DE2102815A1 - Elektromeehanischer Wandler für eine Uhr - Google Patents

Description

Elektromechanischer Wandler für eine Uhr

Dia Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler für eine Uhr, insbesondere zur Umwandlung der elektrischen Impulse von einem kristallgesteuerten Oszillator in eine für den Antrieb eines herkömmlichen Uhrwerks geeignete mechanische- Bewegung». Der Wandler eignet sich speziell zur Verwendung in einer elektronisch geregelten Uhr mit einem kristallgesteuerten Haupt-Frequenznormal vergleichsweise hoher Frequenz und einem elektronischen Frequenzteiler zur. Teilung der hohen Frequenz des kristallgesteuerten Oszillators des Frequenznormals in eine niedrigere, für den Antrieb der Zeiger einer Uhr geeignete Frequenz»

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Wandlers zur Umwandlung von elektrischen Impulsen in eine einseitig gerichtete, schrittweise Drehbewegung, insbesondere zur Verwendung als Wandlerelement in einer kristallge— steuerten elektrischen Uhr.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Wandler in Form eines Spulen-Sesonators,

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POSTZENTRALE: 8 München 90. Eduard-Schmid-Str. 2

der mit erhöhter natürlicher Frequenz schwingt, sowie einen verbesserten Exzenterantrieb zur Ankopplung des Oszillators eines elektromechanischen Wandlers an ein Uhrwerk zu schaffen.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines verbesserten elektronischen Zeitmessers, die Schaffung einer kristallgesteuerten Uhr mit einem verbesserten elektromechanischen Wandler zur Umwandlung elektrischer Zeitimpulse in eine Drehbewegung zum Antreiben der Zeiger der Uhr, sowie eines elektromechanischen Wandlers, dessen schwingende Spule sich jederzeit im Magnetfeld eines Dauermagneten befindete.

Batteriegespeiste Armbanduhren und verschiedene andere trag— bare, kleine Zeitmesser unterschiedlicher Bauart verwenden in der Regel eine Unruh und eine Spirale, die durch das Zusammenwirken einer stromführenden Spule und eines durch kleine Dauermagneten erzeugten Magnetfelds angestoßen werden, doch sind auch andere Arten mechanisch regulierter, batteriegespeister Armbanduhren bekannt.

In jüngster Zeit sind beträchtliche Anstrengungen auf die Entwicklung einer höchst genauen Armbanduhr gerichtet worden, die keine elektromechanischen Schwinger als Haupt— Zeitnormal verwendet·. Eine diesbezügliche Konstruktion, welcher viel Überlegung und ausgedehnte Untersuchungen gewidmet wrden, verwendet eine vollständig elektronische Schaltung zur Erzeugung eines Haupt-Antriebssignalsο Beispielsweise ist bereits vorgeschlagen worden, einen niederfrequenten Oszillator oder Impulsgenerator, der mit der gewünschten Zeitmeßfrequenz arbeitet, für den Direktantrieb einer Zeitanzeige über einen elektromechanischen Energiewandler zu schaffen,, Bei der Verwirklichung dieser Konstruk—

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tion ergaben sieh Jedoch Schwierigkeiten, einschließlich des Problems der Schaffung eines niederfrequenten Oszillators ausreichender Stabilität und mit für die Verwendung in einer Armbanduhr geeigneter Größe und Stromaufnahme.

Zur Überwindung dieser und anderer Schwierigkeiten wurde bereits vorgeschlagen, einen Hochfrequenz-Oszillator als Frequenznormal in Verbindung mit einem Quarzkristall zur Aufrechterhaltung der Prequenzstabilität und einem Teiler zum Teilen der Frequenz des kristallgesteuerten Oszillators zu -verwenden, um ein Ausgangssignal einer passenden Zeithaltefrequenz zu erzeugen. Eine derartige Konstruktion ist " beispielsweise in der Offenlegungsschrift 21 OO 273 (eingereicht am 5.1.1971) offenbart.

Die Erfindung bezieht sich auf eine kristallgesteuerte Uhr der allgemeinen Art, wie sie in dieser Offenlegungsschrift beschrieben ist, und insbesondere auf einen Wandler zur Umwandlung der vom Teiler und von der Wandler-Treiberstufe gelieferten niederfrequenten Ausgangssignale in eine mechanische Bewegung, die zum Antrieb der Uhr-Zeiger über ein herkömmliches Uhrwerk herangezogen werden kann. Erfindungsgemäß besitzt der Wandler die Form einer auf einer Unruhwelle montierten elektrischen Spule, die in einem durch zwei zu ι beiden Seiten der Spule angeordnete Dauermagnete erzeugten Magnetfeld zu schwingen vermag. Wesentliche Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die Resonator-Konstruktion einschließlich der Schwingspule und ihrer tragenden Bauteile mit vergleichsweise niedrigem Gewicht und niedriger Trägheit ausgebildet ist, so daß sie mit verhältnismäßig hoher Frequenz von beispielsweise 16 oder 32 Hz schwingt und ein schnelles Ansprechen auf Impulse sowie ein minimales Ansprechen auf Stoßwirkungen zeigt. Da sich die Antriebs-Spule

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stets in dem durch die . Dauermagneten erzeugten Magnetfeld befindet, spricht sie jederzeit auf die Impulse von elektrischen Steuersignalen an, und zwar selbst dann, wenn sie infolge von aus Umgebungseinflüssen herrührenden Stoßen und Beschleunigungen außer Phase mit den Signalen gelangt. Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Wandlers besteht in der Schaffung eines Exzenterantriebs zur Umwandlung der Schwingbewegung der Unruhwellen— und Spulen—Resonator-Anordnung in eine einseitig gerichtete Drehbewegung, die für den Antrieb herkömmlicher Uhrzeiger über ein herkömmliches Uhr- bzw. Räderwerk geeignet ist. Der Exzenter— antrieb, übt eine sinusförmige Beschleunigung auf Steig— bzw. Schalthebel und ein Steigrad aus, wodurch Trägheitseffekte und damit zusammenhängende EnergieVerluste auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Der Schalthebel wird durch magnetische Anziehung in Eingriff mit dem Steigrad gehalten und seine geringe Masse, sowie der kleine Exzenter-Durchmesser des Exzenterantriebs tragen weiterhin zur Verminderung der Energieverluste des Wandlersystems bei»

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. i ein vereinfachtes Gesamt-Blockschaltbild einer kri— stallgesteuerten Armbanduhr mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise schematische Darstellung des einen Teil der Uhr gemäß Figo 1 bildenden erfindungsge— mäßen Wandlers,

Fig. 3 eine Ansicht, unter einem rechten Winkel zur Darstellung von Fig. 2 gesehen,

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eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, Einzelheiten veranschaulichende Ansicht der einen Teil des erfindungsgemäßen Wandlers bildenden Spulen— und Unruhwellen-Anordnung,

Figo 5 eine Ansicht der Spulen- und Unruhwellen-Anordnung, unter einem rechten Winkel zur Darstellung von Fig. 4- gesehen,

Fig. 6 eine Aufsicht auf die eine. Spirale für die schwingende Spule gemäß Fig. 4-. und 5,

Fig. 7 eine Aufsicht auf die andere Spirale gemäß Fig» 4. und 5 j

Fig. 8, 9 und 10 eine Vorderansicht, eine Seitenansicht bzw_o eine Stirnansicht des Kerns und des Spulenträgers, auf welche die Wandlerspule gewickelt ist,

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Magnetkreises für die das Magnetfeld, in welchem die Wandlerspule schwingt, erzeugenden Dauermagnete,

Fig.: 12 und 15 eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht des einen Teil des Magnetkreises gemäß Fig. 11 bildenden magnetischen Nebenschlußglieds,

Fig. 14 eine Teilansicht der Exzenterantriebsanordnung zur Ankopplung der schwingenden Unruhwelle des Wandlers an das Steigrad des Uhrwerks,

Fig.. 15 eine Aufsicht auf das Steigrad gemäß Eig.

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l"ig.. 16 einen Teil-Querschnitt durch das Steigrad zur Darstellung der an ihm ausgebildeten Ratschen— Zähne,

Fig. 17 und 18 eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht des die Unruhwelle mit dem Steigrad koppelnden Schalthebels,

Fig. 19 eine unter einem rechten Winkel zu Fig. 14- gesehene Ansicht der Exzenterantriebsanordnung zur Darstellung der Halteklinke zum Weiterschalten des Steig— rads,

Fig. 20 und 21 eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht der Klinkenfeder,

Fig. 22 eine Aufsicht auf die Klinken-Brückenanordnung; und Fig. 23 einen Schnitt längs der Linie 23-23 in Fig. 22.

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer elektro— nischen Uhren-Konstruktion 10 mit einem Frequenznormal 12, vorzugsweise, in Form eines kristallgesteuerten Oszillators oder eines frei laufenden PIuIt!vibrators, der Ausgangsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von mindestens etwa 5 kfcz und mit der Stabilität des steuernden Kristalls erzeugt.. Das Ausgangssignal des Oszillators 12 wird über eine Leitung 14- einem mehrstufigen Frequenzteiler 16 eingespeist, in welchem die Frequenz des elektrischen Signals auf einen für den Antrieb der Zeiger einer Uhr geeigneten Wert reduziert wird. Beispielsweise kann das an einer Leitung erscheinende Ausgangssignal des Frequenzteilers 16 eine Frequenz von 16 oder 32 Hz besitzen. Dieses Signal wird einer

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Treiberstufe 20 zugeführt, die als Impulsformer wirkt und die Impulse formt und einem Wandler 22 einspeist, der seinerseits die elektrischen Impulse in eine physikalische^bzw. mechanische Bewegung zur Betätigung einer Uhren-Zeitanzeige 24 umwandelt, die typischerweise aus den über das Zifferblatt einer herkömmlichen Uhren-Stirnseite laufenden Zeigern bestehen kann. Die Verbindung vom Wandler 22 zur Anzeige 24 erfolgt über ein herkömmliches Räder— bzw. Uhrwerk. Der Oszillator 12 und der !Frequenzteiler 16 bestehen vorzugsweise aus integrierten Schaltungsbauteilen unter Verwendung von komplementären l-iOSFET—Transistoren, wie dies in der Offen— legungsschrift 19 52 203.3 beschrieben ist*

Die Erfindung richtet sich auf einen neuartigen und verbesserten Wandler 22 der in den Fig.· 2 und 3 allgemein dargestellten iOrm. Dieser Wandler 22 weist zwei zu beiden Seiten einer elektrischen Spule 30 angeordnete Dauermagnete 26 und 28 auf. Die Spule 30 besteht gemäß E¹Xg. 3 aus zahlreichen Drahtwindungen und ist' auf einem Kern 32 angeordnet, dessen oberes und unteres Ende mit einer aus einem oberen Abschnitt 34 und einem unteren Abschnitt 36 bestehenden Unruhwelle verbunden ist. Die Enden der Unruhwelle,34, 36 sind in Lager bzw. 40 eingesetzt, so daß dia Spule 30, der Kern 32 und die Unruhwelle sämtlich in dem durch die Dauermagneten 26 und gebildeten Magnetfeld schwingend gelagert sind. Am oberen Abschnitt 34 der Unruhwelle ist das Innenende einer regulierenden Spirale 42 angebracht, deren Außenende bei 44 an einem festen Teil der Uhr befestigt ist, und am unteren Abschnitt 36 der Unruhwelle ist das Innenende einer unteren Spirale 46, angebracht, deren Außenende bei 48 an einem festen Teil der Uhr befestigt ist., Das obere Ende der Spule 30 liegt bei 50 über den Abschnitt 34 und die Spirale 42 an Masse, während das untere Ende der Spule 3^: bei 52 über den unteren Abschnitt

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36, die Spirale 46 und den Zapfen 48 elektrisch mit der Treiberstufe 20 verbunden ist. Die Spiralen 42 und 46 sind elektrisch an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen, beispielsweise an eine im Uhrgehäuse angeordnete Batterie, wobei die Verbindung über die Treiberstufe 20 erfolgt, welche den elektrischen Stromfluß von der einen Seite der Batterie zur anderen über die Spule 30» die Spiralen 42, 46 und die Unruhwellen-Abschnitte 3²S 36 steuert«.

Die Kraftabnähme von der schwingenden Spule 30 erfolgt über einen Exzenter 54·» der am unteren Abschnitt 36 der Unruhwel— le montiert ist, sowie über einen Schalthebel 56 auf ein Schalt— bzw». Steigrad 58, das seinerseits über ein herkömmliches Uhr-Räderwerk mit den Uhrzeigern verbunden ist. Das Steigrad 58 ist mit ratschenartigen Zähnen 60 versehen, in welche ein am Außenende des Schalthebels 56 vorgesehener Schaltstein 62 eingreift, so daß sich das Steigrad 58 entsprechend der Schwingbewegung der Spule 30 und der Unruhwel·— Ie 34, 36 drehtο

Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen deutlicher die Einzelheiten der Spulen— und Kern—Anordnung gemäß den Figo 2 und 3» während die Spiralen 42 und 46 in den Fig. 6 und 7 dargestellt sindo Gemäß Fig. 4 und 5 besitzt der obere Unruhwellen—Abschnitt 34 die Form eines Spulenträger—Endstücks, das einen zentralen Hohlraum 64 (Fig. 5) zur Aufnahme eines Lager-Stummels 66 mit dünnerem Ende 68 aufweist, welches in das End- oder Deckstein-Lager 38 gemäß Fig. 2 einsetzbar ist. Die Spirale 42 ist an ihrem Innenende 69 mit einer Manschette 70 verbunden, die mit dem Unruhwellen-Abschnitt 34 mit— drehbar gelagert ist. Der Unruhwellen—Abschnitt 36 besitzt gemäß Fig. 4 und 5 auf ähnliche Weise die Form eines Spulenträger-Endstücks mit einer zentralen Bohrung 72 zur Aufnahme

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des einen Endes eines Exzenter-Lagers 74 mit einem dünneren Außenende 76, das in den Lager- bzw. Deckstein 40 gemäß Fig. 2 einsetzbar ist. Das Exzenter-Lager 7^ weist einen dünneren, gegenüber der Mittellinie des Lagers versetzten Abschnitt 78 auf, so daß auf noch näher zu erläuternde Weise ein Exzenterantrieb gebildet wird. Schließlich ist das Innenende der Spirale 46 bei 80 mit einer Manschette 82 verbunden, die mit dem Unruhwellen-Abschnitt 36 mitdrehbar verbunden ist.

Bei einer bereits gebauten Ausführungsform der Erfindung, | die mit einer Eigenfrequenz von 16 Hz arbeitet, besteht die Spule 30 aus 4200 Windungen aus mit Polyurethan isoliertem Hr. 57-Draht mit einem Widerstand von etwa 1,67jT/cm, so daß die Spule einen Gesamtwiderstand von etwa 1Q k-TLbesitzt. Der Kern 32 besteht aus Keramik und die Lager 66 und 7^- bestehen aus silikonisiertem Stahl_oyunruhwellen—Abschnitte und 36 bestehen aus einer vergoldeten, alterungsgehärteten Beryllium-Kupfer-Legierung, während die in Pig. 4 mit 84 bezeichneten Enden der Spule 30 durch eine Bohrung 85 im Unruhwellenabschnitt 34 gezogen und mittels "Eccobond", ein leitfähiges Klebmittel, oder durch Festschweißen des Spulen— drahts in der Bohrung elektrisch mit dem Endstück verbunden , sind. Das andere, durch die gestrichelte Linie 86 angedeutete Lnde der Spule 30 ist auf ähnliche Weise festgelegt und elektrisch mit dem Unruhwellen-Abschnitt 36 verbunden»

Die nesonatoranordnung gemäß den Fig. 4 und 5 ist Teil eines Masse-Feder-Masse- oder, richtiger, eines Trägheit—Feder-Trägheit-Systems, bei welchem die große Masse und Trägheit als der Gesamtwert aller ortsfesten Uhrwerkteile und als vergleichsweise unendlich groß gegenüber der Masse und Trägheit der sich bewegenden Spulenanordnung angesehen wird_o Die

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Gesamtstärke beider Spiralen 42 und 46 steht somit nach der Gleichung

G = 4# ² f² I

in Beziehung zur Trägheit der Spulenanordnung und ihrer Eigenfrequenz,

In dieser Gleichung bedeuten G die Federkonstante in Dyn°cm

ρ je Radiant, I die Spulenträgheit in g°cm und £ die Frequenz in Hz ο Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Federkraft im Verhältnis von 6:1 unterteilt, indem die Spirale 42 die sechsfache Kraft der Spirale 46 besitzt. Die stärkere Spirale, d_oh. die Spirale. 42, ist mit einer Außen-Win— dung 88 versehen, die durch einen bei 90 angedeuteten herkömmlichen Regulator verläuft. Wenn der Regulator die stärkere Spirale 42 regelt, ist der durch die Regulatorzapfen beschriebene Regulierbogen wirksamer, um das System mit dem genauen, quarzkristallgesteuerten Impuls bei einer Frequenz f von 16 Hz in Resonanz zu bringen. Mit entsprechend abgewandelten Stärken der Spiralen 42, 46 sind auch bereits Aus— führungsformen gebaut worden, die mit einer Frequenz von 32 Hz arbeiten«, Eine andere Aufteilung der Federkraft ist ebenfalls möglich, solange sie in Übereinstimmung mit der erforderlichen Regulier-Genauigkeit gewählt wird_o Die Spiralen 42 und 46 bestehen vorzugsweise aus einem temperaturbeständigen Werkstoff, wie dem unter der Handelsbezeichnung Stavar vertriebenen Material, wobei die Spirale 42 neun volle Windungen zur Neutralstellung der Regulierzapfen besitzt. Die Spiralen 42, 46 bestehen aus Flachdraht, wobex die Spirale 42 beispielsweise eine Breite von etwa 0,13 mm und eine Dicke von etwa 0,024 mm bei einer Gesamtlänge von 9,25 Windungen besitzt, während die Spirale 46 beispielsweise eine Breite von etwa 0,076 mm und eine Dicke von etwa 0,00165 mm bei einer Gesamtlänge von 10,25 Windungen besitzt. Die Spirale

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4-2 ist eine dreilagige Konstruktion und die Spirale 4-6 eine vierlagige Konstruktion, um ihnen ausreichenden Schwing-Ab— stand zu verleihen.

Die Fig. 8 bis 10 veranschaulichen den Aufbau des Kerns 32, der, wie erwähnt, aus Keramik besteht und der eine dreiteilige Konstruktion mit einer flachen, .rechteckigen Elatte 92 darstellt, über deren Enden die Spulenträger-Kappen 9^ und aufgesetzt sind, die mit Schlitzen zur Aufnahme der Enden der Platte 92 versehen und bei 98 und 100 zur Aufnahme der j Windungen der Spule 30 ausgespart sind_o

Fig. 11 veranschaulicht die Magnete 26 und 2S, welche jeweils einen rechteckigen Querschnitt von 5»4-6 nim Höhe, 2,54- nun Breite, senkrecht zur Zeichnungsebene gerne ssen, und 2,03 nim Tiefe besitzen und in einem Abstand von 2,54- mm voneinander entfernt angeordnet sind. Die Magnete 26, 28 bestehen vorzugsweise aus Kobalt-Platin oder Samarium-Kobalt, welche den Mindestbedingungen H ~y 4000 Oersted, Bp^ 6000 Gauss und

BH >9 x 10 Gauss-Oersted genügen und ein durch die Kraft— a a

linien 104- angedeutetes Magnetfeld von 2500 — 3000 Gauss erzeugen, wobei der magnetische Kreis über den gestrichelt eingezeichneten magnetischen Nebenschluß 1o2 geschlossen ist. *

Der in den Figo 12 und 13 näher veranschaulichte, vorzugsweise aus Weicheisen bestehende Nebenschluß 102 weist eine Rück— platte 105 auf, die mit einem einstückigen rechteckigen Flansch verbunden ist, dessen Seiten mit 106 und 108 und dessen Stirnseiten mit 110 und 112 bezeichnet sind_c Die Stirnseiten 110 und 112 v/eisen Schlitze 114- bzw. 116 auf, durch welche die Lnruhwellen-Abschnitte 34- bzw. 56 (Fig. 4- und 5) hindurchgeführt v/erden können,. Die Magnete 26 und 28 sind in die offene oeits des I.ebeuschlusses 102 eingesetzt und an den flachen

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Innenflächen 118 und 120 der Seiten 106 bzw. 108 montiert. Zwei Senkbohrungen 122 und 124 durchsetzen den Nebenschluß—, !Plansch, so daß er mit Hilfe von Schrauben in der Uhr befestigt werden kann. Die Aufgabe des Nebenschlusses 102 besteht in der Erhöhung der Feldintensität und in der Reduzierung von Streufeldern bzw. -strömen in den Bereichen der Spiralen 42, 46.

Fig. 14 veranschaulicht den Exzenterantrieb zur Umwandlung der Schwingbewegung der Spule 30 und der Unruhwelle 34, 36 in eine einseitig gerichtete, schrittweise Drehbewegung zum Antrieb der Uhrzeiger, Gemäß Fig. 14 ist der Schalthebel an seinem oberen Ende 126 schwenkbar mit dem exzentrischen Abschnitt 78 des Lagers 74 (Fig. 4 und 5) verbunden· Der am anderen Ende 128 des Schalthebels 56 vorgesehene Schaltstein 62 greift in die Ratschen-Zähne 60 des Steigrads 58 ein. Das Steigrad 58 ist am einen Ende eines Steig-Ritzels 130 montiert, das an beiden Enden in Stein-Lagern 132 und 134 drehbar gelagert ist. Das Ritzel 130 kämmt mit dem sechsten Rad des Uhrwerks und treibt dieses Rad, dessen einer Teil bei 136 angedeutet ist, an, wobei zu beachten ist,, daß dieses Rad.den Rest eines herkömmlichen Räderwerks zum Antreiben der Uhrzeiger.über ein herkömmliches Zifferblatt antreibt. Das in den Fig. 15 und 16 genauer veranschaulichte Steigrad 58 ist mit einer zentralen Bohrung 138 versehen, über welche die Lagerung für das Ritzel 13O hindurchgeführt werden kann, und weist achtundvierzig auf Umfangsabstände voneinander verteilte Zähne 60 auf, -welche sich vollständig um den Umfang des Steigrads 58 herumerstrecken und die Form gemäß Fig. 16 besitzen. Die Zähne 60 besitzen vorzugsweise von der Spitze zur Wurzel eine Tiefe von etwa 0,04 mm und weisen eine Schrägfläche 140, die einen Winkel von etwa zu einer senkrecht zur Dreh, ebene des Steigrads liegenden

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Ebene festlegt, und eine steilere !Fläche, 14-2 auf, die einen Winkel von etwa 15° zur senkrechten Ebene festlegt. Das Steigrad 58 besteht vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl mit einer Mindesthärte von Rockwell G-5Q· Der Gesamt-Durchmes« ser des Steigrads 58 von seiner Drehachse zur Innenkante der Zähne 60 beträgt etwa 1,385 mm und der Gesamt-Außendurchmes— ser etwa 1,613 mm. Die Gesamt-Dicke des Steigrads beträgt etwa Q, 17 mm..

In den Fig. 17 und. 18 sind die Einzelheiten des Schalthebels 56 dargestellt». Der Schalthebel 56 besteht aus einer flachen Platte^ aus vollhärtem Beryllium-Kupfer mit einer etwa 0,0013 mm dicken Vergoldung, so daß er "eine Gesamt-Dicke von etwa 0,0381 mm besitzt... Der Schalthebel. 56 ist gemäß Fig. 17 mit. einer Bohrung 144· von etwa 0,19 mm Durchmesser zur schwenkbaren Lagerung des exzentrischen Äbschnitta 78 des Lagers 7.4 sowie mit einer Bohrung 146 versehen und weist einen sich von seinem einen Ende 14-8 über die Bohrung 114t bis zur Bohrung 146 erstreckenden Schlitz 15o- auf, so daß er ohne weiteres über den Exzenterabschnitt der Unruhwelle 34» 36 geschoben und daran befestigt werden kann·. Am Vorderende des Schalthebels 56 ist beispielsweise mittels SGotch-Schweißung ein flacher rechteckiger Dauermagnet 15£ befestigt, über welchem der auf ähnliche Weise befestigte flache, rechteckig« Schalt— stein 62 betfestigt ist, welcher in die. Zähne 60 des Steigrads 58 einzugreifen vermag.. Der Schaltstein 62. besteht vorzugsweise aus Rubin und ist vorteilhafterweise ein flaches Gebilde mit einer. Gesamtlänge von atwa 0,381 mm, einer Breite von Q,3 mm und einer Dicke von Q,05 mm·. Dia Vorderkante des Schalt— steins 62 ist vorzugsweise zugeschärft und unter 12° abgewinkelt, so daß sein gemäß Fig.. 17 unteres Ende etwas über sein oberes Ende hinausragt.. Der Dauermagnet 152 besteht vorzugsweise aus Kobalt-Platin und ist eine flache, rechteckige Plat—

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"ta von 0,3 nun Länge, 0,254- nun Breite und 0,1- mm Dicke» Der Dauermagnet ist gemäß Fig. 17 so gepolt, daß seine Oberseite einen Nordpol und seine Unterseite einen Südpol bildet, wobei sich die magnetischen Kraftlinien lotrecht und parallel zur Zeichnungsebene gemäß Fig. 17 erstrecken. Infolge dieser Eolung wird der Dauermagnet vom Steigrad 58 angezogen, so daß der Schaltstein 62 ständig in die Zähne 60 des Steigrads eingreift..

Fig. 19 ist eine unter einem rechten Winkel zur Darstellung gemäß Fig. 14- gesehene Ansicht, welche die das Steigrad 58 we it ers ehalt ende Halte-Klinke 154- zeigt. Die Klinke 154· besitzt die Form einer Blattfeder, welche in die Zähne 60 des Steigrads 58 eingreift und letzteres zwischen den durch den Schalthebel 56 ausgeübten Impulsen festhält. Die Klinke 154· wird von einem in einer Klinken-Brücke 158 montierten Zapfen 156 getragen.

Die in den Fig. 20 und 21 näher veranschaulichte Halte-Klinke 154· besteht aus einem Federmetallblech mit einer Dicke von etwa Q,025 nun und ist gemäß Fig. 21 an ihrem einen Ende bei 160 gekröpft.. An der Kröpfung 160 ist ein Klinken-Stein 162 befestigt, welcher in die Zähne 60 des Steigrads 58 eingreift und letzteres zwischen den durch den Schalthebel 56 ausgeübten Impulsen arretiert. Die Klinke 154· wird zunächst aus einem flachen Blechstück hergestellt, das am einen Ende 164- ringförmig ausgebildet ist und eine zentrale Bohrung 166 aufweist, während ein länglicher, schmaler Arm 168 in der Kröpfung 16Q ausläuft. Der Arm 168 ist gemäß Fig. 21 bei 170 unter einem Winkel von etwa 30° zur Waagerechten nach unten gebogen.

Die Fig.. 22 und 23 veranschaulichen die zur Halterung der Halte-Klinke 154· dienende Klinken-Brücke 158» Bei der darge—

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stellten Ausi'ührungsform ist die Bohrung 166 gemäß 3?igo 20 mit Reibung auf den Schaft des Zapfens 156 aufgesetzt, der seinerseits mit Reibsitz in eine in der Brücke 158 vorgesehene' Bohrung 172 eingesetzt ist. Die Brücke 158 selbst ist mit einem ringförmigen Ansatz 174- mit einer zentralen Bohrung 176 versehen, welche die Büchse des Lagers 134 für das Steig— rad 58 umschließt, wie dies aus Fig. 19 am deutlichsten ersichtlich istο Die Brücke I58 weist weiterhin ein ovales Langloch 178 auf, durch welches eine Schraube zur Befestigung der Klinken-Brücke an der feststehenden Anordnung der Uhr hindurchgeführt werden kann. Das Langloch 178 gewährleistet ausreichenden ffreiraum, so daß die gesamte Brücke 158 mit Hilfe eines einen Schlitz 179 durchsetzenden Exzenter—Bolzens um die Drehachse 180 des Steigrads 58 herum verdreht werden kann, um den Schalthub des Schalthebels 5& auf Null einzustellen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung einen verbesserten Wandler schafft, der sich insbesondere zur Umwandlung der von einem kristallgesteuerten Oszillator einer Uhr abgegebenen Impulse in eine für den Antrieb der Uhrzeiger geeignete Drehbewegung eignet. Obgleich · die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer Armbanduhr beschrieben ist, kann der erfindungsgemäße Wandler selbstverständlich in allen Arten von Zeitmessern und anderen zeithaltenden Geräten Verwendung finden, bei denen geringe Größe und niedriger Leistungsbedarf wesentlich sind. Die erfindungs— gemäße Konstruktion besitzt außergewöhnlich niedriges Gewicht und niedrige Trägheit, so daß sie schnell auf Impulse anspricht und Stoßwirkungen auf ein Mindestmaß unterdrückt. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Masse der gesamten Resonatorkonstruktion weniger als 120 mg bei einer Trägheit von veniger als 10"^ g*cm ► Die schwin—

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gende Antriebsspule befindet sich ständig dm Magnetfeld, so daß sie jederzeit auf die Impulse, von den elektrischen Steuersignalen anspricht, selbst wenn sie infolge von durch Um- . gebungseinflüsse. hervorgerufenen Stoßen und Beschleunigungen geringfügig außer Phase mit den Steuersignalen gelangen sollte· Die Uhr verwendet als Stromquelle eine 3,1 V Batterie, so daß im Hinblick auf die Stromzufuhr im elektromagnetischen Wandler eine zur Gewährleistung eines guten elektrom echanischen Wirkungsgrad ausreichend hohe Spannung erzeugt wird, nämlich 1,5 — 2,2 V Gegen-EMK bei 16 Hz im Vergleich zur Batteriespannung von 3,1 V» Magnete hoher Stärke werden in Verbindung mit einem vergleichsweise kleinen Luftspalt verwendet, um den Einflüssen von äußeren Magnetfeldern zu widerstehen,, und das Magnetfeld zwischen den Magneten beträgt mehr als 25OO Gauss. Der Resonator verwendet temperaturkompensier— te Federn, um die Einheit für optimales Ansprechen unter normalen Umgebungstemperaturen einwandfrei abgestimmt zu halten»

Die. Vorrichtung weist außerdem einen Exzenterantrieb auf, welcher dem Schalthebel und dem Steigrad eine sinusförmige Beschleunigung erteilt, wodurch Trägheitseffekte und davon herrührende Energieverluste auf ein Mindestmaß verringert werden,, Der Schalthebel besitzt minimale Masse von beispielsweise 0,38 χ 1O~^ g und minimale Trägheit, was ebenfalls zu den niedrigen Energieverlusten beiträgt. Zur Verminderung von Energieverlusten durch Reduzierung des Drehmomentarms wird ein sehr kleiner Exzenterdurchmesser angewandt« Der Exzen— terantrieb gewährleistet erhöhte Zuverlässigkeit beim Weiter— schalten und vermeidet ein Doppeltschalten· Zahlreiche der bisher vorgeschlagenen, mit Resonanzwandlern, wie Stimmgabeln und Freiträgern (Tickern), verbundenen Schaltsysteme sind für ein Doppeltsehalten infolge großer, durch Stöße induzierter Amplituden empfindlich,, Der Exzenter-Abschnitt 78 besitzt

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vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,178 mm und ist mit seiner Mittellinie um etwa 0,0635 uran vom Drehmittelpunkt der Unruhwelle versetzt angeordnet. Da dar Schalthebel vergoldet ist, verwendet das Exzenterlager Gold als festen Schmierstoff. Die dabei auftretenden geringen Kräfte ermöglichen eine Hin- und Herübertragung des Golds zwischen der Exzenterkurbel und dem Schalthebel, ohne einen Verschleiß zu zeigen. Infolge dieser Merkmale kann das Schaltsystem bei verhältnismäßig hoher Frequenz mit niedrigem Leistungs— verlust von unter 1 Mikrowatt bei 16 Hz laufen.

Her einzigartige, mit niedriger Trägheit erfolgende, rechtwinkelige Antrieb wird zur Umwandlung der harmonischen Bewegung des Schalthebels und des Resonators in einzelne Sehaltschritte des Räderwerks des Zeitmessers ausgenutzt» Der Schalthebel wird durch die magnetische Anziehung des Dauermagneten 152 in Eingriff mit dem Steigrad gehalten» Hierdurch wird ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet, während der zusätzliche Reibungsverlust infolge des Widerstands beim Rückhub minimal ist. Die durch die Klinken-Brücke gebildete. Zentriervorrichtung ermöglicht eine Nullstellung des Schalthubs zu beiden Seiten der Ruhestellung durch Verschwenken der Klinken—Brücke um die Schalt-Schwenkachse., Infolgedessen kann der Resonator isochron bleiben, auch wenn er nahe I des Uberlastdrehmoments stark belastet ist..

Selbstverständlich kann dia Erfindung auch in anderen speziellen Ausführungsformen verwirklicht werden, ohne daß von ihren wesentlichen Eigenschaften abgewichen wird» Die vorstehend dargestellte und beschriebene Ausführungsform soll daher in Mieder Hinsicht nur als erläuternd und keinesfalls die Erfindung einschränkend angesehen werden, vielme hr soll die Erfindung alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs

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liegenden Änderungen und Abwandlungen mit umfassen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine kristall— gesteuerte Uhr mit einem verbesserten Wandler zur Umwandlung der elektrischen Impulse von einem Kristall-Oszillator und Teiler in eine für den Antrieb der Uhrzeiger geeignete ein— seitig gerichtete, schrittweise Drehbewegung. Der Wandler weist eine niedriges Gewicht besitzende, vollständig im Feld eines Dauermagneten angeordnete Spule auf, deren Eigenfrequenz zumindest ungefähr der Frequenz des Teiler-Ausgangs entspricht, so daß die Wandlerspule an den Kristall angekoppelt ist. Ein Exzenter schwingt mit der Spule mit und treibt das Uhrwerk über einen an ihm angelenkten Hebel an, v/elcher mit magnetischer Anziehung in ein Steigrad eingreift.

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Claims (1)

1. -19 -

   Patentansprüche

   1c ElektxOmechanischer Wandler zur Umwandlung von elektrischen Impulsen in eine mechanische Bewegung, gekennzeichnet durch eine schwingfähig gelagerte Spule mit einer Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung "mit einer Stromquelle, eine neben der Spule angeordnete Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds, in welchem sich die Spule in allen Stellungen während eines Schwingungszyklus befindet, und eine mit der Spule gekoppelte Einrichtung zur Abnahme einer einseitig gerichteten mechanischen Bewegung von ihren Schwingungen..

   2» Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld Dauermagnete aufweist, die zu beiden Seiten der Spule angeordnet sind.

   3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule an drei Seiten von einem magnetischen Nebenschluß umschlossene ist, der an den von der Spule entfernten Seiten mit den Magneten verbunden ist.

   4_ff Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung eine mit der Spule verbundene Unruhwelle und zwei mit gegenüberliegenden Enden der Unruhwelle verbundene Spiralen aufweist«

   5· Wandler nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen ungleiche Federstärke besitzen.

   6». Wandler nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß mit der stärkeren Spirale ein Regulator gekoppelt ist»

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   7·, Wandler nach Anspruch 1, gekennzedshndt durch ein Steigrad und eine die Spule mechanisch mit dem Steigrad koppelnde Einrichtung mit einem an einen Exzenter angelenkten Schalthebel.

   8,- Wandler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel mit einem in das Steigrad eingreifenden Stein versehen ist..

   9· Wandler nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der-Schalthebel einen Dauermagneten trägt, welcher ihn mit dem S-^teigrad in Berührung hält.

   10. Wandler nach Anspruch 1 für einen Zeitmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule um eine parallel zur Ebene ihrer Windungen liegende Achse schwingfähig gelagert ist, daß zu beiden Seiten der Spule je ein Dauermagnet angeordnet ist, der ein Magnetfeld erzeugt, welches die Spu— Ie in allen ihren Stellungen vollständig einschließt und daß mit der Spule zwei ihre Schwingung aufrechterhaltende Spiralen mechanisch gekoppelt sind, über welche die elektrische Verbindung mit den beiden Enden der Spulen hergestellt ist.

   11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheit der Spule und der Lagereinrichtung sowie die Stärke der Spiralen so bemessen sind, daß sie eine Eigenfrequenz des Wandlers von mindestens etwa 16 Hz gewährleisten.

   12. Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Wandlers etwa 16 Hz beträgt.

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   13· Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Wandlers etwa 32 Hz beträgt,

   14-. Elektromechanischen Wandler nach. Anspruch 1 für eine elektrische Armbanduhr, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Unruhwelle mit zwei Abschnitten aufweist, von denen der eine mit dem einen Ende und der andere mit dem anderen Ende der Spule verbunden ist^ und auf denen die Spule schwingfähig gelagert ist, daß die Windungen der Spule in parallel zur Schwingachse der Unruhwelle verlaufenden Ebenen liegen, daß' an jeder Seite der Spule ein Dauermagnet angeordnet ist, der ein Dauermagnet— feld erzeugt, welches die Spule in allen ihren Stellungen vollständig umschließt, daß mit dem einen Abschnitt der Unruhwelle eine Spirale verbunden ist, welche die eine Eingangsklemme der Uhr elektrisch mit dem einen Ende der Spule verbindet, und mit dem anderen Abschnitt der Unruhwelle eine zweite Spirale verbunden ist, welche die andere Eingangskiemma der Uhr elektrisch mit der Spule verbindet, und daß ein Steigrad, ein an einem der Unruhwellen-Abschnitte vorgesehener Exzenter und ein am Exzenter angelenkter Schalthebel vorgesehen sind, welcher das Steigrad in Abhängigkeit von den Schwingungen der Unruhwelle in einer Sichtung weiterschaltet»

   15· Wandler nach Anspruch 14·, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spirale größere Federkraft besitzt als die zweite Spirale.

   16_#. Wandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, ein axt der ersten Spirale gekoppelter Gang-Regulator vorgesehen ist.

   17. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

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   die Trägheit der Spule, der Unruhwelle und des Schalthebels sowie die Stärke der Spiralen derart bemessen sind, daß der Wandler eine Eigenfrequenz von etwa 16 Hz erhält, und daß die erste Spirale etwa sechsmal stärker ist als die zweite Spirale·

   18. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter am zweiten Abschnitt der Unruhwelle ausgebildet ist_t

   19· Wandler nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der schwingenden Teile des Wandlers, einschließlich der Spule, der Unruhwelle und des Schalthebels, weniger als 120 mg beträgt·

   20«. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheit der schwingenden !Teile des Wandlers, einschließlich der Spule, der Unruhwelle und des Schalt— hebeis, weniger als Λ0 g*cm beträgt.

   21. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel zur Verschleißminderung vergoldet ist»

   22. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Steigrad angreifende Schaltklinke und eine Einrichtung zur Einstellung der Stellung der Klinke um die Drehachse des Steigrads herum vorgesehen sind.

   23· Wandler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Klinke lagernde Klinken-Brücke vorgesehen ist, die einen um die Drehachse des Steigrads verschwenkba— ren Abschnitt aufweist».

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   24. Elektrische Armbanduhr mit einem elektromagnetischen Wandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen kristallgesteuerten Oszillator zur Erzeugung einer Reihe von Zeithalteimpulsen, einen an den Ausgang des Oszillators angekoppelten Teiler zur Teilung der Frequenz der Zeithalteimpulse, einen mit dem Ausgang des Teilers verbundenen Wandler mit einer Spule, die schwingfähig um eine parallel zur Ebene ihrer^Windungen liegende Achse gelagert ist, zwei neben aer Spule angeordnete Dauermagnete zur Erzeugung eines Dauermagnetfelds, welches die Spule in allen ihren Stellungen einschließt, ein Räderwerk mit einem Steigrad, einen zur Durchführung von Schwingungen mit der Spule verbundenen Exzenter, einen am Exzenter angelenkten und in das Steigrad eingreifenden Hebel zum Antreiben des Steigrads mit den Schwingungen der Spule und eine. Zeitanzeige mit zwei Uhrzeigern, die durch das Steigraä angetrieben werden.

   25. Uhr nach Anspruch 2k, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der Spulen-Schwingungen mindestens der Frequenz der- Zeithalteimpulse vom Teiler entspricht.

   26. Uhr nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß das Teiler-Ausgangssignal eine Frequenz von etwa 16 Hz besitzt .

   27. Uhr nach^Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Teiler-Ausgangssignal eine Frequenz von etwa J>2Hz besitzt.

   28. Uhr nach Anspruch 25* dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Impulsformer und eine den Teiler an die Spule ankoppelnde Treiberstufe aufweist.

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