DE2032598C3

DE2032598C3 - Zeithaltendes Gerät, dessen schwingender Taktgeber über eine Kontaktfeder Impulse erhält

Info

Publication number: DE2032598C3
Application number: DE2032598A
Authority: DE
Inventors: Eugene R. Suffern Keeler; Norman C. Briarcliff Manor Zatsky
Original assignee: Timex Corp
Current assignee: Timex Group USA Inc
Priority date: 1969-07-08
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2054621A1; DE2032598B2; DE2032598A1; CH538727A; CH1029170A4; JPS4828714B1; FR2054621B1; GB1318414A; US3553955A

Description

Die Erfindung betrifft ein zeithaltendes Gerät, insbesondere Kleinuhr, mit einem Gehäuse, einer Energiequelle und einem Uhrwerk, dessen schwingender Taktgeber im Gehäuse angeordnet ist und eine in einem Magnetfeld 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. Solche Geräte sind bekannt (DE-AS 1167274),

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

•ⁿ 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

i' Vorrichtung, beispielsweise einen festen Transistor. Es wird angenommen, daß mit Kontakten arbeitende elektrische Uhrenantriebe, beispielsweise bei Kleinuhren, meist deswegen versagen, weil die Kontaktvorrichtung infolge von Korrosion oder Abnüt-

-<> zung, 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 teure und komplizierte Kon-

2^r> taktdämpfungsvorrichtungen verwendet wurden. Ein mit elektrischen Kontakten arbeitender Uhrenantrieb mit einem Oszillator von einer Frequenz von 3 Hz öffnet und schließt sei-ie Kontakte 10800maI pro Stunde und über 94 Millionen mal pro Jahr. Wenn die Konin takte versagen oder eine unregelmäßige Berührung ergeben, so kann die Uhr in ihrer Funktion als genaues zeithaltendes Gerät versagen oder sogar zum Stillstand kommen. Eine. Reparatur der Kontakte kann verhältnismäßig schwierig und teuer sein.

r, Elektronische, also kontaktlos arbeitende Antriebe sind im Vergleich zu elektrischen, Kontakte verwendenden Antrieben im allgemeinen teurer, empfindlicher und komplizierter. Trotzdem werden sie oft bevorzugt, weil einige elektronische Schaltelemente,

4(i beispielsweise Transistoren, verhältnismäßig zuverlässig während einer langen Zeildauer sind.

Elektronische Uhrenantriebe, die gewöhnlich elektromechanisch sind, verwenden eine oder mehrere Spulen, die mit einem Magnetfeld oder mehreren Maj gnetfeldern zusammenwirken, die üblicherweise durch permanente Magnete erzeugt werden. Dabei sind vorzugsweise die Magnete stationär, und die Spule wird von dem Oszillator getragen. Ein beweglicher Magnet kann Schwierigkeiten in bezug auf die

Vi Einstellung des Oszillators mit sich bringen und kann außerdem Streufelder erzeugen. Wenn die Spule vom Oszillator getragen wird, so muß in irgendeiner Weise ein elektrischer Kontakt mit ihren Anschlüssen hergestellt werden. Es ist schon bekannt, den Antrieb mit

->3 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.

ho 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

μ 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 Im-

puls 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 Kontaktsfift 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 beginnt, bevor der Impuls auf die Magnetspule gegeben wird, und wird beendet, nachdem der Impuls beendet ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß kein elektrischer Strom durch die Blattfeder und den Stift zu einem Zeitpunkt fließt, während der körperliche Kontakt 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 und die Korrosion der Kontakte wird reduziert. Der mit Hilfe der 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, billig und kräftig und ergeben keine Schwierigkeit in bezug auf das Auswuchten der Unruh.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfcv'genden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung erhält. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel in Form einer Kleinuhr, insbesondere Armbanduhr, wobei einzelne Teile weggebrochen sind,

Fig. 2 ^inen Querschnitt durch die Unruh und die dazugehörige Spiralfeder, die Magnetspule und den Magneten,

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

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

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

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

Fig. 8 und 9 eine graphische Darstellung der oei einer Schwingung auftretenden Vorgänge.

Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer Armbanduhr erläutert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei anderen Arten Von Zeitmeßgeräten, beispielsweise Taschenuhren, Automobiluhren und Tischuhren anwendbar ist.

Wie in Fi g. 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 Uhrgl?-. 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 Unmhkörper 23, der an einer Unruhwelle 24 befestigt ist. Der Unruhkörper 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 traf: eine Scheibe 26. Diese hat einen Stift 27. der mit «ner Gabel 28 zusammenwirkt, wodurch dann die Gabel zwischen zwei Endstellungen hin- und hergeschwenkt wird. Die Gabel 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 Fig. 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 d 2m Unruhkörper angeordnete Magnetspule 25 bewegt sich durch Magnetfelder, die durch axial polarisierte Permanentmagnete 32, 33 und 34 erzeugt werden, die auf einem unteren magnetisierbaren 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, deren äußeres Ende an einem MetaUstift 39 befestigt ist. Der MetaUstift 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 du· ch Löten, fest verbunden, der in einem Kunststoffhalter JO eingebettet ist, der am Gestell angebracht ist.

Fig. 6 zeigt eine geeignete elektronische Schaltung 20. Ihre Wirkungsweise ist des näheren in der USA-Patentschrift 3046460 erklärt. Die Schaltung weist ein Paar von komplementären Transistoren, nämlich den pnp-Transis»or 46 und den npn-Transistor 47, einen Kondensator 48, Widerstände 49, 50, 51 und 52, ein Kontaktpaar S3 und einen Schalter 56 auf. Der Schalter 56 wird verwendet, um die Uiir anzuhalten, wenn die Zeiger eingestellt werden, und um zu verhindern, daß die Uhr läuft, bevor sie verkauft wird. Der Schalter 56 verbildet 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 Schaltung ist in Fig. 7 dargestellt. Diese ist in vieler Hinsicht der Schaltung nach Fig. 6 ähnlich, verwendet jedoch keinen Schalter ähnlich dem Schalter 56 gemäß Fig. 6. Die Schaltung nach Fig. 7 hat komplementäre Transistoren 46a und 47a, einen Kondensator 48a, Widerstände 49a, 50a, SIa und 52a und ein Kontaktpaar 53a.

Geeignete Werte für die Schaltelemente der Schaltung nach Fig. 6 und 7 sind im folgenden aufgeführt. Widerstände 57 und 57e = 100 Kiloohm
Widerstände 49 und 49a = 4.7 Megohm
Widerstände 50 und 50fl = 1,2 Kiloohm
Widerstände 51 und SIo - 82 Kiloohm
Widerstände 52 und 52e = 18 Kiloohm
galvanische Zelle 18 = 1.5 Volt

Kondensator 48 = 0.1 5 Mikrofarad

Kondensator 4So = 0,22 Mikrofarad

Magnetspule 25 = 2200 Windungen

Zusätzlich hat die Schaltungnach Fig. 7 eine Diode 54 zwischen dem Anschluß eines Widerstandes 52a und einem Anschluß des Kontaktpaares 53a und ferner einen Kondensator 55 (ein geeigneter Wert ist 1,0 μΡ), der zwischen dem gleichen Anschluß des Widerstandes 52a und der negativen Seite der galvanischen Zelle 18 angeordnet ist.

Vor dem Verkauf der Uhr oder während der Zei-K.reinstellung wird die Unruh so geschwenkt, daß ihr kontaktstift die Kontaktfeder nicht ben:h_::. Die Einstellwelle der Uhr kann einen Stift oder 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 Ausgangsimpuls.

Die Schaltung gemäß Fig. 6 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 Schaltungnach Fig. 7 einen nennenswerten 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 Fig. 6 ist. Die Schaltung wird in der gleichen Weise wie die Schaltung gemäß Fig. 6 bestätigt, solange der Kondensator 55 periodisch immer wieder durch Schließen dt-i Kor. takte 53a aufgeladen wird. Wenn die Unruh angehalten wird, so daß das Kontaktpaar 53a offen ist. wird der Kondensator 55 schließlich entladen, so daß nun die Schaltung zu arbeiten aufhört und kein Slr-.jm mehr fließt.

Die Diode 54 und der Kondensator 55 bringen den in der Schaltung nach Fig. 6 notwendigen Schalter 5ί· in Wegfall, durch den ein ständiger Stromabfluß, beispielsweise bevor die Uhr verkauft wird, unteibrochen wird.

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

Hg. H zeigt die Schließzeit während einer Schwingung der Unruh. Die Magnetspule 52 hat aufeinanderfolgende SH'ungen I, II und III während einer S.hwiryung 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 uut 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).

Fig. 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 auftreten, doch wird durch diese Unterbrechungen die Zeithaltung nicht beeinflußt und die Kontaktgebung nicht verschlechtert, da praktisch kein Strom während dieser zeitlichen Phasen fließt.

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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zeithaltendes Gerät, insbesondere Kleinuhr, mit einem Gehäuse, einer Energiequelle und einem Uhrwerk, dessen schwingender Taktgeber im Gehäuse angeordnet ist und eine in einem Magnetfeld 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 gekennzeichnet, 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 wild, 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 K ontaktdauer ist.

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

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

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

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Kondensator (55) aufweist, der nach Ladung bei Kontaktschluß der Kontaktfelder (22) ein Arbeiten der Schaltung gestattet, der jedoch nach Kontaktöffnung ein solches Arbeiten blokkiert.