DE1523900B2 - Elektrisches zeitmesswerk mit einer elektromagnetisch ange triebenen unruh - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Zeitmeßwerk mit einer elektromagnetisch angetriebenen Unruh als Gangordner zum schrittweisen Fortschalten eines drehbar gelagerten Schaltrades, dessen Unruh einen Durchmesser unter 8 mm aufweist.

Bei kommerziellen Uhren, bei denen eine elektasche Batterie zur Aufrechterhaltung von Schwingungen einer Unruh oder eines ähnlichen Gangreglers und zum Antrieb eines Räder- oder Zeiger-Werkes verwendet wird, bestehen gewöhnlich keine Beschränkungen hinsichtlich der Leistungsaufnahme oder der Abmessungen der Bauteile. Auch bei Uhren mittlerer Größe, beispielsweise Uhren für Automobile, die durch die Fahrzeugbatterie gespeist werden und einige Watt verbrauchen können, gibt es nur wenig Einschränkungen. Bei der Konstruktion einer Uhr von der Größe einer Armbanduhr od. dgl., die den vom Markt gestellten Anforderungen an die Größe und das Gewicht genügt, werden dagegen sehr strenge Anforderungen hinsichtlich des Tragekomforts, der Freiheit von Ersatz und Justierung irgendwelcher Teile durch den Benutzer und der Verwendung von Bauteilen gestellt, die in den begrenzten Raum passen und trotzdem eine einwandfreie Zeitangabe für mindestens 1 Jahr oder mehr gewährleisten. - -

Es sind elektrische Uhren bekannt, welche diesen Bedingungen schon recht gut genügen (siehe z. B. USA.-Patentschrift 2 865 163), und auf welche die Erfindung sich anwenden läßt. Das in einem Gehäuse befindliche Werk einer solchen elektrisch angetriebenen Uhr enthält einen Gangregler mit Unruh und Spiralfeder, der durch einen elektromagnetischen Antrieb, welcher eine Batterie enthält, angetrieben wird, eine Anzeigeanordnung, beispielsweise ein Zeigerwerk mit Stunden-, Minuten- und Sekundenzeiger, ein Hemmungs- oder Schaltrad, das schrittweise durch die aus Unruh und Spiralfeder bestehende Anordnung fortgeschaltet wird, und eine Antriebsgruppe, die mit dem Schaltrad verbunden ist und die Anzeigeanordnung betätigt. Die bekannte Uhr kann mit einer Frequenz von 2,5 Hz oder fünf Halbschwingungen pro Sekunde arbeiten. Bei einer üblichen Uhr entsteht bei jeder Halbschwingung ein tickendes Geräusch.

Einer der wichtigsten Faktoren für die Ganggenauigkeit der Unruh- und Federanordnung des Zeitintegrationsmechanismus einer Uhr oder anderen zeithaltenden Einrichtung ist die Einjustierung des Schwerpunktes der Unruh in bezug auf die Dreh- oder Schwingungsachse. In der Uhrenindustrie wird für diesen Faktor der Begriff »Unwucht« (poise) verwendet. Wenn also der Schwerpunkt einer Unruh außerhalb der Drehachse liegt oder die Unruh defekt ist, sind die Schwingungen nicht gleichförmig, und die Uhr ist »dejustiert«.

Der Unwucht-Effekt kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

_ _π ] /j_ U _ j/ C 1

^mrcosa

rp_n

Dabei bedeutet

T = die Dauer einer Halbschwingung,
/ = das Trägheitsmoment der Unruh,
C = die Federkonstante der Spiralfeder,
m = die Masse des Defektes (Unwuchtmasse), r — der radikale Abstand der Unwuchtmasse

von der Schwingachse,

_a = den bei ruhender Unruh gemessenen

Winkel zwischen einer vertikalen Achse _und dem Ort der Unwuchtmasse und

_{Fn {A) = eme Funktion der} Schwingungsamplitude.

Das Produkt mr in der obigen Gleichung stellt den Betrag der Gangfehler verursachenden Unwucht dar.

Es ist ersichtlich, daß bei einwandfrei ausgewuchteter Unruh das Produkt mr gleich Null ist und Fn(A) herausfällt und damit ohne Wirkung bleibt. Die Schwingungsdauer wird dann unabhängig von der Amplitude, und es herrscht Isochronismus. Mit Isochronismus wird die Unabhängigkeit der Schwingungsfrequenz von der Schwingungsamplitude bezeichnet.

Unwuchtbedingte Gangfehler beruhen auf dem Einfluß der Schwerkraft. Aus diesem Grunde geht die Lage der Unwucht," also des Massenschwex-^' punktes in bezug auf eine durch die Schwingungs- - achse der Unruh gehende senkrechte Linie in die obige Gleichung ein. Die Gleichung zeigt, daß eine Unwucht ohne Einfluß bleibt, wenn der,, Winkel a gleich 90° und Kosinus (a) = 0 sind.

Der Faktor Fn(A) ist bekanntlich sehr wichtig; er wird bei 1,22 Umdrehungen entsprechend einer Schwingungsamplitude von 220° zu Null. Wenn also die Schwingungsamplitude der Unruh auf 1,22 Umdrehungen gehalten werden kann, bleibt eine etwaige Unwucht ohne nachteiligen Einfluß.

Es gibt im wesentlichen zwei Möglichkeiten, um eine Unwucht bei einer gegebenen Frequenz auszuschalten: Erstens die Unwucht zu beseitigen und zweitens der Schwingungsamplitude auf 1,22 oder etwa IV4 Umdrehungen zu halten. Der Grad, bis zu welchem eine Unwucht beseitigt werden kann, wird in der Praxis durch produktionstechnische und wirtschaftliche Gründe begrenzt. Der verbleibende Unwuchteinfluß kann durch Aufrechterhalten einer Schwingungsamplitude von etwa 220° weitgehend unwirksam gemacht werden.

Aus der oben angegebenen Gleichung ist außerdem ersichtlich, daß der Einfluß der Unwucht durch Vergrößerung der Federkonstante C verringert werden kann. Die Konstanten C und / bestimmten die, Schwingungs- oder Schlagfrequenz. Wenn die übliche Schlagfrequenz von 5 Hz beibehalten werden soll, muß bei einer Erhöhung von C auch / vergrößert werden. Eine Vergrößerung von / bedeutet in der Praxis jedoch eine Vergrößerung des Durchmessers der Unruh. In Armbanduhren ist der Platz jedoch sehr beschränkt und eine Vergrößerung des Durchmessers der Unruh daher unerwünscht. Wenn also Unwuchteinflüsse durch Erhöhung von C und Beibehaltung oder Verkleinerung von / herabgesetzt werden sollen, muß die Schwingungsfrequenz erhöht werden. Im allgemeinen wird durch eine Erhöhung der Frequenz die Stabilität des Unruhsystems durch Verringerung von Unwuchteinflüssen besser. Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, daß C mit dem Quadrat der Frequenz wächst, so daß eine Verdopp^lun§ ^der Frequenz Unwuchteinflüsse um den Faktor 4

⁶S herabsetzt.

_{£s Jst m der} u^^^ _{bekannt> daß es an}

_sj_cn wünschenswert ist, die Schwingungsfrequenz der Unruh zu erhöhen. Dies ist jedoch nicht ohne wei-

3 4

teres möglich. Bei den gewöhnlichen mechanischen tungen zur Beherrschung des Überschwingens entUhren wird die praktisch erreichbare Grenze durch fallen können.

den erhöhten Leistungsbedarf gesetzt. Die verfügbare Ein weiterer Nachteil der bekannten elektrischen Leistung kann in der Praxis nur durch Vergrößerung Uhren bestand darin, daß die konventionellen stoßder Antriebsfeder erreicht werden. Dies ist jedoch 5 und bruchsicheren Unruhlagerungen sich oft als unbei mechanischen Uhren entweder unmöglich oder zureichend erwiesen haben. Die beiden am meisten unerwünscht. Bei Uhren, in denen die Unruh elek- benutzten Konstruktionen waren flexible Unruhen trisch oder elektronisch betätigt wird, stellt der und federbelastete Lager. Hiermit läßt sich zwar eine Reglerantrieb im wesentlichen eine Art Elektromotor gewisse Unempfindlichkeit gegen Stöße erreichen, ein dar. Es ist erwünscht, den Wirkungsgrad des in einer io stabiler Betrieb wird jedoch hierdurch in Frage gezeithaltenden Einrichtung verwendeten Motors durch stellt. Es wurde gefunden, daß bei einer im Vergleich Konstruktion einer Anordnung zu verbessern, die mit zu konventionellen Konstruktionen genügenden Verhöheren Geschwindigkeiten oder Drehzahlen arbeitet kleinerung des Verhältnisses der Masse der Unruh und damit einen Betrieb der Unruh mit höherer zum Quadrat des Wellendurchmessers praktisch das Frequenz ermöglicht. Die derzeitigen elektrischen 15 gleiche Maß an Stoßfestigkeit wie bisher erreicht Armbanduhren mit Unruh arbeiten alle mit fünf werden kann.. ■
Schlägen pro Sekunde. In der Zeitschrift »The Horological Journal«,

Bei höheren Betriebsfrequenzen treten außerdem Juni 1963, S. 191 bis 197, ist ein elektrisches Uhrmechanische Schwierigkeiten beim Weiterschalten werk beschrieben, dessen Unruh einen Durchmesser des Schaltrades auf. Der Impuls des Schaltrades 20 von 7,7 mm hat und mit 2,5 Hz bei einer Schwinnimmt proportional zur Frequenz zu, und es wird gungsweite zwischen l³/s und l⁵/e Umdrehungenschwierig, das Schaltrad nach dem Weiterschalten schwingt. Auch bei dieser Uhr ist eine mechanische zu sperren. Ein weiteres Problem bestand darin, die - Überschwingsicherung notwendig, die bei einer Un-Schwingungsamplitude von etwa I¹A Umdrehungen ruhamplitude von I³A Umdrehungen,, wirksam wird, bei der erhöhten Frequenz aufrechtzuerhalten. Die 25 Auf die Nachteile einer solchen Einrichtung, wie sie Dämpfung nimmt mit' dem Quadrat der Geschwin- bei allen bekannten elektrischen Uhrwerken der vordigkeit zu, und man erreicht bald einen Punkt, bei liegenden Art mit einer Unruh erforderlich ist, wurde der die Eingangsleistung über vertretbare Werte an- bereits hingewiesen.

steigt. Es wurde aber festgestellt, daß bei der doppel- Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine ten Frequenz zwar die Anzahl der Impulse pro Se- 30 geiau arbeitende, elektromagnetisch angetriebene künde doppelt so groß ist, jedoch jeder Impuls nur Uhr geringen Energiebedarfes anzugeben, die möghalb solange andauert. Es ist außerdem aus der liehst störungsfest gegen Stöße und Unwuchteinflüsse Theorie der Elektromotoren bekannt, daß der Wir- auf die Unruh ist, ohne daß eine mechanische Uberkungsgrad eines Motors von der Geschwindigkeit Schwingsicherung erforderlich ist.
abhängt, mit der sich der Fluß in dem drehmoment- 35 Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß erzeugenden Luftspalt ändert. Bei einer Uhr der vor- die Unruh, die ein Trägheitsmoment zwischen 4,5 liegenden Art ist diese Änderungsgeschwindigkeit und 7 · 10—³ gern² aufweist, mit einer Schlagzahl von ungefähr doppelt so groß wie früher, wenn die Fre- 9 bis 12 Schlägen je Sekunde arbeitet und daß das quenz verdoppelt wird. Zum Betrieb einer mecha- Trägheitsmoment des Schaltrades ¹AoO bis ¹AsO des rüschen Uhr mit zehn Halbschwingungen pro Se- 40 Trägheitsmomentes der Unruh beträgt,
künde wäre die doppelte Eingangsleistung wie bei Die Federkonstante der Spiralfeder der Unruh einer mit fünf Halbschwingungen pro Sekunde beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 7 dynem je arbeitenden mechanischen Uhr erforderlich. Winkeleinheit im Bogenmaß, während die ele'ktro-

Ein weiteres Problem bei elektrisch angetriebenen magnetische Antriebseinrichtung vorzugsweise einen Uhren mit einer Unruh- und Spiralfederanordnung 45 Magnetkreis mit einer Zeitkonstante zwischen einer ist das sogenannte »Überschwingen«. Dieses Problem und 3 Millisekunden enthält. Der Durchmesser der tritt auf, wenn die Schwingungsamplitude der Unruh Unruh kann zwischen 6 und 8 mm betragen,
eine Umdrehung oder 360° erreicht. Bei Uhren mit Ein Schutz für die Merkmale, die sich auf die elektrisch angetriebenem Gangwerk wird durch die Bemessung der Unruh und des Schaltrades beziehen, Bewegung der Unruh ein Impuls ausgelöst, der so wird nur im Zusammenhang mit der Lösung der der Energie an die Unruh- und Spiralfederanordnung Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beansprucht, abgibt. Wenn die Amplitude 360° erreicht, erhält Durch die vorliegende Erfindung wird ein elekdie Unruh zusätzliche und unerwünschte Impulse, trisch angetriebenes Uhrwerk angegeben, das mit die ausreichen können, die Unruh in einem Zustand vorzugsweise 5 Hz arbeitet und keine Überschwingüberflüssiger Bewegung zu halten. Bei konventio- 55 steuerung fordert. Wie erwähnt, ist das von dem unnellen Konstruktionen mit Schaltrad tritt dabei ein erwünschten Impuls bei der Überschreitung einer doppeltes Weiterschalten auf, und die Zeiger laufen Schwingungsamplitude von 360° zu überwindende doppelt so schnell wie sie sollen. Bei allen bisherigen Gegendrehmoment der Spiralfeder bei einer mit zehn elektrischen Uhren, die Werke mit einer Unruh ent- Halbschwingungen pro Sekunde arbeitenden Unruhhalten, sind daher irgendwelche Maßnahmen zur 60 anordnung viermal so groß als bei fünf Halbschwin-Verhütung dieses unerwünschten Effektes vorgesehen. gungen pro Sekunde. Bei der vorliegenden Konstruk-Die hierfür verwendeten Steuereinrichtungen erfor- tion wurde die Frequenz praktisch verdoppelt, wähdern jedoch eine besondere Einjustierung, sie ver- rend der Leistungsbedarf nur geringfügig ansteigt, so brauchen Energie und erhöhen die Kosten. Es hat daß die üblichen Uhrenbatterien verwendet werden sich nun unerwarteterweise gezeigt, daß bei höheren 65 können. Es treten also doppelt so viele Impulse wie Arbeitsfrequenzen und einer Verbesserung der Kon- bisher auf, wobei jeder Impuls nur etwa die Hälfte struktion des Zeitintegrationsmechanismus einer der bisherigen Energie liefert. Der Widerstand der elektrischen Uhr solche zusätzlichen Steuereinrich- Spiralfeder ist gleich oder etwas größer als die Ein-

gangsenergie, um zu verhindern, daß sich ein Zustand übermäßiger Bewegung der Unruh einstellt. Die Unruhanordnung kann im Amplitudenbereich zwischen IVe und I¹A Umdrehungen, in dem Unwuchteffekte am wenigstens wirksam werden, betrieben werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet; es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine elektrische Uhr mit dem bevorzugten Werk,

F i g. 2 eine Schnittansicht in einer Ebene 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 eine längs einer Ebene 3-3 der F i g. 1 gesehene Schnittansicht eines Teiles des Werkes, die insbesondere die Gangwerkanordnung mit Unruh und Spiralfeder und deren funktioneile Beziehung zu einer Kontaktanordnung eines elektromagnetischen Antriebes zeigt,

F i g. 4 eine längs einer Ebene 4-4 der F i g. 1 gesehene Schnittansicht eines Teiles des Uhrwerkes, die insbesondere den Einstellzapfen und einen Teil der nach Wunsch durch diese betätigbare Antriebsgruppe zeigt,

F i g. 5 eine Querschnittsansicht in einer Ebene 5-5 der Fig. 1, die insbesondere das Gangwerk mit Unruh und Spiralfeder, das Schaltrad und die Antriebsgruppe zeigt,

F i g. 6 eine vergrößerte Schnittansicht der Unruh und Unruhfeder,

F i g. 7 eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die Unruh und ein Polstück einer Spule des elektromagnetischen Antriebs zusammenwirken; außerdem sind aus dieser Figur die speziellen Winkelverhältnisse bezüglich der Drehachse der Unruh zwischen einer radialen Linie, die durch die Vorderkante einer Nase einer Betätigungsanordnung auf der Unruh geht, der Nase an der Unruh, des Unruhfederpfeilers und dem Polstück zu ersehen,

F i g. 8 eine Ansicht des Schaltrades von unten, die zeigt, wie ein Ansatz an der Unruh und ein Zahn des Schaltrades zusammenwirken.

Zur Vereinfachung der Zeichnung und Erläuterung sind bestimmte Anordnungen und Teile, die bei Uhren dieses Typs allgemein üblich sind, weggelassen worden, z. B. Einzelheiten der Platinen, Antriebe und Lagersteine.

Wie F i g. 1 zeigt, ist das Uhrwerk 10 in üblicher Weise in einem Gehäuse 11 einer elektrisch angetriebenen Uhr 9 untergebracht. Das Werk 10 enthält eine Platine 12, auf der eine Unruh- und Spiralfederanordnung 14, eine elektromagnetische Antriebsanordnung 16 zum Antrieb der Unruh, ein bei der Unruh angeordnetes und durch diese schrittweise weitergeschaltetes Schaltrad und eine mit dem Schaltrad gekuppelte und durch dieses angetriebene Antriebsgruppe für die bei einer üblichen Armbanduhr vorhandenen Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger montiert sind. Die Uhr kann, soweit hier nicht näher dargestellt ist, in üblicher Weise ausgebildet sein (siehe z. B. die USA.-Patentschrift 2 865 163).

Die Platine 12 (Fig. 1 und 2) kann aus einem magnetisierbaren Werkstoff niedriger Remanenz bestehen und umfaßt nach oben stehende Teile 21, 22. Am Teil 22 ist ein Montageblock 24 durch Schrauben 26 befestigt, die durch Löcher im Block reichen, die größer als die Schraubenschäfte sind. Der Block 24 lagert ein Kernstück 28, dessen freies Ende als Statorblock 30 dient und am äußeren Ende eine Polfläche bildet. Der Block 24, das Kernstück 28 und der Statorblock 30 sind vorzugsweise einstückig aus einem magnetisierbaren Werkstoff niedriger Remanenz hergestellt.

Auf das Kernstück 28 ist zwischen isolierende Endscheiben 34 eine Wicklung 32 gewickelt, die also

ίο eine Magnetspule 33 bildet.

An der Stirnfläche des Vorsprunges 21 ist durch Schrauben 37 eine Unruhplatine 36 befestigt, die ein Lager 38 für ein Ende der Welle 40 der Unruh 44 trägt. Am anderen Ende ist die Unruhwelle 40 durch ein Lager 42 in der Platine 12 gelagert. Die Unruh 44 muß sehr leicht sein, damit die gewünschte Frequenz in dem kleinen und beschränkten Raum erreicht werden kann. Die Unruh enthält einen Weicheisenring 46, der an der Unruhwelle 40 über einen Ring 48 verbunden ist, welcher mittels Speichen an der Unruhwelle befestigt -ist. An dem Weicheisenring 46 ist eine hochstehende Nase 50 gebildet, die durch den Statorblock oder Pol 30 der Magnetspule 33 angezogen werden kann. Der Ring 46 ist vorzugsweise auf einer Berylliumbronzebasis¹ "gebildet, um zu gewährleisten, daß die Nase aufrecht steheri'bleibt. Der Ring 48, der ebenfalls aus Berrylliumbronze bestehen kann, dient zur Verstärkung des Unruhringes 46. Die Anziehung der Nase durch den Pol 30 dreht die Unruh in F i g. 1 gesehen in Gegenuhrzeigerrichtung um die Unruhachse. Bei der Drehung der Unruh- und Spiralfederanordnung 41 in Gegenuhrzeigerrichtung wird die Unruhfeder 52, deren eines Ende über einen Kragen 54 mit der Unruhwelle 40 und deren anderes Ende an einem Pfeiler 56 der Unruhplatine 36 befestigt ist, gespannt und speichert dementsprechend Energie. Diese Energie dreht die Unruh später in der entgegengesetzten Richtung, also in F i g. 1 in Uhrzeigerrichtung. Ein üblicher Rücker 57 ist vorgesehen.

Auf der Unruhwelle 40 ist unterhalb des Rades 48 ein Kragen 58 befestigt, der eine radial vorspringende Fahne 60 zur Betätigung einer elektrischen Kontaktanordnung im elektromagnetischen Antrieb 16 aufweist, um in der Magnetspule 33 Impulse zum Antrieb der Unruh- und Spulenanordnung 14 zu erzeugen. "*

Die Fahne 60 kann aus Saphir oder einem ähn^r liehen abriebfesten Werkstoff bestehen. Der Kragen 58 trägt außerdem eine Betätigungsanordnung in Form eines axial vorspringenden Edelsteinstiftes 62 zur Bewegung des leistungsaufnehmenden Schaltrades 18, wie noch beschrieben wird.

Am Gestell 12 liegt wie üblich ein Zifferblatt 59 an, dessen in der Zeichnung untere Seite mit einer üblichen Beschriftung versehen ist.

Der elektromagnetische Antrieb 16 wird durch eine Batterie 64 (F i g. 1) gespeist, deren eine Seite mit dem Gestell 12, also Masse, und deren andere Seite mit einem elektrisch leitenden Klemmenteil 66 verbunden sind. Das Klemmenteil 66 ist seinerseits mittels einer Schraube 69 an einem Klemmenpfeiler 68 befestigt. Der Klemmenpfeiler 68 ist isoliert an der Grundplatine des Gestells 12 gehaltert und über einen isolierten Leitungsdraht 70 mit einem Anschluß 72 verbunden, der durch ein Ende des Drahtes der Wicklung 32 der Magnetspule 33 gebildet wird. Das andere Ende 74 des die Wicklung 32 bildenden

Drahtes ist mit_; einem Leitungsdraht 75 verbunden, der an einer Klemme 76 befestigt ist. Die Klemme 76 ist mittels einer Schraube 78 an einer Halterung 77 befestigt. Die Halterung 77 ist ihrerseits mittels einer Schraube 80 an einem Block 79- befestigt, der. über eine Isolierscheibe 81 um Gestell 12 getragen wird. Von der Halterung 77 erstreckt sich in Richtung auf die Unruh- und Spiralfederanordnung eine elektrische Kontaktanordnung in Form eines Kontaktdrahtes 82. Der Kontaktdraht 82, dessen Durchmesser in der Größenordnung von 25 μΐη liegen kann, wird periodisch durch die Fahne 60 der Unruh 44 erfaßt und in Berührung mit einem Gegenkontakt gebracht, der durch eine messerartige Kante 84 eines plattenartigen Bauteils 83 gebildet wird, welches mittels einer Schraube elektrisch mit dem Gestell 12 verbunden ist, um einen geschlossenen elektrischen Stromkreis für die Magnetspule 33 zu bilden. Die Schraube 85 erlaubt eine Einjustierung des Bauteiles 83 und damit der Lage der Kante 84 bezüglich des Kontaktdrahtes 82. Hierdurch kann die Dauer des entstehenden elektrischen Impulses und damit der ) Energieinhalt des auf die Regleranordnung einwirkenden magnetischen Impulses eingestellt werden. Der Wicklung 32 der Magnetspule 33 ist eine Diode 86 parallel geschaltet. Diese Diode überbrückt die Wicklung 32, wenn der Strom in einer Richtung fließt, der derjenigen entgegengesetzt ist, die zur Erzeugung eines Antriebsimpulses für die Unruh erforderlich ist. Die Diode 86 verlängert die Lebensdauer der Kontakte, da die Bildung von Funken beim Abheben des Kontaktdrahtes 82 von der Kante 84 verringert wird.

Wenn also der Kontaktdraht 82 von der den ruhenden Gegenkontakt bildenden Kante 84 entfernt ist, fließt also praktisch kein Strom aus der Batterie durch die elektrische Anordnung.

Wenn die Kontaktfahne 60 in Gegenuhrzeigerrichtung (Fig. 1) schwingt und am Kontaktdraht 82 angreift und diesen Berührung mit dem Ende des Gegenkontaktes 84 bringt, wird ein Stromkreis von der Batterie 64 über das Klemmenteil 66, den Klemmenpfeiler 68, den Leitungsdraht 70, den Anschluß s 72, die Wicklung 32, den Anschluß 74, den Draht 75, die Klemme 76, den Block 77, den Kontaktdraht 82 und die messerartige Kante 84 zu dem als Masse wirkenden Gestell 12 geschlossen, das die Rückleitung zu dem mit Masse verbundenen Pol der Batterie 64 bildet. Dieser Strom fließt in derselben Richtung wie der, der an der Diode 86 ein statisches Potential erzeugt, und die Diode führt daher nicht mehr Strom als vorher.

Wenn die Magnetspule 33 erregt ist, wird die eine Verlängerung des Weicheisenstückes 46 bildende Nase 50 durch den Pol 30 angezogen. Der von der Magnetspule erzeugte magnetische Fluß fließt durch die Nase 50, den Ring 46 und ein Bauteil 87 zurück zu dem den Pol 30 entgegengesetzten Ende der Magnetspule. Der Rückweg für den Fluß ist nicht vollständig dargestellt, in F i g. 2 sind nur die Enden des Bauteiles 87, das aus einem magnetisch weichen Material besteht, zu sehen. Durch diese Vorgänge entsteht also ein Impuls, der die Unruh 44 antreibt. Der elektrische Stromkreis ist nur wenige Millisekunden geschlossen, und die Fahne 60 gibt dann bei ihrer Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung das Ende des KontakUlnihles 82 frei, so daß der Stromkreis dann wieder zwischen dem Kontaktdraht 32 und der den Gegenkontakt bildenden Kante 84 unterbrochen ist. Prellen und übermäßige Bewegungen des Drahtes 82 werden durch einen Edelstein-Ablenkstift 92 weitgehend vermieden. Im Augenblick der Öffnung der Kontakte ist die magnetische Energie in der Wicklung der Magnetspule 33 am größten, und infolge der Selbstinduktion neigt der Strom dazu, in der gleichen Richtung weiterzufließen wie der erwähnte Impulsstrom, also vom Anschluß 72 zum ίο Anschluß 74. Hierdurch würde normalerweise im Augenblick der Kontakttrennung zwischen dem Kontaktdraht 82 und dem Gegenkontakt 84 ein Funken entstehen, bei der vorliegenden Anordnung kann jedoch der durch das zusammenbrechende Magnetfeld erzeugte Strom durch die Diode 86 fließen, so daß die Spule praktisch kurzgeschlossen ist und die induzierte Spannung rasch abklingt. .^:

In F i g. 1 und 5 ist genauer dargestellt, wie die Unruh- und Spiralfederanordnung 14, das Schaltrad 18 und die Antriebsgruppe zusammenwirken. -''"■■ Die Unruh schwingt in der üblichen Weise und¹* erhält während jedes Schwingungszyklus einen ma- - gnetischen Impuls. Der Kragen 58 führt den Edelsteinstift 62 längs eines Weges, dej^die Zahnspitzen des Schaltrades 18 schneidet. ■·· "" ■■·.,<■

In F i g. 1 sind die Teile in der neutralen Lage oder Achse dargestellt, d. h. in der Lage beim Beginn der Rückwärtsbewegung des Schaltrades 18. In der Praxis bewegt sich der Stift 62 im Betrieb bei der in Gegenuhrzeigerrichtung verlaufenden Halbschwingung über einen Punkt bei einem Zahn 18 a. Die Unruh bewegt sich dann in ■ Uhrzeigerrichtung. Bei Beginn der Fortschaltbewegung gelangt der Edelsteinstift 62 zum Zahn 18 a des Schaltrades und bewirkt eine Relativbewegung des Schaltrades 18 in Gegenuhrzeigerrichtung. Der Stift 62 verläßt bei seiner kreisförmigen Bewegung dann die Spitze des Schaltradzahnes 18 a, und die Unruh setzt ihre Schwingung in Uhrzeigerrichtung fort, ohne weiter auf ,das Schaltrad einzuwirken.

F i g. 7 zeigt die speziellen Beziehungen zwischen den Edelstein-Betätigungsgliedern 60, 62, die. am Kragen 58 befestigt sind und sich mit der Unruh 44 drehen, der Unruhnase 50, des Polstückes 30 der Magnetspule 33 und des Spiralfederpfeiles 56 bei einer bevorzugten Aus.führungsform der Erfindung. Der Winkel zwischen der Mittellinie w der Nase 50, und einer Linie .τ, die von der Drehachse der Unruh durch die vordere Spitze oder Kante der Nase 50 verläuft, beträgt 7 45'. Der Winkel zwischen der Linie .v und der Linie 3·, die die Drehachse der Unruh mit der vorderen Spitze oder Kante des Polstückes 30 verbindet, beträgt 9"15'. Die Vorderkante der lälelsteinfahne 60 liegt in einer durch die Drehachse gehenden Geraden z, die mit der Geraden λ einen Winkel von 15' bildet. Die Verbindungsgerade // der Drehachse mit der Mitte des Schaltstiftes 62 bildet mit der Geraden ζ einen Winkel von 45°. Die von der Drehachse durch die Mitte des Spiralfederpfeilers 56 gehende Gerade ν bildet mit der Geraden .v einen Winkel von 14°.

Die von unten gesehene Ansicht in F i p. 8 zeigt das Zusammenwirken zwischen dem Antriebs- oder Schaltstift 62, der am Kragen 58 der Uniiilnvelle 40 befestigt ist, und den Zähnen des Selialtrades 18. Der Winkel, in dem der Stift 62 mit einem /ahn I8</ des Selialtrades im Fingrid ist, ist mit I bezeichnet. Der Winkel \ /wischen den Radien von der Πι eh-·

9 10

achse der Unruh zu den Spitzen benachbarter Zahne steht. Auf einem Lagerzapfen 130 ist ein Rad 132 des Schaltrades ist der Antriebswinkel und entspricht gelagert, das das Minutenrad 128 mit dem Stundengenau dem Kreisbogen, den der Schaltstift 62 durch- rad 116 koppelt. Wenn also das Ende des Einstelllaufen muß, um von einem Zahn, beispielsweise dem Zapfens 120 in Fig. 4 nach oben gezogen wird und Zahn 18 b, freizukommen und einen anzutreibenden 5 die Räder 122, 124 ineinander eingreifen, können Zahn 18« zu erreichen. Der mit (i bezeichnete Winkel das Minuten- und Stundenrad durch entsprechende ist der Überlaufwinkel. Der Winkel Λ ist also die Drehung des Zapfens 120 verstellt werden.
Summe der Winkel χ und ß. Der Einstellzapfen 120 ist mit zwei Ringnuten 134, . Die Zähne des Schaltrades 18 sind asymmetrisch 135 versehen, in die ein elastischer Ring oder eine geformt und umfassen zwei sich schneidende Flächen, io Feder 136 eingreifen können, die an der Platine 12 die eine relativ lange Überlauffläche 88 und eine beispielsweise durch eine Schraube 137 befestigt ist. relativ kurze Antriebsfläche 89 umfassen. Das Schalt- Wenn der Einstellzapfen nach innen gedrückt wird, rad wird in der eingestellten Lage durch einen Per- greift der Ring 136 in die Ringnut 134 ein .und hält manentmagneten 90 (F i g. 1) gehalten, der einen ent- die Räder 122,124 außer Eingriff. Wenn der Einstellsprechenden Zahn des Schaltrades anzieht. 15 zapfen 120 dagegen nach oben gezogen ist, greift der

Im Betrieb treibt der Stift 62 den Zahn 18 b in Ring 136 in die Ringnut 135 ein und hält die Räder

Gegenuhrzeigerrichtung (in Fig. 8 gesehen) an, 122,124 im'Eingriff.

wenn die Unruhe 44 und der an ihr befestigte Stift BeT einer nach kommerziellen Gesichtspunkten

62 in Uhrzeigerrichtung schwingen. Der Stift 62 läuft annehmbaren, elektrisch angetriebenen Uhr kleiner

über den Zahn 186 hinaus. Durch die auf einen be- 20 Größe, beispielsweise einer Armbanduhr, soll das

nachbarten Zahn einwirkende Anziehung des Ma- Werk im allgemeinen nicht größer als etwa 25 mm:

gneten 90 (Fig. 1) dreht sich das Schaltrad 18 bis sein. In der Uhrenindustrie wird als die Größe eines

in seine neue Stellung weiter. Wenn der Stift 92 zu- _ Werkes der kürzeste Abstand längs' eines Durchmes-

rückschwingt, schlägt er am nächsten Zahn 18« an sers durch die Zeigerachse bezeichnet. Weiterhin ist

und dreht das Schaltrad 18 etwas rückwärts. Das 25 es wünschenswert, die Stabilität clesXjangreglers des

Schaltrad wird jedoch durch den Magneten 90 in Werkes einer solchen Uhr zu verbessern und den

seiner weitergeschalteten Lage gehalten. Der Stift 62 Einfluß von Unwuchteffekten dadurch minimal zu

läuft dann am Zahn 18a vorbei zu einem Punkt, an halten, daß die Frequenz auf etwa zehn Halbschwin-

dem der nächste Antriebsschritt beginnt. Das Schalt- gungen pro Sekunde oder etwa das doppelte der Fre-

rad wird also durch den an der Welle 40 der Unruh 30 quenz der bekannten, elektrisch angetriebenen Arm-

44 angebrachten Stift 62 schrittweise gedreht. banduhren mit Unruh und Spiralfeder als Gangregler

Die bei dem beschriebenen Werk verwendete erhöht wird.

Antriebsgruppe 20 ist am deutlichsten in F i g. 5 zu Der Durchmesser der Unruh hat sich als sehr erkennen. Die Antriebsgruppe 20 kann in konven- wichtiger Parameter erwiesen. Wenn Größe und lioneller Weise aufgebaut sein und wird daher nur 35 Raumbedarf eine maßgebliche Rolle spielen, wie es kurz beschrieben. Das Schaltrad 18 sitzt auf einer hier der Fall ist, muß die Unruh eine solche Masse Welle 100, die zwischen einer Schaltradplatine 96 haben, daß sich ein annehmbares Verhältnis zwischen und der Grundplatine 12 wie üblich in Edelstein- den Trägheitsmomenten der Unruh und des Hemlagern gelagert ist und ein Antriebsrad 101 trägt, das mungsrades ergibt. Die Abmessungen müssen außerdie Antriebsgruppe 20 treibt. Zur Fixierung des 40 dem einen vernünftigen linearen Abstand zwischen Bauteiles 87 und der Schaltradplatine 96 an der der'Nase 50 der Unruh 44 und dem Polschuh 30 beim Grundplatine 12 dient ein Stift 97. Die Antriebs- Anlegen des Stromes an die Spule 33 zulassen, dieser gruppe ist zwischen der Grundplatine 12 und einer lineare Abstand ist eine Funktion der für die Spule an dieser beispielsweise durch Schrauben 99 befestig- erforderlichen Vorhaltezeit. Der elektromagnetische ten Brücke 103 gelagert. Die Grundplatine 12 und die 45 Antrieb setzt der verwendbaren Kontaktdauer Gren-Brücke 103 enthalten Lager für eine Welle 104, die zen. Wenn sich die Nase de'm Pol 30 nähert, muß der am unteren Ende ein in das Antriebsrad 101 eingrei- Strom so rechtzeitig eingeschaltet werden, daß der^ fendes Rad 102 und am oberen Ende ein Rad 105 Fluß in der Spule 32 sich seine.it Maximalwert nä-* trägt. Das Rad 105 treibt ein Sekundenrad 106. Ein hern kann, wenn der Rand der Nase in die Nähe des mit dem Sekundenrad 106 verbundenes Rad 108 50 Randes des Poles gelangt. Die Vorhaltezeit für das treibt ein Rad 110 an, das mit einem Rad 111 ver- Schließen des Kontaktes ist etwas größer als die Zeitbunden ist. Das Rad 111 greift in ein Minutenrad 112 konstante der Spule, die durch das Verhältnis der ein, das auf einer hohlen Minutenwelle 114 sitzt. Die Spuleninduktivität bei dem Pol 30 direkt gegenüberhohle Minutenwelle trägt außerdem ein Stundenrad stehender Nase 50, zum Spulenwiderstand definiert 116, das durch einen nicht dargestellten Trieb vom 55 ist. Es wurde gefunden, daß sich optimale Ergebnisse Minutenrad angetrieben wird. Die Übersetzungsver- bei einer Spulenzeitkonstante zwischen etwa einer hältnisse der Antriebsgruppe sind so gewählt, daß und 3 Millisekunden und einem Volumen in der die Zeiger in der gewohnten Weise umlaufen. Größenordnung von 30 bis 50 mm·* ergeben.

F i g. 4 zeigt den Mechanismus zur Einstellung des Bei der vorliegenden Konstruktion wird der mini-

Werkes von Hand. Der Einstellzapfen 120 reicht 60 mal mögliche Durchmesser der Unruh durch das

durch eine öffnung in der Grundplatine 12 und läßt Trägheitsmoment des Schaltrades begrenzt. Schalt-

sich in Fig. 4 gesehen nach oben bewegen, so daß räder mit einem Trägheitsmoment, das kleiner als

ein an seinem Ende befindliches Zahnrad 122 mit etwa 0,15 · 10~³ gem- ist, sind nur schwer herzustei-

einem Zahnrad 124 in Eingriff gebracht werden kann, len. Die obere Grenze für den Durchmesser der. Un-

das mittels einer Buchse 125 und einer Schraube 127 65 ruh ist durch die gewählte Arbeitsfrequenz begrenzt,

drehbar an der Platine 12 gelagert ist. Das Zahnrad Die Zeitkonstante des elektrischen Kreises bestimmt

124 kämmt mit dem Rad 126 auf der Minutenwelle, die Vorhaltezeit für die Kontaktanordnung. Da die

das wiederum mit dem Minutenrad 128 im Eingriff Unruh im Vergleich zu den bekannten Konstruktio-

nen mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit schwingt, durchläuft sie auch den doppelten Winkelbereich während der Zeit, die zum Aufbau des Stromes in der Spule erforderlich ist. Wenn der Durchmesser der Unruh zu groß ist, ist die Nase 50 zu weit S vom Pol 30 entfernt, wenn der Kontaktdraht 82 in Berührung mit der Kante 84 kommt. Der Wirkungsgrad des induzierten Antriebes ist proportional der Geschwindigkeit, mit der sich der Fluß beim Annähern der Nase an den Pol ändert; diese Geschwindigkeit ist ihrerseits proportional der Umfangsgeschwindigkeit der Unruh. Der Wirkungsgrad nimmt daher mit zunehmendem Unruhdurchmesser und zunehmender Schwingungsfrequenz zu, da dann die Änderungsgeschwindigkeit des Flusses im Luftspalt zwisehen der Nase 50 und dem Pol 30 ebenfalls zunimmt. Mit wachsender Schwingungsfrequenz wird es jedoch zunehmend schwieriger, mit Unruhen größeren Durchmessers zu arbeiten. Es wurde festgestellt, daß der optimale Durchmesser der Unruh einer elektri-■ sehen Armbanduhr od. dgl., die mit zehn Halbschwingungen pro Sekunde arbeitet, zwischen 6 und ) 8 mm liegt.

Bei Unruhen, deren Durchmesser 6 bis 8 mm nicht überschreiten darf, läßt sich praktisch kein größeres Trägheitsmoment als -etwa 7 · 10~³ gern- erreichen, da die Masse sonst übermäßig groß wird und wesentlich stärkere Lagerungsanordnungen als üblich erforderlich werden. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß die Begrenzung der Unruhmasse die Stoßfestigkeit der Unruhwelle wesentlich erhöht, so daß zusätzliche Sloßsicherungen wie federnd gehalterte Lager überflüssig werden. Das Trägheitsmoment der Unruh soll mindestens das Dreihundertfache des Trägheitsmomentes des Schaltrades betragen, das in der Größenordnung von ü,015 bis 0,0225· lü~^:!gcmliegt. Das optimale Verhältnis der Trägheitsmomente der Unruh und des Schaltrades liegt für einen Betrieb mit der Schwingungsamplitude von etwa 225^: in der Größenordnung von 300 bis 450 :1. Da die Masse der Unruh möglichst klein sein soll, beträgt das Trägheitsmoment der Unruh vorzugsweise etwa 4,5 · ΙΟ"³ gern².

Durch die Wahl des Trägheitsmomentes der Unruh werden die optimalen Parameter der Unruh-Spiralfeder eingeschränkt. Wenn die Amplitude der Unruh durch plötzliche Stöße oder Bewegungen des Unterarmes eine Amplitude von 360^D oder zwei Umdrehungen erreicht, wird die elektrische Kontaktanordnung geschlossen, und die Unruh erhält einen zusätzlichen unerwünschten Impuls. Beim Auftreten dieses Impulses entspricht die Spannung der Spiralfeder einer Verdrehung um 360- oder 2.1 im Bogenmaß. Das Drehmoment der Spiralfeder wirkt dem durch den erregten Elektromagneten ausgeübten Zug entgegen, und wenn dieses Drehmoment größer ist als das Anzugsdrehmoment des Elektromagneten, wird der Unruh während des unerwünschten Impulses keine zusätzliche Energie zugeführt. Die Amplitude der Unruh fällt dann rasch auf den normalen Wert von 225° oder IV₄ Umdrehungen ab. Das Anzugs- oder Haltedrehmoment der in der oben beschriebenen Weise bemessenen Elektromagnetanordnung liegt in der Größenordnung von 25 bis 30 dyncm. Eine Spiralfeder, die bei einer Verdrehung um 2.7 ein ausreichendes Gegendretimoment zu erzeugen vermag, muß eine Stärke in der Größenordnung von 5 dyncm pro Winkeleinheit im Bogenmaß (Radian) haben. Die Stärke C der Spiralfeder muß also mindestens 5 dyncm/Radian betragen. Die obere Grenze der Stärke der Spiralfeder liegt aus konstruktiven Gründen bei etwa 7 dyncm/Radian. Die Federkonstante der Spirale liegt also im Bereich zwischen 5 und .7 dyncm/Radian.

Das mit zehn Halbschwingungen pro Sekunde arbeitende, zeithaltende beschriebene Uhrwerk enthälteine im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen stärkere Spirale, also eine Spirale mit höherer Feder:. konstante C, in Kombination mit einer leichteren Unruh, d. h. einer Unruh mit geringerem Trägheitsmoment. In der schwingenden Unruh und der Spirale ist mehr Energie gespeichert, wocFürch die Ganggenauigkeit der Uhr bei gleichbleibender Größe des Werkes verbessert wird.

Es ist unzweckmäßig, das Trägheitsmoment des Schaltrades zu verringern. Mit zunehmender Frequenz nehmen jedoch auch die Schwierigkeiten bei der Weiterschaltung des Schaltrades zu, und dieses kann dann zuviel Energie aufnehmen, wodurch es schwierig wird, die Unruhamplitude mit einer gegebenen Magnetspulenanordnung aufrechtzuerhalten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Zeltmeßwerk mit einer elektromagnetisch angetriebenen Unruh als Gangordner zum schrittweisen Fortschalten eines drehbar gelagerten Schaltrades, dessen Unruh einen Durchmesser unter 8mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unruh (44), die ein Trägheitsmoment zwischen 4,5 und 7 · 10 ~³ gern=¹ aufweist, mit einer Schlagzahl von 9 bis 12 Schlagen je Sekunde arbeitet und daß das Trägheitsmoment des Schaltrades (18) V₃₀O bis V₄₅₁, des Trägheitsmomentes \ier Unruh beträgt.

2. Zeitmeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Spiralfeder (52) der Unruh (44) zwischen 5 und 7 dyncm je Winkeleinheit im Bogenmaß beträgt und daß die elektromagnetische Antriebsanordnung einen Magnetkreis mit einer Zeitkonstante zwischen einer und 3 Millisekunden enthält.

3. Zeitmeßwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Unruh (46) zwischen 6 und 8 mm beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen