Elektromechanischer Gangantrieb für elektrische Uhren
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Gangantrieb für elektrische Uhren mit einer von einem elektromagnetisch angetriebenen, oszillierenden Element über einen federnden Kontaktarm angetriebenen Unruh, wobei der Kontaktarm zusammen mit einer Mitnehmerfeder, die ebenfalls mit der Unruh zusammenwirkt, von dem oszillierenden Element getragen wird, sowie mit einem Anschlag für den Kontaktarm.
Es ist schon ein solcher Antrieb durch die USA Patentschrift Nr. 2 644 293 bekanntgeworden, bei dem ein Elektromagnet mit einem entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder kippfähigen Anker vorgesehen ist.
Der letztere trägt den Kontaktarm in Form einer blattfederähnlichen Kontaktfeder, die über einen gewissen Drehbereich durch Unruh gegen einen von dieser getragenen Kontaktstift anliegt und so die Unruh antreibt. Dabei ist das eine Ende der Spule des Elektromagneten mit dem einen Pol einer elektrischen Spannungsquelle und das andere Ende mit der Kontaktfeder verbunden, während der Kontaktstift der Unruh über deren Welle elektrisch leitend mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist.
Bei der bekannten Konstruktion ist die der Unruh bei jedem Hub des Elektromagneten mitgeteilte Energie unter anderem von der am Elektromagneten liegenden Spannung, d. h. also in der Regel von der Batteriespannung, abhängig, da je nach der Winkelgeschwindigkeit des Ankers des Elektromagneten die Kontaktfeder mehr oder weniger gespannt wird, so dass auch die von ihr auf den Kontaktstift der Unruh ausgeübte Kraft variiert. Wegen der Amplitudenabhängigkeit der Frequenz der Unruh beeinflusst also bei dieser Konstruktion die Batteriespannung den Gang des Uhrwerks. Dieser Einfluss ist bei der bekannten Konstruktion deshalb so gravierend, weil bei ihr die Kontaktfeder nicht gespannt ist, solange sie nicht gegen den Kontaktstift der Unruh anliegt, so dass die von ihr auf diesen Kontaktstift ausgeübte Kraft proportional zum Unterschied der Winkelgeschwindigkeiten von Unruh und Anker ist.
Denselben Nachteil weist ein anderer bekannter elektromechanischer Gangantrieb nach der französischen Patentschrift Nr. 647 217 auf. Zwar wird die unmittelbare Kontaktfunktion von einem steifen, gabelförmigen Arm übernommen, der jedoch über eine Blattfeder elektromagnetisch angetrieben wird. Zu diesem Zweck zieht ein Elektromagnet einen als dessen Anker ausgebildeten Arm an, der auf einer Achse sitzt und diese verdreht.
Mit dieser Achse ist der gabelförmige Arm mit Hilfe der erwähnten Blattfeder gekuppelt, die in der Ruhelage entspannt ist, so dass das von ihr auf den gabelförmigen Arm und damit auf die Unruh übertragene Drehmoment davon abhängt, wie schnell der Elektromagnet seinen Anker anzieht bzw. wie stark die von diesem Anker angetriebene Achse dem gabelförmigen Arm voreilt, denn je grösser diese Voreilung ist, umso grösser ist auch das von der Blattfeder übertragene Drehmoment, desto grösser ist also die vom gabelförmigen Arm auf den Kontaktstift der Unruh ausgeübte Kraft und damit der der Unruh pro Schwingung erteilte Impuls.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, die Ganggenauigkeit eines Antriebs der eingangs erwähnten Art zu erhöhen, indem die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung weitestgehend beseitigt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, dass der Kontaktarm steif ausgebildet, am oszillierenden Element angelenkt ist und unter der Wirkung einer Feder vorgespannt gegen den vom oszillierenden Element getragenen Anschlag anliegt und dass die Feder in der Nähe des Anlenkpunkts am Kontaktarm angreift und so vorgespannt und bemessen ist, dass sich ihre auf den Kontaktarm ausgeübte Kraft bei diesen Auslenkungen prozentual nur gering fügig ändert.
Im Gegensatz zu den erwähnten bekannten Konstruktionen spielt also die Winkelgeschwindigkeit des unmittelbar angetriebenen oszillierenden Elements praktisch keine Rolle mehr, da die vom Kontaktarm auf die Unruh ausgeübte Kraft wegen der Vorspannung der Feder und ihrer Bemessung von der Auslenkung des Kontaktarms im wesentlichen unabhängig und deshalb ungefähr konstant ist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung des oszillierenden Elements zum Antrieb des Kontaktarms. Dieses als Anker eines Elektromagneten auszubilden, ist im Hinblick auf die dann verhältnismässig grosse oszillierende Masse nachteilig. Da sich Drehspulen ausserordentlich leicht ausbilden lassen, empfiehlt es sich deshalb, dass das oszillierende Element eine Drehspule ist, wozu zu bemerken ist, dass es aus der französischen Patentschrift Nr. 1 144 213 schon bekannt ist, Drehspulen zum Unruhantrieb zu verwenden.
Die gewünschte Federcharakteristik lässt sich am einfachsten dann erreichen, wenn die Feder eine im Verhältnis zu ihrer Dehnung beim Auslenken des Kontaktarms lange Schraubenfeder ist.
Ferner kann der erfindungsgemässe Gangantrieb mit einer einfachen Justiermöglichlreit versehen werden; zu diesem Zweck wird er so ausgebildet, dass der Hebelarm der Feder am Kontaktarm einstellbar ist.
Besonders zweckmässig ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Kontaktarm eine Verzahnung zum Einhängen der Schraubenfeder aufweist, so dass der Antrieb durch einfaches Umhängen der Schraubenfeder justiert werden kann. Auf diese Weise lässt sich die vom Kontaktarm auf den Kontaktstift der Unruh ausgeübte Kraft und somit die Unruhamplitude einstellen, von der die Frequenz und damit die Geschwindigkeit des Uhrwerks abhängt.
Schliesslich gestattet die erfindungsgemässe Konstruktion auch noch leicht die Schaffung einer Justiermöglichkeit für den Eingriffswinkel, über den ein beispielsweise als Kontaktstift ausgebildeter Kontakt der Unruh mit dem Kontaktarm zusammenwirkt. Zu diesem Zweck ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kontaktarm auf einem am oszillierenden Element gelagerten Exzenter gelagert ist. Durch Drehen dieses Exzenters lässt sich nämlich dann das Ende des Kontaktarms in Richtung auf den Kontakt der Unruh verschieben, so dass bei einer Drehung der Unruh deren Kontakt früher oder später gegen das Ende des Kontaktarms anliegt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Gegenstands der Erfindung dient. Diese Zeichnung zeigt lediglich eine Draufsicht auf eine Schwingspule und ein Teilstück der Unruh.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umschliesst eme in Rechtecksform freitragend gewickelte Schwingspule 60 einen nicht dargestellten Dauermagneten von quaderförmiger Gestalt und mit zylindrischen Polflächen, der in der Zeichnung von einem Spulenträger 58' verdeckt wird, auf dem die Schwingspule 60 festgeklebt ist. Letztere sowie der Spulenträger sind um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse drehbar, die durch den Schwerpunkt der Schwingspule geht, und beide werden von einer nicht dargestellten Rückstellspiralfeder im Gegenuhrzeigersinn in der in der Zeichnung dargestellten Lage gehalten, und zwar mit Hilfe eines nicht gezeigten Anschlags, gegen den die Rückstellspiralfeder den Spulenträger anlegt.
Die Schwingspule bewegt sich mit ihren rechten und linken Rahmenschenkeln in zwei Luftspalten, die vom nicht dargestellten Dauermagneten und den Enden eines U-förmigen Eisenjochs 44 gebildet werden.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Antriebs unterscheidet sich von der Konstruktion der USA-Patentschrift Nr. 2 644 293 unter anderem dadurch, dass anstelle einer Kontaktfeder ein gefederter, steifer Kontakthebel 302 tritt, der mittels eines Gelenkstiftes 304 eines Exzenters 306 auf diesem drehbar gelagert ist. Der Exzenter ist um einen Lagerstift 308 auf dem Spulenträger 58' drehbar und weist einen Stellschlitz 310 auf. Aus der Ebene des Kontakthebels ist ein mit diesem einstückiger und auch der Lagerung des Kon tasthebels dienender, im Bereich des Gelenkstiftes 304 einen U-förmigen Querschnitt aufweisender Federhebel 312 herausgebogen, der eine Rasterung 314 aufweist, um für eine Zugfeder 316 einen definierten und justierbaren Angriffspunkt zu schaffen.
Das andere Ende der verhältnismässig langen Zugfeder ist an einem Zapfen 318 des Spulenträgers 58' befestigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Unruh 88' anstelle eines Kontaktstiftes einen aufgebogenen Kontaktschuh 320.
Der Stromkreis für die Schwingspule ist folgendermassen geschaltet: Das eine Ende der Schwingspule 60 ist beispielsweise über die metallische Rückstellspiralfeder des Spulenträgers 58' mit dem einen Pol einer Stromquelle verbunden, und das andere Ende der Schwingspule steht in elektrisch leitender Verbindung mit dem Kontakthebel 302. Der andere Pol der Stromquelle steht in elektrisch leitender Verbindung mit dem Kontaktschuh 320 an der Unruh 88', beispielsweise iiber die metallische Unruhachse. Bei einer Berührung von Kontaktschuh 320 und Kontakthebel 302 ist also der Stromkreis der Schwingspule 60 geschlossen.
Der Spulenträger 58' trägt in einem Bolzen 76 noch eine Mitnehmerfeder 80, die über oder unter dem Kontakthebel 302 liegt und diesen nicht berührt, jedoch ebenso wie der letztere unter leichter Vorspannung gegen einen Anschlagstift 82 anliegt, der an einem Ausleger 84 des Spulenträgers 58' befestigt ist.
Es soll nun angenommen werden, dass sich beim Starten des Uhrwerks die Unruh im Gegenuhrzeigersinn bewegt und der Kontaktschuh 320 gemäss der Zeichnung von rechts nach links in die von den Enden des Kontakthebels 302 und der Mitnehmerfeder 80 gebildete Gabel einläuft. Da die Befestigungspunkte von Kontakthebel und Mitnehmerfeder rechts von der nicht dargestellten Drehachse des Spulenträgers 58' angeordnet sind, bewegen sich die die Gabel bildenden Enden dieser beiden Teile bei einer Drehung der Schwingspule 60 im Uhrzeigersinn nach unten.
Zunächst legt sich der Kontaktschuh 320 lediglich gegen die Mitnehmerfeder 80 an, so dass die Unruh entgegen der Wirkung der nicht dargestellten Rückstellspiralfeder die Schwingspule und den Spulenträger im Uhrzeigersinn drehen muss, bis im Laufe der weiteren Drehung der Unruh und infolge der Abwärtsbewegung des Endes des Kontakthebels 302 der Kontaktschuh 320 das freie, abgewinkelte Ende des Kontakthebels berührt und den Stromkreis der Schwingspule 60 schliesst. Diese und der Spulenträger drehen sich dann schneller als die träge Unruh, bis ein nicht dargestellter Anschlag eine weitere Drehung des Spulenträgers im Uhrzeigersinn verhindert. Infolge der Nacheilung der Unruh hebt der Kontakthebel 302 vom Anschlagstift 82 ab und beschleunigt die Unruh weiter, obwohl die Schwingspule und der Spulenträger schon zum Stillstand gekommen sind.
Im weiteren Verlauf der Unruhdrehung legt sich der Kontakthebel 302 wieder gegen den Anschlagstift 82 an, und der Kontaktschuh 320 hebt vom Kontakthebel 302 ab, so dass der Stromfluss durch die Schwingspule unterbrochen wird und diese und der Spulenträger unter dem Einfluss der nicht dargestellten Rückstellspiralfeder in ihre in der Zeichnung dargestellte Ausgangsstellung zurückschwingen, während sich die Unruh noch über einen gewissen Winkelbereich im Gegenuhrzeigersinn weiterdreht. Beim Zurückschwingen der Unruh im Uhrzeigersinn hebt der Kontaktschuh 320 die Mitnehmerfeder 80 geringfügig vom Anschlagstift 82 ab, worauf sich die Unruh mit weiter abnehmender Winkelgeschwindigkeit noch über einen gewissen Winkelbereich im Uhrzeigersinn weiterdreht. Dann beginnt der beschriebene Zyklus von neuem.
Bei der Drehung des Spulenträgers 58 im Uhrzeigersinn schaltet dieser über eine nicht dargestellte Schaltklinke ein Zahnrad des Uhrwerkes jeweils um einen Schritt weiter, wodurch der Antrieb des Räderwerks bewerkstelligt wird.
Da die Zugfeder 316 nahe dem Gelenkstift 304, d. h. der Drehachse des Kontakthebels 302 an diesem angreift, verändert sich die Spannung dieser Zugfeder während des Arbeitshubes der Schwingspule praktisch nicht. Infolgedessen bleibt auch die vom Kontakhebel 302 auf den Kontaktschuh 320 ausgeübte Kraft während der Zeit gleich, in der die Schwingspule stromdurchflossen ist, so dass die Unruh einen stets gleichbleibenden Impuls pro Zyklus erhält, da die Winkelgeschwindigkeit der Schwingspule ohne Einfluss auf diesen Impuls ist. Infolgedessen weist bei einem Antriebssystem gemäss der Zeichnung die Unruh eine von der Batteriespannung stets unabhängige, konstante Amplitude auf, wodurch die Ganggenauigkeit des beschriebenen Werkes auch weiter verbessert wird.
Ferner weist diese Konstruktion den Vorteil auf, dass die Amplitude der Unruh durch Verlegen des Angriffspunktes der Zugfeder 316 längs der Rasterung 314 eingestellt und verändert werden kann, da dadurch die vom Kontakthebel auf den Kontaktschuh 320 ausge übte, im wesentlichen während des Arbeitshubs konstante Kraft verändert wird. Bei der vorstehend geschilderten Konstruktion trägt der Spulenträger 58' eine nicht dargestellte Klinke, die ein Zahnrad des nicht gezeigten Räderwerks der Uhr, vorzugsweise das Sekundenrad, schrittweise fortschaltet.