Elektromagnetischer Uhrwerksaufzug
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Uhrwerks aufzug, bei welchem ein Anker von einem Elektromagneten beim Einschalten des Stromes angezogen wird.
Durch das Aufschlagen des Ankers auf dem Polschuh des Elektromagneten entsteht ein kurzes, schlagartiges Geräusch, das in vielen Fällen unerwünscht ist.
Es sind verschiedene Massnahmen bekannt, die den Zweck haben, das Aufschlaggeräusch zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern. So ist schon in der schwei zerischen Patentschrift Nr. 336335 vorgeschlagen worden, bei einem elektromagnetischen Uhrwerks aufzug eine Zwischenlage aus dämpfendem Material, z. B. aus Gummi oder Kunststoff, anzubringen. Abgesehen davon, dass sich das Geräusch dadurch nur vermindern, nicht aber vermeiden lässt, hat eine derartige Dämpfung den Nachteil, dass die Kraftwirkung des Elektromagneten wesentlich geschwächt wird, weil zufolge des dämpfenden Materials ein erheblicher Spalt zwischen Anker und Polschuh verbleibt. Auch ist schon bekannt, den Anker senkrecht zur Achse des Elektromagneten an dessen Polschuh vorbei schwingen zu lassen.
Zwar geschieht dies völlig geräuschfrei, aber es ist ein ziemlicher Luftspalt zwischen Anker und Polschuh unumgänglich, was wiederum eine beträchtliche Verschlechterung der Kraftwirkung zur Folge hat.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ohne dämpfende Zwischenlagen allein durch geeignete Gestaltung von Polschuh und Anker einen geräuschlosen elektromagnetischen Uhrwerks aufzug zu schaffen, bei dem zugleich die Zugkraft des Magneten ein Höchstmass erreicht.
Nun ist durch die USA-Patentschrift Nummer 2 120 178 eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung für Schaltwerke oder dergleichen in mehreren Ausführungsformen bekannt geworden, bei der sich Polschuh und Anker bzw. damit starr verbundene Elemente in der Ruhelage im Ausgangspunkt der Bewegung des Ankers berühren, und die Berührungsflächen von Polschuh und/oder Anker in Richtung der Bewegung des Ankers unterschiedlich gekrümmt sind, derart, dass sich der Anker bei seiner Bewegung auf dem Polschuh abwälzen kann. Durch das Wandern der Berührungslinie zwischen Polschuh und Anker soll die Zugkraft des Elektromagneten den Erfordernissen der anzutreibenden Schaltwerke angepasst werden.
Auch sollten die Schaltwerke mit grösserer Geschwindigkeit als bis dahin betrieben werden können, und schliesslich sollten verhältnismässig kleine Elektromagneten ausreichen, relativ grosse Schalteinrichtungen mit Sicherheit zu betätigen.
Die dort beschriebenen Wälzankermagneten haben aber den Nachteil, dass beiderseits der wandernden Berührungslinie über den ganzen Ankerweg von der Ruhelage bis zur Endlage des angezogenen Ankers einschliesslich ein wechselnder Luftspalt erhalten bleibt, der den magnetischen Fluss stört und so die Anzugskraft des Magneten beeinträchtigt. Dies gilt auch für eine besonders erwähnte Ausführungsform, bei der die gekrümmte Berührungsfläche kurz vor der Endlage des Ankers abgebrochen ist und sich in einer ebenen Fläche fortsetzt, so dass der Anker um die Grenzkante zwischen der gekrümmten und der ebenen Fläche unter unvermeidlicher Geräuschbildung vollends in seine angezogene Endlage klappt. Zusätzlich ist übrigens auch dort ausdrücklich vorgeschlagen worden, die Berührungsflächen aus hochelastischem Material auszuführen, so dass geräuschvolles Arbeiten des Magneten vermieden wird .
Dessen ungeachtet bedient sich die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe eines Wälzankermagneten, bei welchem die Berührungsflächen von Polschuh und Anker in Richtung der Abrollbewegung des Ankers unterschiedlich gekrümmt sind. Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die Berührungsflächen von Anker und Polschuh in gleichem Sinne gekrümmt sind und die Radien der zusammenwirkenden Krümmungsflächen am Polschuh und am Anker im Anfangsbereich der Anker-Abrollbewegung, von der Ankerruhelage ausgehend, geringfügig verschieden, im Endbereich der Anker-Abrollbewegung, also bei angezogenem Anker, dagegen gleich sind.
Es bestehen dafür grundsätzlich zwei Ausführungsmöglichkeiten: Es kann die Berührungsfläche des Ankers konkav und diejenige am Polschuh konvex gekrümmt sein, und es muss dann die Krümmung der Fläche am Pol im Anfangsbereich der Ankerbewegung stärker als die Krümmung der Fläche am Anker sein.
Umgekehrt kann aber auch die Berührungsfläche am Anker konvex und diejenige am Polschuh konkav gekrümmt sein, und es muss dann die Krümmung der Fläche am Polschuh im Anfangsbereich der Ankerbewegung flacher sein als die Krümmung der Fläche am Anker.
Aus konstruktiven Gründen ist der letzteren Möglichkeit der Vorzug zu geben, und es ist dann vorteilhafterweise die Krümmung der Fläche am Polschuh aus zwei Kreisbogen verschiedenen Radius' zusammen gesetzt, und die Fläche am Anker ist nach einem einzigen Kreisbogen gekrümmt, wobei der Radius des in Richtung der Anziehbewegung vorn liegenden Teils des Polschuhes grösser ist als der Radius der Krümmung am Anker, und der Radius der anschliessenden Krümmung des Polschuhes gleich ist wie der Radius der Krümmung am Anker. Dabei ist der Anker in zweckmässiger Ausbildung segmentförmig gestaltet und im Krümmungsmittelpunkt seiner Rollfläche an einer Lasche angelenkt, deren anderes Ende um einen ortsfesten Punkt schwenkbar angeordnet ist, der mit dem Krümmungsmittelpunkt des Anfangsbereichs des Polschuhes zusammenfällt.
In der nachfolgenden Beschreibung sind anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen ein Elektromagnet der bekannten Art dargestellt und im Vergleich dazu eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Uhrwerksaufzuges erläutert.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Elektromagneten mit Wälzanker,
Fig. 2 einen erfindungsgemässen elektromagnetischen Uhrwerksaufzug,
Fig. 3 dessen Elektromagneten mit dem Anker in der Ausgangslage,
Fig. 4 dessen Elektromagneten mit dem Anker in der Endlage.
Bei der in Fig. 1 zur Erläuterung gezeigten bekannten Ausbildung handelt es sich um einen sogenannten Topfmagneten, dessen Spulenkern 1 zentrisch in einem topfartigen Gebilde 2 angeordnet und mit dessen Boden verbunden ist. Topf und Kern sind aus magnetisierbarem Material, vornehmlich aus Weicheisen. Eine Wicklung 3 umschliesst im Topf 2 den Spulenkern 1.
Der von der Stirnfläche des Topfes 2 zusammen mit der Stirnfläche des Spulenkerns 1 gebildete Polschuh 4 ist eben ausgeführt. Der Anker 5 ist dagegen gekrümmt. Er wird durch eine Formfeder 11, die zugleich zu seiner Führung und Rückstellung dient, in der Ausgangslage bei Punkt 7 in Berührung mit dem Polschuh 4 gehalten. Am freien Ende des Ankers 5 ist ein Schaltarm 10 für die Kraftübertragung vorgesehen. Er liegt in der Ruhelage gegen Anschlag 8 an.
- Man sieht ohne weiteres, dass hier stets nur eine Linienberührung zwischen Polschuh 4 und Anker 5 stattfindet, was die weiter oben geschilderte nachteilige Wirkung hat.
Bei dem in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen elektromagnetischen Uhrwerksaufzuges ist der Magnet selbst ebenfalls wieder als Topfmagnet ausgebildet. Soweit Übereinstimmung mit der in Fig. 4 gezeigten bekannten Ausführung herrscht, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im übrigen weist der erfindungsgemässe Magnet aber einen konkav gekrümmten Polschuh 23, über den noch zu sprechen sein wird, und einen an seiner Rollfläche konvex, und zwar im ganzen gesehen etwas stärker gekrümmten Anker 24 auf. Dieser ist segmentförmig gestaltet und in seinem Krümmungsmittelpunkt (Rollmittelpunkt) 25 an einer Lasche 26 angelenkt, die um einen raumfesten Punkt 27 schwenkbar ist.
Für die Rückstellung und zusätzliche Führung ist eine Blattfeder 28 vorgesehen, die einerseits in der Nähe des Ausgangspunktes 7 der Rollbewegung am Anker 24, anderseits an einem raumfesten Punkt 29 befestigt ist. Um die beabsichtigte möglichst dichte Anlage des Ankers 24 am Polschuh 23 nicht zu behindern, ist für die Aufnahme der Blattfeder 28 am Anker 24 eine schmale Nut 30 eingearbeitet. Die Lasche 26 in Verbindung mit der Rückstellfeder 28 ergibt eine vorteilhafte Führung des Ankers.
Die Fig. 3 und 4 zeigen in zwei Grenzstellungen in etwas grösserem Massstab die Rollflächen von Polschuh und Anker in ihrer der Erfindung entsprechenden gegenseitigen Relation. Die Rollfläche des Polschuhes 23 ist in zwei kreisbogenförmig gekrümmte Abschnitte 35 und 36 geteilt, während die Rollfläche am Anker 24 eine einfache Kreisbogenkrümmung aufweist. Dabei ist der Krümmungsradius des in Richtung der Rollbewegung gesehen vorne liegenden Abschnittes 35 grösser als der Krümmungsradius und der des anderen Abschnittes 36 gleich dem Krümmungsradius der Rollfläche des Ankers 24. Es ergibt sich dann, wie Fig. 4 zeigt, in der angezogenen Stellung des Ankers 24 dessen völlige Anlage im inneren Abschnitt 36. - In dieser Lage ist der Luftspalt zum grössten Teil gleich Null, und die Anziehungskraft des Magneten erreicht einen Höchstwert.
Trotzdem wird, da sich der Anker bis zur Erreichung der Endlage auf dem Polschuh abwälzt und nicht an diesen heranklappt, die Geräuschbildung völlig vermieden.
Zurückkommend auf Fig. 2 sei noch der Uhrwerksaufzug als solcher erläutert:
Ani freien Ende des mit dem Anker 24 unter Zwischenschaltung einer Isolierung starr verbundenen Armes 10 ist eine Kontaktrolle 54 gelagert. Diese arbeitet mit dem Spannhebel 55 zusammen, der um die Welle 56 des Sperrades 57 schwingt. Der Spannhebel 55 trägt an einem Ende eine Schwungmasse 58 und am anderen Ende eine Sperrklinke 59, die durch eine Blattfeder 60 belastet ist und in die Sperrzähne 61 des Sperrades 57 eingreift. Ein raumfester Anschlag 62 begrenzt die Ausschwingbewegung des Spannhebels SS an dem die (der Einfachheit halber als Schraubenzugfeder gezeichnete) Uhrfeder 63 angreift. Das eigentliche Uhrwerk ist durch die strichpunktierten Kreise 64 und 65 angedeutet.
Eine Batterie 66 ist über die Leitung 67 mit der Wicklung 3 des Magneten verbunden. Über die Leitung 68 ist der Arm 10 angeschlossen, der in der gezeichneten Stellung mit der Kontaktrolle 54 den Spannhebel 55 stromleitend berührt. Über die Uhrfeder 63 und die Leitung 69 ist der Stromkreis zur Batterie 66 geschlossen.
In der gezeichneten Stellung erhält die Wicklung 3 des Elektromagneten Strom, der Anker 24 wird angezogen und von ihm über die Rolle 54 der Spannhebel 55 in Pfeilrichtung a verschwenkt. Dadurch wird die Uhrfeder 63 gespannt. Wenn der Schaltarm 10 in der strichpunktiert gezeichneten Lage angekommen ist, die der Endlage des Ankers 24 in Fig. 4 entspricht, bewegt sich der Spannhebel 55 zufolge der Trägheit seiner Schwungmasse 58 noch um einen gewissen Winkelbetrag weiter, bis er am Anschlag 62 zur Ruhe kommt (strichpunktierte Lage des Spannhebels 55). In dieser Stellung fällt die Sperrklinke 59 in die Sperrzähne 61 des Sperrades 57 ein und kuppelt damit die gespannte Uhrfeder 63 mit dem Uhrwerk 64, 65. In dem Augenblick, in dem der Spannhebel 55 die Kontaktrolle 54 verlassen hat, ist die Magnetwicklung 3 stromlos geworden.
Der Anker 12 mit seinem Schalthebel 10 wird von der Feder 28 in die durch den Anschlag 8 bestimmte Ausgangslage zurückgebracht, in der er verharrt, bis beim Ablauf des von der Feder 63 betriebenen Uhrwerks 64, 65 der Spannhebel 55 wieder gegen die Rolle 54 anläuft. Mit der dadurch bewirkten Herstellung des Stromschlusses wiederholt sich das vorbeschriebene Spiel.