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.
Electromagnetic clockwork winding
The invention relates to an electromagnetic clockwork elevator in which an armature is attracted by an electromagnet when the current is switched on.
The impact of the armature on the pole piece of the electromagnet creates a brief, sudden noise that is undesirable in many cases.
Various measures are known which have the purpose of eliminating or at least reducing the impact noise. So has already been proposed in the Swiss patent No. 336335, in an electromagnetic clockwork elevator an intermediate layer of damping material, eg. B. made of rubber or plastic. Apart from the fact that the noise can only be reduced, but not avoided, this type of damping has the disadvantage that the force of the electromagnet is significantly weakened because, due to the damping material, a considerable gap remains between the armature and the pole piece. It is also already known to let the armature swing past its pole piece perpendicular to the axis of the electromagnet.
It is true that this happens completely without any noise, but there is a considerable air gap between the armature and the pole piece, which in turn results in a considerable deterioration in the force effect.
The object of the invention is to create a noiseless electromagnetic clockwork elevator without damping intermediate layers solely by suitable design of the pole piece and armature, in which at the same time the tensile force of the magnet reaches a maximum.
Now an electromagnetic drive device for switching mechanisms or the like in several embodiments has become known through the USA patent specification number 2 120 178, in which the pole piece and armature or elements rigidly connected thereto touch in the rest position at the starting point of the movement of the armature, and the contact surfaces of the pole piece and / or armature are curved differently in the direction of movement of the armature, such that the armature can roll on the pole piece during its movement. By moving the line of contact between pole piece and armature, the tensile force of the electromagnet should be adapted to the requirements of the switching mechanism to be driven.
The switching mechanisms should also be able to be operated at a greater speed than before, and finally, relatively small electromagnets should be sufficient to operate relatively large switching devices with safety.
However, the rolling armature magnets described there have the disadvantage that on both sides of the moving line of contact over the entire armature path from the rest position to the end position of the attracted armature, including a changing air gap, which disrupts the magnetic flux and thus impairs the attraction of the magnet. This also applies to a particularly mentioned embodiment in which the curved contact surface is broken off shortly before the end position of the anchor and continues in a flat surface, so that the anchor around the border edge between the curved and the flat surface is completely in its tightened end position works. In addition, it has also been expressly suggested that the contact surfaces be made of highly elastic material so that noisy operation of the magnet is avoided.
Regardless of this, the invention makes use of a rolling armature magnet to solve the problem, in which the contact surfaces of the pole shoe and armature are curved differently in the direction of the rolling movement of the armature. The solution according to the invention is that the contact surfaces of armature and pole piece are curved in the same sense and the radii of the interacting curved surfaces on the pole piece and on the armature in the starting area of the armature rolling movement, starting from the armature rest position, are slightly different in the end region of the armature rolling movement , i.e. with the anchor tightened, are the same.
There are basically two possible designs: The contact surface of the armature can be concave and the surface on the pole shoe can be convexly curved, and the curvature of the surface on the pole in the initial area of the armature movement must then be greater than the curvature of the surface on the armature.
Conversely, the contact surface on the armature can also be convex and that on the pole piece concave, and the curvature of the surface on the pole piece must then be flatter than the curvature of the surface on the armature in the initial area of the armature movement.
For structural reasons, preference is given to the latter option, and the curvature of the surface on the pole shoe is then advantageously composed of two circular arcs with different radii, and the surface on the armature is curved according to a single circular arc, the radius of the in direction the pulling movement of the front part of the pole piece is greater than the radius of the curvature on the armature, and the radius of the subsequent curvature of the pole piece is the same as the radius of the curvature on the armature. The armature is appropriately designed segment-shaped and hinged at the center of curvature of its rolling surface on a bracket, the other end of which is pivotable about a fixed point that coincides with the center of curvature of the starting area of the pole piece.
In the following description, an electromagnet of the known type is shown on the basis of the attached schematic drawings and an exemplary embodiment of the clockwork winding according to the invention is explained in comparison therewith.
Fig. 1 shows a known electromagnet with a rolling armature,
2 shows an electromagnetic clockwork winding according to the invention,
Fig. 3 the electromagnet with the armature in the starting position,
Fig. 4 the electromagnet with the armature in the end position.
The known embodiment shown in FIG. 1 for explanation is a so-called pot magnet, the coil core 1 of which is arranged centrally in a pot-like structure 2 and is connected to its bottom. The pot and core are made of magnetizable material, primarily soft iron. A winding 3 surrounds the coil core 1 in the pot 2.
The pole piece 4 formed by the end face of the pot 2 together with the end face of the coil core 1 is flat. The armature 5, however, is curved. It is held in the starting position at point 7 in contact with the pole piece 4 by a shaped spring 11, which simultaneously serves to guide and reset it. At the free end of the armature 5, a switching arm 10 is provided for the power transmission. In the rest position, it rests against stop 8.
One can easily see that there is always only a line contact between pole piece 4 and armature 5, which has the disadvantageous effect described above.
In the embodiment of the electromagnetic clockwork winding according to the invention shown in FIGS. 2 to 4, the magnet itself is again designed as a pot magnet. As far as there is agreement with the known embodiment shown in FIG. 4, the same reference symbols are used. Otherwise, however, the magnet according to the invention has a concavely curved pole piece 23, which will be discussed later, and an armature 24 which is convex on its rolling surface, namely, on the whole, somewhat more strongly curved. This is segment-shaped and, at its center of curvature (center of roll) 25, is hinged to a bracket 26 which can be pivoted about a point 27 fixed in space.
A leaf spring 28 is provided for resetting and additional guidance, which is attached on the one hand to the armature 24 in the vicinity of the starting point 7 of the rolling movement and on the other hand to a point 29 fixed in space. In order not to hinder the intended tightest possible contact of the armature 24 on the pole shoe 23, a narrow groove 30 is incorporated to accommodate the leaf spring 28 on the armature 24. The tab 26 in conjunction with the return spring 28 results in an advantageous guidance of the armature.
3 and 4 show in two limit positions on a somewhat larger scale the rolling surfaces of the pole piece and armature in their mutual relation corresponding to the invention. The rolling surface of the pole piece 23 is divided into two circular arc-shaped curved sections 35 and 36, while the rolling surface on the armature 24 has a simple circular arc curvature. The radius of curvature of the forward section 35, seen in the direction of the rolling movement, is greater than the radius of curvature and that of the other section 36 is equal to the radius of curvature of the rolling surface of the armature 24. As shown in FIG. 4, the armature is in the tightened position 24 its complete contact in the inner section 36. - In this position the air gap is for the most part equal to zero and the attraction of the magnet reaches a maximum value.
Nevertheless, since the armature rolls on the pole shoe until it reaches the end position and does not collapse on it, the generation of noise is completely avoided.
Returning to Fig. 2, the clockwork winding as such is explained:
A contact roller 54 is mounted on the free end of the arm 10 rigidly connected to the armature 24 with the interposition of insulation. This works together with the tensioning lever 55, which swings around the shaft 56 of the ratchet wheel 57. The tensioning lever 55 carries a flywheel 58 at one end and a pawl 59 at the other end, which is loaded by a leaf spring 60 and engages the ratchet teeth 61 of the ratchet wheel 57. A spatially fixed stop 62 limits the swing-out movement of the tensioning lever SS on which the clock spring 63 (shown as a helical tension spring for the sake of simplicity) engages. The actual movement is indicated by the dash-dotted circles 64 and 65.
A battery 66 is connected to the winding 3 of the magnet via the line 67. The arm 10 is connected via the line 68 and, in the position shown, contacts the tensioning lever 55 with the contact roller 54 to conduct electricity. The circuit to the battery 66 is closed via the clock spring 63 and the line 69.
In the position shown, the winding 3 of the electromagnet receives current, the armature 24 is attracted and pivoted by it via the roller 54 of the tensioning lever 55 in the direction of arrow a. The clock spring 63 is thereby tensioned. When the switching arm 10 has reached the position shown in dash-dotted lines, which corresponds to the end position of the armature 24 in FIG. 4, the tensioning lever 55 moves further by a certain angular amount due to the inertia of its flywheel 58 until it comes to rest at the stop 62 (dot-dash position of the tensioning lever 55). In this position, the pawl 59 falls into the ratchet teeth 61 of the ratchet wheel 57 and thus couples the tensioned clock spring 63 with the clockwork 64, 65. At the moment when the tensioning lever 55 has left the contact roller 54, the magnet winding 3 is de-energized .
The armature 12 with its switching lever 10 is brought back by the spring 28 into the starting position determined by the stop 8, in which it remains until the tensioning lever 55 starts again against the roller 54 when the movement 64, 65 operated by the spring 63 expires. The above-described game repeats itself with the establishment of the current connection that is brought about by this.