DE1206366B - Elektrische Uhr - Google Patents

Description

• Elektrische Uhr Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Uhr, bei der ein Hemmwerk und das Anzeigewerk durch einen dauernd laufenden Elektromotor angetrieben werden und bei der zwischen dem Antrieb und dem Hemmwerk eine Pufferfeder vorgesehen ist.
• Uhren durch einen dauernd laufenden Motor anzutreiben, ist bekannt, und zwar nicht nur bei Synchronuhren, welche keines Hemmwerkes bedürfen, sondern auch bei Uhren, deren Antriebsmotor keine konstante Drehzahl hat. Derartige Uhren weisen beispielsweise eine Pufferfeder und eine vom Aufzugsrad der Pufferfeder gesteuerte Einrichtung zum zeitweisen Auftrennen der Triebverbindung zwischen dem Motor und der Feder bzw. eine Einrichtung zum zeitweiligen Stillsetzen des Rotors des dauernd an die Stromquelle angeschlossenen Motors auf. Weiterhin ist es allgemein bekannt, zwischen dem Antriebsmotor und der Uhrwerkfeder eine überlast-Rutschkupplung vorzusehen, welche ein überziehen der Feder verhindert. All diese Maßnahmen gehen aber von einer relativ großen Antriebskraft aus und nehmen auf den Wirkungsgrad wenig Rücksicht, d. h., es wird ein Teil der Arbeit verschenkt. Neben diesen in verschiedenen Variationen verwendeten Einrichtungen ist aber auch ein Vorschlag bekannt, bei dem die Gleichmäßigkeit der Abtriebsdrehzahl mit der Antriebsdrehzahl durch entsprechendes Verringern der Rotordrehzahl des Antriebsmotors erzielt wird. Bei dieser Uhr, welche eine nahezu gangreservelose Pufferfeder aufweist und die Antriebskraft wenigstens teilweise der Rückzugskraft des Statorfeldes auf den axial aus dem Statorfeld verschobenen Rotor entnommen wird, läßt sich die Rotordrehzahl dadurch vermindern, daß der Rotor bei zunehmender Drehzahl seitlich aus dem Statorfeld hinauswandert, wodurch das Drehfeld geschwächt und die Drehzahl des Rotors folglich verringert wird. Es stellt sich dabei ein Kräftegleichgewicht ein. Abgesehen davon, daß diese Antriebsart keine für Uhren entsprechend geeignete Kraftquelle darstellt, wird durch das axiale Verschieben auch eine erhebliche Wirkungsgradminderung in Kauf genommen. Dieses spielt bei netzgespeisten Uhren keine wesentliche Rolle, bei Batterieuhren, welche aus einer handelsüblichen Taschenlampenbatterie wenigstens ein Jahr laufen sollen, ist jedoch jeglicher Leistungsverlust untragbar.
• Es ist weiterhin bekannt, in Abhängigkeit von der Vorspannung der zwischen dem Motor und dem Hemmwerk vorgesehenen Pufferfeder einen mechanischen Kontakt zu öffnen bzw. zu schließen. Hierdurch wird der Motor aus- bzw. eingeschaltet oder er wird auf zwei verschiedene Drehzahlen umgeschaltet. Bei dieser Art der Regelung arbeitet der Motor ruckweise und seine Drehzahlschwankungen sind relativ groß.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Drehzahl eines, insbesondere batteriegespeisten, dauernd laufenden Uhrenantriebsmotors möglichst verlustlos so zu regeln, daß von ihm das Zeigerwerk unmittelbar zeitgenau angetrieben werden kann. Der Antriebsmotor weist in bekannter Weise einen Dauermagnetrotor auf, welcher in einer Steuerspule Steuerimpulse induziert. Diese werden in einem elektronischen Verstärker verstärkt und anschließend als Antriebsimpulse einer Arbeitsspule zugeleitet, wodurch die Drehbewegung des Motors aufrechterhalten wird.
• Gemäß der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, im Schwingbereich des Gangordners Rückkopplungsmittel vorzusehen, welche beim überschreiten einer vorbestimmten Amplitude des Gangordners eine Regelgröße bilden, die dem elektronischen Verstärker zugeleitet wird, wobei der Verstärkungsfaktor des elektronischen Verstärkers durch die Regelgröße steuerbar ist. Die Regelgröße ist von der Winkelgeschwindigkeit des Gangordners und damit von der Amplitude des Gangordners abhängig. Die Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors sind deshalb wesentlich geringer als bei den bekannten Einrichtungen.
• Zur Bildung der Regelgröße können auf dem als Unruh ausgebildeten Gangordner Dauermagnete angeordnet sein, welche über einer Rückkopplungsspule schwingen. Es kann aber auch die Rückkopplungsspule auf der Unruh vorgesehen und die Dauermagnete ortsfest angeordnet sein. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung werden alle in dem Werk auftretenden Fehlgangsmöglichkeiten selbsttätig kompensiert, sei es absinkende Spannung der Stromquelle, Temperaturfehler des elektronischen Verstärkers, höher werdende Lagerreibung u. dgl.
• Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Ansprüchen in Verbindung mit dem an Hand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigt F i g. 1 den Aufbau einer elektrischen Uhr nach der Erfindung in einer prinzipiellen übersichtsanordnung, F i g. 2 ein Teil der Einrichtung nach F i g. 1.
• In F i g. 1 steht ein Rotor 1 eines kollektorlosen Gleichstrommotors über eine Schneckenverzahnung 2 einer Rotorwelle 3 mit einem Zahnrad 4 im Eingriff. Der Rotor 1 wird aus zwei zwei- oder mehrschenkligen Polblechen 5 und 6 gebildet, welche in der Mitte satt aufeinanderliegen und durch eine Buchse 7 zusammengepreßt werden. Diese Buchse 7 ist ihrerseits auf die Rotorwelle 3 aufgepreßt. Die Schenkel der Polbleche 5 und 6 sind nach außen symmetrisch aufgekröpft. Ihre parallelen Enden tragen an den einander zugekehrten Seiten kleine, zylindrische Dauermagnete 8, 9 bzw.10,1.1, welche mit entgegengesetzter Polarität zueinander gerichtet sind und in einem zwischen den Magneten 8, 9 bzw. 10, 11 gebildeten Luftspalt ein kräftiges Magnetfeld erzeugen, das nahezu keine Streuung hat. An sich könnte selbstverständlich auch zentrisch zwischen den Polblechen 5 und 6 ein allen Schenkeln gemeinsamer, axial magnetisierter Dauermagnet vorgesehen sein. Ein Rotor in einer letztgenannten Ausführung läßt aber kein so scharf gebündeltes Kraftfeld zwischen den Schenkelenden, d. h. im Luftspalt an einer gewünschten Stelle erzeugen und verseucht zudem mit seinem starken Streufeld die ganze Uhr, sofern nicht besondere Abschirmungen vorgesehen sind.
• Das obengenannte Zahnrad 4, welches von der Rotorwelle 3 angetrieben wird, ist auf einer Welle 12 befestigt, die ihrerseits mit einer Schneckenverzahnung 13 in ein Zahnrad 14 einer Sekundenwelle 15 eingreift. Statt der gezeigten Schneckenuntersetzungen kann auch eine Stirnraduntersetzung vorgesehen sein, welche bekanntlich einen besseren Wirkungsgrad erzielen läßt. Auf der Welle 15 ist neben dem starr auf ihr befestigten Zahnrad 14 noch ein weiteres Zahnrad 16 lose drehbar gelagert, welches mit dem Zahnrad 14 über eine Wendelfeder 17 verbunden ist. Diese um die Welle 15 gewickelte Feder 17 überträgt die kontinuierliche Drehbewegung des Antriebs 1 bis 14 auf einen ruckweise fortschreitenden Getriebezug, welcher mit dem Zahnrad 16 beginnt. Das Zahnrad 16 kämmt mit einem Ritzel 18, welches mit einem Ankerrad 19 koaxial auf einer Welle 20 befestigt ist. Von diesem Ankerrad 19 wird über einen Anker 21 eine Unruh 22 in Schwingung gehalten.
• Auf der kontinuierlich umlaufenden Welle 15 ist weiterhin ein Zahnrädchen 23 und am Wellenende ein Sekundenzeiger 24 befestigt. Das Zahnrädchen 23 treibt über ein Untersetzungsgetriebe 25, 26, 27 eine Minutenwelle 28 an, welche einen Minutenzeiger 29 trägt. Ein dem Untersetzungstrieb 23, 25, 26, 27 entsprechendes Zwischengetriebe ist in hier nicht dargestellter Weise auch zwischen der Minutenwelle 28 und einer Stundenwelle vorgesehen. Statt den Sekundenzeiger 24 auf der kontinuierlich laufenden Welle 15 zu befestigen, könnte er auch mit dem Zahnrad 16 gekoppelt sein, wodurch er eine sekundengenaue Zeitanzeige liefern, jedoch ruckweise weitergedreht würde.
• Der Antrieb des Rotors 1 erfolgt in an sich bekannter Weise durch rhythmische Impulse, welche durch den Rotor in einer Spule 29 induziert, in einer elektronischen Stufe 30 verstärkt und einer Antriebsspule 31 zugeleitet werden. Die Steuerspule 29 und die Arbeitsspule 31 sind als Luftflachspulen ausgebildet und derart feststehend dem Rotor 1 zugeordnet, daß sie beim Verdrehen des Rotors 1 etwa gleichzeitig in den Luftspalt zwischen den Dauermagneten 8, 9 bzw. 10, 11 eintreten. Die Polung der Arbeitsspule 31 ist so gewählt, daß durch den elektrischen Impuls in ihr ein dem Dauermagnetfeld entgegengesetztes Kraftfeld erzeugt wird. Der Rotor 1 erhält seine Antriebskraft somit durch abstoßende Kräfte. An sich könnte bei entsprechender Winkelversetzung der beiden Spulen 29, 31 zueinander der Rotor 1 auch durch anziehende Kraft angetrieben werden. In der elektronischen Verstärkerstufe 30 kann ein Transistor vorgesehen sein, welcher aus einer Trockenbatterie gespeist wird.
• Bei der bisher beschriebenen Anordnung ergäbe sich, daß der Motor die Pufferfeder 17 stets voll gespannt halten würde, wenigstens solange die Batterie frisch ist, d. h. ihre volle Spannung hat. Die Unruh käme dabei jedoch unweigerlich zum Prellen und ein gutes Gangergebnis wäre nicht zu erwarten. Um dies zu vermeiden, ist eine Regelung vorgesehen, welche den Strom, welcher der Arbeitsspule 31 zugeführt wird, derart begrenzt, daß die Pufferfeder nie voll aufgezogen ist. Hierzu ist an dem Unruhreif 22 ein Klemmschuh 32 aus ferromagnetischem Werkstoff befestigt, welcher, wie F i g. 2 zeigt, an seinen abstehenden Schenkeln 33, 34 aufgekröpft ist und an den zueinander gerichteten Flächen kleine zylindrische Dauermagnete 35, 36 aufweist, welche mit entgegengesetzter Polarität zueinander zeigen. Zwischen diesen Magneten 35, 36 entsteht entsprechend dem Rotor 1 ein starkes, konzentrisches Dauermagnetkraftfeld in dem verbleibenden Luftraum. In der Höhe dieses Luftspaltes ist diametral zur Nullstellung des Klemmschuhes 32 eine Flachluftspule 37 angeordnet. Wird die Unruh 22 in Schwingung versetzt, so induziert das durch die Magnete 35, 36 erzeugte Kraftfeld in der Flachspule 37 erst dann einen Impuls, wenn die Unruh 22 mehr als 180° schwingt. Da die Impulshöhe jedoch von der Geschwindigkeit des Durchschwingens abhängig ist, steigt sie mit zunehmender Amplitude. Die Impulse der Spule 37 werden, wie F i g. 1 veranschaulicht, einer Regelstufe 38 zugeführt und dort in eine Regelspannung für die Verstärkerstufe 30 verwandelt. Die Regelstufe 38 kann ebenfalls mit einem Transistor bestückt sein und von der genannten Stromquelle gespeist werden. In ihrer einfachsten Form kann diese Regelstufe 38 beispielsweise eine Diode aufweisen, welche den Eingangskreis der Verstärkerstufe 30 mehr oder weniger sperrt oder aber den Arbeitspunkt des Transistors verschiebt und damit dessdn Verstärkungsfaktor ändert.
• In F i g. 2 ist mit 39 ein Stift für die Gabel des Ankers 21 bezeichnet. Außerdem ist die Unruh 22 an der dem Klemmschuh 32 gegenüberliegenden Seite mit einem Unwuchtausgleichsgewicht 40 versehen.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl des dauernd umlaufenden Antriebsmotors einer elektrischen Uhr, welcher über eine Pufferfeder mit dem Hemmwerk verbunden ist und dessen Rotor auf Grund seiner Drehbewegung in einer Steuerspule Spannungsstöße erzeugt, die nach Verstärkung in einem elektronischen Verstärker einer, den Rotor antreibenden Arbeitsspule zugeführt werden, wobei die Drehzahlregelung in Abhängigkeit von der Amplitude des Gangordners erfolgt. dadurch gekennzeichnet, daß im Schwingbereich des Gangordners (22) Rückkopplungsmittel (37) vorgesehen sind, welche beim Überschreiten einer vorbestimmten Amplitude des Gangordners (22) eine Regelgröße bilden, die dem elektronischen Verstärker (30) zugeleitet wird und daß der Verstärkungsfaktor des elektronischen Verstärkers (30) durch die Regelgröße steuerbar ist.
2. 2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Hemmwerk (21, 22) Dauermagnete (35, 36) aufweist, die in einer feststehenden Spule (37) entsprechend der Winkelgeschwindigkeit bzp/8t unterschiedlich hohe Spannungsimpulse induzieren, welche als Regelgröße zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerstufe (30) des Motors (1) dient.
3. 3. Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemmwerk als Unruhschwinger (22) ausgebildet ist, welcher im Nullpunkt der Ruhestellung einen Klemmkörper (32) aus ferromagnetischem Werkstoff trägt, welcher an der Unruh (22) befestigt ist und an den über den Unruhreif (22) überstehenden, aufgekröpften Enden (33, 34) zueinander Dauermagnete (35, 36) trägt, welche in einem zwischen diesen vorhandenen Luftspalt ein konzentriertes Dauermagnetfeld bilden, mit welchem eine in den Schwenkbereich der Magnete (35, 36) d. h. in den Luftspalt ragende Flachspule (37) überstrichen wird.
4. 4. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Regelgrößengeber (32 bis 37) und der Verstärkerstufe (30) eine Regelspannungsgleichrichter- und!oder -verstärkerstufe (38) vorgesehen ist, deren Regelgleichspannung die Sperrvorspannung der Verstärkerstufe (30) entsprechend der Größe der empfangenen Regelimpulse erhöht bzw. erniedrigt.
5. 5. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1) einen mit Permanentmagneten (8, 9; 10,11) versehenen Rotor (1, 5, 6) und zwei in den Luftspalt des Rotors (1) eintauchende Luftflachspulen (29, 31) aufweist, in deren einer als Steuerspule (29) geschalteten Spule durch den umlaufenden Rotor (1) Spannungsimpulse induziert werden und deren andere als Arbeits- bzw. Antriebsspule (31) wirksame Spule, den Rotor (1) mit den in der geregelten Verstärkerstufe (30) mehr oder weniger weit verstärkten Impulsen, insbesondere durch ein dem Dauermagnetfeld entgegengesetzt gerichtetes, d. h. abstoßendes Kraftfeld antreibt.
6. 6. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) durch zwei zwei- oder mehrschenklige, im Drehpunkt satt aufeinanderliegende und nach außen aufgekröpfte Bleche (5, 6) aus weichmagnetischem Werkstoff gebildet wird, dessen übereinander angeordnete Schenkel je einen Dauermagnet (8, 9; 10, 11) tragen, wobei diese Dauermagnete (8 bis 11) mit entgegengesetzter Polarität zueinander zeigen und in einem zwischen diesen Magneten (8 bis 11) vorgesehenen Luftspalt ein starkes konzentrisches Magnetfeld unterhalten.
7. 7. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rotor (1) über ein zwei- oder mehrstufiges Untersetzungsgetriebe, insbesondere über Schneckengetriebe (2, 4; 13, 14) ein auf einer Sekundenwelle (15) befestigtes Zahnrad (14) angetrieben wird, welches über die als Drahtwendelfeder (17) ausgebildete Pufferfeder mit einem lose auf der Sekundenwelle (15) gelagerten Zahnrad (16) verbunden ist, von welchem Zahnrad (16) aus das Hemmwerk (21, 22) angetrieben wird. B.
8. Uhr nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeigerwerk (24, 29) mit dem vor der Pufferfeder (17) gelegenen, durch den Rotor (1) kontinuierlich bewegten Triebteil in Antriebsverbindung steht.
9. 9. Uhr nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwar die Minuten- und Stundenanzeige vom kontinuierlich laufenden Antriebsteil (1 bis 15) vor der Pufferfeder (17) angetrieben wird, der Sekundenzeiger (24) jedoch an das Abtriebsrad (16) der Pufferfeder (17) d. h. hemmwerksseitig angekoppelt ist und geeignet ist, eine sekundengenaue, ruckweise fortschreitende Sekundenanzeige zu liefern. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 699 293; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1801176; USA.-Patentschriften Nr. 2 864 231, 2 933 882; britische Patentschrift Nr. 327 708; französische Patentschriften Nr. 67139 Zusatzpatent zu Nr. 1092 411 und 1187 982.