DE2032598A1

DE2032598A1 - Zeithaltendes Gerat

Info

Publication number: DE2032598A1
Application number: DE19702032598
Authority: DE
Inventors: Eugene R Suffern Zatsky Norman C Briarcliff Manor N Y Keeler (V St A)
Original assignee: Timex Corp , Waterbury, Conn (VStA)
Priority date: 1969-07-08
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR2054621A1; DE2032598B2; CH538727A; CH1029170A4; JPS4828714B1; FR2054621B1; DE2032598C3; GB1318414A; US3553955A

Description

OR.-INa. DIPL.-INQ. M.»C. DIPL.-PMYS. OR. DIPU-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 38 225 h 2032598

h-24

1.7.1970

U.S.Ser.No. 839,855 ·

Timex Corporation, Waterbury, Connecticut, U.S.A.

Zeithaltendes Gerät

Die Erfindung betrifft ein zeithaltendes Gerät mit einem Gestell, einer Energiequelle und einem Uhrwerk, dessen sci^/ingender Taktgeber im Gestell angeordnet ist und eine in einem Magnetfeld schwingende Spule trägt, die taktmäßig Impulse über eine Spiralfeder und eine stationäre Kontaktfeder erhält_s die mit einem vom Taktgeber getragenen Kontaktglied während einer Kontaktdauer zwischen Kontaktschluß und Kontaktöffnung zusammenwirkt.

In der Uhrenindustrie wird unterschieden zwischen elektronischen und elektrischen Uhrwerken. Wörtlich genommen sind auch elektronische Uhrwerke elektrisch in dem Sinne, daß sie Elektrizität verwenden, im Gegensatz zu Uhren, die eine Uhrfeder oder eine andere Energiequelle benützen. Üblicherweise wird. jedoch darunter verstanden, daß elektrische Uhren solche sind, die elektrische Schaltfunktionen ausüben, bei denen also ein körperlicher elektrischer Kontakt hergestellt und unterbrochen wird. Elektronische Uhren ersetzen diesen Kontakt durch eine elektronische Vorrichtung, beispielsweise einen festen Transistor.

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Es wird angenommen, daß elektrische Uhrenantriebe, beispielsweise bei Kleinuhrenj, meist deswegen versagen, weil die Kontaktvorrichtung infolge von Korrosion oder Abnützung, besonders auch durch elektrische Lichtbogen, an den Kontaktpunkten
unbrauchbar wird. Diese Abnützung wurde schon dadurch herabzusetzen versucht, daß bei den Kontakten dieser elektrischen
Uhren Edelmetalle und teuere und komplizierte Kontaktdämpfungsvorrichtungen verwendet wurden. Ein mit elektrischen Kontakten arbeitender Uhrenantrieb mit einem Oszillator von einer Frequenz von 5 Hz öffnet und schließt seine Kontakte 10 800mal
pro Stunde und über 94 Millionen mal pro Jahr» Wenn die Kontakte versagen oder eine unregelmäßige Berührung ergeben, so
kann die Uhr in ihrer Funktion als genaues zeithaltendes Gerät versagen oder sogar zum Stoppen kommen» Eine Reparatur der Kontakte kann verhältnismäßig schwierig'und teuer sein.,

Elektronische Antriebe sind im Yergleich zu elektrischen, Kon= takte verwenden Antrieben im allgemeinen teurer, empfindlicher und komplizierter» Trotzdem werden sie oft bevorzugt, weil einige elektronische Schaltelemente;, beispielsweise Transistoren, verhältnismäßig zuverlässig während einer langen Zeitdauer
sind.

Elektronische Uhrenantriebe, die gewöhnlich elektromechanisch
Sj-nd, verwenden eine oder mehrere Spulen, die mit einem Magnetfeld oder mehreren Magnetfeldern Zusammenwirkens, die üblicherweise durch permanente Magnete erzeugt werden. Dabei sind vorzugsweise die Magnete stationär, und die Spule wird von dem Os= zillator getragen» Sin beweglicher Magnet kann Schwierigkeiten in Bezug auf die Einstellung des Oszillators mit sich bringen
und kann außerdem Streufelder erzeugen«, Wenn die Spule vom Oszillator getragen wird₉ so muß in irgendeiner V/eise ein elek-

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trischer Kontakt mit ihren Anschlüssen hergestellt werden. Es wurde schon vorgeschlagen, den Antrieb mit zwei stromführenden Spiralfedern auszustatten. Die Verwendung von zwei Spiralfedern, auch wenn eine eine schwache Hilfsfeder ist, ergibt eine empfindliche Konstruktion, die "schwierig auszuwuchten und in der Herstellung teuer ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Uhrenantrieb zu schaffen, der verhältnismäßig kräftig, zuverlässig und billig ist und bei dem die Kontakte eine lange Lebensdauer unter einwandfreier Kontaktgabe aufweisen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten zeithaltenden Gerät gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, die von der Energiequelle Energie erhält und die so gesteuert wird, daß der Impuls nach dem Kontaktschluß beginnt"und vor der Kontaktöffnung beendet ist. Der Taktgeber oder Oszillator kann beispielsweise eine Unruh in einer Kleinuhr sein. Der Unruhkörper ist auf einer Welle montiert, die eine Nabe hat, mit der das innere Ende der Spiralfeder verbunden ist. Der Unruhkörper trägt eine Magnetspule mit zwei Anschlüssen und einem leitenden Stift. Ein Anschluß der Magnetspule ist mit dem Kontaktstift verbunden und der andere Anschluß mit dem inneren Ende der Spiralfeder. Ferner ist eine Blattfeder an einem ihrer Enden fest angebracht und freitragend in einer solchen Lage, daß sie den Kontaktstift während eines vorbestimmten Teils der Vollschwingung kontaktiert. Der Impuls für die Magnetspule wird in einer elektronischen. Schaltung, die an einer Energiequelle angeschlossen ist, erzeugt und bei Berühren zwischen Blattfeder und Stift auf die Magnetspule gegeben.

Der Kontaktwinkel zwischen der Blattfeder und dem Stift und die Dauer dieser Berührung wird so vorherbestimmt, daß der Kontakt

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beginnt, "bevor der Impuls auf die Magnetspule gegeben wird, und wird beendet, aaohdem "der Impuls, beendet istc, Hierdurch wird. sichergestellt, daß kein elektrischer Strom durch die Blattfeder rid defl Stift zu einem Zeitpunkt fließt, während der körperliche Eontakt hergestellt oder unterbrochen wird. Da keine Spannung und kein Strom in der Blattfeder und dem .Stift vorhanden ist, wenn diese Kontaktberührung und Kontaktunterbrechung eintritt, so entsteht auch kein Lichtbogen und die Abnützung ir-id die Korrosion der Kontakte wird reduziert= Der mit Hilfe de, Blattfeder und des Stiftes hergestellte Kontakt ist ein Ersatz für die zweite Spiralfeder, wie sie. in manchen elektronischen Zeitmeßinstrumenten verwendet wird» Verglichen mit dieser zweiten Spiralfeder sind die Blattfeder und der Stift verhältnismäßig einfach j billig und kräftig und ergeben keine Schwierigkeit in Bezug auf das Auswuchten der Unruh«

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung,, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht auf eine Kleinuhr, insbesondere Armbanduhr, gemäß der Erfindung, wobei einzelne Teile weggebrochen sind.

Pig. 2 einen Querschnitt durch die Unruh und die dazugehörige Spiralfeder, die Magnetspule und den Magneten,

Pig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Pig. 2,

Pig. 4 eine Draufsicht auf die Kontaktfeder und den Kontaktstift,

Pig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der Pig. 4,

Pig. 6 und 7 schematische Darstellungen einer elektronischen Schaltung zur Verwendung in einem Zeitmeßinstrument gemäß der Erfindung,

Pig. 8 und 9 eine graphische Darstellung der bei einer Schwingung auftretenden Vorgänge.

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Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer Armbanduhr beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewi©en, daß die Erfindung auch bei anderen Arten von Zeitmeßgeräten, beispielsweise Taschenuhren, Automobiluhren und Tischuhren anwendbar ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Uhr 10 ein Gehäuse 11 mit einem Gehäuseoberteil 12, mit dem ein Uhrenarmband verbunden werden kann. Das Oberteil der Uhr ist durch ein Uhrglas 13 aus Kunststoff oder Glas abgedeckt. Das Uhrglas 13 deckt ein Zifferblatt 14 ab, auf dem die Zeitzeichen 15 angeordnet sind. Die Uhr 10 weist die üblichen drehbaren Zeiger, nämlich einen Sekundenzeiger 16, einen Minutenzeiger 17 und einen Stundenzeiger 17a auf. Die Energie für den Antrieb wird durch eine kleine galvanische Zelle 18 innerhalb des Gehäuses 11 geliefert. Ein Kontakt 18 verbindet einen Anschluß der galvanischen Zelle·18 mit der elektrischen Schaltung 20. Der andere Anschluß der galvanischen Zelle ist mit dem Gehäuse, also mit Masse, verbunden. Die elektronische Schaltung hat eine Ausgangsleitung 21, die mit einer streifenartigen Kontaktfeder 22 verbunden ist.

Das Zeitnormal für die Uhr ist eine schwingende Unruh mit einem Uaruhkörper 23, der an einer Unruhwelle 24 befestigt ist. Der Udruhkörper 33 trägt eine Magnetspule 25, die aus einer Vielzahl von Windungen aus feinem Draht besteht. Vorzugsweise ist die Magnetspule 25 rund, wie dies in Draufsicht erkennbar ist, obgleich jedoch auch andere Formen, beispielsweise eine Sektorform, verwendet werden können. Die Unruhwelle 24 trägt eine Scheibe 26. Diese hat einen Stift 27, der mit einer Gabel 28 zusammenwirkt, wodurch dann die Gabel zwischen zwei Endstellungen hin- und hergesohwenkt wird. Die Gabel

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ihrerseits wirkt mit einem Schaltrad 29 zusammen, das das erste Rad einer üblichen Räderkette 30 bildet. Die Räderkette 30 dreht die Zeiger 16, 17 und 17a.

Wie in Pig. 2 und 3 dargestellt, ist der Unruhkörper auf der Unruhwelle starr befestigt, die in Lagern der unteren Gestellplatte 30a und einer oberen Brücke 31 schwenkbar gelagert ist. Die auf dem Unruhkörper angeordnete Magnetspule 25 bewegt sich durch Magnetfelder, die durch axial polarisierte Permanentmagnete 32, 33 und 34 erzeugt werden, die auf einem unteren mag» netisierbaren Träger 35 angeordnet sind. Die Felder können gegebenenfalls auch durch Spulen oder durch axial polarisierte Zonen eines einzelnen keramischen, ferritischen Magnetgliedes erzeugt werden. Ferner ist ein magnetisierbares Rückschlußglied 36 oberhalb des Unruhkörpers angeordnet und an einer Brücke oder am Gestell befestigt. Eine auf der Unruhwelle 24 befestigte Nabe 37 ist mit dem inneren Ende einer üblichen flachen ■ Spiralfeder 38 verbunden_s deren äußeres Ende an' einem Metallstift 39 befestigt ist«, Der Metallstift 39 ist in der oberen, metallischen Brücke 31 angeordnet»

Wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, wird die Strombahn zur Magnetspule über einen Stift 41 hergestellt, der von der Scheibe 26 getragen wird. Der Stift 41 ist in einer elektrisch nichtleitenden Kunststoffbuchse 43 eingebettet und über einen nicht dargestellten Draht mit der Magnetspule 25 verbunden. Die Blattfeder 22 ist mit einem Leiter 45, beispielsweise durch Löten, fest verbunden, der in einem Kunststoffhalter 40 eingebettet ist, der am Gestell angebracht ist φ

Eig. 6 zeigt eine geeignete elektronische Schaltung 20„ Ihre Wirkungsweise ist des näheren in der USA-Patentschrift 3 046 460 erklärt. Die Schaltung weist ein Paar von komplementären Transistoren, nämlich den pnp-Transistor 46 und den npn-Transistor 47, einen Kondensator 48, Widerstände 49, 50,

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und 52, ein Kontaktpaar 53 und einen Schalter 56 auf. Der Schalter 56 wird verwendet, um die Uhr anzuhalten, wenn die Zeiger eingestellt werden, und um zu verhindern, daß die Uhr

läuft, bevor sie verkauft wird. Der Schalter 56 verbindet die galvanische Zelle mit der Magnetspule oder unterbricht diese Verbindung. Das Kontaktpaar 53 zeigt die Berührung zwischen der Blattfeder und dem Stift an.

Eine andere und bevorzugte Schaltung ist in Pig. 7 dargestellt« Diese ist in vieler Hinsicht, der Schaltiing nach Pig. 6 ähnlich, verwendet jedoch keinen Schalter ähnlich dem Schalter 56 gemäß Fig. 6. Die Schaltung nach Pig. 7 hat komplementäre Transistoren 46a und 47a, einen Kondensator 48a, Widerstände ™ 49a, 50a, 51a und 52a und ein Kontaktpaar 53a.

Geeignete Werte für die Schaltelemente der Schaltung nach Pig. 6 und 7 sind im folgenden aufgeführt.

-Widerstände 57 und 57a = 100 Kiloohm

Widerstände 49 und 49a = 4,7 Megohm

Widerstände 50 und 50a = 1,2 Kiloohm

Widerstände 51 und 51a = 82 Kiloohm

Widerstände 52 und 52a = 18 Kiloohm

galvanische Zelle 18 =1,5 Volt

Kondensator 48 =0,15 Mikrofarad

Kondensator 48a = 0,22 Mikrofarad

Magnetspule 25 = 2200 Windungen

Zusätzlich hat die.Schaltung nach Pig. 7 eine Diode 54 zwi- A sehen dem Anschluß eines Widerstandes 52a und einem Anschluß des Kontaktpaares 53a und ferner einen Kondensator 55 (ein geeigneter Wert ist 1,0 uP), der zwischen dem gleichen An-8chluß des Widerstandes 52a und der negativen Seite der galvanischen Zelle 18 angeordnet ist.

Vor dem Verkauf der Uhr oder während der Zeigereinstellung wird die'Unruh so geschwenkt, daß ihr Kontaktstift die Kontaktfeder nicht berührt. Die Einstellwelle der Uhr kann einen Stift oder

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Arm haben, der beim Herausziehen dieser Welle die Unruh in einer Lage festhält, in der die Spiralfeder teilweise gespannt ist. Die Freigabe der Unruh bringt dann die Uhr zum Anlaufen, wenn die Einstellwelle eingedrückt wird« Die Kontaktfeder berührt nun den Stift auf der Unruh, d.h. das Kontaktpaar 53a wird geschlossen. Wenn dies eintritt, wird der Kondensator 48a aufgeladen und die Schaltung, die einen Relaxationsoszillator darstellt, erzeugt nun einen Ausgangsiznpuls.

Me Schaltung gemäß Pig. β verbraucht, auch wenn das Kontaktpaar 53 offen ist, Energie, da ein Strom über den Emitter und die Basis des Transistors 46 fließt. Infolge dieses Stromes ist es notwendig, daß diese Schaltung einen getrennten Schalter 56 hat. Im Gegensatz hierzu vermeidet die Schaltung nach Pig..7 einen beträchtlichen Stromabfluß, wenn das Kontaktpaar 53 offen ist, und hat keinen getrennten Schalter, um die galvanische Zelle von der Schaltung abzutrennen.

In der Schaltung nach Fig. 7 wird der Kondensator 55 aufgeladen, wenn das Kontaktpaar 53a geschlossen und dann geöffnet wird. Die Ladung verbleibt auf dem Kondensator 55» wobei die Diode 54 einen raschen Abfluß verhindert. Diese Ladung des Kondensators 55 macht die Spannung am Emitter des Transistors 46a praktisch gleich der Spannung der galvanischen Zelle, so daß nun ein Vorspannungszustand auftritt, der ähnlich dem gemäß Pig. 6 ist. Die Schaltung wird in der gleichen Weise wie die Schaltung gemäß Pig. 6 betätigt, solange der Kondensator 55 periodisch immer wieder durch Schließen der Kontakte 53a aufgeladen wird. Wenn die Unruh angehalten wird, so daß das Kontaktpaar 53a offen ist, wird der Kondensator 55 schließ-

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lieh entladen, so daß nun die Schaltung zu arbeiten aufhört und kein Strom mehr fließt.

Die Diode 54 und der Kondensator 55 bringen den in der Schaltung nach Pig. 6 notwendigen Schalter 56 in Wegfall, durch den ein ständiger Stromabluß, beispielsweise bevor die Uhr verkauft wird, unterbrochen wird.

Es können auch andere Arten von Antriebsschaltungen mit dem Kontaktsystem gemäß der Erfindung verwendet werden.

Pig. 8 zeigt die Schließzeit während einer Schwingung der Unruh. Die Magnetspule 52 hat aufeinanderfolgende Stellungen I, II und III während e.iner Schwingung im Uhrzeigersinn. Der Kontakt wird sowohl während der Schwingung im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn während einer vollen Schwingung über einen Winkel von 110° hergestellt. Der 15° dauernde Impuls 60 tritt während der Bewegung im Uhrzeigersinn nur auf, wenn die Magnetspule 25 sich über den Magneten 34 und 33 befindet (Stellung I). Der Impuls 61 von einer Dauer von 15° tritt bei der Bewegung entgegen dem Uhrzeiger nur auf, wenn die Magnetspule 25 über den Magneten 33 und 32 ist (Stellung III).

Pig. 9 zeigt eine typische Spannungswellenform während der Kontaktschließzeit.. Ein gewisser Kontaktrückprall kann in der Nähe der vorderen Anfangsphase des Kontaktschlusses oder in der Nähe der Kontaktöffnung au/treten, doch wird durch diese Unterbrechungen die Zeithaltung nicht beeinflußt; und die Kon- ' takügebung nicht verschlechtert, da praktisch kein Strom während dieser zeitlichen Phasen fließt. '

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Wenn der Kontaktschließwinkel groß genug ist und in der richtigen Weise so angeordnet ist, daß eine vollständige Sinushalbwellenspannung eingeschlossen ist (siehe Fig. 8 und 9), so arbeitet die Schaltung "befriedigend.

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Claims

1·7*1970 Patentansprüche

1. Zeithaltendes Gerät mit einem Gestell, einer Energiequelle und einem Uhrwerk, dessen schwingender Taktgeber im Gestell angeordnet ist und eine in einem Hagnetfeld schwingende Spule trägt, die taktmäßig Impulse über eine Spiralfeder und eine stationäre Kontaktfeder erhält, die mit einem vom Taktgeber getragenen Kontaktglied während einer Kontaktdauer zwischen Kontaktschluß und Kontaktöffnung zusammenwirkt, dadurch gekenzeichnet, daß eine elektronische Schaltung (20) vorgesehen ist, die von der Energiequelle (18) Energie erhält und die so gesteuert wird, daß der Impuls nach dem Kontaktschluß beginnt und vor der Kontaktöffnung beendet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls .während einer Zeitphase erzeugt wird, in der der Kontaktschluß endgültig ist und nicht mehr ganz oder teilweise unterbrochen wird. ■

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls während einer Zeitphase erzeugt wird, die bereits zu Ende ist, bevor die Kontaktöffnung begonnen wird.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn und/oder nach Beendigung des Impulses der Kontaktschluß während einer Zeitdauer in Ruhe ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Impulses ein Bruchteil, beispielsweise ein Viertel bis ein Achtel, der Kontaktdauer ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld aus drei Hagnetfeldern gebildet

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ist j, die durch drei achsparallele, axial und abwechselnd gepolte Magnete (32, 33₂ 34) erzeugt sind.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld aus drei Magnetfeldern gebildet ist, die durch drei asial und abwechselnd gepolte Magnete und abwechselnd gepolte Zonen in einem einzigen keramischen Magnetglied gebildet sind»

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls bei Vorbeischwingen vor dem in Schwingrichtung entfernteren Magnetpaar (34-, 33; 33, 32) erzeugt wird.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,- dadurch . gekennzeichnet, daß der Taktgeber eine schwingende Unruh mit einem an einer Unruhwelle (24) befestigten Unruhkörper (23) ist.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche j dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktglied ein Kontaktstift (41) ist.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder eine flache, einseitig eingespannte, metallische Blattfeder (22) ist.

12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zeithaltende Gerät eine Kleinuhr, insbesondere eine Armbanduhr, ist, deren Teile in einem Gehäuse (11) untergebracht sind.

13. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle ein galvanisches Element (18) ist.

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14· Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Kondensator (55) aufweist, der nach Ladung bei Kontaktsehluß der Kontaktfeder (22) ein Arbeiten der Schaltung gestattet; der jedoch nach Kontaktöffnung ein solches Arbeiten blockiert.

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