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Laufwerk mit elektromagnetischem Impulsaufzug Die Erfindung betrifft
ein technisches Laufwerk mit elektromagnetischem Impulsaufzug, insbesondere ein
Uhrwerk, bei dem eine Schwungmasse entgegen der Wirkung eines Federspeichers von
einem Elektromagneten angetrieben wird und bei dem zur Erzielung eines konstanten
Antriebsmomentes der Federspeicher aus zwei Speichern mit sich ergänzender Kennlinie
zusammengesetzt ist.
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Für Uhren mit elektromagnetischem Impulsaufzug ist die Verwendung
eines Federspeichers mit konstantem Antriebsmoment insbesondere für das Einregulieren
der Uhren auf elektronischen Zeitwaagen von besonderer Bedeutung. Es hat jedoch
bisher erhebliche Schwierigkeiten bereitet, Federspeicher mit einem wenigstens annähernd
konstanten Antrieb herzustellen. Insbesondere war bisher ein Federspeicher mit fallender
Kennlinie nicht bekannt, der sich dazu geeignet hätte, den Federspeicher mit der
normal ansteigenden Kennlinie zu einem Speicher mit konstanter Kennlinie zu ergänzen.
Als Speicher mit fallender Kennlinie wurde bisher ausschließlich ein exzentrisches
Gewicht benutzt. Es ist ein Uhrwerk mit einer spiralisch aufgewickelten Triebfeder
bekannt, bei der einer Änderung des Antriebsmomentes während des Ablaufes dieser
Triebfeder dadurch entgegengewirkt wird, daß die Schwungmasse eine Unwucht besitzt,
die dann bei entsprechender Aufstellung des Uhrwerkes beim Ablauf der Schwungmasse
ein Moment erzeugt, das der Änderung des Antriebsdrehmomentes entgegenwirkt. Dieses
bekannte Uhrwerk hat jedoch den Nachteil, daß ein Ausgleich des Antriebsdrehmomentes
nur dann erreicht wird, wenn die Schwungscheibe in einer vertikalen Ebene liegt.
Bei Stil- oder Tischuhren, die waagerecht oder geneigt aufgestellt werden, wirkt
daher der Ausgleich nicht oder nur unvollkommen. Jedoch auch dann, wenn die Schwungscheibe
in einer vertikalen Ebene liegt, gibt es nur eine einzige Einbaustellung, in der
die Änderung des Antriebsdrehmomentes durch die Änderung des durch die Unwucht erzeugten
Momentes gerade kompensiert wird. Schließlich hat das von der Unwucht erzeugte Moment
einen sinusförmigen Kraftverlauf. Die Sinuslinie verläuft aber nur in der Nähe des
Nulldurchganges annähernd linear. Der Drehwinkel der Schwungscheibe muß daher auf
+ 30° begrenzt werden. Dadurch ergibt sich aber eine kurze Schaltperiode mit hohem
Kontaktverschleiß. Weiterhin ist es bekannt, ein konstantes Antriebsmoment bei Uhrwerken,
die von einer Schraubenfeder als Antriebsfeder Gebrauch machen, die Antriebsfeder
über eine derart ausgebildete Kurvenscheibe zu legen, daß bei fortschreitendem Ablauf
der Welle, auf der die Schwungmasse befestigt ist, der Hebelarm, an dem die Schraubenfeder
in bezug auf die Welle angreift, sich so verändert, daß stets das Produkt aus der
Federkraft der Schraubenfeder und dem Hebelarm konstant ist. Diese bekannten Uhren
haben jedoch den Nachteil, daß die Stärke der Antriebsfeder im allgemeinen nicht
nachreguliert werden kann, ohne daß die Kompensierung unvollständig wird. Insbesondere
bei Wohnraumuhren, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Ganggenauigkeit gestellt
werden, ist es jedoch erwünscht, die Amplitude der Unruh möglichst günstig einzustellen.
Es sind jedoch auch bei Uhren besserer Ausführung die Reibungsverhältnisse im Räderwerk
und in der Hemmung nie genau gleich, so daß auch bei konstanter Zugfederkraft die
Schwingungsweite der Unruh bei den einzelnen Uhrwerken verschieden ist. Um diese
Unterschiede auszugleichen, sieht man im allgemeinen Vorrichtungen vor, die es gestatten,
die Spannung der Triebfeder zu verändern. Eine derartige Veränderung der Triebfeder
ist jedoch, wie bereits erwähnt, bei den Uhrwerken, bei denen Vorrichtungen zum
Konstanthalten des Antriebsmomentes vorgesehen werden müssen, im allgemeinen nicht
verwendbar, weil dadurch die Wirkung der das Konstanthalten des Antriebsmomentes
bezweckenden Vorrichtung beeinträchtigt oder ganz ausgeschaltet wird.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung
zweier Speicher mit sich ergänzender Kennlinie einen Federspeicher mit konstantem
Antriebsmoment zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Federspeicher nicht
aufweist. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Speicher
mit fallender Kennlinie eine
an der die Schwungmasse tragende Welle
angreifende Feder und Glieder umfaßt, die den wirksamen Hebelarm des Angriffspunktes
der Feder in bezug auf die Welle derart ändern, daß dieser Hebelarm beim Ablauf
des Werkes so stark vergrößert wird, daß das Antriebsmoment bei der Entspannung
der Feder im gleichem Maße zunimmt wie das Antriebsmoment einer in gleicher Richtung
wirkenden, den zweiten, eine steigende Kennlinie aufweisenden Speicher bildenden
Feder abnimmt.
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Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Kompensation
der Änderung des Antriebsmomentes von der Einbaulage des Uhrwerkes völlig unabhängig
ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich bei diesen Uhrwerken
stets die Größe des auf das Uhrwerk wirkenden Antriebsmomentes dadurch leicht einstellen
läßt, daß man entweder die Kraft der Antriebsfahrer oder aber die Kraft der Kompensationsfeder
verändert. Dabei ist die Kompensation nicht nur über einen kleinen, sondern auch
über große Drehwinkel voll wirksam. Die Drehwinkel der Schwungscheibe können 180°
und mehr betragen, ohne daß die Konstanz des resultierenden Drehmomentes beeinträchtigt
wird.
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Die erfindungsgemäßen Uhren haben den Vorteil, daß sie nicht nur ein
konstantes Antriebsdrehmoment besitzen, sondern auch den weiteren Vorteil, daß man
die Amplitude der Unruh durch Einstellen des Antriebsmomentes optimal einstellen
und damit bequem den Reibungsverhältnissen des jeweiligen Uhrwerks anpassen kann,
ohne die Konstanz des Antriebsdrehmomentes zu verändern. Auch kann die Schaltperiode
ausreichend groß gewählt werden.
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Insbesondere diejenigen Uhrwerke, bei denen die zum Konstanthalten
des Antriebsmomentes verwendete Feder aus einer an der Welle der Schwungscheibe
angreifenden Spiralfeder besteht, haben noch einen weiteren wesentlichen Vorteil:
Bei den Uhrwerken mit elektromagnetischem Impulsaufzug bildet man des leichteren
Einbaues halber im allgemeinen zwei Baugruppen, von denen die eine das Lauf- und
Zeigerwerk enthält und die andere den elektromagnetischen Aufzug mit der Triebfeder.
Bei dieser Bauweise hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Magneten auf einer
Isolierplatte zu befestigen und das eine Ende einer Welle, auf der die Schwungmasse
befestigt ist, in der Isolierplatte zu lagern, während das andere Ende dieser Welle
in einer Laufwerksbrücke gelagert ist. Genaue Messungen haben ergeben, daß die übergangswiderstände
in einem Stromweg über die an der Schwungmasse angebrachten Triebfeder sowie an
dem mit der Schwungmasse verbundenen Schaltgesperre sehr hoch sind, so daß sie bei
Batterieuhren, die mit Spannungen von 6, 4 oder 1,5 Volt betrieben werden, kaum
als Stromleitung wirksam werden. Der größte Teil des Erregerstromes fließt daher
über den in der Laufwerksbrücke gelagerten Zapfen der Welle der Schwungmasse in
das Uhrwerksgestell zurück. Insbesondere bei Uhren, die nur mit 1,5 Volt Spannung
betrieben werden, hat sich aber durch Versuche gezeigt, daß auch der übergangswiderstand
vom Zapfen der Welle der Schwungmasse zur Laufwerksbrücke je nach dem verwendeten
Schmiermittel, seinem Reinheitsgrad und dem Alter der Schmierstelle sehr verschieden
ist. Beim Ausfall eines derartigen Uhrwerkes ist ein derartiger Schmutzeffekt außerordentlich
schwer zu ermitteln. Bei den erfindungsgemäß ausgebildeten Uhrwerken eröffnet sich
nunmehr die Möglichkeit, die als zweite Feder dienende Spiralfeder, die an der Welle
der Schwungmasse angreift, mit dem Uhrwerksgestell, beispielsweise einem Pfeiler
des Uhrwerkes, zu verbinden. Dadurch ist ein absolut sicherer, von Schmiermitteln
völlig unabhängiger Stromweg zwischen der Schwungmasse und dem mit Masse verbundenen
Uhrwerksgestell hergestellt, so daß die oben beschriebenen Fehler nicht mehr auftreten.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.
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F i g. 1 zeigt einen Schnitt auf zum Verständnis der Erfindung notwendige
Teile entlang der Linie 1-I der F i g. 2; F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht der
in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung; F i g. 3 zeigt eine Ansicht
der Rückseite der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform in Richtung
des Pfeiles III der F i g. 2; F i g. 4 zeigt eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung
einer anderen Ausführungsform der Erfindung; F i g. 5 bis 7 zeigen weitere Ausführungsformen
der Erfindung.
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Ein Elektromagnet 1 ist auf einer Isolierplatte 2
befestigt,
beispielsweise durch Vernieten von herausgestanzten Lappen 29 (F i g. 3). Ein Anker
3 ist mit Hilfe einer Rückholfeder 4 an dem Joch des Magneten 1 befestigt.
Eine Verlängerung 3' des Ankers 3 trägt einen Schaltkontakt 5, der einem auf einer
Schwungscheibe 7 angebrachten Kontakt 6 gegenübersteht. Auf der Schwungscheibe 7
ist an einem Pföstchen 8 eine Schraubenfeder 9 befestigt, deren anderes Ende an
einem auf der Isolierstoffplatte 2 befestigten Pföstchen 12 befestigt ist. Die Schwungscheibe
7 ist auf einer Welle 16 befestigt, mit der auch eine Kurvenscheibe 10 fest verbunden
ist, die in der Ebene der Spiralfeder 9 liegt und gegen deren Umfang sich die Spiralfeder
9 beim Aufziehen und Ablauf der Feder abstützt. Die Schwungscheibe 7 mit Pföstchen
8, Kurvenscheibe 10 und einem Kontaktträger 11 kann aus einem Stück
durch Preßgut oder durch Sintern geformt sein. Eine Spiralfeder 13 ist mit einer
Rolle 14 durch Reibsitz auf einem Zapfen 15 der Welle 16 befestigt (F i g. 2 und
3). Das äußere Ende 17 der Spiralfeder 13 ist durch Verklemmen mit einem konischen
Stift 18 an einem winklig abgebogenen Lappen 19 eines Prägeteiles 20 befestigt.
Dieses Prägeteil 20 ist durch ein angezogenes Röhrchen 21 auf der Isolierstoffplatte
2 befestigt und mit einem Werkpfeiler 22 durch eine Mutter 23 verschraubt. Dadurch
ist die Welle 16 über die Spiralfeder 13 hinweg durch einen festen, keine aufeinandergleitenden
Teile enthaltenden Strompfad mit dem Werksgestell elektrisch leitend verbunden.
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Die Schwungscheibe 7 ist über nicht gezeichnete Gesperre mit dem Räderwerk
des Werkes verbunden. Wird der Magnet 1 erregt, so beschleunigt der Kontakt 5 durch
Anlage an den Kontakt 6 die Schwungscheibe 7 entgegen der Wirkung der Antriebsfeder
9. Wenn der Anker 3 an den Magnetkern anschlägt, schwingt die Scheibe 7 wegen ihrer
Trägheitskraft weiter aus, wobei sich die beiden Kontakthälften 5 und 6 voneinander
entfernen. Das nicht gezeichnete Schaltgesperre verbindet die Schwungscheibe 7 im
Augenblick
der Umkehr der Schwingbewegung mit dem Räderwerk. Die Schwungscheibe 7 dreht sich
nun unter Wirkung der Schraubenfeder 9 zurück. In dem Augenblick, in dem der Anker
3 an den Kern anschlägt, trennen sich die Kontakthälften 5 und 6, die in den Erregerstromkreis
der Magnetspule eingeschaltet sind. Der Anker fällt daher ab. Sobald bei dem unter
Wirkung der Feder 9 erfolgenden langsamen Rücklauf der Schwungscheibe 7 unter gleichzeitigem
Antrieb des Werkes der Kontakt 6 wieder auf den Kontakt 5 des abgefallenen Ankers
3 trifft, wird der Stromkreis wieder geschlossen, der Anker 3 angezogen und der
Schwungscheibe 7 wieder eine beschleunigte Drehbewegung erteilt, unter deren Einfluß
sich die Antriebsfeder 9 wieder spannt.
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Mit fortschreitendem Ablauf des Werkes zwischen zwei Aufzugsperioden
entspannt sich die Feder 9 in gleichem Maß. Dadurch wird auch die an der Schwungscheibe
7 angreifende Federkraft kleiner. Um jedoch während dieses Ablaufes das auf das
Uhrwerk wirkende Antriebsmoment konstant zu halten, das sich aus der Kraft der Feder
9 und dem Hebelarm zusammensetzt, an dem diese Kraft bezüglich der Achse der Welle
16 angreift, ist die Kurvenscheibe 10, gegen deren Umfang sich die Feder
9 abstützt, so ausgebildet, daß der Hebelarm, an dem die Feder 9 bezüglich
der Welle 16 angreift, in aufgezogener Lage klein ist und während des Ablaufes
ständig wächst.
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Bei den bekannten Werken ist die Form der Kurvenscheibe 10 so gewählt,
daß der Hebelarm, an dem die sich an dem Umfang der Kurvenscheibe abstützende Feder
9 angreift, während des Ablaufes sich so vergrößert, daß das Produkt Federkraft
mal Hebelarm während des ganzen Ablaufes der Schwungscheibe 7 konstant bleibt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werk ist jedoch die Kurvenscheibe 10 so
geformt, daß der Hebelarm stärker zunimmt als zur Erzielung eines konstanten Antriebsmomentes
erforderlich wäre, so daß das Antriebsmoment während des Ablaufes der Schwungscheibe
7 trotz der Abnahme der Federkraft der Feder 9 zunimmt. Diese Änderung des Antriebsmomentes
wird jedoch durch die Änderung des durch die Spiralfeder 13 erzeugten Momentes kompensiert,
deren auf die Welle 16 wirkendes Moment mit fortschreitendem Ablauf der Schwungscheibe
7 kleiner wird. Dadurch ist die Summe der an der Welle 16 angreifenden Momente wiederum
über den gesamten Ablauf der Schwungscheibe 7 konstant. Die beschriebene Anordnung
hat jedoch den Vorteil, daß die Vorspannung der Spiralfeder 13 auf einfache Weise
durch Drehen der Spiralrolle 14 entgegen ihrem Reibungswiderstand auf dem Zapfen
15 der Welle 16 geändert werden kann. Damit ändert sich auch das gesamte, auf die
Welle 16 wirkende Drehmoment, und auf diese Weise kann dieses Antriebsdrehmoment
auf einfache Art eingestellt und den jeweiligen Reibungswiderständen des einzelnen
Uhrwerkes angepaßt werden. Damit kann auch die Amplitude der Unruh optimal eingestellt
werden.
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Zu diesem Zweck ist in der Spiralrolle 14 ein Schlitz 27 zum Einsetzen
eines Schraubenziehers vorgesehen. In die Isolierplatte 2 ist eine Skala 28 eingeprägt,
mit deren Hilfe das Maß der Verdrehung der Spiralrolle 14 auf der Welle 16 abgelesen
werden kann. Gegebenenfalls kann auch ein in der Zeichnung nicht dargestellter kleiner
Stehzeiger auf der Spiralrolle l.4 befestigt sein, der dann zwischen der Isolierplatte
2 und der Spirale 13 herausgeführt sein kann. Die Spiralfeder 13 kann auch zwischen
der Isolierplatte 2 und der Schwungscheibe 7 auf der Welle 16 befestigt sein oder
aber zwischen der Schwungscheibe 7 und einer Laufwerksbrücke angeordnet werden.
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Bei der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
wird also durch eine Kurvenscheibe 10 die Verringerung der Federkraft der
Antriebsfeder beim Ablauf überkompensiert, so daß man bei dem Ablauf ein stetig
zunehmendes Antriebsmoment erhält. Dieser Zuwachs des Antriebsmomentes während der
Entlastung der Antriebsfeder 9 erlaubt, eine wesentlich schwächere Spiralfeder 13
auf der Welle 16 zu befestigen, deren Moment während des Ablaufes abnimmt, so daß
die Summe der durch die Feder 9 und die Spiralfeder 13 erzeugten Momente auf die
Welle 16 stets konstant ist.
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Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung nimmt
jedoch das von einer Antriebsspiralfeder 30 auf die Welle 16 übertragene
Antriebsmoment während des Ablaufes der Schwungscheibe 7 ab. Dagegen ist eine schwächere
Kompensationsfeder 31, die an einem Pföstchen 32 auf der Isolierplatte befestigt
ist, mit Hilfe eines Pföstchens 33 so an der Schwungscheibe befestigt, daß sich
der Hebelarm, mit dem die Kraft der Feder 31 an der Welle 16 angreift, mit fortschreitendem
Ablauf der Schwungscheibe 7 vergrößert. Dadurch vergrößert sich während des Ablaufes
der Schwungscheibe 7 trotz der Abnahme der Kraft der Feder 31 das von dieser Feder
auf die Welle 16 ausgeübte Drehmoment. Durch diese Zunahme des Drehmomentes wird
die während des Ablaufes der Schwungscheibe 7 eintretende Abnahme des durch die
Feder 30 erzeugten Antriebsdrehmomentes kompensiert.
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An Stelle einer Schraubenfeder 31 kann auch eine in F i g. 4 strichpunktiert
eingezeichnete Blattfeder 34 treten, die bei 35 einseitig eingespannt ist und in
einer gabelartigen Halterung 36 auf der Schwungscheibe 7 gehalten ist. Auch diese
Anordnung kann so getroffen sein, daß das von dieser Blattfeder 34 auf die Welle
16 ausgeübte Drehmoment während des Ablaufes der Schwungscheibe 7 zunimmt. Die Einspannung
35 kann mit Reibesitz drehbar auf der Platine 2 gelagert sein, so daß durch eine
entsprechende Drehung dieser Einspannung 35 die VorspanWng der Feder 34 ein-Qestellt
werden kann. Auch kann, falls erforderlich, die wirksame Federlänge durch Verschieben
einer gabelartigen Halterung 37 einstellbar sein.
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Auch bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
kann auf der Welle 16 noch eine Kurvenscheibe befestigt sein, an deren Umfang sich
die Kompensationsfeder 31 anlegt, so daß die Änderung des Hebelarmes durch die Form
der Kurve bestimmt ist und nicht durch die Kosinusfunktion des Bewegungsablaufes
der Befestigung 33.
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Die F i g. 5 bis 7 stellen weitere Ausführungsformen der Erfindung
dar. In F i g. 5 ist als Kompensationsfeder eine Spiralfeder 38 vorgesehen, deren
freies Ende durch einen Faden, eine Litze oder einen anderen Seilzug 39 mit einem
Pföstchen 40 mit der Schwungscheibe 7 verbunden ist. Das Pföstchen 40 ist
so angeordnet, daß sich der Hebelarm, an dem die Zugkraft in dem Seilzug 39 an der
Welle 16 angreift, bei der Entspannung der Aufzugsfeder 30 vergrößert. Das Pföstchen
40 muß jedenfalls so angeordnet sein,
daß es bei aufgezogener Feder
30 in F i g. 5 oberhalb der Verbindungslinie zwischen der Welle 16 und dem
beweglichen Ende 38' der Spiralfeder liegt.
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Die Ausführungsform nach F i g. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach F i g. 5 darin, daß an Stelle einer Spiralfeder 38 eine Blattfeder 41 als Kompensationsfeder
verwendet ist. Hierbei kann wiederum die Einspannung 42 zur Einstellung der
Vorspannung dieser Kompensationsfeder dreh- und feststellbar in der Platine gelagert
sein. Das Pföstchen 40
kann auch in einem Langloch 43 einstellbar sein. Dieses
Langloch 43 kann in radialer Richtung verlaufen.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 ist die Kompensationsfeder als
Druckfeder 44 ausgebildet, die in einer Einspannung 45 beweglich gelagert ist und
deren bewegliches Ende 44' an einem entsprechenden Lager 46 der Schwungscheibe
7 gelagert ist. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere dann, wenn
die Schwingungsweiten der Schwungscheiben 7 nicht besonders groß sind. Das kompensierende
Moment kann auch durch Null hindurchgehen. Beispielsweise kann eine als Spiralfeder
ausgebildete Kompensationsfeder beim Ablauf der Aufzugsfeder so beansprucht sein,
daß ihre Federkraft durch Null hindurchgeht. Bei den Ausführungsformen nach den
F i g. 4 bis 7 kann der Null-Durchgang des Kompensationsmomentes dadurch erreicht
sein, daß der Angriffspunkt der Kraft der Kompensationsfeder auf der Schwungscheibe
einen Totpunkt durchläuft. Dies kann bei manchen Anwendungsbeispielen zusätzliche
Vorteile bringen.