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Elektrischer Klein-Zeitmesser, insbesondere Armbanduhr Die Erfindung
bezieht sich auf einen elektrischen Klein-Zeitmesser, insbesondere eine Armbanduhr,
in der die Triebkraft einer im Gehäuse untergebrachten Batterie entnommen und eine
durch ein permanentes magnetisches Feld gehende bewegte Spule periodisch durch die
Batterie erregt wird und die Antriebskraft für das Gehwerk liefert.
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Während durch Batterien angetriebene größere elektrische Uhren im
Gegensatz zu Armbanduhren, Taschenuhren und sonstigen am Körper zu tragenden Uhren
in verschiedenen Formen auf den Markt gebracht worden sind, konnte das Problem der
Herstellung einer Armbanduhr, die über einen längeren Zeitraum durch eine zusammen
mit dem Gehwerk im Gehäuse untergebrachte Batterie betätigt werden kann, bis jetzt
nicht zufriedenstellend gelöst werden.
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Zahlreiche Vorschläge sind bekanntgeworden, die auf die Verwendung
einer mit der Unruhwelle und der Unruh verbundene Spule hinauslaufen, die um eine
senkrecht zur Unruhwelle verlaufende Achse gewickelt ist und um einen in ihr angeordneten
ferromagnetischen Kern schwingt. Nach einem dieser bekannten Vorschläge wirken diese
Spule und der Kern zusammen mit gewöhnlich symmetrisch um die Unruhwelle herum angeordneten
Magneten zur Erzeugung magnetischer Felder, die parallel zur Unruhwelle verlaufen.
Dabei ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher der Kern im Innern der also frei
schwingbaren Spule ortsfest ist und ebenso wie die über der Spule liegenden Magnete
aus zwei um 90° gekreuzten Magneten besteht, die beide während der Bewegung der
Spule auf diese einwirken; da dies aber nicht gleichzeitig, sondern mit Phasenverschiebung
der Fall ist, muß zumindest die Kontaktdauer ziemlich lang sein, um die magnetischen
Kräfte beider Felder zum Antrieb ausnutzen zu können. Nach einem anderen Vorschlag
erzeugen mehrere Spulen dieser Art im Zusammenwirken mit Magneten, die in der üblichen
Form einer Dynamomaschine symmetrisch außerhalb des Unruhumfanges angeordnet sind,
senkrecht zur Unruhwelle verlaufende magnetische Felder. Bei allen diesen Anordnungen,
bei denen die Spule oder die Spulen um eine oder mehrere zur Unruh senkrechte Achsen
gewickelt sind und bei denen insbesondere ein Kern in die Spule eingeschlossen werden
muß, ist die Antriebsvorrichtung in der Bauhöhe so dick, daß sie unmöglich mit Erfolg
in einer Uhr von so kleinen Abmessungen wie eine flache Armbanduhr verwendet werden
kann.
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Von anderer Seite sind Versuche gemacht und bekanntgeworden, mit einer
Unruh verbundene flache, in der Unruhebene selbst gewickelte Spulen zu verwenden.
Jedoch wurden hierbei entweder zwei permanente Magnete symmetrisch um die Unruhwelle
herum, also mit einer Versetzung von 180°, angeordnet, so daß sie einen unzulässig
großen Teil der Breite (Kaliberdurchmesser) des im Gehäuse zur Verfügung stehenden
Raumes einnahmen, oder es wurden Anordnungen vorgesehen, die zwar unsymmetrisch
waren, aber wegen zu geringer Größe und ungünstiger Anordnung der »aktiven« Leiter
der Spulen keine genügende motorische Leistung lieferten, um eine Uhr längere Zeit
mittels einer im Gehäuse untergebrachten Batterie betreiben zu können.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine durch eine
Batterie betriebene Klein-Uhr; z. B. Armbanduhr, bei der eine mit der Unruh verbundene
Spule durch von zwei permanenten, in einem Abstand von weniger als 180° angeordneten
Magneten erzeugte magnetische Felder geht, um die Antriebskraft für die Uhr zu erzeugen;
jedoch werden dabei alle bei den erwähnten bekannten Anordnungen auftretenden Schwierigkeiten
durch eine völlig neuartige Anordnung der Spule und der magnetischen Felder überwunden.
Diese Anordnung besteht erfindungsgemäß darin, daß bei Verwendung einer im wesentlichen
flachen Spule in der Ebene der Unruh, die zwei in einem Abstand voneinander liegende
aktive Seiten aufweist, die Anordnung so abgewandelt ist, daß die beiden aktiven
Spulenseiten annähernd radial verlaufen, während der übrige Teil der Spulenwicklung
im wesentlichen dem Kreisumfang der Unruh folgt, und daß die Erregung der Spule
dabei so gesteuert wird, daß die beiden aktiven
Seitenteile der
Spule sich im Erregungszeitpunkt »gleichzeitig« in den beiden getrennten Magnetfeldern
befinden, wobei die Mitte des einen Seitenteils sich in der Mitte des einen Magnetfeldes
und die Mitte des anderen Seitenteiles sich in der Mitte des anderen Magnetfeldes
befindet, so daß die Spule gleichzeitig zwei Impulse in Punkten erhält, die weniger
als 180° um das Unruhaggregat herum auseinanderliegen. Die beiden permanenten Magnetfelder
können im Uhrgehäuse untergebracht sein, so daß magnetische Streufelder auf ein
Minimum herabgesetzt werden.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.
Dabei sind zum leichteren technischen Verständnis auch konstruktive Einzelheiten,
z. B. der Kontaktanordnung und des Räderwerks, dargestellt, die über den in den
Ansprüchen gekennzeichneten Erfindungsgegenstand hinausgehen und jedenfalls nicht
für sich allein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.
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Fig. 1 ist eine Ansicht auf die Uhr von oben bei zur Freilegung der
Stellvorrichtung zum Teil abgebrochenem Zifferblatt; Fig. 2 ist eine Ansicht von
unten bei abgenommenem Deckel zum Sichtbarmachen der Unruh, der Kontaktvorrichtung
und der Batterie; Fig.3 zeigt in einem in eine Ebene ausgebreiteten zweiteiligen
Schnitt durch die Mittelpunkte der umlaufenden Teile die Unruh mit dem Zeigerschaltwerk
und die Stellvorrichtung; Fig. 4 zeigt in einer Teilansicht von unten die Einzelheiten
der Schaltvorrichtung, Fig.5 eine Einzelheit der Kontaktvorrichtung; Fig. 6, 7,
8 und 9 zeigen die Kontaktvorrichtung in verschiedenen Stellungen; Fig. 10 ist eine
Seitenansicht der Unruh und der Kontaktfeder mit dem Zeigerschaltstift; Fig. 11
ist eine Draüfsicht auf die Unruh, Fig. 12 ein Schnitt nach der Linie 12-12 der
Fig. 2, Fig. 13 ein Schnitt durch den Kontaktträger.
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Mit 16 ist das Uhrgehäuse, mit 17 das Zifferblatt bezeichnet; 18 ist
der Stunden-, 19 der Minuten- und 20 der Zentralsekundenzeiger. Der Minutenzeiger
19 sitzt auf einer Hülse 21, in der die Welle 22 des Zentralsekundenzeigers 20 gelagert
ist. Ein Satz von Zahnrädern und Ritzeln erhält die Bewegung von einem Zeigerschaltritzel
23. Ein in einem oberen Stein 25 gelagertes und durch ein unteres Lager 26 getragenes
erstes Zahnrad 24 kämmt mit dem Schaltritzel 23 und trägt ein Ritzel 27, das im
Eingriff mit dem zweiten Zahnrad 28 steht, das ein zweites Ritzel 29 trägt und in
einem oberen Lager 30 und einem unteren Lager 31 ruht. Das Zahnrad 24 ist mit der
Sekundenzeigerwelle 22 drehbar gelagert. Ein drittes Zahnrad 32 steht im Eingriff
mit dem Ritzel 29. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 24 und 32
ist 60: 1. Das Zahnrad 32 ist auf eine Nabe 33 einer Hohlwelle 34 aufgesteckt.
Diese trägt die Hülse 21, die oben ein Ritze1 35 und unten den Minutenzeiger 19
trägt. Das Ritzel 35 steht im Eingriff mit einem Zahnrad 36. Dieses ist verbunden
mit einem Ritze1 37, das seinerseits auf das den Stundenzeiger 18 tragenden Zahnrad
38 treibt.
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Eine Zeigerstellwelle 39 (Fig. 3 unten) mit einer Krone 40 kann in
der Längsrichtung verschoben werden, so daß ein auf ihr sitzendes Zahnrad 41 mit
einem auf einer Welle 43 gelagerten Zahnrad 42 in und außer Eingriff gebracht werden
kann. Durch Drehen der Welle 39 mittels der Krone 40 bei im Eingriff befindlichen
Zahnrädern 41 und 42 können unter Vermittlung eines auf der Welle 43 sitzenden Zahnrades
44, das im Eingriff mit dem Zahnrad 36 steht, die Uhrzeiger eingestellt werden.
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Das Uhrgehäuse 16 enthält eine Tragplatte 45, die zur Aufnahme einer
Batterie 46 ausgeschnitten sein kann. Die Batterie 46 steht durch ihre Grundplatte
47 (Fig. 2) mit der Tragplatte 45 und den mit dieser verbundenen Teilen der Uhr
in elektrischer Verbindung. Die Tragplatte 45 ist ausgeschnitten zur Aufnahme eines
geraden permanenten Magneten 48 und eines gebogenen permanenten Magneten 49, die
durch Schrauben (nicht dargestellt) in Stellung gehalten werden. Die Magnete 48,
49 sind an ihren Enden durch eine Nebenschlußbrücke 50 überbrückt, die in einem
Abstand von ihnen auf an der Tragplatte 45 befestigten unmagnetischen Trägern 50'
ruht. Dadurch werden zwei konzentrierte Magnetfelder 51 und 52 (Fig. 12) erzeugt.
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Ein Unruhkhoben 53 ist auf der Tragplatte 45 durch zwei Schrauben
54 und einen Paßstift 55 befestigt. Dieser Kloben trägt einen Lagerstein 56, in
dem die Unruhwelle 57 mit dem einen Ende gelagert ist. Das andere Ende der Unruhwelle
ist in einem Stein 58 in der Tragplatte 45 gelagert. Mit ihr ist die übliche Spiralfeder
59, die mit dem üblichen Rückenstift 60 im Eingriff steht, und die Unruh 61 mit
einer Zeigerschaltscheibe 62 und einer Kontaktscheibe 63 verbunden.
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Die Unruh (Fig.2, 12, 13) besitzt einen Metallkörper 64 in Form einer
8, der zwischen dem einen Armpaar eine elektrische Spule 65 trägt, während .die
Arme des anderen Armpaares mit den Enden 66 einwärts gebogen sind und Auswuchtschrauben
67 aufnehmen. Die Spule 65 ist mit ihrem einen Ende 90 (Fig. 11) durch Verbindung
mit dem 8-förmigen Metallkörper der Unruh mit der Gehäusemasse verbunden. Ihr anderes
Ende 9.1 ist mit einer Mutter 92 (Fig. 11) verbunden, die in eine plastische Masse,
z. B. Epoxydharz, eingebettet ist, die so verwendet werden kann, daß sie eine Schutzverkleidung
oder -bedeckung für die Spule und die Unruh mit Ausnahme der Auswuchtschrauben 67
bildet. Die plastische Masse kann dabei auch als Mittel zum Befestigen der Spule
in ihrer Stellung innerhalb des Rahmens der Unruh dienen. Eine in die Mutter 92
eingedrehte Schraube 93 (Fig. 3 und 5) stellt die elektrische Verbindung mit einem
Kontaktstreifen 68 her, der durch eine auf der Kontaktscheibe 63 aufsitzende Isolierhülse
69 getragen wird. Der Kontakt 68 schwingt mit der Unruh und gerät dabei periodisch
in Berührung mit einem federnden Kontaktarm 70, der an dem verlängerten Ende 71
einer Schraubenfeder 72, z. B. durch Lötung oder Schweißung, befestigt ist.
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Die Schraubenfeder 72 wird von einem Stift 73 (Fig. 13) getragen,
der in seinem breiten Kopf 74 einen Schlitz 75 aufweist, so daß er und die von ihm
getragene Feder 72 in jede gewünschte Winkelstellung gebracht werden können. Der
Stift wird durch Reibung in dem gespaltenen Ende 76 eines Tragarmes 77 getragen,
der mit der Tragplatte 45 durch eine Schraube 78 verbunden und durch einen Draht
79 an. die Batterie 46 angeschlossen ist. Mit dem aufwärts abgebogenen Ende geht
die Feder durch ein Loch 80 im Kopf 74 des Stiftes 72 und ist in ihm bei 81 festgelötet,
um eine gute elektrische Verbindung herzustellen. Der Tragarm 77 ist von der Tragplatte
45 und der Schraube78 durch zwei Isolierscheiben 62 isoliert.
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Der mit dem einen Ende der Spule 65 verbundene Kontaktstreifen 68
(Fig. 6) nimmt an der Schwingbewegung der Unruh 61 teil. Von der Kontaktscheibe
63 wird ein nichtleitender Steinstift 83 getragen, der
während
der Schwingbewegung der Unruh 61 mit dem Ende der Verlängerung 71 der Feder 72 in
Eingriff treten kann.
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In Fig. 6, in der die Unruh sich im Uhrzeigersinne bewegt, besteht
zwischen dem Federdraht 71 und dem Stift 83 keine Berührung; gleichzeitig ist auch
der Kontaktarm 70 außer Berührung mit dem -Kontaktstreifen 68. Gemäß Fig. 7 tritt
bei fortgesetzter Bewegung im Uhrzeigersinne der Stift 83 in Eingriff mit dem Federdraht
71, so daß die ganze Länge des Drahtes 71 im Sinne eines schwachen Aufdrehens der
Windungen der Feder 72 abgebogen wird. Hierzu bedarf es infolge der verhältnismäßig
großen Länge des Drahtes 71 und der Nachgiebigkeit der Schraubenfeder 72 nur eines
sehr geringen Energieaufwandes. Bei der weiteren Drehung im Uhrzeigersinne schnappt
die Feder 71 von dem Stift 83 ab und kehrt zusammen mit dem Kontaktarm 70 in die
Ruhestellung gemäß Fig. 6 und 8 zurück.
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In Fig. 8, in der eine Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinne stattfindet,
steht der Stift 83 im Begriff, von der anderen Seite auf den Federdraht 71 zu treffen.
In Fig. 9 hat der Stift 83 den Federdraht 71 so weit niedergedrückt, daß der Kontaktarm
70 in Schleifberührung mit dem Kontaktstreifen 68 gekommen ist. Diese Berührung
bleibt so lange bestehen, bis infolge der fortgesetzten Schwingbewegung der Unruh
das Ende des Federdrahtes 71 durch den Stift 83 freigegeben wird. Der Winkel, über
den der elektrische Kontakt hergestellt wird, kann durch Bewegen des Drahtpaares
70 und 71 entweder in der Längsrichtung oder rechtwinklig dazu in einer zur Drehachse
der Spindel 57 senkrechten Ebene durch Drehen des Trägers 77 um die Schraube 78
oder durch Drehen der Drähte um den Stift 74 oder durch Biegen der Drähte 70 und
71 und Änderung des zwischen ihnen bestehenden Winkels in der zur Achse der Spindel
57 senkrechten Ebene verändert werden. Auf dieselbe Weise kann der Kontaktdruck
zwischen dem Draht 70 und dem Kontaktstreifen 68 verändert werden. Es hat sich in
der Praxis gezeigt, daß eine passende Verbindung dieser Maßnahmen einen Bereich
von Veränderungsmöglichkeiten bezüglich der Kontaktdauer und -des Kontaktdruckes
schafft, der über das tatsächliche Bedürfnis hinausgeht. Der Kontaktdruck hängt
auch von der Nachgiebigkeit der Drähte 70 und 71 ab, woraus sich eine zusätzliche
Einstellungsmöglichkeit ergibt.
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Der passende Wert des Kontaktdruckes ist ein solcher, der genügend
groß ist, um einen guten elektrischen Kontakt zu erzielen, aber nicht so groß, daß
dadurch die Bewegung der Unruh übermäßig gebremst wird. Der Winkelbereich des Kontaktes
ist in Abhängigkeit vom gewünschten Schwingungsausschlag der Unruh zu wählen. Er
ist in seinem ausnutzbaren oberen Wert durch die räumliche Ausdehnung der verstärkten
magnetischen Felder 51 und 52 begrenzt.
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Gemäß Fig. 4 trägt die untere Schaltscheibe 62 einen Schaltstift 84,
der mit der Unruh und der Unruheelle schwingt. In der Bahn der Schwingbewegung des
Stiftes 84 befinden sich zwei ineinandergreifende Schalträder 85 und 86. Mit den
Zahnspitzen eines dieser Räder, z. B. 86, wirkt eine Sperrfeder 87 mit einem entsprechend
der halben Teilung der Zahnräder 85, 86 gezahnten Sperrstein 88 zusammen, dessen
Spitzen abgerundet sind, um eine Abnutzung der Zähne des Rades 86 zu verhüten. Die
Sperrfeder 87 ist lang und biegsam, aber genügend stark, um die Schalträder 85,
86 in halben Zahnabständen festzuhalten. Die Schalträder 85 und 86 sind so angeordnet,
daß ihre Zähne in die Bewegungsbahn des schwingenden Stiftes 84 gebracht werden,
und werden durch die Sperrvorrichtung 87, 88 jeweils so eingestellt, daß der Stift
84 bei seiner Bewegung in der einen Richtung einen Zahn des einen Rades erfaßt und
dadurch beide Räder um eine halbe Zahnteilung dreht, während er beim Zurückschwingen
mit einem Zähn des anderen Rades in Eingriff kommt, wodurch wieder beide Räder um
eine halbe Zahnteilung in derselben Richtung gedreht werden. Aus dieser Schrittbewegung
folgt eine Bewegung der folgenden Räder des Uhrwerkes in der einen oder anderen
Richtung, je nachdem das Zeigerschaltritzel 23 mit dem Rad 85 oder 86 verbunden
ist. Bei der dargestellten Verbindung mit dem Rad 86 dreht sich das Ritzel 23; in
Fig. 4 gesehen, im Uhrzeigersinne.
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Im Betrieb arbeitet die elektrische Uhr vermöge eines periodischen
Anstoßes, der möglichst nahe dem Totpunkt der Unruhbewegung durch Durchschicken
eines elektrischen Stromes durch die Spule 65 während ihres- Durchganges durch das
in bestimmter Richtung verlufende, durch die beiden permanenten Magnete und -deren
Überbrückungsnebenschluß erzeugte magnetische Feld stattfindet. Die Magnete können
aus einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen: Der Winkelausschlag der Unruhbewegung,
währenddessen die elektrische Energie in mechanische Energie mit-einem ausreichenden
Wirkungsgrad umgewandelt wird, ist durch den Winkel bestimmt, um den die Spule sich
beim Durchgang durch das verstärkte magnetische Feld bewegt.
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Bei Stromschluß fließt ein Strom von der Batterie 46 durch ihre Bodenplatte
47, die Tragplatte 45, die Unruhscheibe 53, die Schwingungsfeder 59, die Unruhspindel
57, die Spule 65, den Kontakt 68, den Kontaktarm 70, die Feder 72, den Träger 77
und die Leitung 79 zurück zur Batterie. Bei Erregung der Spule 65 während ihres
Durchgangs durch das magnetische Feld zwischen den Enden der Magnete 48 und 49 und
der Brücke 50 gibt sie Energie an die Unruh 61 ab, die ihrerseits durch den Stift
84 den Schalträdern 85 und 86 eine Drehbewegung erteilt, wodurch die Zeiger durch
Vermittlung des Rädergetriebes gedreht werden.
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Die auf die angegebene Weise der Unruh erteilte Energie ersetzt bei
jedem Hin- und Herschwingen der Unruh die von ihr zur Überwindung der Reibungsverluste,
des Luftwiderstandes, des Federverlustes der Unruhspiralfeder (wie bei den üblichen
Uhren mit Federantrieb), verbrauchte Energie sowie auch die von der Unruh für die
Herstellung des elektrischen Kontaktes und für das Schalten des Zahnräderwerkes
aufgewendete Energie, worin, und zwar besonders in letzterem Punkt, die Wirkung
nicht dieselbe ist wie bei den gewöhnlichen Uhren mit Federkraftantrieb. Es wird
eine Bewegung erzeugt, bei der das Gleichgewicht zwischen der aufgewendeten und
zugeführten Energie aufrechterhalten wird. Die Unruh und ihre Spiralfeder wirken
in der üblichen Weise, wobei die Ausgleichsenergie in ihrer Form zwischen kinetischer
Energie der Unruh und potentieller Energie der Feder und umgekehrt nach bekannten
Gesetzen wechselt mit dem Ergebnis, daß die Schwingungen in gleichen Zeiten ausgeführt
werden und die Zeiger sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegen.