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Schlagwerksuhr Die Erfindung bezieht sich auf eine von einem Gleichstrommotor
angetriebene Schlagwerksuhr. Ziel der Erfindung ist es, den Antrieb solcher Uhren
so auszugestalten, daß eine hohe Ganggenauigkeit bei geringer Abnutzung der bewegten
Teile erreicht wird, und den Aufzug der Triebfeder des Schlagwerks so auszugestalten,
daß .die Leistung des Motors nur ganz geringfügig, um wenige Prozent, erhöht werden
muß.
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Es ist bekannt, zwischen der Hemmung der Uhr, z. B. dem Ankerrad einer
Unruhhemmung, und dem Antriebsmotor eine Feder derart zwischenzuschalten, daß trotz
des intermittierenden Arbeitens der Hemmung der Motor selbst stetig laufen kann,
wobei der Antrieb des Zeigerwerks über von dem Motor getriebene Räderübersetzungen
erfolgt und wobei weiterhin über dieses Räderwerk der periodische Aufzug einer zusätzlichen
Zugfeder abgeleitet wird, die ein Schlagwerk oder eine Weckervorrichtung antreibt.
Diese bekannte Uhr hat jedoch den Nachteil, daß nicht nur, wie bei mechanischen
und auch elektrischen Uhren im allgemeinen üblich, der Zeigerwerksantrieb entsprechend
dem Arbeitender Hemmung intermittierend erfolgt (»springende« Sekunde), sondern
daß auch das Aufziehen der Schlagwerksfeder intermittierend erfolgt, so daß beim
jedesmaligen Arbeitshub die Trägheitskräfte aus der Ruhe neu überwunden werden müssen,
wodurch eine größere Leistung erforderlich ist; das ist vor allem bei Uhren mit
Batteriebetrieb ungünstig.
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Gemäß der Erfindung ist eine Schlag-,verksuhr der oben geschilderten
Art dadurch. gekennzeichnet, daß eine Anordnung verwendet wird, bei welcher die
zwischen der Hemmung und dem Motor liegende Feder in einem Parallelzweig erst hinter
dem ersten Radpaar der Räderübersetzung derart angeordnet ist, daß nicht nur der
Motor stetig laufen kann, sondern auch das Zeigerwerk von ihm nicht intermittierend,
sondern stetig mit der durch die Motordrehzahl und die Hemmung bestimmte Drehzahl,
daß jedoch die Anordnung derart abgewandelt ist, daß- der Aufzug der Triebfeder
des Schlagwerks, Weekerwerks od. dgl. völlig unabhängig von dem Ablauf des Hemmwerks
und des Zeigerwerks getrennt durch den Motor erfolgt unter Verwendung einer Kupplungsfeder
und eines derartig ausgebildeten Auslösegliedes an der Kupplung, das die Entkupplung
bzw. Kupplung des Motors stets nach einem gleichbleibenden Aufzugs- bzw. Ablaufweg
der Triebfeder für das Schlagwerk od. dgl. bewirkt.
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Es ist zwar schon bekannt, die zwischen Hemmung und Motor liegende
Feder in einem Parallelzweig erst hinter dem ersten Radpaar der Räderübersetzung
anzuordnen, wobei nur infolge Zwischenschaltung einer Reibungskupplung zwischen
Motor und Triebfeder ein stetiger Lauf des Motors und damit auch in gewissen Grenzen
des Zeigerwerks erzielbar ist; diese Anordnung ist aber nicht ohne weiteres auf
eine Uhr mit gleichzeitigem Aufzug einer Schlagwerkstriebfeder übertragbar.
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Auch ist die Verwendung einer Kupplungsfeder in dem gemäß Erfindung
völlig unabhängig ausgebildeten Aufzug der Triebfeder des Schlagwerks od. dgl. an
sich nicht neu, sondern vor allem die Verbindung mit der Anordnung eines Auslösegliedes
an der Kupplung, das stets nach einem gleichbleibenden Aufzugs- bzw. Ablaufweg der
Triebfeder die Entkupplung bzw. Kupplung mit dem Motor auslöst.
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Bei richtiger Bemessung des Trägheitsmomentes des Motorläufers und
der Zwischenfeder zur Hemmung ist es bei der erfindungsgemäßen Uhr trotz der weiteren
Arbeitsleistung des Motors für den Schlagwerksfederaufzug nicht notwendig, zwischen
Motor und Hemmwerkstriebfeder auch- eine besondere Reibungskupplung zwischenzuschalten,
wie sie bei den bekannten Uhren mit Parallel- oder Hintereinanderschaltung der Zwischenfeder
vorgesehen ist. Die Vermeidung einer Reibungskupplung ist vorteilhaft, da deren
Funktion über längere Betriebszeit infolge der zunehmenden Abnutzung der damit verbundenen
Änderung des Reibungskoeffizienten nicht einwandfrei ist. Da gemäß Erfindung der
Motor und die Aufziehwelle für die Triebfeder des Schlagwerks od. dgl. von der Hemmung
unabhängig sind, kann die Aufzieheinrichtung nicht nachteilig beeinflußt werden,
und es genügt eine sehr geringe Energie zum Aufziehen des Schlagwerks,
da
es nicht schrittweise, sondern stetig erfolgt. Die Feder des Schlagwerks wird also
auch in den Zeiten aufgezogen, wenn das Hemmungsrad anhält. Dadurch wird der große
Vorteil erzielt, daß die vom Motor abgegebene Leistung nur um wenige Prozent für
das Schlagwerk zu erhöhen ist. Da das Arbeitsvermögen der Triebfeder für das Schlagwerk
beim Ablauf konstant ist, können die Abstände zwischen den Schlagzeiten genau eingehalten
werden, ohne Energieverlust, so daß eine schwache Antriebsfeder genügt, die mit
geringer Kraft aufgezogen werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
aus welchem weitere Einzelheiten hervorgehen. Es zeigt Abb. 1 eine schaubildliche
Darstellung des Antriebs der neuen Uhr, bestehend aus Gleichstrommotor, Hemmung
und einer vom Motor aufzuziehenden Feder für das Schlagwerk od. dgl., Abb. 2 eine
schaubildliche Darstellung in größerem Maßstab der Aufziehvorrichtung für die Feder
des Schlagwerks od. dgl. und Abb.3 ein Diagramm der Beziehung zwischen Drehmoment
und Zeit.
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Die Uhr enthält einen Gleichstrommotor 1, ein Getriebe 2, eine Feder
3, einen Verbindungshebel 4, eine Hemmung 5, Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger
6, 7 und B. Weiterhin sind eine automatische Aufziehvorrichtung 9 für die Schlagwerksfeder
15, ein Schlagwerk 10, eine Aufziehwelle 11 (vgl. auch Abb. 2), eine
Kupplungsfeder 12, ein offenes Federhaus 13, eine Kupplungsstange 14 und ein Zahnrad
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für das Schlagwerk, ein Haltestift 17, Triebe 18 und 19 und ein Zahnrad
20 vorgesehen.
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Der Motor 1 treibt die Hemmung 5 über ein Zahnrad des Getriebes 2,
die Feder 3 und den Verbindungshebel 4 an, wobei die Drehzahl des Motors durch die
Hemmung 5 geregelt wird. Die Bewegung des Hemmungsrades in der Hemmung ist unterbrochen
(intermittierend), die des Motors 1 aber gleichmäßig, was folgendermaßen zu erklären
ist: Die vom Motor abgegebene Kraft reicht aus, um sowohl die Hemmung wie auch das
Zeigerwerk anzutreiben und außerdem die Antriebsfeder für das Schlagwerk od. dgl.
aufzuziehen. Da das Hemmungsrad sich schrittweise bewegt und die Geschwindigkeit,
mit welcher dem Hemmungsrad ein Stoß erteilt wird, sehr hoch ist, sind eine Feder
3 und ein Verbindungshebel 4 zwischen dem Motor 1 und dem Hemmungsrad vorgesehen,
so daß diese Feder dem Hemmungsrad plötzlich Stöße erteilen kann. Abb. 3 veranschaulicht
die Veränderung des Drehmomentes des Motors 1 (Linie A) und das Widerstandsmoment
(Gegendrehmoment) der Feder 3 (schraffierte Flächenstücke B), welches sich entsprechend
dem Verlauf der intermittierenden Bewegung des Hemmungsrades verändert. Im Zeitpunkt
to beginnt der Stoß und endet im Zeitpunkt t1. Im Zeitpunkt t2 beginnt wieder ein
Stoß. Demgemäß ist ti-to die Stoßzeit und t.-t, die Haltezeit.
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Wie sich aus dem Diagramm ergibt, ist die Stoßzeit sehr kurz und die
Haltezeit lang, und zwar infolge des bekannten charakteristischen Verhaltens der
Hemmung, und der Motor 1 würde an sich ungleichmäßig umlaufen, selbst wenn eine
Feder 3 zwischen dem Motor 1 und dem Hemmungsrad wie bei den bekannten Bauarten
vorgesehen ist, wobei die Winkelgeschwindigkeit co, des Rotors im Zeitpunkt t2 am
kleinsten und die Winkelgeschwindigkeit co2 im Zeitpunkt t1 am größten ist.
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Der nicht gleichmäßige Umlauf des Motors, wie er unter üblichen Bedingungen
stattfindet, wird jedoch in eine gleichmäßige und stetige verwandelt. Zieht man
in Betracht, daß der Läufer des Motors 1 ein Schwungrad und die Feder 3 dem Läufer
ein Widerstandsmoment (Gegendrehmoment) darstellt, und bezeichnet man mit I das
Trägheitsmoment des Läufers, mit A2 - A: die benötigte Arbeit, mit c) die
mittlere Winkelgeschwindigkeit des Läufers und mit 8 den Betrag der Änderung der
Winkelgeschwindigkeit, so erhält man folgende Beziehungen: I = (A2-Ai) l
(02-a, l5 = (W2-(01) Co.
Infolgedessen ist die Geschwindigkeit des
Läufers bestimmt, sobald die zulässige Änderung der Winkelgeschwindigkeit des Läufers,
das Trägheitsmoment des Läufers, das benötigte Drehmoment der Hemmung und das Gegendrehmoment
der Feder bekannt sind, und man erhält einen gleichmäßigen Umlauf, wenn die obenerwähnten
Bedingungen erfüllt sind.
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Es kann der Fall eintreten, daß man nur schwer eine gleichmäßige Umdrehung
erhält infolge eines zu kleinen Trägheitsmomentes des Läufers. Man kann sie dann
durch entsprechende Hilfsmittel erreichen, z. B. durch Zwischenschaltung eines entsprechend
bemessenen Schwungrades zwischen dem Motor 1 und der Feder 3 oder indem man zwei
Federn benutzt, die hintereinander, also gewissermaßen stufenartig, angeordnet sind.
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Der in der oben beschriebenen Weise - trotz Vorhandenseins einer Hemmung
- mit konstanter Geschwindigkeit umlaufende Motor treibt unmittelbar, d. h. ohne
Antrieb von einer Zwischenfeder das Zeigerwerk mit dem Sekundenzeiger 6, Minutenzeiger
7 und Stundenzeiger 8 über das Getriebe 2.
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Andererseits bewirkt eine Aufziehvorrichtung 9, welche in Abb. 1 im
ganzen und in Abb. 2 mehr im einzelnen dargestellt ist, den Aufzug der Schlagwerksfeder
15 durch die Aufziehwelle 11. Diese wird durch das Getrieberad 20,
in welches das mit dem Getriebe 2 in Verbindung stehende Ritzel 19 eingreift, angetrieben.
Die Feder 15 ist mit einem Ende an dem offenen Federhaus 13 befestigt und mit dem
anderen Ende am Schlagwerkszahnrad 16. Das Federhaus 13 und das Zahnrad 16 sitzen
lose auf der Welle 11. Das Zahnrad 16 ist mit dem in Abb. 1 mit 10 bezeichneten
Schlagwerk über einen Trieb 18 verbunden. Dieser ist so gesteuert, daß er
sich nicht dreht, ausgenommen zur Schlagzeit, zu der er durch ein entsprechendes
System, das mit dem Gangwerk verbunden ist, ausgelöst wird.
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Eine Kupplungsfeder 12, welche in der Drehrichtung der Aufziehwelle
11 um diese gewickelt ist, ist mit einem Ende am Federsitz 13 und mit dem anderen
am Kupplungshebel 14 befestigt. Dieser Hebel sitzt lose auf der Welle 11, aber so,
daß die Reibung zwischen ihm und :der Welle ausreicht, um ihn mitzudrehen, bis er
mit dem Haltestift 17 in Berührung kommt.
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Die Kupplungsfeder 12 ist so um die Welle 11 gewickelt,
daß sie auf der Oberfläche der Welle liegt. Sobald die Welle 11 gedreht wird, dreht
sich auch ein Ende der Kupplungsfeder 12, welches an dem Kupplungshebel befestigt
ist, der sich durch Reibung mit der Welle 11 dreht, während an das andere Ende der
Kupplungsfeder 12 von dem mit der Feder 15 verbundenen Federsitz 13
eine Kraft angreift. Die Kupplungsfeder 12 wird infolgedessen immer fester um die
Welle gewickelt, und unter diesen. Umständen laufen die Kupplungsfeder 12, der Kupplungshebel
14 und die Welle 11 als ein Körper, vom Zahnrad 20 angetrieben,
um,
so daß die Feder 15 des Schlagwerks aufgezogen wird.
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Ein Haltestift 17 ist an dem Zahnrad 16 befestigt, so daß der Hebel
14 nicht weiter umlaufen kann, sobald er mit ihm in Berührung kommt; die Welle 11
jedoch läuft weiter um, da der Hebel 14 lose auf ihr sitzt, und die Kupplungsfeder
12, welche fest angezogen war, wird durch den Kupplungshebel 14 gelöst, wodurch
es der Welle 11 ermöglicht wird, im Verhältnis zum Kupplungshebel 14 und zum Federsitz
13 zu gleiten. Unter diesen Umständen wird die Feder 15 nicht weiter aufgezogen,
obwohl die Welle 11 weiter umläuft. Wenn die Welle 11 in dieser Weise umläuft, hat
sie ein Belastungsdrehmoment, das aber nur aus der Reibung der Kupplungsfeder 12
mit der Welle 11 infolge der von der Feder 15 ausgeübten Kraft besteht. Es ist also
kein Unterschied in der Belastung im Vergleich mit dem Zustand beim Aufziehen vorhanden.
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Sobald die Schlagzeit gekommen ist und die zurückhaltende Wirkung
des Zahnrades 18 beseitigt ist, wird das Zahnrad 16 durch die in der Feder 15 gespeicherte
Energie in Umdrehung versetzt. Für die Auslösung zur Schlagzeit kann eine übliche
Vorrichtung verwendet werden.
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Gegebenenfalls kann das Aufziehen der Feder durch Drehen des Uhrzeigers
7 bewirkt werden, wodurch die Welle 11 über das Ritzel 19 und das Zahnrad 20 gedreht
wird ebenso wie in dem Fall, in welchem das Aufziehender Feder durch den Motor bewirkt
wird, während das Gangwerk betätigt wird. Es muß freilich bei diesem Handaufzug
auch der Rotor des Motors mitgedreht werden, so daß unter Umständen beim Handaufzug
infolge zu starker Spannung der Zwischenfeder 3 die Unruh ins Prellen gerät.
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Sobald das Zahnrad 16 in Umdrehung versetzt wird, dreht sich der Haltestift
17 und kommt auf der anderen Seite mit dem Kupplungshebel 14 in Berührung; in diesem
Augenblick ist das Aufziehen der Feder 15 beendet. Infolgedessen kann die Kraft
der Feder 15 in verhältnismäßig engen Grenzen.veränderlich gehalten werden, indem
man ihr eine gewisse Vorspannung gibt und ebenso durch Begrenzung des Winkelbereichs,
innerhalb dessen .die Feder aufgezogen wird, und die Kraftabgabe der Feder und die
Belastung der Antriebskraft kann nahezu konstant gehalten werden; die Ganggenauigkeit
der Uhr wird praktisch nicht beeinträchtigt, während eine einwandfreie Betätigung
des Schlagwerks erreicht wird infolge der Tatsache, daß die Leistungsabgabe der
Feder nahezu konstant gehalten werden kann.