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Vorrichtung zum annähernd Konstanthalten des Antriebsmomentes in Zeitmesswerken, insbesondere in elektrischen Uhren, mit periodisch aufziehbarem Federantrieb Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum annähernd Konstanthalten des Antriebsmomentes in Zeitmesswerken, insbesondere in elektrischen Uhren, mit periodisch elektromagnetischaufziehbarem Federantrieb, der eine vorgespannte Schraubenfeder als Triebfeder aufweist und bei dem diese Schraubenfeder, so.
an einem Kraftübertra- gungsglied des Zeitmesswerkes angreift, dass die Verringerung der Federkraft während der Ablaufperiode durch Vergrösserung des wirksamen Hebelarmes, mit der die Schraubenfeder auf das Übertragungsglied einwirkt, mindestens teilweise ausgeglichen wird.
Bei den bekannten derartigen Aufzugsvorrichtungen ist keine ausreichende Konstanz des Moments gegeben. Meist wird die Vorspannung der Antriebsfeder sehr gross gegenüber der durch die Verlängerung der Feder sich ergebenden Kraft gemacht.
Dadurch ist der Momentenabfall nicht sehr gross, jedoch ist jedesmal zwischen Ende und Anfang einer Schaltperiode der Momentensprung von wesentlicher Wirksamkeit auf das Schwingsystem bei Uhren, aus- serdem muss man infolge der grossen Vorspannung der Feder das elektromagnetische Aufzugssystem sehr kräftig ausbilden. Eine andere oft beschriebene Möglichkeit ist ein mit dem Drehwinkel der Antriebswelle sich verändernder Hebelarm, d. h. der Ansteckpunkt der Schraubenfeder ändert sich radial mit dem Drehwinkel.
Damit verbunden ist jedoch ein hoher technischer Aufwand. Eine dritte Möglichkeit besteht in dem Ablauf der Schraubenfeder über eine Kurven- scheibe. Die Herstellung und Montage einer solchen Kurvenscheibe ist aber sehr teuer.
Die Beseitigung der vorgenannten Mängel ist durch die vorliegende Erfindung dadurch erreicht, dass mit dem als Ab@triebsrad ausgebildeten über- tragungsglied ein kreisförmiger Exzenter mit dem Radius R1 und einer Exzentrizität e zur Drehachse des Abtriebsrades drehfest verbunden ist und die Schraubenfeder so mit einem Teil ihrer Länge auf dem Exzenterumfang aufliegt, dass der wirksame Hebelarm R, mit dem die Schraubenfeder bestrebt in das Abtriebsrad zu drehen,
sich mit dem Drehungswinkel cp nach der Formel R=Ri+e.coscp und die Kraft P der Schraubenfeder, die eine Vorspannungskraft Po und eine Federkonstante c aufweist, nach der Formel
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ändert, wobei die Vorspannungskraft Po, die Exzentrizität e, der Radius R1 des Exzenters und des durch die Aufzugsperiode, gegebenen maximalen Drehungswinkel cp.a, so, gewählt sind,
dass über den ganzen Drehbereich des Abtriebsrades (cp = 0 bis cpm"X) das am Abtriebsrad wirksame Drehmoment (M = P.R.) annähernd konstant ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfidungsgegenstan- des und Betriebskurven zu demselben sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 die Aufzugsvorrichtung schematisch dargestellt ; Fig. 2 dein Verlauf der Länge des wirksamen Hebelarmes R über den Drehungswinkel cp des Abtriebrades ;
Fig. 3 den Verlauf der Grösse der Federkraft P in Abhängigkeit des Drehungswinkels (p, und Fig. 4 den Verlauf des am Abtriebsrad wirksamen Drehmomentes M in bezug auf den Drehungswinkel (p.
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In Fig. 1 ist eine periodisch betätigbare, elektro- magnetische Aufzugsvorrichtung einer elektrischen Uhr schematisch dargestellt.
Diese besitzt ein mit dem Uhrwerk in Triebverbindung stehendes Abtriebsrad 1, das auf einer Welle 8 drehbar gelagert ist. Mit diesem Abtriebsrad 1 ist ein kreisförmiger Exzenter 6 drehfest verbunden. Der Mittelpunkt 7 dieses Exzenters 6 ist um eine Exzentrizität e bezüglich der Drehachse 8 des Abtriebsrades 1 versetzt angeordnet. Eine Schraubenfeder 10 ist mit ihrem einen Ende an einem Stift 11 des Uhrwerk- gestelles ortsfest und mit ihrem anderen
Ende an einem Stift 9 des Antriebsrades so befestigt, dass sie mit einem Teil ihrer Länge auf dem Exzenter- umfang aufliegt. Am Abtriebsrad 1 ist ferner ein Stromschlusskontaktteil 2 vorgesehen, dem ein an einem Anker 3 eines Elektromagneten 5 vorgesehener Gegenkontaktteil 2a zugeordnet ist. Dieser Anker 3 ist an einem Gelenk 4 schwenkbar befestigt. Das Abtriebsrad 1 ist als Schwungmasse ausgebildet.
Bei Stromschluss durch die Kontaktteile 2 und 2a wird der Elektromagnet 5 kurzzeitig erregt und der Anker 3 angezogen, wodurch das als Schwung- masse ausgebildete Abtriebsrad 1 im G.egenuhrzei- gerdrehsinn schleudernd um einen Drehungswinkel (p gedreht und der Stromschluss wieder unterbrochen wird.
Die Schraubenfeder 10 wird dabei gespannt und gibt nun während einer gewissen Ablaufperiode ihre Kraft P an das Abtriebsrad 1 ab, wobei sich stetig mit der Zeit der Drehungswinkel (p verringert, bis sich die Kontaktteile 2 und 2a erneut berühren und ein neuer Aufzugsvorgang erfolgt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die wirksame Länge des Hebelarmes R, mit der die Feder 10 auf das Abtriebsrad 1 einwirkt, von der Grösse des Drehungswinkels -cp abhängig und es besteht die Be- ziehung R2-2R.e.cos(P + e'=Ri worin R1 der Exzenterradius und e die Exzentrizität desselben in bezug auf die Drehachse des Abtriebs- rades ist.
Nach Umformung erhält man (R - e . cos (p)2 + e- . sin- cp = Ri Da (R - e. eos (p)2 > e@. sing (p, ist (R-e. cos (p)9 = Ri 1) R=Rl+e.coscp Die bezüglich des Drehungswinkels (F, veränderliche Federkraft P ergibt sich aus folgendem Der Federweg s verläuft nach der Formel
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Mit R und
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erhält man
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Der Wurzelausdruck wird nach der binomischen Reihe
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entwickelt, unter Vernachlässigung der Glieder höherer Ordnung,
da
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ist. Man erhält letztlich
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Die Federkraft P der Schraubenfeder ist P=Po+c.s worin P, die Vorspannungskraft und c die Federkonstante ist. Es ist also
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Aus den Formeln 1) und 2) geht hervor, dass durch geeignete Wahl der Vorspannung Po, des Radius R1 des Exzenters, der Exzentrizität e des Exzenters bezüglich der Drehachse des Abtriebsrades und des durch die Aufzugsperiode gegebenen maximalen Drehungswinkel cp,
n@@ über den ganzen Drehbereich des Arttriebrades ein annähernd konstantes Drehmoment erreicht wird.
In den Fig. 2 bis 4 ist der Kurvenverlauf aufgezeigt, jeweils von c) = 0 bis (p = 360 . Die Fig. 2 zeigt den Verlauf des Hebelarmes R. Es verläuft nach der Gleichung 1, die lautet : R = Rl+e . cos cp. Die Fig. 3 stellt den Verlauf der Federkraft nach der Gleichung 2 dar. Die Gleichung der Federkraft lautet: P = PO +c1 . cp+c., . sin w,. Die Konstanten cl und c., sind oben dargestellt. Dieses Moment M wirkt am Drehpunkt B.
Es ergibt sich durch Multiplikation des Hebelarmes R mit der Federkraft P. Wie ersichtlich, ist es mit der hier beschriebenen Vorrichtung möglich, über einen Schleuderweg von qp = 1800 ein annähernd konstantes Antriebsmoment zu erhalten. Die in Fig. 4 gezeigte Schaltperiode und der Momen- tenverlauf stellen einen Sonderfall dar. Das Ende der Schaltperiode braucht nicht bei cp = 0 zu liegen. Die Wahl des Anfang- und Endproduktes der Schaltperiode ist von der Wahl von Po, R1 und e abhängig.
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The present invention relates to a device for keeping the drive torque approximately constant in timepieces, especially in electric watches, with a periodically electromagnetically windable spring drive which has a pretensioned helical spring as a mainspring and where this coil spring, so.
acts on a force transmission element of the timing mechanism so that the reduction in the spring force during the expiry period is at least partially compensated for by increasing the effective lever arm with which the helical spring acts on the transmission element.
In the known elevator devices of this type, there is insufficient constancy of the moment. Usually the preload of the drive spring is made very large compared to the force resulting from the extension of the spring.
As a result, the drop in torque is not very large, but every time between the end and the beginning of a switching period the jump in torque has a significant effect on the oscillating system in watches. In addition, the electromagnetic winding system has to be very powerful due to the great preload of the spring. Another option often described is a lever arm that changes with the angle of rotation of the drive shaft, i. H. the contact point of the helical spring changes radially with the angle of rotation.
However, this involves a high level of technical effort. A third possibility is to run the helical spring over a cam disk. The production and assembly of such a cam is very expensive.
The abovementioned deficiencies are eliminated by the present invention in that a circular eccentric with the radius R1 and an eccentricity e to the axis of rotation of the output gear is connected to the transmission element designed as an output gear and the helical spring is connected with part of its Length rests on the eccentric circumference that the effective lever arm R with which the helical spring tries to turn into the output gear,
with the angle of rotation cp according to the formula R = Ri + e.coscp and the force P of the helical spring, which has a preload force Po and a spring constant c, according to the formula
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changes, where the pretensioning force Po, the eccentricity e, the radius R1 of the eccentric and the maximum angle of rotation cp.a, so given by the winding period, are selected,
that over the entire rotation range of the output gear (cp = 0 to cpm "X) the effective torque (M = P.R.) on the output gear is approximately constant.
An embodiment of the subject of the invention and operating curves for the same are illustrated in the drawing. 1 shows the elevator device shown schematically; 2 shows the course of the length of the effective lever arm R over the angle of rotation cp of the output wheel;
3 shows the course of the magnitude of the spring force P as a function of the angle of rotation (p, and FIG. 4 shows the course of the torque M effective on the output gear in relation to the angle of rotation (p.
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In Fig. 1, a periodically operable, electromagnetic winding device of an electric clock is shown schematically.
This has a driven gear 1 which is in drive connection with the clockwork and which is rotatably mounted on a shaft 8. A circular eccentric 6 is rotatably connected to this output gear 1. The center 7 of this eccentric 6 is arranged offset by an eccentricity e with respect to the axis of rotation 8 of the output gear 1. One end of a helical spring 10 is stationary on a pin 11 of the clockwork frame and with its other end
End attached to a pin 9 of the drive wheel so that part of its length rests on the eccentric circumference. A current-fault contact part 2 is also provided on the output gear 1, to which a mating contact part 2a provided on an armature 3 of an electromagnet 5 is assigned. This anchor 3 is pivotably attached to a joint 4. The output gear 1 is designed as a flywheel.
In the event of a current connection through the contact parts 2 and 2a, the electromagnet 5 is briefly excited and the armature 3 is attracted, so that the output gear 1, which is designed as a flywheel, is rotated counterclockwise by an angle of rotation (p and the current circuit is interrupted again.
The helical spring 10 is tensioned and gives its force P to the driven wheel 1 for a certain period of time, the angle of rotation (p decreasing steadily over time, until the contact parts 2 and 2a touch again and a new winding process takes place.
As can be seen from FIG. 1, the effective length of the lever arm R, with which the spring 10 acts on the driven gear 1, depends on the size of the angle of rotation -cp and the relationship R2-2R.e.cos (P + e '= Ri where R1 is the eccentric radius and e is the eccentricity of the same in relation to the axis of rotation of the output gear.
After transformation one obtains (R - e. Cos (p) 2 + e-. Sin- cp = Ri Da (R - e. Eos (p) 2> e @. Sing (p, is (Re. Cos (p) 9 = Ri 1) R = Rl + e.coscp The spring force P which can be changed with regard to the angle of rotation (F, results from the following: The spring travel s runs according to the formula
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With approximately
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you get
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The root expression is after the binomial series
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developed, neglecting the members of the higher order,
there
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is. You ultimately get
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The spring force P of the coil spring is P = Po + c.s where P is the preload force and c is the spring constant. So it is
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From the formulas 1) and 2) it can be seen that through a suitable choice of the preload Po, the radius R1 of the eccentric, the eccentricity e of the eccentric with respect to the axis of rotation of the driven gear and the maximum angle of rotation cp given by the winding period,
n @@ an almost constant torque is achieved over the entire range of rotation of the type drive wheel.
2 to 4 show the curve progression, in each case from c) = 0 to (p = 360. FIG. 2 shows the progression of the lever arm R. It runs according to equation 1, which reads: R = Rl + e 3 shows the course of the spring force according to equation 2. The equation for the spring force is: P = PO + c1. cp + c.,. sin w,. The constants cl and c., are at the top This moment M acts at pivot point B.
It is obtained by multiplying the lever arm R by the spring force P. As can be seen, with the device described here it is possible to obtain an approximately constant drive torque over a centrifugal path of qp = 1800. The switching period shown in FIG. 4 and the moment curve represent a special case. The end of the switching period need not be at cp = 0. The choice of the beginning and end product of the switching period depends on the choice of Po, R1 and e.