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Verbesserungen an mechanischen übertragungsvorrichtungen elektrisch
gesteuerter Uhren Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch gesteuerte Uhr
mit einer selbsterregten, in ihrer Eigenfrequenz durch elektromagnetische Antriebssysteme
in Schwingung unterhaltenen, als zeitbestimmendes Glied dienenden Gabel, deren Zinken
über einen Steg miteinander verbunden sind, von denen wenigstens eine Zinke den
Antrieb des Zeigerwerkes bewirkt, mit einer die Schwingung der Zinken in eine Drehbewegung
umsetztenden mechanischen Übertragungsvorrichtung, die aus zwei mit einem Klinkenrad
im Eingriff stehenden Klinken besteht.
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Es ist allgemein bekanntgeworden, zum Antrieb des Zeigerwerkes elektrischer
Uhren auf elektromagnetischem Weg in Schwingung versetzte Stimmgabeln zu verwenden,
deren Zinkenschwingungen über eine mechanische übertragungsvorrichtung in eine Drehbewegung
umgesetzt werden. Die besondere konstruktive Ausbildung dieser übertragungsvorrichtung
ist nun maßgebend für die Genauigkeit solcher elektrischer Uhren, mit einer verbesserten
Ausführungsform befaßt sich die vorliegende Erfindung.
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Da insbesondere bei Armbanduhren der zur Verfügung stehende Raum sehr
beschränkt ist, können solche Anordnungen, die mit zwei einer gemeinsamen Drehwelle
zugeordneten Klinkenrädern arbeiten, auf welche mit den Zinken der Stimmgabel in
Wirkverbindung stehende Klinken einwirken, keine Anwendung finden. Die Erfindung
geht deshalb von solchen Anordnungen aus, bei welchen nur ein Klinkenrad Verwendung
findet, auf welches eine Vorschubklinke und eine dieser konstruktiv ähnliche Sperrklinke
einwirken; die Anordnung der beiden Klinken gegenüber dem Klinkenrad ist dabei so
gewählt, daß die Sperrklinke um einige Zähne und außerdem noch um einen halben weiteren
Zahn vor der Vorschubklinke in die Verzahnung des Klinkenrades eingreift. Aus der
Phasenbeziehung zwischen Sperrklinke und Vorschubklinke zueinander erwachsen nun
gewisse Probleme. Bei der Montage kann die Phasenverschiebung auf einen bestimmten
Wert eingestellt werden, der jedoch bei Gebrauch des Uhrwerkes durch Drehung oder
Verwindung der Grundplatte, auf der die Sperrklinke montiert ist, sich ändern kann.
Jede Änderung der Phasenbeziehung ruft nun eine Störung des Klinkensystems hervor,
wodurch Ungenauigkeiten des Zeitmechanismus entstehen. Eine Verwindung der Grundplatte
wird häufig bei dem Einfügen der Grundplatte in das Uhrengehäuse hervorgerufen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Phasenbeziehung
zwischen dem Klinkenrad einerseits und den Antriebselementen andererseits konstant
zu halten, und zwar unabhängig von der Verdrehung der Grundplatte.
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Die Aufgabe wird, indem von einer elektrischen Uhr mit den eingangs
beschriebenen Merkmalen ausgegangen wird, dadurch gelöst, daß auch die zweite Klinke
an einem mit der Gabel einstückigen oder starr verbundenen Teil festgelegt ist.
Vorzugsweise legt man die zweite Klinke an der zweiten Zinke der Stimmgabel fest,
was insbesondere dann Vorteile bringt, wenn die Stimmgabel S- oder Z-Form aufweist,
ihre Zinken also in symmetrischer Anordnung zueinander in bezug auf die Gravitationskraft
stehen. Bekanntlich wird die Schwingungshäufigkeit einer Stimmgabel durch die Gravitation
beeinträchtigt, man spricht hier von Positionsabweichung, da die Schwingungshäufigkeit
bei verschiedenen Winkelstellungen der Zinken gegenüber der Gravitationsmitte verschieden
sein wird. Ist nun die Stimmgabel U-förmig ausgebildet, dann nehmen ihre beiden
Zinken in jeder Lage der Uhr immer die gleiche Winkelstellung gegenüber dem Gravitationspunkt
ein, d. h., die Schwingungshäufigkeit ändert sich je nach Lage der Uhr entsprechend.
Bei einer Z- oder S-förmig ausgebildeten Stimmgabel wird nun aber der Fehler, der
sich in die eine Zinke eingeschlichen hat, sofort durch die andere Zinke ausgeglichen,
deren Winkelstellung,
bezogen auf die Gravitationsmitte, in symmetrischer
Anordnung der Winkelstellung der ersten Zinke gegenüberliegt.
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Neben einer Festlegung der zweiten Klinke an der zweiten Zinke der
Stimmgabel bringt auch eine Festlegung an einem am Steg zwischen den Zinken angeordneten
Vorteile. Für eine Steigerung der Genauigkeit kann es in gewissen Fällen von Vorteil
sein, diesen Zusatzarm so auszubilden, daß sein freies Ende der Zinke näher liegt,
an welcher die erste Klinke festgelegt ist. Selbstverständlich kommt auch die Festlegung
der zweiten Klinke an einem Haltearm in Betracht, mit welchem die Stimmgabel gegenüber
der Grundplatte festgelegt ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.- Es -zeigt F i g. 1 die wesentlichen Bestandteile
einer elektrischen Uhr in einer schematisch gehaltenen Seitenansicht mit der erfindungsgemäß
gestalteten mechanischen Übertragungsvorrichtung, F i g. 2 und 3 weitere Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung.
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Die in F i g. 1 dargestellten wichtigsten Teile eines Uhrwerkes sind
eine durch eine Stimmgabel 10 und einen elektronischen Antriebsstromkreis 11 gebildeter
Zeitgeber, ein übliches, ein Zahnradgetriebe 12 enthaltendes Uhrwerksgetriebe zum
Antrieb der (nicht dargestellten) Uhrzeiger und eine mechanische übertragungsvorrichtung
mit einem Klinkenrad 13, die die Stimmgabel 10 mit dem Zahnradgetriebe 12
kuppelt und die Schwingbewegung der Stimmgabel in eine Drehbewegung umformt. Alle
elektrischen Teile des Antriebsstromkreises 11 sind an zwei Tragteilen F1 und F2
angeordnet und bilden damit zwei Bauuntergruppen, die an einer scheibenförmigen
metallischen Grundplatte 14 des Uhrwerkes festlegbar sind, während die Grundplatte
14 ihrerseits in einem üblichen Uhrengehäuse festgelegt ist.
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Die Stimmgabel 10 weist ein Paar elastisch biegsame Zinken
15 und 16 auf, die über einen demgegenüber verhältnismäßig steifen Steg 17 miteinander
verbunden sind. Der Steg 17 ist zwischen den beiden Zinken 15, 16 mit einem parallel
zu den Zinken verlaufenden Haltearm 18 versehen, der mittels Schrauben 19 und 20
an der Grundplatte 14 festgeschraubt ist. Die Grundplatte 14 weist an der Stelle
der Zinken 15,16 eine Ausnehmung auf, damit die Zinken frei schwingen können.
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Die Stimmgabel 10 wird in bekannter Art und Weise durch einen
ersten elektromechanischen Wandler T1 in Schwingungen versetzt, der aus einem am
freien Ende der Zinke 15 befestigten Magneten 21 besteht, welcher mit einer Antriebsspule
22 und einer Abfühl- oder Generatorspule 23 zusammenwirkt. Die Antriebsspule 22
ist um einen an seinen Enden offenen, rohrförmigen Träger 24 gewickelt, der am Tragteil
Ft festgelegt ist. Die Spulen 22 und 23 können auf dem Träger 24 nebeneinander,
oder die Generatorspule 23 kann auch über die Antriebsspule 22 gewickelt sein.
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Ein zweiter elektromechanischer Wandler T2 weist einen am freien Ende
der Zinke 15 befestigten Magneten 25 auf, der mit einer um einen ringförmigen Träger
27 gewickelten Antriebsspule 26 zusammenwirkt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft allein die Ausbildung der mechanischen
Übertragungsvorrichtung. Diese Übertragungsvorrichtung besteht aus einem mit dem
Zahnradgetriebe des Uhrwerkes gekuppelten Klinkenrad 13, einer von der Stimmgabel
10 her angetriebenen, in das Klinkenrad 13 eingreifenden Vorschubkiinke 32 und einer
Sperrklinke 34. Das Klinkenrad 13 treibt also das Zahnradgetriebe 12 des Uhrwerkes
an, und es ist deshalb notwendig, daß dieses Rad durch die schwingende Stimmgabel
in genau gleichbleibender Weise angetrieben wird. Bewirkt wird dies durch die Vorschubklinke
32, die an einem an der einen Zinke 16 angeordneten Zapfen 33 hart angelötet oder
auf andere Weise festgelegt ist.
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Dabei weist der Zapfen 33 zur elastischen Verbindung mit der Zinke
noch eine Einschnürstelle auf. Die Vorschubklinke 32 hat die Form einer seht kleinen
und leichten Blattfeder, die an ihrem äußeren Ende einen Edelstein oder Halbedelstein,
z. B. Saphir, trägt. Diese Spitze greift in die Verzahnung des Klinkenrades 13 ein,
so daß die Hin- und Herschwingungen der Zinke 16 eine entsprechende Drehbewegung
dieses Rades hervorrufen. Die Welle des Klinkenrades 13 ist mit einem kleinen Ritzel
versehen, in welches das erste Zahnrad des Zahnradgetriebes 12 eingreift.
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Die Sperrklinke 34, die grundsätzlich genauso wie die Vorschubklinke
32 ausgebildet ist, ist nun bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 an einem mit
der Gabel einstöckigen oder starr verbundenen Teil festgelegt, nämlich an einem
Zapfen 35 des Haltearms 18, der sich in den Raum zwischen den Zinken erstreckt.
Die Vorschubklinke 32 und die Sperrklinke sind beide etwas nach unten vorgespannt,
wobei die an ihren freien Enden befindlichen beiden Edelsteine etwa parallel zueinander
in die Verzahnung des Klinkenrades 13 eingreifen. Die Vorspannung ist so gewählt,
daß durch die Sperrklinke 34 auf das Klinkenrad 13 bei zurückgezogener Vorschubklinke
ein der normalen Drehrichtung entgegengerichtetes Drehmoment ausgeübt wird. Befindet
sich also der Edelstein der Sperrklinke 34 nach einem beendeten Vorschub durch die
Vorschubklinke 32 zufällig nicht gerade am Grund eines Zahnes des Klinkenrades 13,
so wird dieses Rad durch den Druck der Sperrklinke 34 wieder so weit zurückgedreht,
bis der Edelstein der Sperrklinke 34 am Grund des dortigen Zahnes anliegt. Die Anordnung
der beiden Klinken gegenüber dem Klinkenrad 13 ist dabei so getroffen, daß die Sperrklinke
34 um einige Zähne und außerdem noch um einen halben weiteren Zahn vor der Vorschubklinke
32 in die Verzahnung des Klinkenrades 13 eingreift.
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Die Einstellung der Vorschubklinke 32 und der Sperrklinke 34 kann
durch Schwenken der Achse des Klinkenrades 13 relativ zur Achse des Zahnrades 12
erfolgen oder durch Schwenken der auf dem Haltearm 18 festgelegten Halteplatte 36.
In beiden Fällen wird bei einmal ausgeführter Einstellung die Phasenbeziehung zwischen
Vorschubklinke 32 und Sperrklinke 34 konstant gehalten werden, denn es wird durch
diese erfindungsgemäße Anordnung erreicht, daß die Sperrklinke 34 unabhängig von
einem Verdrehen der Grundplatte wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 weist die Stimmgabel
10 ein durch eine elastische Einschnürung 17 b mit dem Steg 17 verbundenes
Verlängerungsstück 17a auf und einen Zusatzarm 18a, dessen freies Ende der einen
Zinke 16 der Stinmmgabel 10, an der die Vorschubklinke 32 festgelegt ist, näher
liegt.
An diesem Zusatzarm 18 a wird die Sperrklinke 34 gehalten, wodurch ihre Länge wesentlich
geringer gehalten werden kann als bei ihrer Festlegung an der Grundplatte des Uhrwerkes.
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Bei den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 2 wird also durch Festlegung
der beiden Klinken an einem mit der Stimmgabel starr verbundenen Teil die Unabhängigkeit
von der Verdrehung der Grundplatte und damit eine genaue Aufrechterhaltung der Phasenbeziehung
beider Klinken zueinander erzielt.
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F i g. 3 zeigt, daß an Stelle der Festlegung der Vorschubklinke an
der einen Zinke der Stimmgabel und der Sperrklinke an einem schwingungsfreien, mit
der Stimmgabel starr verbundenen Teil es auch möglich ist, auf die Sperrklinke vollständig
zu verzichten und das Klinkenrad 13 in Doppelschubbewegungsform anzutreiben. Dies
wird durch zwei Klinken 36 und 37 erreicht, die je an einer Zinke 38, 39 der Stimmgabel
festgelegt sind, so daß die Klinken mit der gleichen Amplitude und Frequenz der
Stimmgabelschwingung in entgegengesetzter Phase schwingen. Der Winkel a, der von
den bei den Klinken bezüglich ihrer Festlegungsstellen an den Zinken eingeschlossen
wird, ist dabei gleich dem Mittelpunktswinkel der Festlegungsstellen der Edelsteine
an dem Klinkenrad 13. Dies ist eine zwingende Voraussetzung, damit die Edelsteine
flach an den Zähnen des ersten Zahnrades anliegen.
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Bei diesem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel, das die vorteilhafteste
Weiterentwicklung zum Erreichen hoher Genauigkeiten elektrischer Uhren darstellt,
muß die Amplitude einer Klinke nur halb so groß gewählt werden, als wenn man eine
Vorschub-,lud Sperrklinke wie in den vorgenannten Ausführungsbeispielen verwendet.
Das Beharrungsvermögen dieser Anordnung wird dabei auf ein Viertel der anderen Anordnungen
vermindert, da jedoch doppelt so viele Ausschläge vorhanden sind, wird der Gesamtkraftverlust
die Hälfte der Vorschub- und Sperrklinkenanordnung sein. Dies wirkt sich in der
Abmessung des Klinkenrades 13 aus, das nunmehr nur noch die halbe Dicke aufweist.
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Die Verdrehung der Grundplatte hat also überhaupt keinen Einfluß mehr
auf die Phasenbeziehung der beiden Edelsteine, wenn die Voraussetzung gegegeben
ist, daß diese Edelsteine dicht beieinander an dem Klinkenrad angreifen. Da beide
Klinken an der Stimmgabel festgelegt sind, wird die Phasenbeziehung der Klinken
in bezug auf die Achse des Klinkenrades bzw. den Steg der Stimmgabel sich kaum ändern.
Darauf hinzuweisen wäre noch, daß eine Ausbildung der Stimmgabel, wie sie in den
F i g. 1 und 2 dargestellt ist, sich deshalb nicht für eine Doppelschubbewegungsform
des Klinkenrades 13 eignen würde, weil dort der gegenseitige Anstand der Zinken
zu groß ist, so daß die Länge der einen Klinke wesentlich größer würde als die Länge
der anderen Klinke und dadurch beide Klinken nicht annähernd parallel verlaufen
könnten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wurde daher die Stimmgabel mit
eng aneinanderliegenden Zinken 38 und 39 gewählt, welche sich in einem Steg
40 vereinigen, der sich in der gleichen Richtung wie die Zinken erstreckt
und der auf der Grundplatte festgelegt ist. Durch diese Ausbildung der Stimmgabel
wird demzufolge erreicht, daß die Klinken annähernd parallel verlaufen und annähernd
die gleiche Länge aufweisen. In diesem Sinne sind auch Z- oder S-förmig gestaltete
Stimmgabeln oder andere, symmetrische oder asymmetrische Formen aufweisende Stimmgabeln
denkbar, durch welche ein annähernd paralleler Verlauf der Klinken ermöglicht wird,
die dann etwa die gleiche Länge aufweisen und einen Doppelschub-Antrieb des Klinkenrades
ermöglichen. Warum sich derartige Anordnungen für die Genauigkeit elektrischer Uhren
besonders vorteilhaft auswirken, ist eingangs bereits näher beschrieben worden.