CH497725A - Antrieb für ein mit tonfrequenten, translatorischen Oszillationen angetriebenes Zeitmessgerät - Google Patents

Description

  
 



  Antrieb für ein mit tonfrequenten, translatorischen Oszillationen angetriebenes Zeitmessgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit tonfrequenten, translatorischen Oszillationen angetriebenes Zeitmessgerät. Bei den Geräten dieser Art wird der Antrieb üblicherweise durch eine am Oszillator befestigte Klinke gebildet, die ein Klinkenrad antreibt, während eine an einem unbeweglichen Teil des Uhrwerks befestigte Sperrklinke ein Rückwärtsdrehen des Klinkenrades verhindert.

  Weil man befürchtet, dass es nicht möglich sein werde, eine oszillierende Schaltklinke und eine fest angeordnete Sperrklinke mit hinreichender Genauigkeit am Klinkenrad derart anzuordnen, dass die in ihrer Mittelstellung befindliche Schaltklinke dann in der Mitte zwischen zwei Zahnspitzen steht, wenn das Klinkenrad durch die Sperrklinke festgehalten wird, ist vorgeschlagen worden, statt der Sperrklinke nur eine Bremse zu verwenden, was jedoch den Nachteil hat, dass auch beim Vorwärtsschalten des Klinkenrades Energie vernichtet werden muss.

  Zur Behebung dieses Nachteils ist vorgeschlagen worden, die Bewegungsenergie über ein hin und her gehendes Reibelement auf ein Reibrad zu übertragen, auf dessen Welle ein Klinkenrad zu übertragen, auf dessen Welle ein Klinkenrad sitzt, das durch eine an den unbeweglichen Teilen des Uhrwerks gelagerte Sperrklinke am Rückwärtsdrehen gehindert ist; bei der Verschiebung des Reibelementes in der einen Bewegungsrichtung wird das Reibrad mitgenommen, in der anderen Bewegungsrichtung wird dann die Mitnahme durch die Sperrklinke verhindert.



   Die Erfahrung hat nun gezeigt, dass auch bei Verwendung eines sehr fein verzahnten Schaltrades die Verwendung zweier Klinken möglich ist. Jedoch wurde des weitern festgestellt, dass eine möglichst kleine Amplitude der Schaltklinke erwünscht ist, weil die technischen Schwierigkeiten mit steigender Amplitude zunehmen, unter anderem deswegen, weil die Dämpfung mit steigender Amplitude steigt, und weil nur bei sehr kleinen Amplituden die Verwendung magnetostriktiver Materialien und Kristalle als Klinkenträger möglich ist.



   Da sich nun aber die Zahnteilung eines Klinkenrades nicht unter eine bestimmte Grenze verkleinern lässt, mussten andere Möglichkeiten gesucht werden, die eine weitere Verkleinerung der Amplitude des Schwingers erlaubten. Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine solche Konstruktion eines Antriebes für ein mit tonfrequenten, translatorischen Schwingungen angetriebenes Zeitmessgerät, der dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes Organ mit einer federnden Schaltklinke versehen ist, wobei diese Klinken so symmetrisch angeordnet sind, dass sie sich im Angriffspunkt tangential zum Umfang des Klinkenrades und stets gemeinsam, aber in bezug auf die Umfangsgeschwindigkeit des Klinkenrades in entgegengesetzter Richtung bewegen.



   Es sind nun zwar im Grossgerätebau schon Klinkenantriebe mit zwei festen, kurzen Klinkenhebeln bekannt, die den Zweck erfüllen, mit weiten Hin- und Herbe-wegungen eines Schwenkankers auf das Klinkenrad einer Pressspindel ein sehr grosses Drehmoment ausüben zu können. Die Klinken dienen dort der   Leistungsübertra-    gung, und sie sind daher am Anker sehr nahe an der Achse angelenkt. Jede Klinke wird dann durch eine zugeordnete Feder an den Zahnkranz gedrückt, wobei die beiden Klinken hintereinander am Umfang des Klinkenrades stehen und abwechselnd dieses in gleicher Richtung antreiben. Ähnlich aufgebaut sind auch Schaltwerke von elektrischen Nebenuhren.



   Kleinere Ausführungen von Kraftübertragungsmechanismen, die ebenfalls zwei sich stets gemeinsam, aber in bezug auf die Verzahnung des Klinkenrades in entgegengesetzter Richtung bewegende Klinken aufweisen, sind auch für den Aufzug automatischer Uhren bekannt, wo sie nicht nur dazu dienen, eine starke Untersetzung der Schwungmassendrehgeschwindigkeit und eine entsprechende Erhöhung der Drehkraft, sondern  auch eine Gleichrichtung der Drehbewegung zu bewirken, da sich ja die Schwungmasse in beiden Drehrichtungen drehen, die Aufzugfeder aber natürlich nur in einer Drehrichtung gespannt werden kann.



   Diese an sich bekannten Zweiklinkenantriebe dienen jedoch der Lösung ganz anderer Probleme als dem Antrieb eines Zeitmessgerätes mit tonfrequenten Schwingungen, so dass sie unter ganz anderen Arbeitsbedingungen arbeiten als die beiden Klinken des erfindungsgemässen Antriebes. Infolgedessen konnte nicht vorausgesehen werden, dass sich eine Vorrichtung, die zur Benützung in einem Selbstaufzug vorgeschlagen wurde, sich auch als Bestandteil eines tonfrequenten Antriebes für ein Zeitmessgerät eignen konnte.

  Bekanntlich dient der Selbstaufzug im wesentlichen der Kraftübertragung, da ja verhältnismässig grosse Kräfte zu übertragen sind, weil innert kurzer Zeit im Federhaus die Energie für eine längere Zeitspanne, die ohne weiteres das Hundertfache betragen kann, gespeichert werden muss, während beim erfindungsgemässen Antrieb dauernd Kräfte zu übertragen sind, die wesentlich kleiner sind, da sie ja nur dazu dienen dürfen, die durch die momentanen Reibungsverluste vernichtete   Bewegungsenergie    laufend nachzuliefern, um so die Bewegung der Zeiger auf   rechtzuerhaften.    Da beim   Seibstaufzug    die Bewegung den Bewegungen des Trägers entspricht, ist sie unregelmässig, während die Antriebsbewegung beim tonfrequenten Antrieb sehr regelmässig ist und verhältnismässig enge Grenzen der Amplitude nicht überschritten werden dürfen;

   ein weiterer Unterschied besteht darin, dass beim Aufzug eine wesentlich unter der Tonfrequenz liegende Frequenz variabler Grösse benützt wird, während beim erfindungsgemässen Antrieb tonfrequente Schwingungen konstanter Frequenz benützt werden. Des weitern üben bekanntlich Trägheitskräfte und Erdschwere auf einen Aufzugsmechanismus keine schädlichen oder störenden Wirkungen aus, während bei der Ausgestaltung des tonfrequenten Antrieb es speziell darauf geachtet werden muss, dass keine Trägheitskräfte auf ihn einwirken können;

   durch irgendwelche Störungen oder Ungenauigkeiten des Aufzugsmechanismus wird die Zeitangabe der automatischen Uhr nicht be   einfluss,    da es sich ja nur um eine Energiespeicherung handelt, während beim Antrieb nach der vorliegenden Erfindung eine zählende, resp. zeitmessende Funktion ausgeübt wird, so dass jede Störung oder   Ungenauig-    keit eine Fehlfunktion zur Folge hat, woraus sich zusammenfassend ergibt, dass zwischen einem Selbstaufzug und dem vorliegenden Antrieb ein wesentlicher und nicht etwa nur ein gradueller Unterschied besteht.



   Um den mit der Erfindung erreichbaren technischen Fortschritt darzulegen, wird nachfolgend anhand der Zeichnung zuerst der Unterschied zwischen dem erfindungsgemässen Antrieb und einem Antrieb mit einer Schaltklinke und einer Sperrklinke beschrieben. Anschliessend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert.



   Die Fig. 1 zeigt einen gewöhnlichen Klinken antrieb mit Arbeits- und Sperrklinke; die Fig. 2 die zugehörigen Diagramme; die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Antriebes; die Fig. 4 zeigt im Detail, wie das Klinkenrad durch die Klinken angetrieben wird, während die Fig. 5 eine graphische Darstellung der Bereiche wiedergibt, innerhalb welcher die Amplitude A als Funktion des Klinkenabstandes B gewählt werden muss.



   Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen üblichen Klinkenantrieb mit einem Zahn- oder Klinkenrad 1, einer Sperrklinke 2 und einer Schaltklinke 3. Diese Schaltklinke ist mittels einer Feder 4 in einem Stift 5 eingespannt und wird durch   die    sich mit der Welle 6 drehende Exzenterscheibe 7, die in der mit der Klinke 3 fest verbundenen Gabel 8 geführt ist, hin und her bewegt, wodurch sie bei jeder Bewegung nach unten das Zahnrad 1 um einen Zahnschritt Z in der Gegenuhrzeigerrichtung, also der Richtung des Pfeiles 9, fortschaltet, während bei der Bewegung nach oben die Sperrklinke 2 ein Rückdrehen   des    Schaltrades 1 verhindert. Die translatorische Oszillationsbewegung der Schaltklinke 3 muss natürlich nicht notwendigerweise durch eine sich drehende, in einer Gabel geführte Exzenterscheibe erzeugt werden.

  Zu ihrer Erzeugung können auch andere Mittel, wie z. B. ein Elektromagnet, verwendet werden.



  Kennzeichnend für diesen bekannten Antrieb ist das Merkmal, dass der Antrieb des Klinkenrades im wesentlichen während der einen Hälfte der Schwingung der Klinke erfolgt und dass das Klinkenrad während der andern Hälfte der Schwingungsdauer stille steht oder sich etwas zurückdreht, was sehr gut aus der zugehörigen Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, in welcher mit 10 der Ort der Klinke 3 als Funktion der Zeit t eingezeichnet ist. Da die Klinke beim gezeichneten Antrieb eine sin-Schwingung ausführt und bei einem andern Antrieb eine sin-Schwingung als verein-fachende Annahme angenommen werden darf, lässt sich die Kurve durch die Gleichung x   = Ao .    sin   cc)t    beschreiben.

  Für Ao gilt die Bedingung   
1 3
Z <  2Z   
2 2
Der Abstand zwischen den beiden Klinken im Ruhezustand sollte   (n + 1/2) Z    sein, wobei n   =    o oder eine ganze Zahl ist. Aus der Kurve 11, deren gestrichelter Teil die Geschwindigkeit v der Klinke und deren ausgezogener Teil die Geschwindigkeit v eines Zahnes des   Rades    1 als Funktion der Zeit t darstellt, ist ersichtlich, dass das Rad jeweilen während ungefähr einer halben Schwingung stille steht und sich während der anderen Hälfte der Schwingung zum Teil vorwärts, zum Teil rückwärts dreht.

  Die Betriebssicherheit dieses Klinkenantriebs verlangt ein geringstmögliches Trägheitsmoment des Zahnrades 1, da die Rückwärtsbewegung des Rades nur dann nicht auftreten würde, wenn beim Stoss während der Abnahme der Geschwindigkeit der Klinke 3, das Rad mit Schwung der Klinke 3 vorauseilen würde, wobei die Gefahr des Überspringens von Zähnen auftritt. Das ist im Betriebszustand kaum   gleich-    bleibend zu verwirklichen, weil bei diesem Vorauseilen ja gleichzeitig die Antrieb- und die Sperrklinke über die Zähne gleiten und dadurch Bremskräfte erzeugen. Bei kleinerem Schwung tritt die rückläufige Bewegung zwangläufig auf.

 

   Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die beiden Klinken 33 und   34 derart    an einem von je zwei aufeinander zu- und voneinander wegschwingenden Armen 35a bzw. 35b dies oszillierenden Organs 35 befestigt sind, dass ihre Eingriffspunkte am Klinkenrad 36, das auf der Welle 37 sitzt, nicht mehr als 1200 voneinander entfernt sind. Die als oszillierendes Organ dienende Stimmgabel 35 kann z. B. Bestandteil  eines Stimmgabelsenders sein, dessen Schwingung elektronisch unterhalten wird.



   Die Fig. 4 zeigt die diesbezüglichen Verhältnisse im Detail: die Zähne des Klinkenrades 38 sind hier mit 38a, 38b, 38c, 38d und 38e bezeichnet, die beiden Klinken mit 39 und 40. Ihr Abstand in der Ruhelage beträgt   2 1/2 Z,    wie das z. B. aus der Fig. 4a, der Fig. 4c und der Fig. 4e ersichtlich ist. Wenn sich die beiden Klinken 39 und 40 aus der Ruhelage um die Amplitude   A = %s Z    voneinander wegbewegen, so wird das Zahnrad 38 durch die Klinke 39 so weit gedreht, dass es die in der Fig. 4b dargestellte Lage einnimmt. Wenn sich dann die Klinken wieder aufeinanderzubewegen, greift die Klinke 40 am Zahn 38d an und dreht das Rad zuerst in die in der Fig. 4c dargestellte Lage und nachher in die in der Fig. 4d dargestellte Lage, in welcher die Klinkenelongationen wieder ihren Maximalwert erreicht haben.

  Die Klinken entfernen sich nun wieder voneinander, so dass die Klinke 39 am Zahn 38b angreift und das Zahnrad weiterdreht usw.



   Wie man aus der Betrachtung dieser Fig. 4 sieht, muss der Abstand B zwischen den ruhenden Klinken nicht genau (n +   1/2) Z    betragen, er darf auch grösser oder kleiner sein, er darf die Werte    B=(nfa)Z    annehmen mit
1 1    2 - 2    Während jedoch für den genauen Klinkenabstand   
B==(nt-)Z
2    die Amplitude A grösser als   1/4 Z,    jedoch kleiner als   1/4    Z sein muss, gilt für einen davon abweichenden Klinkenabstand
EMI3.1     

Der diesbezügliche Bereich ist in der Fig. 5 als schraffierte Fläche eingezeichnet, wobei die Randwerte nicht eingenommen werden   dürfen.   



   Man sieht also, dass der Bereich, in welchem sich die Amplitude A befinden muss, um so kleiner wird, je mehr sich der Klinkenabstand B vom Wert (n + 1/2) Z entfernt und dass es für a = o, d. h. B   = nO    Z, kein A mehr gibt.



   Es ist darauf hinzuweisen, dass bei   dér    vorstehenden Ausführung die mathematischen Darstellungen der Grenzbedingungen für den Fall gelten, dass das Klinkenrad nie der antreibenden Klinke vorauseile und durch die rücklaufenden Klinken nicht zurückgezogen werde.

 

   Praktische Versuche mit dem Klinken antrieb bestätigen vollkommen die Richtigkeit der Überlegungen.



  Ein breiter Zahnkranz des   Zählrades    zur Erhöhung seines Trägheitsmoments führt auch zu geringerer spezifischer Zahnbeanspruchung. Das Zählrad eilt im Betriebszustand nach dem Stoss der Klinke etwas voraus und kommt nicht mehr zum Stillstand. Die Probeläufe mit ein und derselben Ausführung des   Klinkenantrie-    bes verliefen befriedigend und erstreckten sich über einen Frequenzbereich des Antriebes von 50 bis 1000 Perioden pro Sekunde. Die dynamischen Verhältnisse ergeben einen stabilisierenden inneren Ausgleich, da sich eine Art Gleichgewichtszustand einstellt. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Antrieb für ein Zeitmessgerät, der einen Oszillator mit zwei synchron schwingenden Organen zur Erzeugung tonfrequenter, translatorischer Schwingungen und ein vom Oszillator angetriebenes Klinkenrad aufweist, auf welches weder eine weitere Klinke noch ein Bremselement einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Organ mit einer federnden Schaltklinke versehen ist, wobei diese Klinken so angeordnet sind, dass sie sich im Angriffspunkt tangential zum Umfang des Klinkenrades und stets gemeinsam, aber in bezug auf die Umfangsrichtung des Klinkenrades in entgegengesetzter Richtung bewegen.

   UNTERANSPRUCH Antrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator eine Stimmgabel ist und dass die beiden Organe die beiden Stimmgabelzinken sind.