DE1037972B - Elektrische Uhr - Google Patents

Description

Wenn man die Aufgabe hat, eine elektrische Uhr zu entwickeln, liegt es nahe, sich der Mittel zu bebedienen, die sich bei Uhrwerken und Frequenznormalen Jahrzehnte lang bewährt haben, also z. B. durch Spiralfedern beeinflußte Rotationsschwinger oder Pendel zu verwenden. Legt man jedoch Wert darauf, eine Uhr auf den Markt zu bringen, die trotz Chronometereigenschaften, wie hohe Ganggenauigkeit, Lageunabhängigkeit, Erschütterungsunempfindlichkeit, eine einfache Herstellung ohne erfahrenes Fachpersonal gestattet, dann stellt man fest, daß diese Aufgaben mit den bisher benutzten Mitteln nicht lösbar sind.

Die Verwendung eines Pendels scheidet immer dann aus, wenn die Uhr während des Betriebes in mehr als nur einer Lage arbeiten soll. Präzisionsuhren mit Unruhen sind teuer, da an das sie einregulierende Fachpersonal besonders hohe Anforderungen gestellt werden müssen und Facharbeitermangel herrscht. Die Verwendung eines durch eine Spiralfeder beeinflußten Rotationsschwingers, der bei den üblichen niedrigen Schwingungsfrequenzen sehr erschütterungs- und amplitudenempfindlich ist, bringt also im allgemeinen bei hohen Präzisionsansprüchen keine hinreichend einfache Lösung. Es ist schließlich bereits bekannt, den als Zeitnormale bekannten selbstgesteuerten Stimmgabelsender mit erheblich höheren Frequenzen zur Steuerung eines Synchronmotors verwenden, der seinerseits das Zeigerwerk einer Uhr antreibt. Aber auch diese Lösung befriedigt trotz der bei solchen Stimmgabeln erzielbaren hohen Frequenzkonstanz nicht, weil sich infolge des zusätzlichen Motors, gegebenenfalls notwendiger Frequenzteiler usw. die Herstellungskosten gegenüber Unruhen nicht verringern lassen. Zum Antrieb und zur Konstanthaltung der Drehzahl angetriebener Teile, die durch hin- und hergehende bzw. Schwingbewegungen ausführende Teile mechanisch, also ohne Zwischenschaltung elektrischer Energiewandler in Umlauf versetzt werden, benutzt man im allgemeinen zwei Klinken, deren gegenseitiger Abstand gleich (n + Va) p sein muß, wobei η eine beliebige ganze Zahl und p die Größe des Zahnschrittes ist. Diese Bedingung erfordert eine erhebliche Präzision, die nicht mehr eingehalten werden kann, sobald p unter einen gewissen Wert, z. B. 0,02, sinkt.

Freilich ist es bereits bekannt, zur Herabsetzung störender Eigenschwingungen der Übertragungsglieder bei einer fremdgesteuerten, z. B. durch frequenzkonstante Netzwechselströme, durch Sprechströme oder andere mechanische Schwinger angestoßenen Stimmgabel zwischen dieser und den angetriebenen drehenden Teilen eine Reibungsübertragung zu benutzen; diese wirkt jedoch direkt von den Stimmgabelzinken auf den Umfang einer Walze,

Anmelder:

Bulova Watch Company, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Lesser, Patentanwalt,
München 27, Possartstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 23. Oktober 1953

so daß keinerlei Amplitudenbegrenzung vorgesehen ist, jede Erschütterung in vollem Umfange an der Stimmgabel auf das angetriebene Teil übertragen wird, usw. Daher sind solche Anordnungen auch nur für Zeitschalter bekanntgeworden, nicht aber für genaue Zeitmesser; im übrigen liegt hier wegen der Fremdsteuerung des Schwingers auch eine ganz andere Aufgabe vor.

Die Erfindung geht von einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag der Schutzrechtsinhaberin aus, wonach als Gangregler und zugleich Antriebs- bzw. als Steuerglied für die Zeigerwerksbewegung ein selbstgesteuerter, elektrisch angetriebener mechanischer Schwinger, insbesondere mit kontaktloser elektrischer Steuerung, vorzugsweise mit Transistorrückkopplungsschaltung der Spulen des elektrischen Triebsystems, verwendet wird.

Die die eingangs gestellte Aufgabe erfüllende elektrische Uhr ist bei einer Uhr dieser Gattung ernndungsgemäß gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Gangreglers, durch Wahl einer derartig von der niedrigen Frequenz der Uhrgangregler abweichenden Schwingungsfrequenz und eine der Gangregelart sowie der gewählten Frequenz derart angepaßte Übertragungseinrichtung vom Schwinger zum Zeiger, daß die durch Änderung der Betriebsbedingungen, wie Erschütterungen, Temperaturänderungen, Änderung der Reibungsverhältnisse im Triebwerk, Spannungsänderungen und Änderungen der elektronischen Steuerung, z. B. der Transistoreigenschaften, eintretenden Änderungen der Schwingungsamplitude weder nachhaltig die Schwingungsfrequenz

809 599/233

noch die mechanische Festigkeit der Übertragungsglieder beeinflussen und Fehlschaltungen des Zeigerwerks nicht hervorrufen können. Elektrische oder auch mechanische Mittel zur Amplitudenbegrenzung mechanischer Schwinger sind an sich bei formschlüssigen Klinkenübertragungen bekannt, sie sind aber für andere als die bei Uhren üblichen niedrigen Frequenzen geeignet. Besonders zweckmäßig ist es, eine um ein Vielfaches über der üblichen Gangreglerfrequenz liegende Frequenz des mechanischen Schwingers zu wählen, vorzugsweise eine im Bereich der Tonfrequenz, und eine Reibungsübertragung vom Schwinger zum Zeigerwerk sowie zusätzliche mechanische Dämpfungsglieder zu verwenden. Die Dämpfungsglieder und die Amplitudenbegrenzungsmittel werden zweckmäßigerweise in der Übertragungsvorrichtung vorgesehen. Es empfiehlt sich, als Schwinger eine Stimmgabel zu verwenden, mit deren Zinken ein Reibungskörper nachgiebig verbunden ist, dessen Weg durch zusätzliche Mittel begrenzt ist. Mit dem Schwinger ist z. B. ein Reibkörper gekoppelt, dessen eine Seite gegen die Zähne eines schief verzahnten Klinkenrades eines Uhrwerkes anliegt und die Verdrehung des Klinkenrades im einen Drehsinn bewirkt, wobei Organe vorgesehen sind, um die Bewegungen des Reibers, unabhängig von der Amplitude des Vibrators, in vorgeschriebenen Grenzen zu halten.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird die Bewegung des Reibers in beiden Richtungen durch zwei Anschläge begrenzt. Der Schwingerdraht ist über eine Feder am Gestell des Uhrwerkes befestigt, und die Mitnahme des Reibers durch den Draht wird ausschließlich durch die Reibung zwischen dem Draht und den Seitenwänden einer Längskerbe des Reibers gewährleistet, in die der Draht eingelegt ist. Bei dieser Anordnung gleitet der Draht in der Kerbe, sobald der Reiber gegen einen der Anschläge anstößt. Die genannte Feder dient weiterhin auch dazu, diese Stöße zu dämpfen.

In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Reiber fest mit dem Draht verbunden, und die Dämpfung der Stöße des Reibers gegen die Anschläge wird durch eine zweite Feder erreicht, welche zwischen dem Draht und dem Vibrator angeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Übertragungsmittel zwischen dem Schwinger und dem Zeigerwerk gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine konstruktive Einzelheit, die sowohl beim ersten als auch beim zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Klinkeneinrichtung weist ein schief verzahntes Klinkenrad 1 auf, welches in 2 drehbar gelagert ist und einen Teil eines nicht dargestellten Uhrwerkes bildet. Ein mechanischer Schwinger 4 ist schematisch angedeutet und in der Lage, Schwingungen in Richtung der Pfeile A und A' auszuführen. Oberhalb des Sperrades 1 ist ein Draht 5 angeordnet, dessen eines Ende am Schwinger 4 und dessen anderes Ende über eine Schraubenfeder 6 an einem Teil 8 des Uhrwerkgestells befestigt ist. Die Befestigung der Feder 6 im Gestellteil 8 geschieht dadurch, daß ihr eines Ende in eine Bohrung dieses Gestells eingeführt und dort durch einen konischen Stift 14 verkeilt ist. Diese Anordnung gestattet, die Spannung des Drahtes 5 durch entsprechende Wahl der Einführtiefe des Federendes in der genannten Bohrung zu verändern. Aus der Befestigung der Feder zwischen Vibrator und Uhrwerkgestell ergibt sich, daß die Schwingungen des Schwingers auf den Draht 5 übertragen werden.

Auf dem Draht 5 ist ein mit dem Sperrad 1 zusammenarbeitender Reiber 7 derart angeordnet, daß

ίο seine Unterseite mit leichtem Druck auf den Zähnen 3 des Sperrades aufliegt.

Der Reiber 7 besteht aus sehr leichtem Material und besitzt, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, eine sich über seine ganze Länge erstreckende Längskerbe T von V-förmigem Querschnitt, in welche der Draht 5 eingelegt ist. Infolge der Reibung zwischen dem Draht 5 und den Seitemvänden der Längskerbe T wird, ausgenommen bei großen Widerständen, der Reiber 7 durch den Draht 5 mitgenommen, so daß die Schwingungen des Schwingers 4 auf den Reiber 7 übertragen werden. Ist der Reiber aus irgendwelchem Grund blockiert, so gleitet der Draht 5 in der Kerbe T'. Die Bewegungen des Reibers 7 sind beidseitig begrenzt durch zwei am Gestell befestigte Anschläge, von denen der eine, 9, in einer Distanz d von der ihm zugewandten Stirnseite des Reibers angeordnet ist, während die Distanz zwischen dem anderen Anschlag 10 und der anderen Stirnseite des Reibers mit d' bezeichnet ist.

Die Unterseite des Reibers 5 stützt sich gegen die Zähne 3 des Sperrades 1 ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Unterseite mit einem Überzug 11 (Fig. 2) aus einem plastischen Material versehen, um so die Reibung zwischen dem Reiber und den Zähnen des Sperrades zu verbessern und eine übermäßige Abnutzung zu vermeiden.

An einem Teil 13 des Uhrwerkgestells ist eine Sperrklinke 12 befestigt, welche durch eine sehr dünne elastische Lamelle gebildet wird und deren freies Ende sich mit leichtem Druck gegen einen Zahn 3 des Sperrades 1 abstützt.

Bewegt sich der Schwinger in der Richtung des Pfeiles A, so wird diese Bewegung auf die beschriebene Art auf den Draht 5 übertragen, der unter gleichzeitiger Spannung der Feder 6 den Reiber 7 mitnimmt. Die Unterseite dieses Reibers, welche sich gegen die Zähne 3 abstützt, nimmt das Sperrad mit und vermittelt ihm eine Drehung um einen bestimmten Winkel in Richtung des Pfeiles B. Gleichzeitig gleitet die Sperrklinke 12 über einen der Zähne 3 und stützt sich gegen den folgenden Zahn ab.

Bewegt sich der Schwinger 4 in der Richtung des Pfeiles A\ so wird der Draht 5 durch die Feder 6 unter gleichzeitiger Mitnahme des Reibers 7 wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Durch die Sperrklinke 12 wird eine entsprechende Rückverdrehung des Sperrades verhindert. Dank der elastischen Aufhängung des Reibers 7 gleitet dessen Unterseite während dieser Rückbewegung über die Zähne 3 des Sperrades 1 weg.

Damit die beschriebene Klinkeneinrichtung in zufriedenstellender Weise arbeiten kann, ist es wesentlich, daß der Reiber 7 bei jeder Hin- und Herbewegung das Sperrad 1 stets um den gleichen Winkel verdreht, und dies unabhängig von der Amplitude der Schwingungen des Schwingers 4 und des Drahtes 5, welche Amplitude aus irgendwelchen Gründen variieren kann. Zu diesem Zweck sind die beiden Anschläge 9, 10 vorgesehen, welche die Bewegungen des

7" Reibers in genau vorbestimmten Grenzen halten.

Des weiteren ist es wesentlich, daß das Sperrad 1 stets um eine Zahnteilung p verdreht wird. Es ergibt sich ohne weiteres aus Fig. 1, daß dies dann der Fall ist, wenn der gesamte vom Reiber zurückgelegte Weg (d + d') während einer Schwingung einerseits größer ist als die Zahnteilung p, andererseits aber kleiner ist als das Doppelte dieser Zahnteilung. Es muß demnach die Beziehung gelten

2p>d + d'>p. ^{r r}

Des weiteren ist es wesentlich, daß die Amplitude des Schwingers größer sein muß als die Zahnteilung/>, da sonst das Sperrad überhaupt nicht mitgenommen würde.

Endlich ist es wesentlich zu beachten, daß es für einen zufriedenstellenden Gang der Fortschalteinrichtung notwendig ist, daß die Eigenfrequenz aller bewegten Teile, d. h. des Drahtes 5, des Reibers 7, der Feder 6 und des Klinkenrades 1, größer ist als die Frequenz der Schwingungen des mechanischen Schwingers 4.

Wie schon erwähnt, werden die Stöße des Reibers 7 gegen die Anschläge 9 und 10 dadurch gedämpft, daß der Draht 5 in der Kerbe T nur durch Reibung gehalten ist, so daß, wenn der Reiber gegen einen der Anschläge anstößt, der Draht innerhalb der Kerbe gleitet.

In der zweiten Ausführungsform, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Reiber 7 fest mit dem Draht 5 verbunden. In diesem Fall übernimmt eine weitere Feder 15, welche einerseits am Schwinger 4 und andererseits am Draht 5 befestigt ist, die Stoßdämpfung. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß natürlich auch die Eigenfrequenz der Feder 15 über den Frequenzen der Schwingungen des mechanischen Schwingers liegen. Im übrigen arbeitet die Anordnung nach diesem Ausführungsbeispiel genau gleich wie diejenige nach Fig. 1.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Draht so angeordnet, daß der Reiber 7 sich mit einem genügenden Druck gegen die Zähne des Sperrrades abstützt, um dieses letztere in Drehung versetzen zu können. Es kann in besonderen Fällen notwendig sein, diesen Druck noch zu verstärken, und dies insbesondere bei einer Bewegung des Reibers in 4-5 der Mitnahmerichtung. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung erreicht werden, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Dort ist eine gekrümmte Lamellenfeder 16 vorgesehen, welche durch einen Bolzen 17 am Gestell des Uhrwerkes befestigt ist und deren freies Ende sich gegen die Oberseite des Reibers 7 abstützt. Die konvexe Seite dieser Feder ist gegen den Schwinger 4 zu gerichtet, was zur Folge hat, daß in der Mitnahmerichtung die Feder 16 den Druck auf den Reiber verstärkt, während in der Rücklaufrichtung dieser Druck wesentlich kleiner ist.

Gegenüber der bisher üblichen Verwendung von zwei Klinken, die den Nachteil hatte, daß man die Frequenz praktisch nicht über ein gewisses Maß hinaus erhöhen konnte, läßt sich eine wesentlich höhere Frequenz verwenden, wodurch die Erschütterungsempfindlichkeit der Uhr herabgesetzt wird und die Änderung der Lagen der Uhr praktisch keine Rolle mehr spielt.

Claims (14)

65 Patentansprüche:

1. Elektrische Uhr mit einem selbstgesteuerten, elektrisch, vorzugsweise unter Verwendung von magnetischen Kraftfeldern, angetriebenen mechanischen Schwinger als Gangregler und zugleich als Antriebs- bzw. Steuerglied für die Zeigerwerksbewegung, insbesondere mit kontaktloser elektronischer Steuerung, vorzugsweise mit Transistorrückkopplungsschaltung der Spulen des elektrischen Triebsystems, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des Gangreglers (4), durch Wahl einer derartig von der niedrigen Frequenz der üblichen Uhrgangregler abweichenden Schwingungsfrequenz und eine der Gangreglerart sowie der gewählten Frequenz derart angepaßte Übertragungseinrichtung vom Schwinger zum Zeigerwerk, daß die durch Änderung der Betriebsbedingungen, wie Erschütterungen, Temperaturänderungen, Änderung der Reibungsverhältnisse im Triebwerk, Spannungsänderungen und Änderungen der elektronischen Steuerung, z. B. der Transistoreigenschaften, eintretenden Änderungen der Schwingungsamplitude weder nachhaltig die Schwingungsfrequenz noch die mechanische Festigkeit der Übertragungsglieder beeinflussen und Fehlschaltungen des Zeigerwerkes nicht hervorrufen können.

2. Elektrische Uhr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine um ein Vielfaches über der üblichen Gangreglerfrequenz liegende Frequenz des mechanischen Schwingers, vorzugsweise im Bereich der Tonfrequenz, und die Verwendung einer Reibungsübertragung vom Schwinger zum Zeigerwerk sowie von zusätzlichen mechanischen Dämpfungsgliedern.

3. Elektrische Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsglieder und Amplitudenbegrenzungsmittel in der Übertragungsvorrichtung vorgesehen sind.

4. Elektrische Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Stimmgabel (4) als Schwinger, mit deren Zinken ein Reibungskörper (7) nachgiebig verbunden ist, dessen Weg durch zusätzliche Mittel (9, 10) begrenzt ist.

5. Elektrische Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ortsfeste, federnde Sperrklinke (12), einen mit einem Schwinger (4) verbundenen und mit diesem schwingenden, über eine Feder (6) an einem Festpunkt (14) gehaltenen Draht (5) sowie einen vom Draht mitgenommenen Reiber (7) aufweist, dessen eine Seite gegen die Zähne (3) eines schief verzahnten Klinkenrades (1) eines Uhrwerkes anliegt und die Verdrehung des Klinkenrades (1) in einem Drehsinn bewirkt, wobei Organe (9, 10) vorgesehen sind, um die Bewegungen des Reibers (7), unabhängig von der Amplitude der Schwingungen des Schwingers (4), in wählbaren Grenzen zu halten.

6. Elektrische Uhr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Dämpfung der Stöße eines zur Übertragung vom Schwinger zum Zeigerwerk dienenden Reibers gegen seine Bewegung begrenzende Organe.

7. Uhr nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenzen des Drahtes (5), des Reibers (7), des Klinkenrades (1) und der Dämpfungsmittel (6, 15) höher sind als die Frequenz der Schwingungen des mechanischen Schwingers (4).

8. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) und der mechanische Schwinger (4) durch eine Schraubenfeder elastisch miteinander verbunden sind.

9. Uhr nach einem der Ansprüche S bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) mit leichtem elastischem Druck innerhalb einer Längskerbe (T) des Reibers (7) so geführt ist, daß er bei blockiertem Reiber (7) innerhalb dieser Kerbe gleiten kann.

10. Uhr nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reiber (7) fest mit dem Draht verbunden und zwischen diesem Draht und dem mechanischen Schwinger eine Feder (15) zur Dämpfung der Reiberstöße vorgesehen ist.

11. Uhr nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung der Bewegungen des Reibers (7) aus zwei Anschlägen (9,10) bestehen, welche beidseitig des Reibers in Abständen d bzw. d' von dessen Stirnseiten angeordnet sind, wobei die Beziehung

2p>d + d'>p

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erfüllt sein muß und p die Zahnteilung des Klinkenrades bedeutet.

12. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegen die Zähne (3) eines Klinkenrades abstützende Reibfläche (11)

des zur Übertragung vom Schwinger zum Zeigerwerk dienenden Reibers mit einem plastischen Überzug (11) versehen ist.

13. Uhr nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um auf den zur Übertragung vom Schwinger zum Zeigerwerk dienenden Reiber (7) einen solchen Druck auszuüben, daß er in Berührung mit den Zähnen (3) eines Sperrades (1) gehalten bleibt.

14. Uhr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel durch eine gebogene Blattfeder (16) gebildet werden, deren eines Ende am Gestell des Uhrwerkes befestigt ist. während ihr anderes Ende sich gegen die Oberseite des Reibers abstützt, wobei die Blattfeder so angeordnet ist, daß sie den Druck des Reibers auf das Sperrad bei dessen Mitnahmebewegung vergrößert, während sie in der umgekehrten Bewegungsrichtung den genannten Druck vermindert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 384 925;
schweizerische Patentschrift Nr. 163 947;
britische Patentschrift Nr. 362 518:
USA.-Patentschrift Nr. 2 642 714.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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