DE1523938C3 - Schaltwerk für zeithaltende Geräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltwerk für zeithaltende Geräte mit einem vom Gangregler angetriebenen zeitanzeigenden Getriebezug mit einer Rücklaufsperre und eine,m auf einfer Welle des Getriebezuges angeordneten Antriebsrad, das über ein elastisches Kupplungsglied mit einem auf der gleichen Welle angeordneten Schaltrad gekuppelt ist, wobei das Schaltrad von einem Fortschaltelement schrittweise angetrieben ist.

Durch die FR-PS 13 46 657 ist ein Schaltwerk bekannt, bei dem im Kraftweg zwischen Gangregler und Getriebe ein elastisches Kupplungsglied angeordnet ist. Als Gangregler wird hierbei eine spiralfederbetriebene Unruh vorgesehen, welche über eine zweite Spiralfeder elastisch mit einem Schaltanker gekuppelt ist, welcher wiederum die auf ihn einwirkenden mechanischen Fortschaltimpulse auf das Räderwerk überträgt. Eine ähnliche Einrichtung ist in der US-PS 37 122 beschrieben. Als Gangregler ist hier ebenfalls eine spiralfederangetriebene Unruh vorgesehen, durch deren oszillierende Bewegung direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung eines anderen Gliedes, ein Schaltanker bewegt wird, dessen Schaltbewegungen wiederum auf ein Ankerrad übertragen werden. Auf der Ankerradwelle ist, axial beabstandet vom Ankerrad, ein erstes im Getriebezug angeordnetes Ritzel starr befestigt.

Die getriebliche Verbindung zwischen dem frei drehbar auf der Ankerwelle sitzenden Ankerrad und dem starr auf dieser Welle sitzenden Antriebsrad wird dabei durch ein elastisches Kupplungsglied bewerkstelligt, das entweder als Schraubenfeder oder als Gummihülse ausgebildet ist und der Geräuschdämpfung dient.

Eine derartige Ankerfortschalteinrichtung besitzt jedoch im Gegensatz zu einer in an sich bekannter Weise aus einer Schaltweiche und einem Weichenrad bestehenden Weichenfortschaltung eine völlig andere Fortschaltmechanik, die einen anderen Funktionsablauf bei der Fortschaltung des Räderwerkes bewirkt. Bei einer Ankerfortschaltung findet in jedem Fall eine Zwangshemmung durch das eigentliche Schaltelement, nämlich den Anker, statt; diese Zwangshemmung ist bei einer Weichenfortschaltung zwischen Schaltweiche und Weichenrad nicht vorhanden. Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden For.tschaltsystemen besteht darin, daß bei einer Weichenfortschaltung der Antrieb-dies Weichenrades direkt über die fest.mit der Unruhwelle verbundene Schaltweiche erfolgt, wohingegen bei einer Ankerfortschaltung zwischen Uncujhwelle und Ankerrad als zusätzliches Schaltelement der Anker erforderlich ist, der wiederum einerseits mit der schwingenden Unruhwelle und andererseits mit dem Ankerrad in Eingriff zu bringen ist. Bei einer Weichenfortschaltung ist aber im Gegensatz zu einer Ankerfortschaltung ein zeithaltender Getriebezug sowie ein durch diesen angetriebenes Zeigerwerk unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung weiterer Kraftübertragungselemente, an das den Ausgang des Antriebssystems bildende Weichenrad angekoppelt. Dies hat jedoch zur Folge, daß Störungen des normalen Laufes von Räder- und Zeigerwerk, hervorgerufen beispielsweise durch mechanische Erschütterungen der Uhr oder manuelle Eingriffe in das Uhrwerk, sich unmittelbar auf das Antriebssystem auswirken; dies kann beispielsweise zum Bruch von Zähnen des Schaltrades oder zu einer Überbeanspruchung der Antriebsspiralfeder des Gangreglers führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltwerk der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Antriebsspiralfeder des Gangreglers sowie die Schaltzähne des diesem nachgeordneten Schaltrades gegen Überbeanspruchung bzw. Zerstörung infolge entgegenwirkender Kräfte geschützt sind und außerdem eine weitgehend geräuschlose Fortschaltung der Getriebeglieder durch vom Gangregler erzeugte mechanische Schaltimpulse möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das mit einer Sperrverzahnung versehene Weichenrad sitzt lose auf einer Welle. Die Verbindung zwischen Weichenrad und Welle wird über ein elastisches, den Schaltimpuls des Schwingers zeitlich dehnendes Kupplungsglied hergestellt. Durch dieses elastische Kupplungsglied wird zunächst ein Schaltimpuls gespeichert und dann gedehnt und abgeflacht weitergegeben. Zum Schutz der Antriebsspiralfeder ist ferner eine Vorrichtung vorgesehen, die den Verdrehungswinkel zwischen der Welle und dem lose auf ihr sitzenden Weichenrad begrenzt. Diese erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch einfache und kompakte Bauweise aus und gibt überdies die Möglichkeit, die Reibungsdämpfung

zwischen dem Weichenrad und der getriebenen Welle zu dosieren und damit den seitlichen Lauf der Ausgleichbewegung zu beeinflussen.

Vorzugsweise sitzt das elastische Kupplungsglied dabei in einer becherförmigen Ausnehmung der Weichenradnabe. Das elastische Glied selbst kann eine Spiralfeder sein. Um eine Beschädigung der Spiralfeder oder ein Herausgleiten derselben aus dem Becher zu vermeiden, kann die Ausnehmung der Weichenradnabe mit einer mit der Welle starr verbundenen Begrenzungsscheibe abgedeckt sein, die eine sektorförmige Aussparung aufweist, in der ein am Weichenrad vorgesehener Anschlagnocken frei beweglich ist. Durch diesen Anschlagnocken wird die Spiralfeder bei Eingriff in das Getriebe von außen vor übermäßigen Kräften bewahrt; während des normalen Betriebes kommt der Anschlagnocken mit der Begrenzungsscheibe nicht in Berührung.

Statt von einer körperlichen Spiralfeder kann das elastische Kupplungsglied auch durch Fernwirkkräfte mittels Magneten und Magnetanker gebildet werden.

Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren in der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 zwei durch ein /elastisches Kupplungsglied verbundene Drehmassen,

Fig.2 die gegenseitigen Verdrehwinkel der Drehmassen,

Fig.3 einen Momentenverlauf, abhängig von der Zeit,

F i g. 4 den Verdrehwinkel, abhängig von der Zeit,

F i g. 5 einen Längsschnitt nach der Linie V-V durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Schaltwerks nach der Erfindung,

F i g. 6 eine Draufsicht auf das Schaltwerk und

F i g. 7 einen Teilschnitt nach VII-VII in F i g. 5, der die Anordnung der Spiralfeder wiedergibt.

Anhand der Fig. 1 soll die grundsätzliche Wirkungsweise der Anordnung erläutert werden. Angenommen, die Teile 1 und 2 mit den trägen Massen Θι und Q₂ sind starr miteinander gekoppelt, so muß während des kurzen Fortschaltimpulses von der Dauer τ neben den Reibungskräften die gesamte mit Teil 1 verbundene Masse beschleunigt werden. Der Momentenverlauf entspricht bei einigen Vernachlässigungen der unten angegebenen Formel (1). Es ist offensichtlich, daß die Rückwirkung auf den antretenden Teil 2 beträchtlich sein kann.

Sind jedoch die Bauteile mittels eines elastischen Zwischengliedes federnd miteinander gekoppelt, so wirkt nur das Moment zurück, welches zur Spannung des elastischen Zwischengliedes nötig ist und in seinem ersten Augenblick etwa mit der Formel (2) beschrieben werden kann. Während der Impulspausen Τ—τ kann die Feder den Teil 1 nachziehen. Der zeitliche Momentenverlauf ist schematisch in F i g. 3 dargestellt.

Unter der Voraussetzung, daß θι >&2 ist, gilt angenähert:

M' as G₁O, + μτύ (1)

M"

M' > M"

(2) Sofern mit dem Teil 1 ein anzeigender Getriebezug, z. B. zum Antrieb von Zeigern, getrieblich verbunden ist, dann sollte das System der mit der umlaufenden Welle starr gekoppelten Massen frei von Eigenschwingungen sein. Dies ist wichtig, da das gesamte System über die Feder ein schwingungsfähiges Gebilde darstellt, das um seine Nullage Eigenschwingungen ausführen kann. Teil 1 muß also gegenüber Teil 2 eine entsprechende Dämpfung erhalten.

Zur Berechnung der Dämpfung ist davon auszugehen, daß der konstruktiv festgelegte maximal mögliche Schwingungswinkel ±gw größer ist als der zulässige Verdrehungswinkel ψο (s. F i g. 2).

Die Dämpfung zwischen den Teilen 1 und 2 ist so gewählt, daß für das Dämpfungsmoment die Beziehung Mb=bq> gilt, wobei b eine Konstante ist, die von der Lagergeometrie ' und den Schmierverhältnissen zwischen Teil 1 und Teil 2 abhängt und in weiten Grenzen wählbar ist. Das elastische Kupplungselement 3 besitzt ein mitnehmendes Moment Md= C ■ φ, wobei C die Federkonstante für Flachspiralfedern mit Windungszwischenraum ist.

Für das Teil 1 mit dem auf seine Welle reduzierten Trägheitsmomenten Θι aller nachgeschalteten Drehmassen gilt die Differentialgleichung: '**""*.

Setzt man

so wird

(G = Gewicht, μ = Reibungskoeffizient, r = Reibradius, ω = Winkelbeschleunigung).

₁ · (f. ■ + b ■ φ + C ■ φ = O.

= 2ß und

φ + 2βφ + χ²φ = 0.

Die Lösung dieser Differentialgleichung ist das allgemeine Integral von der Form

φ = A- e^h'' + B · e^h*'

mit

als charakterische Gleichung.

Soll die Dämpfung zur Erzielung des Nachlaufs stark sein, muß ß²>tx² sein, d. h. h\,2= —ß±k(4), wobei k<ß ist.

Die Zeitabhängigkeit des Verdrehungswinkels ist durch folgende Gleichung wiedergegeben:

φ = e-ß\Ae^k' + Be~^k<).

Im vorliegenden Fall sind nach dem Ausienken des Fortschaltrades 2 die Anfangsbedingungen für das angetriebene Teil 1

und der Auslenkwinkel verhält sich nach der Gleichung

φ =

2Jk

<ΙΌ 1

F i g. 4 gibt den Verlauf dieser Gleichung wieder. Die Zeit £1 ist dadurch vorgegeben, daß der Nachlaufvorgang abgeschlossen sein muß, wenn der

nächste Impuls auf Teil 2 kommt. Das heißt, bei einem Impulsabstand von 7=0,2 see und einer Sicherheit S= 0,5 bis 0,75 wird die Zeit fi gleich S¹ · Γ etwa 0,1 bis 0,15 see.

Mit Hilfe der Gleichungen (3), (4) und (5) sind die Lagerverhältnisse so zu dimensionieren, daß die benötigte Dämpfungswirkung erzielt wird.

In den F i g. 5 bis 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltwerkes dargestellt. Auf der mit dem schwingenden Schaltglied (nicht gezeichnet) starr verbundenen Antriebswelle 11 sitzt fest eine bekannte Schaltweiche 12 mit Schaltscheiben 13 und 14. Eine gemeinsame Welle 15 eines verdrehbar auf dieser Welle sitzenden Weichenrades 16 und eines Triebs 17 ist quer zur Welle 11 mit solchem Abstand zu dieser angebracht, daß die Weichenradzähne 16a zwischen die Schaltscheiben 13 und 14 eingreifen und bei Drehschwingungen der Schaltweiche das Weichenrad von dieser in eine ruckartige Drehbewegung versetzt wird. Die Weichenradnabe, die vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt ist, weist an ihrer Hantelfläche neben den Weichenradzähnen 16a angeformte Sperradzähne 16Z? auf, die in bekannter Weise mit einer Sperrfeder 18 zusammenwirken. Auf einer Stirnseite ist der Wejchenradkörper mit einer becherförmigen Ausnehmung 16c versehen, in der eine einerends mit einer Spiralbuchse 19 verbundene Spiralfeder 20 Platz findet (s. auch Fig.3). Die Ausnehmung 16c wird durch eine mit geringem Abstand den Rand des Weichenrades überdeckende Begrenzungsscheibe 21 abgedeckt, die verhindert, daß die anderends in einen Schlitz 16c/im Rand des Weicheradkörpers eingehakte Spiralfeder 20 aus dieser Befestigung herausgleiten kann, während ein dem Schlitz 16c/ am Umfang etwa gegenüberliegender Nocken 16e in eine sektorförmige Aussparung 21a der Begrenzungsscheibe 21 hineinragt, wodurch übermäßiges Verdrehen des Weichenrades gegenüber der Welle 15 und damit Beschädigung der Feder 20 verhindert wird.

Auf die Welle 15 ist einerseits des Weichenrades das Trieb 17, andererseits die Spiralbuchse 19 und die Begrenzungsscheibe 21 fest aufgedrückt, so daß diese Teile eine mechanische Einheit darstellen. Das aus einem Stück, vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigte Weichenrad 16 mit Sperrverzahnung sitzt zwischen dem Trieb 17 und der Spiralbuchse 19 auf der Welle leichtgängig verdrehbar und ist durch jene beiden Elemente in seiner axialen Bewegung begrenzt.

Die Wirkungsweise des Schaltwerks ist derart, daß durch die Drehschwingung der Antriebswelle 11 und der daran befindlichen Schaltweiche das Weichenrad durch

ίο die Auflauframpen an den Schaltscheiben 13 und 14 in bekannter Weise schrittweise in ruckartige Drehbewegung versetzt wird. Infolge der Reibkräfte und vor allem der tragen Massen im nachgeschalteten Zählwerk wird dieser Bewegungsimpuls jedoch nicht augenblicklich in gleicher Form an das Trieb und damit an das Zählwerk weitergeleitet, sondern die zwischen dem drehbar auf der Welle· 15 sitzenden Weichenrad und der auf die WeJIe fest aufgedrückten Spiralbuchse 19 eingefügte Spiralfeder 20 nimmt je nach Reaktionskraft vorübergehend einen Teil der Impulsenergie auf und gibt den Impuls dann gedehnt und abgeflacht an das nachgeschaltete Zählwerk weiter, wodurch das Besehleuhigungsmoment verringert wird und damit auch die Beanspruchung der Zählwerk-Triebräder und des Schaltwerkes. Eine Folge ist diejängere Formhaltung und damit längere Lebensdauer des-. Schalt- und Zählwerkes und weiterhin die geringere Geräuschentwicklung. Die Feder 20 muß so bemessen und auf die Reib- und Massenkräfte abgestimmt sein, daß der Impuls mit Sicherheit eine kurze Zeitspanne vor Beginn des nächsten Schaltvorganges an das nachgeschaltete Zählwerk weitergeleitet ist, die Feder also zu Beginn eines jeden Schaltvorganges entspannt ist.

Die Erfindung ist nicht an das aufgeführte Beispiel gebunden. Das elastische Element kann beispielsweise durch Magnetkräfte gebildet werden, wobei z. B. am Weichenrad Magnete und an der Begrenzungsscheibe Magnetanker befestigt sein können. Es könnte andererseits auch das Weichenrad mit der Welle 15 starr verbunden sein und das Trieb 17, das in diesem Falle auf derselben Seite des Weichenrades liegen müßte wie die Feder 20, drehbar auf der Welle angeordnet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltwerk für zeithaltende Geräte mit einem vom Gangregler angetriebenen zeitanzeigenden Getriebezug mit einer Rücklaufsperre und einem auf einer Welle des Getriebezuges angeordneten Antriebsrad, das über ein elastisches Kupplungsglied mit einem auf der gleichen Welle angeordneten Schaltrad gekuppelt ist, wobei das Schaltrad von einem Fortschaltelement schrittweise angetrieben ist, gekennzeichnet durch eine aus einer Schaltweiche und einem Weichenrad bestehenden Fortschalteinrichtung, bei der das mit einer Sperrverzahnung (16b) versehene Weichenrad (2,16) lose auf der Welle (4, 15) sitzt und über das elastische Kupplungsglied (3, 20) mit dem starr auf dieser Welle (4,15) sitzenden Antriebsrad gekuppelt ist und außerdem Anschläge (16e, 2\a) zur Begrenzung des Verdrehungswinkels zwischen dem Weichenrad (2, 16) und der Welle (4,15) vorgesehen sind.

2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Kupplungsglied (3, 20) sich in einer becherförmigen Ausnehmung (16c,) der Weichenradnabe befindet.

3. Schaltwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die'Ausnehmung (16cjdes Weichenrades (16) von einer mit seiner Welle (15) starr verbundenen Begrenzungsscheibe (21) abgedeckt ist, die eine sektorförmige Aussparung (21a) hat, innerhalb der ein am Weichenrad (16) vorgesehener Anschlagnocken (16a^frei beweglich ist.

4. Schaltwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Kupplungsglied in an sich bekannter Weise eine Spiralfeder (20) ist.

5. Schaltwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Kupplungsglied durch Fernwirkkräfte mittels Magneten und Magnetankern gebildet ist.

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