 44 has a sector-shaped recess 70 under the balance wheel 54. In addition to the inner edge of this recess 70, the plate 44 has two bores for receiving two cylindrical magnets 72,
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74, which are used in a press fit and whose quotient lld is at most 1. However, these magnets could also have a polygonal or an elliptical or some other convex cross section.
These magnets 72, 74 are arranged in such a way that one magnet each lies under one end 76 or 78 of the bent coil 56, with opposite poles pointing upwards. An upper magnetic yoke 80 is secured by means of two posts 82, 84 of soft magnetizable material which extend through the plate 44. Screws 86, 88 extend through the upper yoke and these posts 82, 84 and hold a lower magnetic yoke 90 against the plate 44. This plate is made of non-magnetizable material, e.g. B. brass or a nickel silver alloy, while the yokes 80, 90 and the posts 82, 84 made of magnetizable material, e.g. B. are made of low carbon steel.
The screws 86, 88 may or may not be made of magnetizable material.
The lower yoke 90 is curved and has two inwardly directed projections 92, 94 which extend below and are in contact with the lower magnetic surfaces. The upper yoke 80 has the shape of a flattened W with thinner legs 96, 98 and an inner V-shaped part 100 which has two outwardly directed fingers 102, 104. Neither the projections 96, 98 nor the fingers 102, 104 (FIG. 4) completely overlap the upper surfaces of the magnets 72, 74, since the former extend outside and the latter extend within these surfaces. Except for the ends of the upper yoke 80 attached to the posts 82, 84 and the tip of the fingers 102, 104, no part of the upper yoke 80 overlaps the lower yoke 90.
It has been found that this particular arrangement ensures a minimum of stray fields and a maximum of uniform flux density through each end 76, 78 of the coil 56.
The longitudinal axes of the magnetic fields are parallel to the balance shaft 52, i. H. perpendicular to the balance wheel 54 itself. After treatment and magnetization, the magnets 72, 74 are finally pressed into the plate 44 so that they cannot be removed during repairs and possibly reassembled with the wrong polarity. The watch is insensitive to magnetic fields that are much larger than those that put common so-called anti-magnetic watches out of use.
In the event of an undesired magnetization of the balance shaft or the spiral spring, the entire watch can be demagnetized in a manner known per se without any disadvantage for the magnets or the magnetic circuit.
In Fig. 7 and 8 a variant of the design of the yokes is shown. The plate 122 is provided here with slots 120 into which one-piece U-shaped yokes 124 are inserted, which overlap the magnets 126 and are fastened by means of screws 128. A separate magnetic shunt circuit is thus obtained for each magnet, which forms an effective magnetic circuit. In Fig. 9-14 embodiments are shown in which electromagnets are used instead of permanent magnets.
In the embodiment according to FIGS. 9-11, 142 designates the balance cock, 144 the balance with the spiral spring 146, 148 the balance shaft, 150 the upper bearing and 152 the setting member. Furthermore, the balance wheel 144 carries an at least approximately triangular bobbin 154.
The plate 140 has two parallel slots 156, in which an electromagnet 158 with widened pole faces 160, 162, which form the positive and negative poles, is inserted and fastened by means of screws 164. The plate 140 has a sector-shaped recess 166 so that the pole faces 160, 162 are practically in the plane of the surface of the plate 148.
A yoke with a central part 170 made of a material with good magnetic properties, e.g. B. hardened steel with low carbon content and end parts 172 made of non-magnetizable material, e.g. B made of brass, is fastened with screws 168. The end parts are connected to the middle part in a manner known per se and held by means of screws 174. The middle part 170 is arranged such that it overlaps the pole faces 160, 162, the distance between these faces and the middle part being sufficient to allow the coil 154 to pass through.
The spool 154 has a slightly curved part and two parts which are arranged straight radially with respect to the balance shaft. This coil 154 is attached to the balance wheel 144 in such a way that it is moved back and forth between the yoke 170 and the pole faces 160, 162. The radial parts of the coil 154 are arranged in such a way that once they are located directly above the pole faces 160, 162 during an oscillation.
The mechanism producing the electrical contact is not shown in FIG. In Fig. 11 it is shown schematically. This mechanism causes an excitation of the coil and the magnet at the moment in which the radial parts of the coil are above the pole faces. This position is shown in FIG. 10, the balance shaft 148 rotating in the direction of the arrow. As a result of the excitation of the magnet, a magnetic flux passes from the north pole 160 to the induced south pole 176 of the yoke 170. This magnetic flux passes through the armature to a north pole 178 induced by the south pole 162, thus completing the magnetic circuit. Two momentary magnetic fields thus arise between the magnet and the yoke 170.
During the excitation of the electromagnet, the radial parts of the coil 154 are in the position of FIG. 10. Since this coil is also excited at this moment, the generated magnetic flux runs through the circular path 180 indicated by arrows, while the other side of the coil is one Has track 182 for its magnetic flux.
The direction of magnetic flux indicated by arrows 184, 186 is north-south. The rivers 180, 182 add up on the left
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Side of the radial parts of the coil 154 and subtract from each other on the right side. The same applies to the fluxes 182, 186. This creates a force parallel to the plane of the windings as well as magnetic pulses such that the coil and the balance wheel are rotated in the direction of the arrow. The torque exerted by the spiral spring turns the balance in the opposite direction. During this latter revolution, neither the electromagnet nor the coil are energized.
The circuit is shown schematically in FIG. 11 with a battery 188, a contact switch 190, a stationary electromagnet 158 and a movable coil 154.
In the exemplary embodiment according to FIGS. 12-14, a plate 192 with a balance cock 194 and a balance 144 with a spiral spring is provided. In addition, the plate 192 has a sector-shaped recess 198 with parallel slots 200 for receiving electromagnets 202 held in place by means of screws 204.
These magnets 202 each consist of a C-shaped core 206 or 208 with windings 210 or 212 (FIG. 13), which are arranged in such a way that the magnetic flux of these magnets 202 flows in the opposite direction, one being the South Pole and the other has the North Pole as the lower pole.
The balance 196 carries a spool 214 which is identical to the spool 154 of FIG. The magnets are arranged such that the radial parts 216, 218 of the coil are simultaneously between the poles during one revolution of the balance wheel.
In FIG. 13, the left magnet 202 has the south pole on top and the right magnet has the north pole on top, whereby the left magnet generates an upward flux and the right a downward flux.
When the balance wheel rotates on its shaft 224 in the direction of arrow 226 (FIG. 13), the river flows in the arms 216, 218 in the direction of arrows 228 and adds up on one side while it is on the other subtracted, which turns the balance wheel. In FIG. 14, the battery 230, the switch 232, the magnets 202 and the coil 214 are shown schematically.