<Desc/Clms Page number 1>
Triebwerk in einer Uhr Die Erfindung betrifft ein Triebwerk in einer Uhr, dessen das Uhrwerk antreibende und von einem Hemmungsgangordner ablaufgeregelte Kraftquelle ein sich dabei verstellendes und periodisch nachspann- bares Trieborgan aufweist, wobei ein Dauermagnetfeld nach erfolgter Lageveränderung des Trieborgans, in das Uhrwerk treibendem Sinne, rückführende Kräfte auf das Trieborgan ausübt.
Es ist bei elektrischen Uhren bekannt, die mechanische Kraftquelle zum Antrieb des Werks in vom Triebwerk oder vom Gehwerk, z. B. durch periodische Kontakt- oder Kollektorbürstenbetätigung gesteuerten Zeitabständen elektromagnetisch oder elektromotorisch wieder nachzuspannen. Als Kraftquelle dienen bei diesen Uhren Federkraftspeicher oder Gewichte, gegebenenfalls beide vereint, um eine möglichst konstante Antriebskraft über eine gewisse Zeitspanne zur Verfügung zu haben. Eine solche Uhr hat somit zwei Antriebe, einen mechanischen, das Werk treibenden und einen elektrischen, den Kraftspeicher aufladenden.
Der Aufwand ist daher verhältnismässig hoch, da ausser dem Elektromagnet oder Elektromotor noch eine Feder mit Federhaus, Lager, Sperrmittel, Zwischengetriebe usw. erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es zunächst, die beiden Antriebsmechanismen praktisch zu einem zu vereinigen und dadurch eine wesentliche Einsparung an Teilen zu erzielen. Dabei soll der Kraftspeicher durch Mittel ersetzt werden, die bei einer elektrischen Nachspanneinrichtung ohnehin vorhanden sind.
Es ist auch schon unter Ersparung eines Federspeichers eine elektrische Uhr bekannt, bei welcher das das Uhrwerk treibende Organ während seiner lagenveränderlichen Bewegung lediglich durch die angenähert gleichmässig auf den Anker eines Dauermagneten ausgeübte Kraft in Tätigkeit gesetzt wird. Hierbei wird jedoch die Antriebskraft jedesmal unterbrochen, wenn der Magnetanker seine elektromagnetisch bewirkte Nachspannverstellung erfährt. Während dieser Zeit muss dann das Treibrad durch eine Sperrklinke festgehalten werden, damit es beim Nachspannvorgang keine rückläufige Bewegung machen kann. Diese bei der bekannten Uhr in Kauf zu nehmende Antriebsunterbrechung ist recht nachteilig, weil hierbei sich ein Spiel in den Zähnen der Treibräder ungünstig auswirken kann.
Bei einer anderen bekannten ebenfalls ausschliesslich elektrisch angetriebenen Uhr muss gleichfalls ein Zahnrad als Teil des Getriebes der Uhr während des Nachspannvorganges durch eine Sperrklinkenanordnung an einer Zurückbewegung verhindert werden, solange der Magnetanker nachgespannt wird, d. h. in jene Stellung zurückfährt, die dem Anfang seiner Arbeitsbewegung entspricht. Auch hierbei sind die schon angeführten Nachteile in Kauf zu nehmen.
Bei einer anderen bekannten elektrisch angetriebenen Uhr kommt es darauf an, einen Ausgleich zwischen einem netzgespeisten Dauerantrieb und dem eigentlichen Uhrwerk zu erreichen. Als Kraftquelle für den Antrieb der Uhr dient hier in erster Linie ein Gewicht. Der elektrische Teil dieser Uhr bezweckt die Schaffung einer Ausgleichspufferung zur Erzielung eines möglichst gleichmässigen Antriebs. Der apparative Aufwand ist hierbei verhältnismässig gross.
Die vorliegende Erfindung bezweckt demgegen- über, eine gewichts- und triebfederlose Uhr, ohne die aufgezeigten Nachteile der bekannten Antriebsysteme zu schaffen, wobei das Uhrwerk praktisch ausschliesslich mittels anziehender oder abstossender magnetischer Kräfte angetrieben wird, ohne dass dabei einerseits die einfache klassische Regelung durch einen Hemmungsgangordner aufgegeben wird,
<Desc/Clms Page number 2>
wobei zusätzliche mechanische Belastungen vermieden bleiben und wobei während der ganzen Antriebszeit des Laufens der Uhr hinreichend konstant 'bleibende Kraft zugeführt wird.
Die aufgezeigte Aufgabe wird bei einem Triebwerk in einer Uhr der oben gekennzeichneten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Trieborgan der die Uhr antreibenden Kraftquelle derart angeordnet und wirksam gemacht ist, dass dieses Triebwerk seine das Uhrwerk antreibende Kraft auch während seines Nachspannvorganges ohne Unterbruch mindestens annähernd konstant überträgt.
Es ist, und zwar durch den Erfinder selbst, bereits vorgeschlagen, bei einer Federaufzugsuhr mit Aufzug durch einen Verschiebeankermotor nach Aufzug den Verschiebeanker in Achsrichtung unter Kontaktöffnung durch die Triebfeder zu verschieben, wobei das Uhrwerk von der Feder über eine Schnecke angetrieben wird, dagegen nach dem vorbestimmten Federablauf den Verschiebeanker ausschliesslich durch die magnetische Anziehungskraft wieder in die Kon- takt-Schliessstellung zu bringen. Hier wirkt also nur während der schnellen Rückbewegung die magnetische Anziehungskraft antreibend, während im Normalbetrieb die Federkraft das Uhrwerk antreibt.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung dagegen ist auf eine normale Triebfeder ganz verzichtet, und im Normalbetrieb treibt die magnetische Anziehungskraft das Uhrwerk.
Es wird bei der Erfindung im Normalbetrieb die Antriebskraft dem Energiegehalt eines Dauermagneten beziehungsweise dessen Feld entnommen, das direkt als Kraftspeicher wirksam ist.
Als Antriebskraft dient für das Uhrwerk die Kraft, die frei wird, wenn ein von einem Dauermagnet angezogener Körper oder ein gegenpoliger Dauermagnet sich aufeinander zu bewegen beziehungsweise, wenn ein von einem Dauermagnet abgestossener ferromagnetischer Körper oder gleichnamig polarisierter Dauermagnet sich voneinander fortbewegen. Der bewegliche Körper steht einerseits mit dem magnetischen Kraftfeld in magnetischer und anderseits mit dem anzutreibenden Werk in mechanischer Verbindung. Er ist also ein Umwandlungsglied magnetischer in mechanische Kraft. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung für die Erfindung, dass diese magnetische Kraft auf die Uhr optimal anzupassen ist.
Optimale Anpassung bedeutet, d'ass der vom Kraftspeicher abgegebene Arbeitsbetrag zu dem von der Uhr benötigten im Verhältnis 1 : 1 stehen muss und ferner, dass dieses Verhältnis während der Zeit des Normalbetriebes aufrechtzuerhalten ist, also konstant sein muss.
Das Magnetfeld des Dauermagneten kann gemäss zweckmässiger Weiterbildung der Erfindung als Topf oder Spalt ausgebildet sein, in dem der bewegliche Körper dreh- oder axial verschiebbar angeordnet ist und durch den Magnetismus eine Ruhe- bzw. Gleichgewichtsstellung einnimmt. Durch eine elektrische Nachspanneinrichtung kann der bewegliche Körper aus dieser Stellung in eine Lage überführbar sein, in der die dauermagnetischen Kräfte bestrebt sind, den beweglichen Körper in Richtung der Ruhestellung zu ziehen bzw. zu drehen. Bei einem Motor mit Dauermagnetfeld werden solche Kräfte als axiale Zugkräfte frei, wenn der Rotor zuvor seitlich aus dem Statorfeld geschoben wurde. In drehendem Sinne wirksame Kräfte werden frei, wenn z.
B. die Magnetpole des Rotors eines Schrittschaltmotors nach einer Teildrehung nicht in Richtung der Ständerpole ausgerichtet sind. Die Erzeugung dieser axial oderkund radial wirksamen magnetischen Zug- oder Schubkräfte kann durch elektrisches, z. B. elektromagnetisches oder elektromotorisches, Verändern des Ruhegleichgewichtszustandes bzw. Verschieben und /oder Verdrehen des beweglichen Körpers unter Überwindung der entgegenstehenden magnetischen Fesselkräfte erfolgen.
Eine axiale Verschiebung des Rotors kann in der bei den bekannten Uhren mit axial verschiebbarer Rotorwelle bekannten Weise, beispielsweise mittels einer auf der Rotorwelle angeordneten Schnecke erfolgen, welche in ein Zahnrad des Uhrwerks eingreift und einerseits 'beim Umlauf des Motors, sich in dem Zahnrad schraubend, die Rotorwelle und damit den Rotor axial auslenkt, anderseits bei stillstehendem Motor zahnstangenartig die magnetische Rückzugskraft auf das genannte Zahnrad überträgt.
Von der Rotorwelle bzw. der Schnecke kann ein Schaltkontakt betätigt werden, welcher den Motorstromkreis einschaltet, wenn der Rotor ins Statorfeld eingerückt ist, d. h. die axiale Zug- oder Schubkraft nachlässt, und diesen wieder ausschaltet, wenn der Rotor um den Sollbetrag aus dem Stator- feld herausgeschoben ist.
Um entsprechend der erfindungsgemässen Vorschrift die magnetischen Schub- oder Zugkräfte über den gesamten Verschiebeweg möglichst konstant zu halten, können bei einer zweckmässigen Ausführung der Erfindung die Dauermagnetpole, insbesondere zum Aussenrand hin entsprechend verformt beispielsweise abgeschrägt sein. Es kann aber auch gemäss einer anderen zweckgemässen Ausführung der Erfindung ein magnetischer Nebenschluss vorgesehen sein, welcher einen Teil des Dauermagnetfeldes gleichmässig auf eine grössere Distanz verteilt. Dieser beispielsweise zylindrische magnetische Nebenschluss kann gleichzeitig der Homogenisierung des durch die Dauermagnetpole ungleichmässigen Magnetfeldes dienen, wodurch der Motor nicht nur grössere Laufruhe, sondern auch erhöhtes Anlaufmoment in jeder Lage zeigt.
Ein leichterer Anlauf kann ausserdem noch durch eine zwischen dem Rotor bzw. der Rotorwelle und der auf der Rotorwelle lose drehbar gelagerten Schnecke vorgesehene, elastische Schraubenfeder erzielt werden, welche mit dem einen Ende an der Rotorwelle und mit dem anderen Ende an der Schnecke befestigt ist. Diese Feder kann ausserdem eine nichtlineare Kurvencharakteristik besitzen, in dem sie z. B. über ihre Länge steigenden Win-
<Desc/Clms Page number 3>
dungsdurchmesser aufweist und dadurch geeignet ist, Fehler im Kraftverlauf des magnetischen Rückzugs auszugleichen. Diese Feder dient also nicht als Triebfeder, sondern nur als Ausgleichs- und Kupplungsfeder.
Weitere Einzelheiten zweckmässiger Ausführungen der Erfindung sind in der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert: Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Uhr mit einem Triebwerk nach der Erfindung. Fig.2 zeigt einen Schnitt durch einen Gleich- stromkleinstmotor mit Dauermagnet-Statorfeld und einem axial verschiebbaren Rotor.
Fig.3 zeigt ebenfalls im Schnitt eine weitere Ausführungsform für den Kleinstmotor, bei dem der Rotor zufolge seiner besonderen Ausführung einen grossen axialen Bewegungsweg ausführen kann.
Das Hemm- und Anzeigewerk der in Fig. 1 dargestellten Uhr entspricht der bei Batterieuhren mit Magnetaufzug üblichen Bauweise. Es weist eine Unruh 1 mit Spiralfeder 2, einen Anker 3, ein Hemmungsrad 4, ein Sekundenrad 5 mit einem Zeiger 6, ein Zwischenrad 7, ein Minutenrad 8 mit Minutenzeiger 9, eine Minuten-Stunden-Übersetzung 10 und ein Stundenrad 11 mit einem Stundenzeiger 12 auf. 1n das das Hemmwerk der Uhr mit deren Anzeigewerk verbindende Zwischenrad 7 greift eine Schnecke 14 ein, welche auf einer Welle 15 eines Elektromotors 13 lose drehbar angeordnet ist. Über eine Schraubenfeder 18 ist die Schnecke 14 mit einem auf der Welle 15 festsitzenden Ring 17 verbunden.
An der der Feder 18 abgewandten Seite weist die Schnecke 14 ferner noch einen Anschlagbund 16 auf, welcher bei axialem Verschieben der Schnecke 14 in Richtung eines Pfeiles eine Kontaktfeder 19 berührt und über einen Gegenkontakt 20 einen Stromkreis zwischen einer Batterie 21 und dem Motor 13 schliesst. Zur Einregelung des Schaltzeitpunktes bzw. des Verschiebeweges der Welle 15 bzw. der Schnecke 14 ist der Gegenkontakt 20 auf einer Justierschraube 22 angebracht. Der Kontakt 19, 20 soll geschlossen werden, wenn ein Rotor 23, welcher auf der Welle 15 befestigt ist, in den Stator des Motors 13 so weit eingerückt ist, dass die von einem dauermagnetischen Stator- oder Rotorfeld erzeugte Rückzugkraft nahezu verbraucht ist.
Der Aufbau eines gleichzeitig als Antriebskraftquelle für das Uhrwerk geeigneten Motors ist in Fig. 2 dargestellt. Der Rotor 23, welcher eine Wicklung 27 trägt, steht hier im magnetischen Gleichgewicht, d. h. in einer Stellung, in welcher von einem durch Dauermagnetpole 28 und 29 des Stators erzeugten Magnetfeld auf ihn keine axialen Zugkräfte wirksam sind. Die Welle 15 trägt ausserdem noch einen Kollektor 24 zum Anschluss der Wicklung 27. Auf ihm liegen Bürsten 25, 26 auf. Das Statorfeld ist aussen über einem Weicheisenzylinder 30 geschlossen.
Anstelle ausgeprägter Pole 28, 29 und des Zylinders 30 könnte selbstverständlich auch ein ringförmiger Magnetwerkstoffstator mit entsprechend wechselnder Magnetisierung vorgesehen sein. Die Rotorwelle 15 ist dreh- und axial verschiebbar in Lagerträgern 31, 32 geführt und im axialen Spiel beispielsweise durch eine axial verstellbare Lagerund Anschlagbüchse 33 begrenzbar.
Wie Fig.2 weiterhin zeigt, ist im Luftspalt 34 zwischen den Statorpolen 28, 29 und dem Rotor 23 ein Weicheisenzylinder 35 aus ferromagnetischem Werkstoff, insbesondere Weicheisen, vorgesehen, welcher zügig eingebracht und von Hand verschiebbar ist. Dieser zylindrische Ring 35 dient als magnetischer Nebenschluss und der gleichmässigen Verteilung des magnetischen Feldes über einen bestimmten axialen Bereich, um bei einem Verschieben des Rotors 23 in Richtung des Nebenschlussringes 35 über den ganzen Verschiebeweg die Rückzugskraft des magnetischen Feldes auf den Rotor 23 möglichst konstant zu halten.
Ausserdem wird durch den Nebenschluss- ring 35 noch das magnetische Feld im Luftspalt 34, welches von den Dauermagnetpolen 28, 29 erzeugt ist, homogenisiert, d. h. die Feldlinien auf die gesamte Fläche gleichmässig verteilt.
Das in der Fig. 1 dargestellte Hemm- und Anzeigewerk der Uhr entspricht dem bei Batterieuhren allgemein üblichen Aufbau. Die Antriebskraft wird auf das Zwischenrad 7 übertragen. Als Kraftquelle dient das im vorhergehenden beschriebene Triebwerk, welches abtriebsseitig die Schnecke 14 aufweist. Wie Fig. 1 veranschaulicht, schliesst der Bund 16 die Kontakte 19, 20, wenn der Rotor 23 in das Statorfeld des Motors 13 hineingezogen ist, der Motor 13 wird an die Batterie 21 angeschlossen und läuft an. Dabei schraubt sich die Schnecke 14 entgegen der Pfeilrichtung im .Zwischenrad 7 zurück und schiebt den Rotor 23 nach oben aus dem Motor 13 um einen bestimmten Betrag hinaus.
Da unmittelbar nach dem Anlaufen des Motors 13 der Bund 16 den Kontakt 19 wieder freigibt, erhält der Motor 13 nur einen kurzen Stromstoss, der eine Drehung von mindestens einer Polteilung, höchstens aber von wenigen Umdrehungen herbeiführt. Die Schraubenfeder 18 ermöglicht durch ihre Elastizität ein nahezu unbelastetes Anlaufen und einen axialen Stossausgleich. Da sich die Schnecke 14 auch während des Aufzuges am Zwischenrad 7 abstützt, wird der Kraftfluss nie, d. h. während des Aufzuges nicht, unterbrochen.
Fig. 2 veranschaulicht die im Motor bestehenden bzw. erzeugbaren Kräfte. In der dargestellten Lage, d. h. bei voll in den Stator 28, 29, 30 eingeschobenem Rotor 23, wird das Rotorpaket 23 gleichmässig vom Statorfeld durchflutet. Wird der Rotor 23 jedoch nach rechts in axialer Richtung verschoben, so treten naturgemäss magnetische Kräfte auf, die bestrebt sind, den Rotor 23 in die dargestellte Ruhe- oder Gleichgewichtslage zu ziehen.
Der Verschiebeweg kann dabei durch die Anschlagbuchse 33 nach aussen begrenzt werden, während die Innenbegrenzung ge-
<Desc/Clms Page number 4>
mäss Fig. 1 durch den Anschlagbund 16 erfolgt, da mit dem Auftreffen des Bundes auf dem Kontakt 19 der Motor 13 jeweils wieder in Drehung versetzt wird. Durch den im Luftspalt 34 (Fig. 2) vorgesehenen Weicheisenzylinder 35 wird das von den Stator- polen 28, 29 erzeugte magnetische Feld über einen gewissen axialen Bereich gleichmässig verteilt. Dies hat zur Folge, dass die vom Statorfeld auf den Rotor 23 ausgeübte Rückzugskraft über den ganzen zulässigen axialen Verschiebeweg des Rotors 23 konstant oder wenigstens nahezu konstant gehalten wird.
Zur Justierung ist der Ring 35 von Hand verschiebbar; das magnetische Feld kann also mehr oder weniger weit aus dem Stator nach aussen hinausgezogen werden. Um eventuell noch vorhandene Krümmungen der Kraftkurve auszugleichen, kann die Feder 18 eine nichtlineare Kurvencharakteristik aufweisen. Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass die Windungen verschiedenen Durchmesser haben. Bei gleichem Drahtdurchmesser sind Schraubenfedern mit grösserem Windungsdurchmesser bekanntlich nachgiebiger als solche mit geringerem Windungs- durchmesser, folglich lässt sich auf die angeführte Weise auch eine nichtlineare Charakteristik leicht erzielen.
Dabei soll die Feder 18 selbst nicht als Kraftspeicher in bei Federuhren üblichem Sinne, sondern als Ausgleichsorgan für An- und Abtrieb dienen, d. h. Stösse abfangen, Ungleichmässigkeiten ausgleichen usw. Es kommen hier jedoch nur axiale Kräfte in Betracht, welche über die zum Antrieb als Zahnstange wirkende Schnecke 14 auf das Zwischenrad 7 übertragen werden.
Die Statormagnete 28, 29 führen somit, wie gemäss der Aufgabe verlangt wurde, eine Doppelfunktion aus, nämlich einerseits als Motorfeld, anderseits als Kraftfeld zur axialen Rotorbewegung zum Uhrenantrieb. Die Uhr nach der Erfindung kann daher nicht nur billiger erstellt werden als solche Uhren mit einem herkömmlichen Triebwerk, sondern sie ist auch im Betrieb äusserst geräuscharm, da der Motor nie auf hohe Drehzahl kommt, sondern praktisch nur in dem Bereich betrieben wird, in dem sich die Welle im Lager abwälzt. Weiterhin hat dies den Vorteil, dass etwaige Unwuchten im Rotor oder Unebenmässigkeiten in der Feldverteilung nicht in Erscheinung treten.
Nach Fig. 3 ist der Eisenkörper des Rotors 23 in axialer Richtung aus verschiedenen Blechstücken, z. B. Motorankerblechkörpern 36 zusammengesetzt, welche zum Zwecke der Erzielung einer gewünschten Charakteristik in einem dem konstanten Verlauf der axialen Bewegung des Rotors entsprechenden Abstandsverhältnis durch gegebenenfalls verschieden starke Zwischenscheiben 37 voneinander getrennt sind, die aus nichtmagnetischem Material bestehen können. Die verschiedenen Blechstücke 36 können auch aus Material unterschiedlich magnetischer Eigenschaft hergestellt sein. Ferner können sie in axialer Richtung auch verschieden stark bemessen werden. Der nach Fig.3 ausgebildete Rotor ge- stattet einen besonders grossen Bewegungsweg bei über diesen ganzen Weg konstant bleibender Anzugskraft.
Die Schalthäufigkeit verringert sich in diesem Falle um ein Vielfaches, der Stromverbrauch fällt infolge der weniger oft erfolgenden Einschaltspitzen, auch die Schaltkontakte werden seltener betätigt und haben daher einen geringeren Verschleiss.
<Desc / Clms Page number 1>
Drive mechanism in a clock The invention relates to a drive mechanism in a clock, the power source of which drives the clock mechanism and is sequence-regulated by an escapement gear folder and has a drive element which can be adjusted and periodically re-tensioned, with a permanent magnetic field after the drive element has been changed in the sense of driving the clock mechanism. exerts restorative forces on the driving organ.
It is known in electrical clocks, the mechanical power source for driving the work in from the engine or from the movement, for. B. re-tensioned by periodic contact or collector brush actuation controlled time intervals electromagnetically or by electric motor. In these watches, spring force accumulators or weights, possibly both combined, serve as the power source in order to have a driving force that is as constant as possible over a certain period of time. Such a watch has two drives, a mechanical one that drives the movement and an electrical one that charges the energy storage device.
The effort is therefore relatively high since, in addition to the electromagnet or electric motor, a spring with barrel, bearing, locking means, intermediate gear, etc. are required.
The object of the invention is first of all to practically combine the two drive mechanisms into one and thereby achieve a substantial saving in parts. The energy store is to be replaced by means that are already available in an electrical tensioning device.
An electric clock is also known, with the saving of a spring accumulator, in which the organ driving the clockwork is activated during its variable movement only by the approximately uniform force exerted on the armature of a permanent magnet. In this case, however, the drive force is interrupted every time the magnet armature experiences its electromagnetically effected retensioning adjustment. During this time, the drive wheel must then be held in place by a pawl so that it cannot reverse during the tensioning process. This interruption in the drive, which has to be accepted in the case of the known watch, is quite disadvantageous because play in the teeth of the drive wheels can have an unfavorable effect.
In another known also exclusively electrically driven clock, a gear wheel as part of the gear mechanism of the clock must also be prevented from moving back during the retensioning process by a pawl arrangement as long as the magnet armature is retightened, i.e. H. returns to the position that corresponds to the beginning of its working movement. Here, too, the disadvantages already mentioned have to be accepted.
In another known electrically driven clock, it is important to achieve a balance between a mains-fed continuous drive and the actual clockwork. The main source of power for driving the clock is a weight. The purpose of the electrical part of this clock is to create a compensation buffer to achieve the most even drive possible. The outlay on equipment is relatively large here.
The present invention aims, on the other hand, to create a weightless and mainspring-free clock without the disadvantages of the known drive systems shown, the clockwork being driven practically exclusively by means of attractive or repulsive magnetic forces, without on the one hand the simple classic control by an escapement gear folder is abandoned
<Desc / Clms Page number 2>
with additional mechanical stresses being avoided and with sufficient constant force being supplied during the entire drive time of the clock running.
The stated object is achieved according to the invention in a drive mechanism in a clock of the type characterized above in that the drive element of the power source driving the clock is arranged and made effective in such a way that this drive mechanism at least approximately constant its force driving the clock mechanism without interruption even during its tensioning process transmits.
It has already been proposed, by the inventor himself, to move the sliding armature in the axial direction with contact opening by the mainspring in a spring winding watch with winding by a sliding armature motor after winding, the clockwork being driven by the spring via a worm, on the other hand after the predetermined spring sequence to bring the sliding armature back into the contact closed position exclusively by means of the magnetic force of attraction. In this case, the magnetic force of attraction only acts as a driving force during the rapid return movement, while the spring force drives the movement during normal operation.
In the subject matter of the present invention, however, a normal mainspring is dispensed with entirely, and in normal operation the magnetic force of attraction drives the clockwork.
In the invention, in normal operation, the driving force is taken from the energy content of a permanent magnet or its field, which is directly effective as an energy store.
The driving force for the movement is the force that is released when a body attracted by a permanent magnet or a permanent magnet with opposite polarity moves towards one another or when a ferromagnetic body repelled by a permanent magnet or a permanent magnet polarized with the same name move away from one another. The moving body is on the one hand in magnetic connection with the magnetic force field and on the other hand in mechanical connection with the work to be driven. So it is a link between magnetic and mechanical force. It is of crucial importance for the invention that this magnetic force is optimally adapted to the watch.
Optimal adaptation means that the amount of work delivered by the energy store must be in a ratio of 1: 1 to that required by the watch, and that this ratio must be maintained during normal operation, i.e. it must be constant.
According to an expedient development of the invention, the magnetic field of the permanent magnet can be designed as a pot or gap in which the movable body is rotatably or axially displaceable and assumes a position of rest or equilibrium due to the magnetism. By means of an electrical tensioning device, the movable body can be transferred from this position to a position in which the permanent magnetic forces strive to pull or rotate the movable body in the direction of the rest position. In the case of a motor with a permanent magnetic field, such forces are released as axial tensile forces if the rotor has previously been pushed laterally out of the stator field. In the rotating sense effective forces are released when z.
B. the magnetic poles of the rotor of a stepping motor are not aligned in the direction of the stator poles after a partial rotation. The generation of these axially or radially effective magnetic tensile or shear forces can be achieved by electrical, e.g. B. electromagnetic or electromotive, changing the equilibrium state of rest or shifting and / or rotating the movable body by overcoming the opposing magnetic bondage forces.
An axial displacement of the rotor can take place in the manner known in the known clocks with axially displaceable rotor shaft, for example by means of a worm arranged on the rotor shaft, which engages in a gear of the clockwork and on the one hand 'when the motor rotates, screwing itself into the gear, the rotor shaft and thus the rotor axially deflects, on the other hand, when the motor is at a standstill, transmits the magnetic retraction force to the said gear like a rack.
A switching contact can be actuated by the rotor shaft or the worm, which switches on the motor circuit when the rotor is engaged in the stator field, i. H. the axial pulling or pushing force decreases, and switches it off again when the rotor is pushed out of the stator field by the desired amount.
In order to keep the magnetic thrust or tensile forces as constant as possible over the entire displacement path in accordance with the inventive regulation, the permanent magnet poles can be appropriately deformed, for example beveled, in an expedient embodiment of the invention, in particular towards the outer edge. However, according to another expedient embodiment of the invention, a magnetic shunt can also be provided which distributes part of the permanent magnetic field evenly over a larger distance. This, for example, cylindrical magnetic shunt can simultaneously serve to homogenize the magnetic field, which is uneven due to the permanent magnet poles, so that the motor not only runs more smoothly, but also shows increased starting torque in every position.
An easier start-up can also be achieved by an elastic helical spring provided between the rotor or the rotor shaft and the screw loosely rotatably mounted on the rotor shaft, which is fastened with one end to the rotor shaft and the other end to the screw. This spring can also have a non-linear curve characteristic in which it z. B.
<Desc / Clms Page number 3>
tion diameter and is therefore suitable for compensating for errors in the force curve of the magnetic retraction. This spring does not serve as a mainspring, but only as a balancing and clutch spring.
Further details of useful embodiments of the invention are explained in the description of an embodiment shown in the drawings: FIG. 1 shows a schematic overall view of a clock with an engine according to the invention. FIG. 2 shows a section through a small direct current motor with a permanent magnet stator field and an axially displaceable rotor.
FIG. 3 also shows, in section, a further embodiment for the miniature motor, in which the rotor, due to its special design, can execute a large axial movement path.
The escapement and display mechanism of the clock shown in FIG. 1 corresponds to the construction usual for battery clocks with magnetic lifts. It has a balance wheel 1 with a spiral spring 2, an armature 3, an escapement wheel 4, a seconds wheel 5 with a hand 6, an intermediate wheel 7, a minute wheel 8 with a minute hand 9, a minute-hour translation 10 and an hour wheel 11 with an hour hand 12 on. In the intermediate wheel 7 connecting the escapement mechanism of the watch to its display mechanism, a worm 14 engages, which is loosely rotatably arranged on a shaft 15 of an electric motor 13. The worm 14 is connected via a helical spring 18 to a ring 17 that is firmly seated on the shaft 15.
On the side facing away from the spring 18, the worm 14 also has a stop collar 16 which, when the worm 14 is axially displaced in the direction of an arrow, touches a contact spring 19 and closes a circuit between a battery 21 and the motor 13 via a mating contact 20. In order to adjust the switching time or the displacement path of the shaft 15 or the worm 14, the mating contact 20 is attached to an adjusting screw 22. The contact 19, 20 should be closed when a rotor 23, which is attached to the shaft 15, is so far engaged in the stator of the motor 13 that the retraction force generated by a permanent magnetic stator or rotor field is almost used up.
The structure of a motor that is also suitable as a driving force source for the clockwork is shown in FIG. The rotor 23, which carries a winding 27, is here in magnetic equilibrium; H. in a position in which no axial tensile forces are effective on it by a magnetic field generated by permanent magnet poles 28 and 29 of the stator. The shaft 15 also carries a collector 24 for connecting the winding 27. Brushes 25, 26 rest on it. The stator field is closed on the outside by means of a soft iron cylinder 30.
Instead of pronounced poles 28, 29 and the cylinder 30, an annular magnetic material stator with correspondingly changing magnetization could of course also be provided. The rotor shaft 15 is rotatably and axially displaceably guided in bearing supports 31, 32 and its axial play can be limited, for example, by an axially adjustable bearing and stop sleeve 33.
As FIG. 2 also shows, a soft iron cylinder 35 made of ferromagnetic material, in particular soft iron, is provided in the air gap 34 between the stator poles 28, 29 and the rotor 23, which cylinder is quickly introduced and can be moved by hand. This cylindrical ring 35 serves as a magnetic shunt and the uniform distribution of the magnetic field over a certain axial area in order to keep the retraction force of the magnetic field on the rotor 23 as constant as possible when the rotor 23 is moved in the direction of the shunt ring 35 over the entire displacement path .
In addition, the magnetic field in the air gap 34, which is generated by the permanent magnet poles 28, 29, is homogenized by the shunt ring 35; H. the field lines evenly distributed over the entire area.
The escapement and display mechanism of the clock shown in FIG. 1 corresponds to the structure generally customary in battery clocks. The driving force is transmitted to the idler gear 7. The drive mechanism described above, which has the worm 14 on the output side, serves as the power source. As FIG. 1 illustrates, the collar 16 closes the contacts 19, 20 when the rotor 23 is drawn into the stator field of the motor 13, the motor 13 is connected to the battery 21 and starts up. The worm 14 screws itself back against the direction of the arrow in the .Zwischenrad 7 and pushes the rotor 23 upwards out of the motor 13 by a certain amount.
Since the collar 16 releases the contact 19 again immediately after the motor 13 has started, the motor 13 receives only a brief current surge which causes a rotation of at least one pole pitch, but no more than a few revolutions. The elasticity of the helical spring 18 enables an almost unloaded start-up and an axial shock compensation. Since the worm 14 is supported on the intermediate wheel 7 during the winding process, the power flow is never, i.e. H. not interrupted during the elevator.
Fig. 2 illustrates the forces that exist or can be generated in the motor. In the position shown, d. H. When the rotor 23 is fully inserted into the stator 28, 29, 30, the rotor package 23 is uniformly flooded by the stator field. If, however, the rotor 23 is shifted to the right in the axial direction, then naturally magnetic forces occur, which tend to pull the rotor 23 into the illustrated position of rest or equilibrium.
The displacement path can be limited to the outside by the stop bushing 33, while the inner limitation is
<Desc / Clms Page number 4>
1 by the stop collar 16, since the motor 13 is set in rotation again when the collar strikes the contact 19. The soft iron cylinder 35 provided in the air gap 34 (FIG. 2) distributes the magnetic field generated by the stator poles 28, 29 evenly over a certain axial area. This has the consequence that the retraction force exerted by the stator field on the rotor 23 is kept constant or at least almost constant over the entire permissible axial displacement path of the rotor 23.
The ring 35 can be moved by hand for adjustment; the magnetic field can therefore be pulled outwards to a greater or lesser extent from the stator. In order to compensate for any curvatures still present in the force curve, the spring 18 can have a non-linear curve characteristic. This can be achieved, for example, in that the windings have different diameters. With the same wire diameter, helical springs with a larger coil diameter are known to be more flexible than those with a smaller coil diameter; consequently, a non-linear characteristic can easily be achieved in the manner described.
The spring 18 itself should not serve as an energy store in the usual sense in spring clocks, but rather as a compensating element for input and output, i.e. H. Intercept shocks, compensate for irregularities, etc. However, only axial forces come into consideration here, which are transmitted to the intermediate gear 7 via the worm 14 acting as a rack for the drive.
The stator magnets 28, 29 thus perform a double function, as was required according to the task, namely on the one hand as a motor field and on the other hand as a force field for the axial movement of the rotor to the clock drive. The clock according to the invention can therefore not only be made cheaper than such clocks with a conventional engine, but it is also extremely quiet in operation, since the motor never comes up to high speed, but is practically only operated in the range in which it is the shaft rolls off in the bearing. This also has the advantage that any imbalances in the rotor or irregularities in the field distribution do not appear.
According to Fig. 3, the iron body of the rotor 23 is in the axial direction of various pieces of sheet metal, for. B. laminated motor armature bodies 36, which are separated from each other by intermediate disks 37 of different thickness, which may consist of non-magnetic material, in a distance ratio corresponding to the constant course of the axial movement of the rotor in order to achieve a desired characteristic. The various sheet metal pieces 36 can also be made of material with different magnetic properties. Furthermore, they can also be dimensioned differently in the axial direction. The rotor designed according to FIG. 3 allows a particularly large movement path with the attraction force remaining constant over this entire path.
In this case, the switching frequency is reduced many times over, the power consumption falls due to the less frequent switch-on peaks, and the switching contacts are also operated less often and therefore wear less.