DE1815728B2

DE1815728B2 - Magnetantrieb mit einem Hemmrad

Info

Publication number: DE1815728B2
Application number: DE1815728A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Koganei Tokio Ikeno; Tsuneta Chiba Kawakami; Masami Matsudo Chiba Sato
Original assignee: K.K. Hattori Tokeiten, Tokio
Current assignee: Seiko Corp
Priority date: 1967-12-30
Filing date: 1968-12-19
Publication date: 1979-08-16
Also published as: US3518464A; GB1197660A; DE1815728C3; CH514170A; DE1815728A1; CH1937068A4

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetantrieb mit einem Hemmrad, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welcher insbesondere in Uhren verwendet werden kann.

Bei einem bekannten Magnetantrieb der eingangs genannten Art (US-PS 29 46 183) wird als nachteilig angesehen, daß die Herstellung eines Hemmrads mit einer geeigneten wellenförmigen Anlaufspur verhältnismäßig kompliziert ist, während bei einem anderen bekannten Magnetantrieb (DE-AS 12 31176) das Hemmrad durch eine Feder angetrieben wird.

Es sind ferner bereits selbst anlaufende Magnetantriebe bekannt, bei denen die Zähne am Umfang des Hemmrads ein Zahnprofil aufweisen, das asymmetrisch zu den Radien des Hemmrads ist. Dabei wird jedoch als nachteilig angesehen, daß die Zähne des Hemmrads ein sehr kompliziertes Zahnprofil haben, und daß die erforderliche hohe Präzision nicht mit üblichen Pressen und Stanzen erzielt werden kann. Wegen des asymmetrischen Zahnprofils ergibt sich ferner ein nachteiliger Einfluß auf die Frequenz des Schwingeiements, weshalb ein derartiges Hemmwerk nicht isochron arbeiten kann.

F.s ist Aufgabe der Erfindung, einen Magnetantrieb der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart auszubilden, daß das Hjnimrad einen einfacher herstellbaren Zahnkranz aufweist, der einen Selbstanlauf und einen stetigen magnetischen Antrieb in der Drehrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Magnetantrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Magnetantriebs gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine Seitenansicht des Magnetantriebs von Fi.!?. 1;

Fig.3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Magneten;

Fig.4 eine vergrößerte schematische Ansicht der gegenseitigen Lage der äußeren und inneren Zähne und der Magnetpole in ihrer stabilen Lage;

F i g. 5 eine schematische Ansicht von Sinuswellen zur Erläuterung der Verschiebung der Magnetpole relativ zu dem Hemmrad;

F i g. 6 eine Funktionskurve, die die Abhängigkeit des Drehmoments während eines vollständigen Zyklus der gegenseitigen Verschiebungen nach F i g. 5 darstellt;

F i g. 7 eine Ansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des Hemmrads und

Fig.8 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Hemmrads.

In F i g. 1 —3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel abgebildet, das mit Magneten versehen ist, die jeweils drei Magnetpole haben. Parallel einander gegenüberliegende Grundplatten 1 tragen an ihrem vordersten Ende frei drehbar eine Achse 2. Auf der Achse 2 ist ein Hemmrad 3 befestigt. Eine Dämpfungsscheibe 4 aus Messing ist auf der Achse 2 drehbar montiert. Die beiden Grundplatten 1 sind an ihren hintersten Enden durch ein Verbindungsstück miteinander verbunden, auf dem durch eine Schraubverbindung 5 das hiiilersie Ende eines Schwingelements 6 befestigt ist, das tangential zu dem Hemmrad 3 verläuft. Am vordersten Ende des Schwingelements 6 ist ein C-förmiger Magnet 7 durch Schrauben 8 befestigt. Der Magnet 7 hat einander gegenüberliegende Arme, die jeweils an ihrem vordersten Ende zwei einander gegenüberliegende Pole 9 aufweisen.

Das Hernmrad 3 ist eine Scheibe aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität. Das Hemmrad 3 hat Zähne 10, die auf dem äußeren Umfang des neutralen Kreisringes 20 in einem konstanten gegenseitigen Abstand angeordnet sind, so daß Lücken 11 entstehen. Ferner sind radial nach innen gerichtete öffnungen 13 vorgesehen, deren Lage mit den äußeren Zähnen 10 fluchten, so daß innere Zähne 12 entstehen, die auf Lücke zu den äußeren Zähnen 10 stehen. Ein Teilungskreis 14 befindet sich im wesentlichen auf der halben radialen Breite des magnetisch neutralen geschlossenen Kreisrings 20.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Magnet 9 in drei Magnetpole 15a, 156 und 15c mit rechteckigem Querschnitt unterteilt, wobei diese Magnetpole parallel zueinander und voneinander getrennt angeordnet sind und dem Teilungskreis 14 gegenüberliegen. Die Magnetpole sind ferner so angeordnet, daß ein erster Abstand p\ zwischen einem ersten Paar benachbarter Magnetpole 15a und X¹Sb größer als ein Abstand ρ ist, der auf dem Teilungskreis 14 zwischen

zwei benachbarten äußeren und inneren Zähnen 10 und 12 gemessen wird, und daß ein zweiter Abstand pi zwischen einem zweiten Paar benachbarter Magnetpole 156 und 15c kleiner als der Abstand ρ ist. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß das Hemmrad einen Außendurchmesser von 12 mm und einen Durchmesser für den Teilungskreis von 10,1 mm hat, so ergibt sich ein Abstand ρ auf dem Teilungskreis von 0,79 mm bei 40 Zähnen. Der Magnetpol hat dann beispielsweise einen ersten Abstand pi~0,87mm und einen zweiten Abstand p2~0,64 mm. Es ist ersichtlich, daß die Magnetpole 15a, 156 und 15c die gleiche Breite wie die äußeren Zähne 10 haben.

Ein Antrieb zur Betätigung des Schwingelements 6 kann einen üblichen Aufbau haben. In Fig.2 ist ein Stabmagnetkern 16 vorgesehen, der von der Oberseite des vordersten Endes des Schwingeiements 6 nach oben vorspringt, sowie eine Spule 17, in die der Magnetkern 16 eintaucht. Die Spule 17 ist an einem Halter 18 befestigt, der an den Grundplatten 1 und 1 befestigt ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise beschrieben werden. Bevor das Schwingeiement 6 betätigt wird, befindet sich das Hemmrad 3 in einer magnetisch stabilen Ruhelage. Fig.4 zeigt eine derartige magnetisch stabile Lage, in der das Hemmrad 3 stillsteht. Die Mittelpunkte 19a, 19b und 19c der Magnetpole 15a, 156 und 15c!iegen dann alle auf dem Teilungskreis 14, so daß die Resultierenden der magnetischen Anziehungskräfte der drei Magnetpole 15a, 156 und 15c auf die betreffenden drei äußeren Zähne 10 und auf die betreffenden drei inneren Zähne 12 den gleichen Betrag haben, aber entgegengesetzt gerichtet sind.

Wenn das Schwingelement 6 durch die von Strom durchflossene Spule 17 zu Schwingungen angeregt wird, schwingen die Magnete 9 in radialer Richtung des Hemmrads quer zu dem Teilungskreis 14 mit allmählich zunehmender Amplitude. Bei den anfänglich kleinen Amplituden ist in der radial außenliegenden Extremlage die Resultierende der magnetischen Anziehungskräfte auf die äußeren Zähne 10 im Betrag größer als die Resultierende der magnetischen Anziehungskräfte auf die inneren Zähne 12, so daß das Hemmrad 3 sich im Gegenuhrzeigersinn um einen begrenzten Winkel dreht. Wenn danach die Magnete in die radial innere Extremlage gelangen, ist die Resultierende auf die äußeren Zähne 10 im Betrag kleiner als die Resultierende auf die inneren Zähne 12, so daß das Hemmrad 3 sich im Uhrzeigersinn um einen begrenzten Winkel dreht. Daraus ist ersichtlich, daß das Hemmrad 3 abwechselnd vorwärts und rückwärts innerhalb begrenzter Winkel schwingt. Diese Schwingungen erfolgen innerhalb eines magnetisch stabilen Winkelbereichs mit einer gewissen Phasenverzögerung gegenüber den Magnetpolen, die durch Reibungskräfte verursacht wird.

Der Gesamtbetrag der Drehenergie, die auf die äußeren Zähne zu dem Zeitpunkt übertragen wird, wenn die Magnetpole radial nach außen versetzt sind, isi g^rößer als der Gesamtbetrag der Drehenergie, die auf die inneren Zähne 12 zu dem Zeitpunkt übcr'ragen wird, wenn die Magnetpole radial nach innen versetzt sind, so daß der Drehwinkel des Hemmrads 3 in der äußeren Extremlage der Magnetpole entsprechend größer ist. Es ist daher ersichtlich, daß der Drehwinkei lies Meiriinrads 3 allmählich größer wird, wenn die Schwingungsamplitucle der Magnetpole allmählich zunimmt. Eine Drehung des Hemmrads 3 über r!en oben erwähnten magnetisch stabilen Winkclbereich hinaus tritt jedoch nur dann auf, wenn die Magnetpole radial nach nußen versetzt sind.

Das ist die Ursache dafür, daß das Hemmrad 3 dann immer eine gleichsinnige Drehung im Gegenuhrzeigersinn in F i g. 4 ausführt

Das Hemmrad 3 bewegt sich daher nach seiner

ί Entfernung aus einem magnetisch stabilen Winkelbereich in eine benachbarte stabile Lage. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich das Hemmrad 3 wegen der oben angegebenen mechanischen Belastungen mit einer gewissen Phasenverzögerung gegenüber den Magnet-

Hi polen. Diese Phasen verzögerung bewirkt, daß das Hemmrad 3 im Gegenuhrzeigersinn selbstanlaufend rotieren kann. Die Dämpfungsscheibe 4 dient zur Glättung der Drehbewegung des Hemmrads 3.

In Fig.5 ist zur Erläuterung der Erfindung eine

ι "> Kurve G abgebildet, die die Bewegung der Mittelpunkte des mittleren Magnetpols 156 relativ zum Hemmrad 3 zeigt, das eine stetige Drehung im Gegenuhrzeigersinn mit der oben erwähnten Phasenverzögerung h durchführt Es ist ersichtlich, daß die Kurve C im wesentlichen

_'r eine Sinuswille ist. Die Relativbewegungen der Magnetpole 15a und 15c entsprecher» ^benfaSls einer derartigen Sinusweiie.

Fig.6 zeigt die Änderung der Resultate der Drehmomente, die auf das Hemmrad 3 durch die drei

y< Magnetpole 15a, 156 und 15c während einer vollständigen Schw-ngungsperiode der Sinuswelle G in F i g. 5 ausgeübt werden. Aus der Drehmomentkurve T ist ersichtlich, daß fast das gesamte Drehmoment auf das Hemmrad 3 in der Drehrichtung im Gegenuhrzeiger-

i" sinn ausgeübt wird, während das auf das Hemmrad 3 im Uhrzeigersinn ausgeübte Drehmoment einen sehr kleinen Betrag hat und auch sehr kurzzeitig auftritt, so daß das Hemmrad 3 eine stetige gleichsinnige Drehung ausführen kann.

ii Im folgenden soll die Frage diskutiert werden, welche zusätzlichen Drehmomente auf das Henimrad 3 durch die Magnetpole ausgeübt würden, wenn das Hemmrad 3 im Uhrzeigersinn durch irgendwelche äußere Kräfte zurückgedreht würde. Eine Sinuswelle G₃ in Fl g. 5 ίteilt

'■■■■ die Bewegung des Mittelpunkts des Magnetpols 156 relativ zum Hemmrad 3 zum Zeitpunkt dar, wenn das Hemn.rad 3 gezwungen wird, sich im Uhrzeigersinn mit einer Phasenverzögerung h zu drehen. Die Änderung der Drehmomente, die auf das Hemmrad 3 bei einer

¹' derartigen Drehung ausgeübt werden, zeigt die Drehmornenikisrve T, ir. F i g. 6. Daraus ist ersichtlich, daß die auf das Hemmrad 3 durch die Drehmomente in der Uhrzeigersinnrichtung übertragene Energie selbst bei einer Rückwärtsdrehung des angetriebenen Rads im

"in wesentlichen gleich der Energie ist, die durch die Drehmomente in der Gegenuhrzeigersinnrichtung übertragen wird, so daß das Hemmrad 3 nicht genug Energie aufnehmen kann, um die Drehung im Uhrzei£irsinn fortzusetzen. Wenn also die äußeren

ν· Kräfte nicht mehr einwirken, wird das Hemmrad 3 angehalten und danr wieder im Gegenuhrzeigersinn gedreht.

Im folgenden sollen abgewandelte Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Wenn das Hemmrad 3 einen

mi Außendurchmesser von 12 mm, einen Durchmesser des Teilungskreises von 10,1 mm und 40 äußere Zähne hat und der Abstand ρ in F i g. 2 0,79 mm beträgt, dann kann tier Abstand p\ in Pig. 3 0,94 mm und der Abstand pi 0,7! mm betragen.

'■ ■ Ferner kann der Abstand p\ mehr als doppelt so groß wie der Abstand p2 sein. Wenn beispielsweise das I lemrnrad 3 einen AulJendurchmesser von 12 mm, einen Durchmesser des Teilungskreises von 10,1 mm und 40

äußere Zähne hat und der Abstand ρ 0,79 mm beträgt, dann kann der Abstand p\ 0,79 + 0,94 = 1,73 mm und der Abstand P₂ 0,71 mm betragen.

Fig. 7 zeigt ein abgewandeltes Hemmrad 103, das einen neutralen Kreisring 120 hat, dessen radiale Breite kleiner als bei dem Kreisring 20 in F i g 2 ist. Die Teile 102 und 110 bis 113 entsprechen hinsichtlich ihrer Funktion den Teilen 2 und 10 bis 13 in F i g. 2.

Fig.8 zeigt ein weiteres abgewandeltes Hemmrad 203, das aus einer Scheibe aus Kunstharz besteht, in die äußere und innere Zähne 2!0 und 212 eingebettet sind, /wischen denen kein neutraler Kreisring vorgesehen ist und die aus einem magnetischen Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität bestehen.

Wenn der neutrale Kreisring weggelassen oder in seiner radialen Breite beträchtlich reduziert ist, wie es bei den Ausführungsbeispielen in F i g. 8 bzw. F i g. 7 der Fall ist, werden die durch die Magnetpole auf das Hemmrad ausgeübten magnetischen Anziehungskräfte in ihren Beträgen so gesteigert, daß das selbstanlaufende Verhalten des Hemmrads verbessert werden kann.

Bei Magneten mit vier oder fünf Magnetpolen werden die Magnetpole so angeordnet, daß mindestens ein Abstand der Abstände zwischen beliebigen benachbarten Magnetpolen etwas größer als ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes ρ zwischen den angetriebenen Teilen ist, während mindestens ein anderer Abstand zwischen beliebigen benachbarten Magnetpolen etwas kleiner als ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes ρ ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetantrieb mit einem Hemmrad, das durch Hin- und Herbewegung mindestens eines neben seiner Zahnkranzspur in radialer Richtung des Hemmrades schwingfähig angeordneten Magneten antreibbar ist, der im Ruhezustand dem geschlossenen Kreisring zwischen den äußeren Zähnen und inneren Zähnen des Hemmrades gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (7) mindestens drei in tangentialer Richtung der Zahnkranzspur in gegenseitigem Abstand angeordnete Magnetpole (15a, 156, \5c) aufweist, wobei der Abstand (p\) zwischen zwei benachbarten Magnetpolen (15a, \5b) größer und der Abstand f/%) zwischen zwei weiteren benachbarten Magnetpolen (156, ISe^ kleiner ais ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes (p) der Teilung für die äußeren und inneren Zähne (10, 12), gemessen entlang dem mittigen Teilnngskreis (14) des geschlossenen Kreisringes (2OJt ist

2. Magnetantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetpole gegenüberliegend auf beiden Seiten der Zahnkranzspur angeordnet sind.

3. Magnetantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand j'pi) zwischen zwei benachbarten Magnetpolen (15a, b) das 1,1 bis 1,2-fachc und der Abstand (pi) zwischen zwei weiteren benachbarten Magnetpolen {\5b, c) das 0,8—03-fache des Abstandes (p)der Teilung für die äußeren und inneren Zähne beträgt.

4. Magnetantrieb nach k'inem o. r vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hemmrad (203) aus einer Kunstha.< scheibe besteht, in die aus magnetischem Werkstoff hoher Permeabilität bestehende äußere Zähne (210) und innere Zähne (212) eingebettet sind.