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Elektrisch gesteuerter Gangordnerschwinger für zeithaltende Geräte,
insbesondere elektrische Uhren Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische,
zum Unterhaltender Unruhschwingungen eines Uhrentriebwerkes dienende, eine kreisförmige,
mit einer Rückstellfeder versehene Unruh aufweisende Einrichtung, die eine Wicklung
aufweist, welche von zwei Flachspulen gebildet wird, ferner Permanentmagnete aufweist,
deren Pole in Achsrichtung zu beiden Seiten dieser Spulen so angeordnet sind, daß
sie zwei Magnefiüsse von entgegengesetztem Sinne, parallel zu der Schwingungsachse
der Unruh, liefern, wobei das eine dieser beiden Elemente, die Wicklung oder die
Elektromagnete, mit der Unruh formschlüssig verbunden ist, wobei ferner ein Steuerglied,
z. B. ein Kontakt, so vorgesehen ist, daß in beiden Halbschwingungen der Unruh ein
Antriebsimpuls auf sie gegeben wird.
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Bekannt sind bereits elektromagnetische Einrichtungen dieser Art,
bei denen die Antriebsimpulse bei jeder Halbschwingung der Unruh dadurch auf diese
zur Einwirkung gebracht werden, daß mittels eines Kontaktes, der von der Unruh in
dem Augenblick betätigt wird, wo diese in der einen oder anderen Richtung durch
ihre Ruhelage, in welche sie die Rückstellspiralfeder jeweils zurückführt, hindurchgeht,
in die Wicklung in immer gleichem Richtungssinne ein Strom hineingeschickt wird.
Die bekannten Systeme haben aber ungünstige Spulen- oder Magnetformen, so daß selbst
bei exaktem Impuls im Nullagenbereich der energetische Wirkungsgrad des Magnetsystems
ungünstig ist, so daß zu hohe Stromentnahme aus der Batterie erforderlich ist, was
bei Kleinuhren die Betriebsdauer zu schnell herabsetzt. Verwendet man, wie bekannt,
Spulensysteme mit Eisenkern, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, so verschlechtern sich
die Isochronismusbedingungen infolge von Bremskräften außerhalb der Nullage.
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Die Erfindung ist speziell auf Antriebe von Taschenuhren und ganz
kleiner Stutzuhren geringer Abmessungen anwendbar, welche Wicklungen ohne Eisenkern
aufweisen, und hat zum Ziel, den energetischen Wirkungsgrad der die Schwingungen
unterhaltenden elektromagnetischen Einrichtung beträchtlich zu steigern, das Antriebsmoment
zu erhöhen und den Raumbedarf zu vermindern, dabei aber zumindestens zur Nullage
»symmetrische« Antriebsimpulse in beiden Halbschwingungen zu erzielen, also die
Isocbronismusbedingungen wenigstens angenähert einzuhalten.
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Bei einer Uhr der eingangs genannten Gattung zeichnet sich die erfindungsgemäße
Einrichtung, mit ; der das erreicht wird, dadurch aus, daß die Wicklung in an sich
bekannter Weise aus zwei flachen halbkreisförmigen Spulen besteht, die mit ihren
geradlinigen, etwa diametralen Abschnitten aneinanderliegen und je von einem Strom
in gleicher Richtung durchflossen werden, und daß die Permanentmagnete bzw. ihre
Polschuhe so angeordnet und geformt sind, daß sie in der Ruhestellung der Spule
beiderseits der diametralen, geradlinigen Spulenabschnitte zwei durch eine neutrale
Linie getrennte Magnetflüsse erzeugen und in dieser Stellung den durch die entsprechenden
Spulen im Moment der Kontaktschließung erzeugten Flüssen entgegengesetzt sind.
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Die Erhöhung des Wirkungsgrades und des Antriebsmomentes der erfindungsgemäßen
Einrichtung geht auf folgendes zurück: 1. Da die wirksamen Teile der Wicklung in
bezug auf die Unruh diametral angeordnet sind, sind sämtliche Kräfte, die durch
die Wirkung des manetischen Flusses der Magnete auf den Strom hervorgebracht werden,
der diese wirksamen Teile der Wicklung durchläuft, tangentiale Kräfte und tragen
also in der Gesamtheit zur Bildung des Antriebsmomentes bei, während die Kräfte,
die auf die unwirksamen, halbkreisförmigenTeile der Spulen wirken, durch die Schwingungsachse
hindurchgehen, so daß keinerlei Störkomponente in Erscheinung tritt.
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2. Sobald die Unruh ihre Ruhelage verläßt, ist die Wicklung seitens
der beiden benachbarten Pole entgegengesetzter Vorzeichen übereinstimmenden,
sowohl
abstoßenden wie anziehenden Kräften unterworfen.
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3. Auf Grund dessen, daß bei jeder Halbschwingung der Unruh ein Antriebsimpuls
eingegeben wird, kann man die Stärke des in die Wicklung hineingeschickten Stromes
um die Hälfte verringern, was es möglich macht, die Verluste an Joulescher Wärme,
die dem Quadrat der Stromstärke proportional sind, auf ein Viertel zu verringern,
während sich das Antriebsmoment, das im Falle des Arbeitens mit Permanentmagneten
und eisenkernlosen Spulen zustande kommt, nur nach einer linearen Gesetzmäßigkeit
mit der Stromstärke vermindert.
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Die Bedingung 1 wird zwar auch bei einer bekannten Uhr erfüllt, die
zwei halbkreisförmige Spulen mit gegenüberliegenden, vom Strom gleicher Richtung
durchflossene diametrale »aktive« Abschnitte hat, hier wird aber die Magnetspule
nur im Nullagenbereich selbst angeordnet, so daß nur ein sehr kurzer Impuls möglich
ist; da ferner nur in einer Halbschwingung die Spulen erregt werden, so ist der
energetische Wirkungsgrad schlecht.
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Ferner ist ein »astatisches« Motorsystem mit zwei gegenpoligen, radial
magnetisierbaren Magnetscheiben bekannt, das freilich auch im wesentlichen außerhalb
des der »Nullage« eines Schwingers entsprechenden Bereichs auf die diametralen Spulenabschnitte
des Läufers mit entgegengesetzt gerichteten Kraftflüssen einwirkt, das aber wegen
der radialen Magnetisierung fabrikatorisch schwer realisierbar, vor allem in den
Dimensionen einer Kleinuhr, ist, während die Erfindung auch mit einfacheren Magneten
den Effekt erreicht.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beschreibung
einiger in den Zeichnungen beispielsweise gezeigten Ausführungsformen erläutert.
Es zeigt Fig. 1 schematisch die Grundanordnung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen
Vorrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht ähnlich der Fig. 1 mit einer anderen Magnetform,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Anordnung nach Fig. 2, Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht einer Vorrichtung mit einer Abänderung der in Fig. 3 gezeigten Magnetform,
Fig. 5 eine der beiden Magnetstützen des Magnets nach Fig. 4, Fig. 6 die Lage der
Spuleneinheit in dem Magnet in axialem Schnitt, Fig. 7 einen Querschnitt nach der
Linie 11-11 in Fig. 6, Fig. 8 schematisch in perspektivischer Ansicht die Vereinigung
der Spuleneinheit mit dem Antrieb des Werkes einer Uhr, Fig. 9 eine Draufsicht einer
Abänderung der Magnetform nach Fig. 3, die an Stelle eines Paares permanenter Magnete
eine geschlitzte Weicheisenplatte hat, in der also die Pole in deren Platte sich
aus- i bilden.
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Bei dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung
zwei halbkreisförmige Flachspulen 1, 1' auf, die von der Unruh getragen werden,
welche um die zur Ebene der Spulen 1, 1' senkrechte i Achse 2 schwingt. Diese Spulen
schwingen zwischen den Polen von zwei Hufeisenmagneten, von denen der eine, unterhalb
dieser Spulen gelegene, mit 5 bezeichnet ist und dessen Polstücke sich so über eine
ausgedehnte, mit N-N und S-S bezeichnete Zone erstrecken, daß damit zwei einander
gegenüberstehende, der Schwingungsebene 2 parallele und beiderseits einer durch
diese Achse hindurchgehenden Ebene gelegene Magnetfelder geschaffen werden. Die
Rückstellspiralfeder der Unruh ist so eingestellt, daß die diametrale Trennlinie
der beiden Spulen 1, 1' in der Ruhelage der Unruh mit der neutralen Linie zusammenfällt,
welche die beiden gegensinnigen Magnetfelder voneinander trennt.
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Wenn unter diesen Umständen, während sich die Unruh in Ruhestellung
befindet, ein Strom, der die beiden diametralen, geraden Teile der Wicklung im gleichen
Sinne durchläuft, in die Spulen geschickt wird, befindet sich die Unruh in einer
Lage labilen Gleichgewichtes, da sich die auf die Spulen 1, 1' einwirkenden Kräfte
aufheben. Sobald dagegen die Unruh diese Ruhestellung verläßt, sei es, daß sie im
Uhrzeigersinne oder dem entgegen gedreht wird, kommt sie unter die Wirkung eines
Drehmomentes, welches im Sinne ihrer Bewegung wirkt, wobei dieses Moment, beispielsweise
im Falle der Drehung im Uhrzeigersinne, von der Differenz der Kräfte f-f', denen
die Wicklung seitens des Poles N unterworfen ist, sowie der Differenz der Kräfte
f.-f.' gebildet wird, die von dem Südpol herrühren, so daß die beiden Pole auf solche
Weise übereinstimmende Anziehungs- und Abstoßkräfte hervorrufen.
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Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Anordnung ähnlich der von Fig.
1, in der das Magnetfeld durch zwei Paare permanenter Magnete 6, 7 bzw. 8, 9 erzeugt
wird. Die Spuleneinheit 1, 1' ist wieder in ihrer neutralen Stellung in den
Magnetfeldern gezeigt.
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Die Spuleneinheit wird von einer Welle 11 getragen, auf der eine Spiralfeder
12 angebracht ist, die die Spuleneinheit in der neutralen Stellung hält. Eine starr
auf der Welle 11 sitzende Scheibe 13 trägt einen Finger 14, der sich gegen das eine
Ende einer Blattfeder 15 legen kann, deren anderes Ende festliegt. Wenn die Spuleneinheit
sich in neutraler Stellung befindet, liegt der Finger 14 gegen die Blattfeder 15
und bleibt während des vorherbestimmten Drehwinkels der Spuleneinheit aus ihrer
neutralen Stellung dagegen liegen. über diesen Winkel hinaus löst sich der Finger
14 von der Feder 15, die durch ihre eigene Federkraft in eine gerade Stellung zurückgeht.
Unter diesen Verhältnissen wird während des nächstfolgenden Ausschlages ihrer oszillierenden
Bewegung unter der Einwirkung der Spiralfeder 12 ein anderer elektrischer Kontakt
zwischen dem Finger 14 und der Blattfeder 15 hergestellt, sobald die Spuleneinheit
wieder ihre neutrale Stellung erreicht. Wenn dieser elektrische Kontakt hergestellt
ist, ist ein durch folgende Teile hindurchgehender Stromkreis geschlossen: »Erde«
oder Gehäuse 16 des Gerätes, eine Batterie 17, Blattfeder 15, Kontaktfinger 14,
Spule 1, Spule 1', Welle 11, Spiralfeder 12 und Gehäuse 16.
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Die Spuleneinheit oszilliert auf ihrer Achse unter der kombinierten
Einwirkung der Spiralfeder und der elektromagnetischen Vorrichtung. Die Spiralfeder
versucht ständig, die Spuleneinheit in die neutrale Stellung zu drücken, während
die elektromagnetische Vorrichtung der Spuleneinheit jedesmal einen Impuls gibt,
wenn sie durch die neutrale Stellung geht, wobei der Impuls so lange dauert, wie
der Kontakt zwischen dem Finger 14 und der Blattfeder 15 aufrechterhalten wird,
und der Impuls die gleiche Richtung hat wie die
durch die neutrale
Stellung gehende Spule, d. h. abwechselnd im Uhrzeigersinne und entgegen dem Uhrzeigersinne,
obwohl der Strom stets in gleicher Richtung durch die Spuleneinheit fließt.
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Eine solche Vorrichtung kann vorteilhaft für den Antrieb von Uhren
verwendet werden, wie schematisch in Fig. 8 gezeigt ist, wo eine mit 21 bezeichnete
Hemmung vorgesehen ist, um die oszillierende Drehbewegung der Welle 11 in eine stets
gleichgerichtete Bewegung einer weiteren Welle 22 zu verwandeln, welche arbeitsmäßig
mit dem Antrieb für die Zeiger einer (nicht dargestellten) Uhr in Verbindung steht.
Die Spulen 1, 1' können beispielsweise in eine Scheibe 23 aus Kunststoff eingebettet
sein.
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Fig.4 zeigt eine Abänderung der Magnetform in der Vorrichtung nach
Fig.3. Die zweizinkigen Polteile 24, 25 aus magnetisierbarem Metall sind an den
Enden eines Dauermagnets in Form einer zylindrischen Stange oder eines Stehbolzens
28 befestigt. In ähnlicher Weise sind zwei gegabelte Polteile 26, 27 an den entsprechenden
Enden eines Dauermagnets 29 befestigt. Einer dieser Magnete ist in Fig.5 gezeigt.
Der axiale Schnitt nach Fig. 6 und der radiale Schnitt nach Fig. 7 zeigen die Lage
der Spuleneinheit zum Magnet.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Abänderung der Magnetform, die zwei in einer
gemeinsamen Ebene auf einer Seite der (nicht gezeigten) Spuleneinheit angebrachte
Dauermagnete 31, 32 und eine Scheibe 33 parallel zu dieser Ebene enthält. Der Raum
zwischen den Magneten und der Scheibe ergibt einen Spalt für die Aufnahme der Spuleneinheit.
Zwei tiefe Einkerbungen 34 in der Scheibe bilden die neutrale Zone, während ein
sich bis zum Mittelpunkt der Scheibe erstreckender Schlitz das Anbringen der Welle
11 von der Seite her ermöglicht.