DE1151765B - Vorrichtung zur Konstanthaltung des Antriebsmoments bei elektromagnetisch aufgezogener Uhr - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Konstanthaltung des Antriebsmoments bei elektromagnetisch aufgezogener Uhr Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Antriebsmoments eines Energiespeichers einer periodisch betätigten elektromagnetischen Aufzugsvorrichtung, insbesondere für elektrische Uhren, mit einer zylindrischen Schraubenfeder, die so am Übertragungsglied zum Uhrwerk angreift, daß die Verringerung der Federkraft während des Ablaufs zwischen zwei Aufzügen durch Vergrößerung des wirksamen Hebelarms mindestens teilweise ausgeglichen wird. Da die bisher bekannten Uhren dieser Gattung, wie weiter unten im einzelnen dargelegt wird, diese Aufgabe nur unvollkommen lösen, wird bei der im Anspruch gekennzeichneten und weiter unten erläuterten Erfindung ein anderer Weg mit größerem Erfolg beschritten.
• Wird, wie Fig. 1 es zeigt, eine zylindrische Schraubenfeder über einen Exzenter an einem Abtriebsrad befestigt, so ist die Gerade zwischen Drehachse des Abtriebsrades und dem tangentialen Berührpunkt der Feder mit dem zylindrischen, kreisförmigen Exzenter als Hebelarm zu betrachten. Der Hebelarm ändert sich, wie weiter unten mathematisch abgeleitet wird, zwischen einem Maximal- und Minimalwert annähernd cosinusförmig in Abhängigkeit vom Drehwinkel (p der Abtriebswelle. Die am Hebelarm wirkende Federkraft verläuft annähernd nach der Form P=Po+c-s, wobei Po die Vorspannung, c die Federkonstante und s der vom Drehwinkel (p abhängende Federweg ist. s ist als Funktion von g) die Summe einer durch den Ursprung gehenden Geraden und einer Sinuslinie, wobei die Koeffizienten einerseits von der Exzentrizität, andererseits vom Radius des Exzenters abhängen. Durch geeignete Wahl des Abstandes des Exzentermittelpunkts zum Drehmittelpunkt und des Exzenterradius gelingt es, wie weiter unten nachgewiesen wird, das durch Multiplikation von P und dem Hebelarm gebildete Antriebsmoment über einen großen Drehwinkel annähernd konstant zu halten. Bei Uhren bleibt dadurch die Amplitude des Schwingsystems und der daraus resultierende Isochronismusfehler innerhalb einer Schaltperiode konstant, d. h in der Zeit zwischen zwei Aufzügen. Dies erleichtert die Gangbestimmung der Uhr innerhalb kurzer Zeitabschnitte, beispielsweise mittels sogenannteiZeitwaagen, in erheblichem Maße. Die Konstanz des Antriebsmoments ist in erhöhtem Maße von Bedeutung durch die erstrebenswerte Erhöhung der Dauer .der Schaltperiode zwecks Herabsetzung der Schalthäufigkeit und damit der Verminderung von Kontaktschwierigkeiten. Schließlich ist anzustreben, daß am Ende der Schaltperiode ausreichende Kraft zur Verfügung steht, um den nötigen Kontaktdruck zu erhalten.
• Bei keiner der bekannten elektrischen Aufzugsvorrichtungen ist eine ausreichende Konstanz des Moments gegeben. Meist wird einfach die Vorspannung der Antriebsfeder sehr groß gegenüber der durch die Verlängerung sich ergebenden Kraft gemacht, um »im Verhältnis« zur Gesamtkraft die Änderung klein zu halten. Trotzdem ist der Momentensprung zwischen Anfang und Ende einer Aufzugsperiode von wesentlicher Wirksamkeit auf das Schwingsystem bei Uhren, außerdem muß infolge der großen Vorspannung der Feder das elektromagnetische Aufzugssystem sehr kräftig ausgebildet sein.
• Eine zweite Möglichkeit ist in der deutschen Patentschrift 965 690 beschrieben. Das Nachlassen der Spannung der Zugfeder wird hier annähernd dadurch ausgeglichen, daß sie unter einem entsprechenden Winkel am Schwinghebel angreift. Der wirksame Hebelarm wird hierbei beim Ablauf größer und gleicht dadurch das Nachlassen der Federspannung annähernd aus. Ausreichend wirkungsvoll ist diese Anordnung jedoch deshalb nicht, da sich die Federkraft bzw. der Hebelarm nach sin bzw. cos ändert und das sich ergebende Produkt keine waagerechte Gerade, also kein konstantes Antriebsmoment erzeugt.
• Die Möglichkeit der Verwendung eines Exzenters bei konventionellen, d. h. mechanisch aufgezogenen Uhren ist in der deutschen Patentschrift 9 113 beschrieben. Hierbei gleicht der Exzenter, um den eine mit einer Blattfeder verbundene Schnur gelegt ist, die während der Entspannung der Feder auftretende :Kraftminderung angenähert aus. Die Lösungsmöglichkeit ist jedoch durch eine an Blattfeder und Exzenter befestigte Schnur sehr umständlich, ebenso sind die Herstellkosten einer solchen Vorrichtung sehr hoch; ein exakter Ausgleich ist wegen der sehr langen Aufzugsperioden bei Handaufzug kaum erreichbar.
• Die Beseitigung der vorgenannten Mängel ist durch die vorliegende Erfindung erreicht. Der Durchmesser bzw. Radius des zylindrischen, kreisförmigen Exzenters, die Exzentrizität, d. h. der Abstand des Mittelpunktes des Exzenters zur Drehachse, und der tangentiale Berührpunkt der zylindrischen Schraubenfeder am Exzenter sowie der durch die Größe des Aufzugintervalls gegebene maximale Verdrehungswinkel cp des Abtriebrades lassen sich ohne besonderen Aufwand an Raum und an Fertigungskosten wählen, entsprechend den Vorschriften des Anspruches derart, daß das Drehmoment innerhalb der Aufzugsperiode praktisch konstant ist.
• Fig.1 zeigt die Aufzugsvorrichtung. Bei Stromschluß, durch Berührung der Kontakte 2, zieht der Magnet 5 den am Gelenk 4 drehbar gelagerten Anker 3 an und schleudert die Schwungmasse 1 um die Drehachse 8 mit dem Winkel d (p = cpmax-@o Beim Ablauf des Uhrwerks verkleinert sich der Winkel cp stetig mit der Zeit. Läuft dann der Kontakt 2 erneut an den Anker 3 an, erfolgt wieder Stromschluß, und der Aufzugsvorgang beginnt von neuem. Auf der Schwungmasse 1 ist der kreisförmige Exzenter 6 starr befestigt. Der Abstand des Exzentermittelpunktes 7 vom Drehmittelpunkt 8 der Schwungmasse 1 ist die Exzentrizität e. Die zylindrische Schraubenfeder 10 ist am Stift 9 an der Schwungmasse 1 und am Stift 11 am Gehäuse befestigt. Beim Aufzugsvorgang, also mit wachsendem cp, wird die Feder gespannt.
• Fig. 2 zeigt den Verlauf des Hebelarmes R über dem Winkel Fig. 3 zeigt den Verlauf der beiden - einer geraden und einer sinusförmigen - Komponenten der Kraft P über dem Winkel 9p.
• Fig. 4 zeigt den Verlauf des Antriebsmoments M über dem Winkel 9p.
• Der Hebelarm R verläuft in Abhängigkeit des Drehwinkels der Drehachse 8 nach der Formel R2-2-Re-coscp-;-e2=Rf, worin e die Exzentritizät des kreisförmigen Exzenters mit dem Radius R1 ist. Nach Umformung erhält man (R - e - cos (p)2 -f- e2 sin29p = R7. .
• Da (R- e . cos 9p)2 > e2 - sing (p, folgt: (R-e-cosp)2=Rf, R=Rl+e-cosp. Der Federweg s verläuft nach der Formel Mit R und erhält man Der Wurzelausdruck wird nach der binomischen Reihe entwickelt, unter Vernachlässigung der Glieder höherer Ordnung, da ist.
• Man erhält letztlich Die Federkraft verhält sich wie P = Po -f- c - s. Mit der Zusammenfassung P2=c.e gilt P = Po -f- P1 . c. + P2 - sin p . In den Fig. 2 bis 4 ist der Kurvenverlauf aufgezeigt, jeweils von p = 0 bis 9p = 360°. Die in Fig. 4 gezeigte Schaltperiode d 99 = @'max - p, und der Momentenverlauf stellen einen Sonderfall dar. Das Ende der Schaltperiode braucht nicht bei 99, = 0 zu liegen. Die Wahl des Anfang- und Endpunktes der Schaltperiode, also die Wahl von 99max und 99o, ist von der Wahl von Po, R1 und e abhängig.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Periodisch betätigbare elektromagnetische Aufzugsvorrichtung mit einer zylindrischen Schraubenfeder als Triebfeder eines zeithaltenden Geräts, insbesondere einer elektrischen Uhr, bei welcher die Schraubenfeder so am Übertragungsglied zum Uhrwerk angreift, daß die Verringerung der Federkraft während der Ablaufperiode durch Vergrößerung des wirksamen Hebelarmes mindestens teilweise ausgeglichen wird, gekennzeichnet durch einen auf dem Abtriebsrad oder der Schwungmasse (1) angeordneten kreisförmigen Exzenter mit dem Radius R1 und einer Exzentrizität e zur Drehachse des Rades bzw. der Schwungmasse, um welchen Exzenter die am Abtriebsrad bzw. der Schwungmasse angreifende Schraubenfeder auf einer beträchtlichen Umfangslänge so gelegt ist, daß der wirksame Hebelarm R sich mit dem Verdrehungswinkel 9p nach dem Gesetz R=RI+e-cos9p und die Kraft der Schraubenfeder mit der Federkonstante c und einer Vorspannung Po nach dem Gesetz ändert, in derartiger Wahl der Vorspannung Po, der Exzentrizität e, des Radius R, des Exzenters und des durch die Aufzugsperiode gegebenen maximalen Verdrehwinkels 9pmax, daß von 99 = 990 bis 99 = g@max das an das Abtriebsrad abgegebene Drehmoment M = P - R annähernd konstant ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 9113, 965 690; Neue Uhrmacher-Zeitung, 1957, Heft 16, S. 16 bis 18 u. 20.