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Elektrische Uhr mit Batterieantrieb Die Erfindung bezieht sich auf
elektrische Uhren und insbesondere auf eine elektrische Armbanduhr mit einem eine
hohe Antriebskraft liefernden und magnetische Streufelder weitestgehend reduzierenden
Batteriebetrieb.
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Eines der Hauptprobleme bei der Herstellung elektrischer Armbanduhren
unter Verwendung von Permanentmagneten ist das Auftreten magnetischer Streufelder.
die die Stahlteile in der Uhr magnetisieren und auf die temperaturausgeglichene
Unruhspiralfeder so einwirken, daß diese die Ganggenauigkeit der Uhr nachteilig
beeinflußt.
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Es sind bereits mit »galvatiometrischem« Prinzip arbeitende elektrische
Uhren bekannt, d. h. solche, bei denen die periodisch stromgespeiste Spule von der
Unruhwelle getragen wird; auch sind dabei schon solche Anordnungen bekannt, bei
denen diese Spule zwei oder auch mehr auseinanderliegende, im wesentlichen parallel
zur Unruhwelle verlaufende »aktive« drehmomenterzeugende Teile aufweist, die sich
im Augenblick des Stromflusses gleichzeitig in auseinanderliegenden radialen verstärkten
Feldbereichen befinden; diese werden erzeugt durch zwischen der Spule und der Unruhwelle
stationär angeordnete magnetische Mittel, z. B. in Form eines großen, massiven Ringmagneten,
und zweite, an der anderen Spulenseite stationär angeordnete magnetische Mittel,
z. B. in Form einer Brücke oder auch eines Eisenringes. Diese beiden Teile werden
zur Verbesserung des magnetischen Wirkungsgrades durch die - hier eiserne -Werkplatte
selbst miteinander verbunden. Abgesehen von der Schwierigkeit und Raumaufwendigkeit
des Magnetsystems hat die Verwendung einer eisernen Platine außer ihren fabrikatorischen
und Lagerschwierigkeiten auch den erheblichen Nachteil. daß durch diese Rückschluß-Werkplatte
alle benachbarten empfindlichen Teile des Uhrwerks magnetisch störend beeinflußt
werden können. Der gleiche Mangel tritt bei einem anderen bekannten System auf,
wo entweder auf beiden Seiten der Spule axial polarisierte Ringsegmentmagnete oder
Dreiecksanordnungen mehrerer ebenfalls axial polarisierter Stabmagnete mit massiven
Rückschlußplatten vorgesehen sind, wobei die letztgenannte Anordnung trotz der Verwendung
der an sich leichter zu fertigenden hochkoerzitiven und daher an und für sich kleinen
Stabmagnete ebenfalls für eine Kleinuhr, z. B. Armbanduhr, zu raumaufwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten elektrischen
Uhren mit Batterieantrieb zu verbessern, indem die Lebensdauer der Batterie verlängert
und die Ganggenauigkeit weitestgehend erhöht wird, ohne daß die Magnet- und Spulensysteme
teuer und raumaufwendig werden.
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Bei einer elektrischen Uhr mit Batteriebetrieb und einer von der Unruhwelle
getragenen und periodisch stromgespeisten Spule, welche Teile aufweist, die durch
radiale Magnetfelder hindurchgehen, die durch erste, zwischen der Spule und der
Unruhwelle stationär angeordnete magnetische oder magnetisierbare Mittel und durch
zweite, an der der Unruhwelle abgewandten Seite der Spule angeordnete magnetische
oder magnetisierbare Mittel und einem die beiden magnetischen oder magnetisierbaren
Mittel verbindenden dritten ferromagnetischen Glied erzeugt werden, werden die Mängel
der bekannten Systeme erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß kleine zylindrische,
von ferromagnetischen Mitteln getragene Stabmagnete verwendet werden, jedoch derart
abgewandelt, daß die ersten und zweiten magnetischen oder magnetisierbaren Mittel
aus konzentrischen, relativ dünnwandigen ferromagnetischen Ringen bestehen, die
Stabmagnete an einem der Ringe befestigt sind und sich zum anderen Ring hin erstrecken,
die Ringe durch einen dritten nicht die Werkplatine bildenden, im wesentlichen sich
nur auf den Bereich des Magnet- und Spulensystems erstreckenden, ferromagnetischen
Ring verbunden sind und der gesamte Aufbau, insbesondere also auch der letztgenannte
Rückschlußring, in einer nicht magnetisierbaren Platte befestigt ist, in derartiger
Ausbildung, daß einerseits die magnetische Feldkraft begrenzt und andererseits Streufelder
in den empfindlichen Uhrteilen unterbunden werden.
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In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. In den Zeichnungen ist Fig.1 eine perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen
Uhr in einer Ausführungsform,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die in
Fig. 1 dargestellte Uhr nach der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht
der in Fig. 1 dargestellten Uhr, teilweise im Schnitt, Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht der in der Uhr nach Fig. 1, 2 und 3 verwendeten Spule, Fig.5 eine perspektivische
Ansicht einer anderen Ausführungsform der Spule, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht
eines Teiles der Unruh mit einer nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
ausgebildeten Spule, Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Unruh mit einer an
derselben befestigten Spule nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig.8
ein Vertikalteilschnitt durch die Uhr nach Fig. 1, 2 und 3, der den die Rückschlußringe
verbindenden ferromagnetischen Ring zeigt, und Fig.9 eine Teilansicht einer Spule
in geänderter Ausführungsforrn.
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In den Fig. 1 bis 3 ist eine elektrische Uhr 10 dargestellt, die von
der Werkantriebsseite in Fig. 1 und 2 aus gesehen eine Tragplatte 12 aufweist, auf
welcher eine Unruh 14 angeordnet ist, die von einer vermittels einer Schraube 18
auf der Tragplatte 12 befestigten Unruhbrücke 16 gehalten wird. Die Unruhbrücke
16 trägt ein Steinlager 20, in welchem ein Ende der Unruhwelle 22 gelagert ist.
Die Unruhwelle ist mit der üblichen Unruhspiralfeder 23 versehen, die von einem
üblichen Rücker 25 reguliert wird. Die Unruh 14 trägt ferner ein plattenförmiges
Drehteil 27, das einen Stift 29 und einen Kontakt 31 zwecks periodischen elektrischen
Kontaktes mit einem Kontaktfederarm 33 aufweist. Der Kontakt 31 wird von einem an
der Platte 27 befestigten Streifen 35 getragen, mit dem ein Ende einer noch zu beschreibenden
Spule verbunden ist. Die Unruh 14 besteht aus einem Reifen 24, der durch Arme 28
mit der Nabe 26 fest verbunden ist. Die Uhr kann mit einem (nicht dargestellten)
üblichen Räderwerk sowie mit einem Zifferblatt 30, einem Stundenzeiger 32, einem
Minutenzeiger 34 und einem Sekundenzeiger 36 versehen sein, wie am besten aus Fig.
3 ersichtlich ist.
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In der Tragplatte 12 ist unterhalb der Unruh 14 eine zylinderförmige
Ausnehmung 38 vorgesehen. Die Tragplatte weist Ausschnitte auf, so daß Seitenflächen
42 und 44 und untere Flächen 52, 54 gebildet werden. Diese Flächen nehmen Ösen 46
und 48 eines Ringes 50 aus magnetischem Material auf, der in der zylinderförmigen
Ausnehmung 38 angeordnet ist. Die Ösen 46 und 48 befinden sich an dem oberen Teil
des Ringes 50 und sind auf den unteren Flächen 52 und 54 der Tragplatte 12 mit Schrauben
56 und 58 befestigt. Der magnetische Ring 50 ist mit Öffnungen versehen, in die
vier zylinderförmige Magnete 60, 62, 64 und 66 eingepreßt sind, deren Länge im Verhältnis
zum Durchmesser vorzugsweise nicht mehr als 1 : 1 beträgt. Für dieses Dimensionsverhältnis
optimal geeignete magnetische Stoffe sind in einem älteren Vorschlag der Erfinderin
näher beschrieben. Wenn diese Magnete hier als zylinderförmig bezeichnet werden,
so ist zu bemerken, daß diese Bezeichnung in ihrem breitesten geometrischen Sinne
zu verstehen ist und sich nicht auf ausgesprochen kreisförmige Zylinder beschränkt.
Der Ring 50 ist aus irgendeinem geeigneten magnetisierbaren Material, beispielsweise
niedriggekohltem Stahl, hergestellt, und die Magnete 60, 62, 64 und 66 sind so angeordnet,
daß benachbarte Magnete nach innen gerichtete Pole entgegengesetzter Polarität haben,
wenn eine Spule der dargestellten Art verwendet wird. An dem Reifen 24 der Unruh
14 ist eine im ganzen mit 68 bezeichnete Spuleneinheit befestigt, die aus einer
vorzugsweise in Kunststoff 72 eingebetteten Spule 70 besteht. In den Fig. 1, 3 und
4 ist die Spule 70 in Zickzackform gewickelt und besteht aus einer Vielzahl bogenförmiger
unterer und oberer horizontaler Teile 76, die durch vertikale Teile 78 miteinander
verbunden sind. Die Spule 70 hat vier vertikale Teile 78, die so angeordnet sind,
daß sie alle gleichzeitig im Bereich der Magnete 60, 62, 64 und 66 liegen können.
Ein Ende der Spule 70 ist an der Unruh 14 mit Masse verbunden, während das andere
Spulenende mit dem Streifen 35 und dem Kontakt 31 auf der Kontaktsteuerplatte 27
verbunden ist. Die Unruh steht in elektrischem Kontakt mit der Tragplatte, an die
eine Klemme einer geeigneten Batterie angeschlossen ist. während die andere Klemme
dieser Batterie mit dem Kontaktfederarm 33 verbunden ist.
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In den Fig. 3 und 8 ist ein Ring 80 aus magnetisierbarem Material
in dem unteren Teil der Spuleneinheit 68 auf einem ferromagnetischen Ring 105, der
sich zwischen den Ringen 50 und 80 erstreckt, konzentrisch angeordnet. Durch die
stationären Ringe 50 und 80 und den Ring 105 wird daher der magnetische
Fluß bzw. das magnetische Feld der Magnete 60, 62, 64 und 66 an den nach innen gerichteten
Flächen der Magnete konzentriert, so daß ein relativ geringes Streufeld entsteht.
Diese magnetischen Felder sind stationär und in der Weise angeordnet, daß sie die
vertikalen Teile 78 der Spule 70 gleichzeitig kreuzen.
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Im Betrieb wird durch den Kontaktfederarm 33 und den Kontakt 31 die
Spule 70 immer dann erregt, wenn die Unruh mit der Spule sich umgekehrt dem Uhrzeigersinn
durch die in Fig. 2 dargestellte Stellung bewegt. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich
die vertikalen Spulenteile 78 innerhalb der konzentrierten magnetischen Felder an
den Flächen der Magnete 60, 62, 64 und 66, so daß durch die Erregung der Spule vier
gleichzeitige Impulse an die Spule und Unruh abgegeben werden, um sie entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn zu bewegen. Dadurch wird bei einem gegebenen Spulenstrom eine
ungefähr zweimal so große Impulsdrehkraft erzielt, als es mit früheren Zweifeld-Anordnungen
der Fall war. Auf diese Weise wird entweder eine Verkleinerung der Batteriegröße
oder eine erhöhte Lebensdauer der Batterie ermöglicht. Auf Wunsch kann auch die
Anzahl der Spulenwindungen verringert werden, wodurch sich die Kosten für die Spule
ermäßigen.
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Obgleich in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten erfindungsgemäßen
Ausführungsform nur vier vertikale Spulenteile und vier Magnete verwendet werden,
ist in der Konstruktion nach der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung einer
größeren Anzahl Magnete, ohne Änderung der Uhrengröße, möglich. So ist in Fig.5
beispielsweise eine andere Ausführungsform einer Spuleneinheit 84 dargestellt, die
aus einer Zickzackspule 86 besteht, welche in einen Kunstharzring 88 eingebettet
ist. Nach dieser Ausführungsform der Erfindung weist die Spule 86 sechzehn vertikale
Teile 90 auf, die mit sechzehn konzentrierten Magnetfeldern zusammenarbeiten können.
Bei Verwendung einer beispielsweise aus den in Fig. 8 dargestellten Ringen 50 und
80 und dem Ring 105 bestehenden Magnetankeranordnung beansprucht der impulsgebende
Mechanismus nicht mehr Raum in der Uhr als in der erfindungsgemäßen Ausführungsform
nach den Fig.l bis 3.
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In beiden vorstehenden Ausführungsformen kann sowohl der Spielraum
zwischen der inneren Fläche
der Spuleneinheit 68 und dem inneren
stationären Magnetanker 80 als auch der Spielraum zwischen den inneren Flächen der
Magnete 60, 62, 64 und 66 und der äußeren Fläche der Spuleneinheit so gering gehalten
werden, daß eine stoß- und erschütterungsfeste Anordnung der Unruh gegeben ist.
Dieselbe minimale Abstandhaltung, die eine erschütterungsfreie Anordnung der Unruh
gestattet, verstärkt auch die Magnetfelder, durch welche sich die aktiven vertikalen
Spulenteile bewegen, während gleichzeitig das Streufeld auf ein Minimum reduziert
wird.
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Obgleich gesagt worden ist, daß die nach innen gerichteten Flächen
benachbarter Magnete von entgegengesetzter Polarität sind, ist dieser Umstand nicht
von wesentlicher Bedeutung, und es kann auch eine andere Anordnung Anwendung finden.
Es ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß die Polarität des magnetischen Feldes
von der Richtung des Stromflusses in den innerhalb des Magnetfeldes befindlichen
Spulenteilen bestimmt wird und daß mit einer zweckmäßig geformten Spule und einem
entsprechenden Magnetkreis die benachbarten :Magnetfelder auch die gleiche Polarität
haben können.
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In Fig.6 ist eine andere Spule gezeigt, die verwendet werden kann.
Auf dem Reifen 124 der Unruh 120 ist eine längliche, bogenförmig gekrümmte Spule
138 angeordnet, die in zu der Ebene der Unruh parallel verlaufenden Ebenen liegende,
bogenförmig gekrümmte Längsseiten 140 und 142 sowie zu der Ebene der Unruh rechtwinklige
Endteile 144 und 146 aufweist. Die Spule 138 kann an der Unruh in irgendeiner geeigneten
Weise, z. B. vermittels Klammern 148 und 150, befestigt werden, wobei diese Klammern
hakenförmig gebogene Teile 152 und 154 besitzen, welche die obere Längsseite 140
der Spule festklemmen. Die Klammern 148 und 150 können vermittels Schrauben 156
und 158 auf dem Reifen 124 der Unruh 120 befestigt werden.
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In Fig.7 ist wiederum eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt, in der eine Unruh 160 auf einer Tragplatte 162 in ähnlicher
Weise wie in den vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen angeordnet
ist. Die Unruh 160 besteht aus einem Reifen 164, der über Tragarme 168 mit der Nabe
166 verbunden ist. Die Nabe 166 ist in üblicher Weise auf der Unruhwelle 170 befestigt.
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Auf der Unruh 160 ist eine Spuleneinheit 172 angeordnet, die aus einer
im ganzen mit 174 bezeichneten, teilweise in einer Kunstharzplatte 176 eingebetteten
Spule besteht. Die Spule 174 besitzt einen im allgemeinen V-förmigen Teil, der in
der Ebene der Unruh liegende Schenkel 178 und 180 aufweist. Diese Schenkel 178 und
180 sind an ihrem inneren Ende miteinander verbunden, während ihre äußeren Enden
nach unten gebogen sind und sich im allgemeinen rechtwinklig zu der Ebene der Unruh
erstreckende und von dieser herabhängende Schenkel 182 und 184 bilden. Die Schenkel
182 und 184 sind an ihrem unteren Ende durch einen in einer Ebene parallel zu der
Unruh 160 liegenden, bogenförmigen Spulenteil 186 verbunden. Der V-förmige Teil
der Spule 174 ist in die Kunstharzplatte 176 eingebettet, die eine tortenstückartige
Form haben kann, wie in Fig. 7 dargestellt ist, und die eine herabhängende Kante
190 aufweisen kann, die sich über den äußeren Rand des Reifens 164 der Unruh 160
nach unten erstreckt. Die Platte 176 kann an der Unruh in jeder geeigneten Weise,
z. B. durch Schrauben 192 und 194, befestigt werden.
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Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß mit der vorliegenden
Erfindung ein elektrischer Uhrenmechanismus geschaffen worden ist, der eine Antriebsquelle
von ausreichender Wirksamkeit besitzt, um eine lange Gebrauchsdauer bei begrenzter
elektrochemischer Energiequelle zu gewährleisten, wobei nur unbedeutende oder zumindest
nicht zu beanstandende magnetische Streufelder erzeugt werden. Durch die in den
Uhren nach der vorliegenden Erfindung verwendete Antriebsquelle kann gleichzeitig
eine erschütterungsfreie Anordnung der Unruh und eine Antriebskraft von hoher Wirkung
erzielt werden, wobei die Antriebsspule nach anderen Ausführungsformen der Erfindung
auch in nur einem Sektor der Unruh untergebracht werden kann. Bei einigen Ausführungsformen
nach der vorliegenden Erfindung ist ein Gewichtsausgleich der Unruh durch Gegengewichte
nicht erforderlich.