Vorrichtung zum annähernd Konstanthalten des stntriebsmo- mentes in Zeitmesswerken, insbesondere in elektrischen Uhren, mit periodisch aufziehbarem Federantrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorrichtung zum annähernd Konstanthalten des Antriebsmomentes in Zeitmesswerken, insbesondere in elektrischen Uhren, mit periodisch elektromagnetisch-aufziehbarem Pederantrieb, der eine vorgespannte Schraubenfeder als Triebfeder auf weist und bei dem diese Schraubenfeder, so an einem Kraftübertragungsglied des Zeitmeszwerkes angreift, dass die Verringerung der Federkraft während der Ablaufperiode durch Vergrösserung des wirksamen Hebelar- mes, mit der die Schraubenfeder auf das Uebertragungs- glied einwirkt,
mindestens teilweise ausgeglichen wird0
Sei den bekannten derartigen Aufzugsvorrich- tungen ist keine ausreichende Konstanz des Iloments gegeben, Leist wird die Vorspannung der Antriebsfeder sehr gross gegenüber der durch die Verlängerung der Feder sich ergebenden Kraft gemacht.
Dadurch ist der I,.omentenabfall nicht sehr gross, jedoch ist jedesmal zwischen Ende und Anfang einer Schaltperiode der o- mentensprung von wesentlicher Wirksamkeit auf das Schwingsystem bei Uhren, ausserdem 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 Uöglichkeit besteht in dem Ablauf der Schraubenfeder über eine Rurven- scheibe Die Herstellung und tiontage einer solchen Kurvenscheibe ist aber sehr teuer,
Die Beseitigung der vorgenannten Mängel ist durch die vorliegende Erfindung dadurch erreicht, dass mit dem als Abtriebsrad ausgebildeten Uebertragungsglied ein kreisförmiger Exzenter mit dem Radius R1 und einer Exzentrizität e zur Drehaxe des Abtriebrades drehfest verbunden ist und die Schraubenfeder so mit einem feil ihrer Länge auf dem Exzenterumfang aufliegt, dass der wirksame Hebelarm R, mit dem die ochraubenfeder bestrebt ist das Abtriebsrad zu drehen,
sich mit dem Drehungswinkel ff nach der Formel
R = R1 + e # cos und die Kraft P der Schraubenfeder, die eine Vorspannungs- kraft 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 Aufzugs periode gegebenen maximalen Drehungswinkel # max so ge- wählt sind, dass über den ganzen Drehbereich des Abtriebrades ( # = o bis # max) das am Abtriebsrad wirksame Drehmoment (M = P.R.)
annähernd konstant ist0
Ein Susführungsbeispiel des Erfindungsgegen- standes und Setriebskurven zu demselben sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 die Aufzugsvorrichtung schematisch dargestellt;
Fig. 2 den Verlauf der Länge des wirksamen Hebelarmes R über den Drehungswinkel S des hbtrieb- rades;
Fig. 3 den Verlauf der Grösse der tlederkraft P in Abhängigkeit des I)rehungswinkels # und
Fig 4 den Verlauf des am Abtriebsrad wirksamen Drehmomentes N in Bezug auf den Drehungswinkel #.
In Fig. 1 ist eine periodisch betatigbare, elektromagnetische Aufzugsvorrichtung einer elektrischen Uhr schematisch dargestellt. Diese besitzt ein mit dem U;irwerk in Triebverbindung stehendes Abtriebsrad 1, das auf einer \elle 8 drehbar gelagert ist. Illit diesem Abtriebsrad 1 ist ein kreisförmiger Exzenter 6 drehfest verbunden. Der Mittelpunkt 7 dieses Exzenters 6 ist um eine Exzentrizität e bezüglich der Drehaxe 8 des Abtriebrades 1 versetzt angeordnet.
Eine Scraubenfeder 10 ist mit ihrem einen Ende an einem Stift 11 des Uhrwerkgestelles ortsfest und mit ihrem anderen Ende an einem Stift 9 des Abtriebrades so befestigt, dass sie mit einem Teil ihrer Lange auf dem Exzenterumfang 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 tlektromagnet 5 kurzzeitig erregt und der Anker 3 angezogen, wodurch das als Schwungmasse ausgebildete Abtriebsrad 1 im Gegenuhrzeigerdrehsinn schleudernd um einen Drehungswinkel < 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 tarehungswinkel 9 verringert bis sich die Kontaktteile 2 und 2a erneut berühren und ein neuer Aufzugsvorgang erfolgte
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die wirksame Lange des Hebelarmes R, mit der die Feder 10 auf das Abtriebsrad 1 einwirkt, von der Grösse des Drehungswinkels # abhängig und es besteht die Beziehung R2 - 2 Rçe.cos # + eê = R1ê worin R1 der Exzenterradius und e die Exzentrizität desselben in Bezug auf die Drehaxe des Abtriebsrades ist.
Nach Umformung erhält man (R-e#cos#)ê + eê #sinê# = R1ê Da (R-e.cos#)ê > eê.sinê#, ist (R-e.cos)2 = R2
R1ê
1) R = R1 + e . cos Die bezüglich des Drehungswinkel 9 veränder- liche Federkraft P ergibt sich aus folgendem
Der Federweg s verläuft nach der Formel
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Mit R und dR/d# 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 e < 1 ist0 Man erhält letztlich
R1
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Die Federkraft P der Schraubenfeder ist
P = Po + c . s worin PO 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 Drehaxe des Abtriebrades und des durch die Auf zugsperiode gegebenen maximalen Drehungswinkel ç max über den ganzen Drehbereich des Abtriebrades ein annähernd konstantes Drehmoment erreicht wird.
In den Figuren 2 bis 4 ist der Kurvenverlauf aufgezeigt, jeweils von # = 0 bis # = 3600. Die Fig 2 zeigt den Verlauf des Hebelarmes R. Es verläuft nach der Gleichung 1, die lautet : R = R1 + e . cos y . Die Fig. 3 stellt den Verlauf der Federkraft nach der Gleichung 2 dar. Die Gleichung der Federkraft lautet : P = PO + C1##+ c2 # sin #. Die Konstanten c1 und c2 sind oben darge- stellte Dieses Moment N wirkt am Drehpunkt 8. 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 # = 180 ein annähernd konstantes Antriebsmoment zu erhalten Die in Fig. 4 gezeigte Schaltperiode und der Momentenverlauf stellen einen Sonderfall dar. Das Ende der Schaltperiode braucht nicht bei # = O zu liegen.
Die Wahl des Anfang- und Undproduktes der Schaltpriode ist von der Wahl von Po, R1 und e abhängig.
Device for keeping the drive torque almost constant in timing mechanisms, especially in electrical clocks, with a spring drive that can be wound periodically
The present invention relates to a device for keeping the drive torque approximately constant in timepieces, especially in electric clocks, with periodically electromagnetically windable peder drive, which has a pre-tensioned helical spring as a driving spring and in which this helical spring acts on a force transmission element of the time measuring mechanism that the Reduction of the spring force during the expiry period by increasing the effective lever arm with which the helical spring acts on the transmission element,
is at least partially balanced0
With the known elevator devices of this type, there is insufficient constancy of the torque, so 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 torque drop is not very large, but every time between the end and the beginning of a switching period the step jump has a significant effect on the oscillation system in watches, and the electromagnetic winding system must be made very strong due to the great bias of the spring Another often described possibility is a lever arm that changes with the angle of rotation of the drive shaft, ie 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 consists in running the helical spring over a cam disc. The production and operation days of such a cam disc 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 wheel is non-rotatably connected to the transmission element designed as a driven wheel and the helical spring is thus connected to one of its length on the eccentric circumference that the effective lever arm R, with which the helical spring strives to turn the output gear,
with the angle of rotation ff according to the formula
R = R1 + e # cos 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, whereby the biasing force PO, the eccentricity e, the radius R1 of the eccentric and the maximum angle of rotation # max given by the elevator period are selected so that over the entire rotational range of the output wheel (# = o to # max) that of the output wheel effective torque (M = PR)
is approximately constant0
A suspension example of the subject matter 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 S of the drive wheel;
Fig. 3 shows the course of the magnitude of the leather force P as a function of the angle of rotation # and
4 shows the course of the torque N effective on the output gear in relation to the angle of rotation #.
In Fig. 1, a periodically operable, electromagnetic winding device of an electric watch is shown schematically. This has a driven gear 1 which is in drive connection with the U; irwerk and which is rotatably mounted on a 8. A circular eccentric 6 is rotatably connected to this driven 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 driven wheel 1.
A helical spring 10 is fixed with its one end on a pin 11 of the clockwork frame and with its other end on a pin 9 of the driven wheel so that part of its length rests on the eccentric circumference, on the driven wheel 1 there is also a short circuit contact part 2 , 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, whereby the output gear 1, which is designed as a flywheel, is rotated counterclockwise by an angle of rotation <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, with the pitch angle 9 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 output gear 1 depends on the size of the angle of rotation # and there is the relationship R2 - 2 Rçe.cos # + eê = R1ê wherein R1 is the eccentric radius and e is the eccentricity of the same in relation to the axis of rotation of the driven gear.
After reshaping you get (R-e # cos #) ê + eê # sinê # = R1ê Da (R-e.cos #) ê> eê.sinê #, is (R-e.cos) 2 = R2
R1ê
1) R = R1 + e. cos The spring force P, which is variable with respect to the angle of rotation 9, results from the following
The spring travel s runs according to the formula
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With R and dR / d # you get
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The root expression is after the binomial series
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developed, neglecting the terms of higher order, since e <1, one finally obtains
R1
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The spring force P of the coil spring is
P = Po + c. s where PO 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 of the radius R1 of the eccentric, the eccentricity e of the eccentric with respect to the axis of rotation of the output wheel and the maximum angle of rotation ç max given by the lift period over the entire range of rotation of the Output wheel an approximately constant torque is achieved.
The curve progression is shown in FIGS. 2 to 4, in each case from # = 0 to # = 3600. FIG. 2 shows the progression of the lever arm R. It runs according to equation 1, which reads: R = R1 + e. cos y. 3 shows the course of the spring force according to equation 2. The equation for the spring force is: P = PO + C1 ## + c2 # sin #. The constants c1 and c2 are shown above. This moment N acts at pivot point 8. It results from 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 spin path of # = 180. The switching period shown in FIG. 4 and the torque curve represent a special case lie.
The choice of the beginning and end product of the switching period depends on the choice of Po, R1 and e.