DE2120357C3

DE2120357C3 - Vorrichtung zur schrittweisen Fortschaltung eines Schaltrades zum Antrieb von Zeitmeß gerätea

Info

Publication number: DE2120357C3
Application number: DE2120357A
Authority: DE
Inventors: Edward E. Des Plaines Hahn; Joseph L. Brookfield Radnik; Wayne F. Arlington Tex. Ridenour (Verstorben)
Original assignee: Gruen Industries Inc New York Ny (vsta)
Current assignee: Gruen Industries Inc New York Ny (vsta)
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-04-22
Publication date: 1974-07-18
Also published as: FR2112958A5; DE2120357A1; DE2120357B2; US3657875A; CA929357A; GB1352790A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schrittweisen Fortschaltung eines Schaltrades zum

Antrieb von Zeitmeßgeräten, mit einer durch elektromagnetische Mittel betätigten, auf das Schaltrad im Sinne einer Vorwärtsdrehung desselben mechanisch einwirkenden Antriebseinrichtung mit einem elektromagnetisch betätigten Anker, der über ein Antriebseleirep.i das Schaltrad betätigt, und mit einem auf dieses einwirkenden, seine Rückdrehung vermeidenden Halleelement.

Bei einer derartigen bekannten Verrichtung (deutsche !'utentschrift 833 32S) wird das das Schaltrad belauf :nde Antriebselement von einer Antriebsklinke gebildet, die mit dem von einem Elektromagneten gegen die Wirkung einer Feder anziehbaren Anker in Verbindung steht; eine Sperrklinke ist als auf das Schaltrad einwirkendes, seine Rückdrehung vermeidendes Halteelement vo^rgesehen. Als nachteilig erweist sich bei einer bekannten Vorrichtung zum einen, daß durch den eine Zahnwirkung aufweisenden Antrieb des Schaltrades sowie durch das mit Jcl7!i:rem mit Zahnwirkung zusammenarbeitende Haiieelement ein relatives langsames Ansprechen der Vorrichtung und hohe Reibungsverluste verursacht werden, und zum anderen, daß insbesondere bei starken Erschütterungen die Einhaltung eines exakten Sduiischrittes nicht gewährleistet ist.

Bekannt ist weiterhin ein Klinkengetriebe zur schrittweisen Fortschaltung des gezähnten Schaltrades, bei Uhren, bei dem eine Bürste als Antriebselemi-nt und eine Klinke als Halteelement bzw. umgekehrt eine Klinke als Antriebselement und eine Bürste ;sls Halteelement vorgesehen ist. Die in die Zähne des Schaltrades eingreifende Klinke soll dabei eine definierte Schrittweite bei der Fortschaltung bestimmen. Nachteilig ist hierbei, daß die Klinke und damit auch die Bürste mit hohem Druck auf den Zähnen des Schaltrades aufliegen müssen, wenn eine Beeinträchtigung des Betriebs des Klinkengetriebes durch Erschütterungen und Stöße usw. verhindert werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß unter Verringerung von Reibungsverlusten ein auch bei Erschütterungen und Stoßen usw. eine exakte Begrenzung eines Schaltschrittes gewährleistender Betrieb der Vorrichtung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß durch Zusammenarbeiten von Antriebselement und Halteelement ohne Zahnwirkung mit dem Schaltrad eine Verringerung der Reibungsverluste gegeben ist und daß gleichzeitig durch die von Antricbsfunktionen unabhängige Sperreinrichtung auch bei Erschütterungen und Stoßen usw. die Einhaltung eines exakten S< haltschrittes gewährleistet ist.

Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung der Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. In der Zeichnung zeiüt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der einzelnen Bauteile eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine vergrößert gezeichnete Draufsicht auf dieses erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Lagerung des Schaltrades und der Antriebseinrichtung dieses ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 4 eine schaubildliche Darstellung von zwei verschiedenen Stellungen des Ankers und der Sperreinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 5 eine schaubildüche Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels,

F i g. 5 und 7 je ein Querschnitt nach den Linien 6-6 bzw. 7-7 in der Fi g. 5 und

ίο F i g. 8 eine schaubildliche Darstellung von bürstenförmigen Antriebs- und von Halteelementen eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, weist das in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einen Elektromagneten 20 mit einer Magnetspule 24 und mit einem elektromagnetisch betätigbaren Anker 28 auf, der axial in der Magnetspule 24 verläuft und an einem Ende der letzteren mit einem Teil 70 hervorragt. Die Magnetspule 24 ist auf einer Platte 30 gelagen und wird von zwei einander gegenüberstehenden zur Achse der Magnetspule 24 parallel angeordneten Permanentmagneten 36 und 38 abgestützt. Auf diesen ruhen zwei U-förmige Polstücke 46 und 48, deren Polarme 52, 54 und 58, 60 sich zur Magnetspule 24 hin erstrecken und senkrecht zur Längsachse der Magnetspule 24 verlaufen. An der Platte 30 ist ein Steg 64 aus einem nicht magnetischen Material befestigt, der das rückwärtige Ende des Ankers 28 trägt. An dem hervorragenden Teil 70 des Ankers 28 ist ein Arm 78 befestigt, der eine Sperrklinke 80 aufweist.

In der Platte 30 ist ein Schaltrad 90 drehbar gelagert.

Ein Lagerstein 92 ist in einer Öffnung 96 der Platte 30 eingesetzt und nimmt den Zapfen einer sich nach oben erstreckenden Antriebswelle 100 (vgl. auch F i g. 2) des Schaltrades 90 auf, die koaxial ein Triebrad 102, ein gezahntes Sperrad 106 und eine Trommel 110 trägt, die von zwei koaxialen Sc'.raubenfedern 114 und 116 umgeben wird. Die Schraubenfeder 116 stellt das Antriebselement und die Schraubenfeder 114 das Halteelement dar; sie arbeiten jeweils ohne Zahnwirkung mit dem Schaltrad 90 zusammen. Über dem Schaltrad 90 ist eine Brückenplatte 120 mit einem eingesetzten Lagerstein 124 angeordnet, in den der Zapfen der Antriebswelle 100 an ihrem oberen Ende 126 eingesetzt ist.

An der Brückenplatte 120 ist ein nach außen vorstehender Tragarm 130 befestigt, der am Ende einen ein Ende 136 der Schraubenfeder 114 aufnehmenden Lagerstein 134 trägt. Ein Ende 140 der anderen Schraubenfeder 116 wird von einem am Anker 28 angeordneten Lagerstein 74 aufgenommen. Die Sperrklinke 80 am Arm des Ankers 28 erstreckt sich in einen Zwischenraum 144 zwischen den Zähnen 148 des Sperrades 106,

Der Elektromagnet 20 arbeitet resonanzfrei und wandelt eine elektrische Niedcrspannungsleistung bei sehr gei -iger Eingangsleistung und in langen Perioden in ein«: mechanische Kraft um. Bei stromlosen Elektromagneten 20 liegt der Anker 28 an einei Fläche des einen Arbeitsspalt 152 begrenzenden Polarms 52 infolge der Wirkung der Permanentmagneten 36 und 38 und der mechanischen Unbalance an Ein kurzer Stromimpuls mit verhältnismäßig kleinei Amplitude und geeigneter Polarität erzeugt eine elek tromagnetische Kraft, die die Haltekraft der Perma nentmagneten 36 und 38 überwindet und den Anke 28 aus seiner Ruhestellung verschiebt. Am Ende de:

Stromimpulses kehrt der Anker 28 infolge der Anziehungskraft der Permanentmagneten 36 und 38 in seine Ruhestellung zurück.

Von einer nicht dargestellten 1,5 Volt Batterie ausgehende Stroniimpulse mil einer Dauer von 0,8 bis 2,0 Millisekunden bei einer durchschnittlichen Eingangsleistung von 5 Mikrowatt oder weniger für den Elektromagneten erweisen sich für den Antrieb des Schaltrades 90 als ausreichend.

Wird der Magnetspule 24 des Elektromagneten 20 Slrom zugeführt, so wird die Verschiebung des Ankers 28 in der Magnetspule 24 durch die Wirkung der das Antriebselcment ohne Zahnwirkung des Schaltrades 90 darstellenden Schraubenfeder 116 in eine Drehbewegung umgewandelt, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Durch Zusammenarbeiten der am Arm 78 des Ankers 28 angeordneten Sperrklinke 80 mit dem gezahnten Sperrad 106 können die Schaltschritte auch bei Erschütterungen und Stoßen in exakter Weise gewährleistet werden. Der Anker 28 wird zwischen den Flächen der Polarme 52 und 58 di_i Polstücke 46 und 48 versetzt, wobei die Schraubenfeder 116 infolge ihrer mechanischen Kopplung mit dem Anker 28 je nach dessen Bewegung gespannt oder entspannt wird. Während des Krafthubes des Elektromagneten 20 wird die Schraubenfeder 116 entspannt und ist somit um die Trommel 110 frei drehbar. Zugleich verhindert die das Halteclement ohne Zahnwirkung darstellende Schraubenfeder 114 durch Reibungseingriff mit der Trommel 110 eine Drehung der Antriebswelle 100. Am Ende des Stromimpulses kehrt der Anker 28 durch Wirkung der Permanentmagneten 36 und 38 in seine Ruhestellung zurück. Hierbei wird die Schraubenfeder 116 gespannt und gedreht, erfaßt die Trommel 110 und droht letztere und damit die Antriebswelle !00 des Schalirüdes 90. Zugleich wird während dieses Zeitintcrvalls die da¹- Huftcclcmcnt ohne Zahn.wirkunc darstellende Schraubenfeder 114 entspannt und übt das geringste Drehmoment aus. so daß die Drehung der T:ommel 110 nichi behindert wird, was einen Schaltschritt des Schaltrades 90 mit geringer Trägheit und ohne hohe Reibungsverluste gewährleistet, wobei letztere insbesondere durch Vorsehen circs Biegedrchpunktcs am Anker 28 an Stelle eines herkömmlichen Lagers verringert werden

i'bcr ein nicht dargestelltes Impulsschaltsystcm wird der Anker 28 mit einer Frequenz von 1 Hz betätigt und die Antriebswelle 100 des Schaltrades 90 während jedes Stromimpulses um 6 gedreht, so daß das Schaltrad pro Minute eine Umdrehung ausführt. Die Antriebswelle 100 kann somit z. B. als Welle für einen Sekundenzeiger eines Zeitmeßgerätcs dienen.

Bewegt sich der Anker 28 aus der Stellung 2 in die Stellung 1 nach Fig. 4. so öffnet sich die das Antricbsclemcnt darstellende Schraubenfeder 116 und gleitet um die an der Antriebswelle i00 des Schaltrades 90 befestigte Trommel 110 herum. Zugleich wird die das Haltcelement darstellende Schraubenfeder 114 gespannt, so daß sich die Trommel 110 während dieser Bewegungsperiode des Ankers 28 nicht zu drehen vermag, und die Sperrklinke kommt mit einem Zahn 148 des Sperrades 106 außer Eingriff.

Kehrt der Anker 28 aus der Stellung 1 in die Stellung 2 zurück, so wird die Schraubenfeder 116 gcsnannt. erfaßt die Trommel 110 und schaltet das Sperrad 106 um einen Schritt weiter. Zugleich kommt die Sperrklinke mit der Flanke des nächsten Zahnes 148 des Sperrades 106 in Eingriff, d.h. die Zahnteilung ist so bemessen, daß bei Drehung der Trommel 110 das Sperrad 110 jeweils um eine Zahnbreite gedreht wird, bevor der Wiedereingnff det Sperrklinke 80 erfolgt. Hierdurch wird folglich aul einfache Weise die Einhaltung eines exakten Schaltschrittes auch bei auf die Vorrichtung ausgeübten

ίο Stoßen gesichert. Wenn es gewünscht wird, können die Bauteile der Vorrichtung auch so angeordnet werden, daß die Drehung des Sperrades 106 erfolgt, wenn der Anker 28 sich aus der Stellung 1 in die Stellung 2, d. h. aus der Ruhestellung in die Versetztstellung, bewegt.

Die F i g. 5 bis 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei insbesondere hinsichtlich der Gestallung dei mit dem Schaltrad 106 zusammenarbeitenden Antriebs- sowie Halteclemente ein Unterschied besteht.

So ist an der Antriebswelle 100 eine Kupplungsscheibe 204 befestigt, die eine zur Antriebswelle 10(1 senkrecht verlaufende Fläche 206 mit einer Vielzahl rippcnförmiger Elemente 216 aufweist, an denen die Enden von am vorstehenden Teil 70 des Ankers 28 des Elektromagneten 20 angeordneten bürstenförmigen Elementen 214 angreifen. Die Scitcnwandungen der rippenförmigcn Elemente 216 auf der Däche 206 der Kupplungsscheibe 204 bilden Anschlagsflächcn für die Enden der bürstcnförmigen Elemente 214 zwecks Ermöglichung der Drehung der Kupplungsscheibe 204 um die Antriebswelle 100, wenn dem Elektromagneten 20 ein Stromimpuls zugeführt und der Anker 28 bewegt wird.

Die bürsicnförmipcn Elemente 214 bilden mit dei Kupplungsscheibe 204 einen Winkel von ungefähr 20 bis 45 . wobei jedoch gewährleistet werden muß, daß die bürslenlörmigen Elemente 214 bei dei Rückdrehung des Ankers 28 über die Fläche 206 de; Kupplungsscheibe 204 mit sehr geringer Reibung hinweggleiten. Dein Bestreben der Kupplungs scheibe 204. sich in der entgegengesetzten Richtung zu drehen, wird \on den das Haltelcment ohne Zahn Wirkung darstellenden, ortsfesten bürstcnförmigen

Elementen 220 Einhalt geboten, die an einem "an dein Tragarm 130 befestigten Steg 222 angeordnet sind. Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, stehen die bürstcnförmigen Elemente 220 mit der Fläche 206 der Kupplungsscheibe 204 unter einem Winkel in Berühnmr. bei dem die Kupplungsscheibe 204 in dem einen Drehsinn drehbar ist, während eine Drehung im cniccgengescizten Drehsinn verhindert wird.

An Stelle der rippenförmigen Elemente 216 au! der Fläche 206 der Kupplungsscheibe 204 können auch eine drahigittcrartigc, gegebenenfalls geätzte Oberfläche vorgesehen werden. Die bürstcnförmigen Elemente 216 können aus Naturfasern, aus synthetischen Fasern oder aus Metalldrähten bestehen.

Wie in Fi g. 8 dargestellt ist. kann die Kupplungs-

scheibe 204 durch einen eine geeignete Oberfläche aufweisenden und die Antriebswelle 100 koaxial um gehenden Zylinder 230 ersetzt werden. Hierbei sind den Zylinder 230 antreibende bürstcnförmigc Elemente 234 so angeordnet, daß sie an dem Zylinder

230 schräg anliegen und letzteren drehen können. An einem am Tragarm 130 befestigten Steg 242 sind das Haltcelement ohne Zahnwirkung darstellende bürstenförmice Elemente 240 anpcnrrinri Hip pin Dm-

ti des Zylinders 230 in entgegengesetzten Sinne ^rhindern.

Bei den Ausführungsfornien nach der Fig. 5 und r F i g. 8 ist es durchaus möglich, die bürstenförmii Elemente auf der Kupplungsscheibe 204 bzw. an

dem Zylinder 230 zu befestigen, während die rippenförmigen Elemente an dem Anker 28 vorgesehen werden. In diesem Fall wäre in entsprechender Weise eine gerippte und schräg angeordnete Fläche am Tragarm 130 vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche.

1. Vorrichtung zur schrittweisen Fortschaltung eines Schaltrades zum Antrieb von Zeitmeßgeräten, mit einer durch elektromagnetische Mitte! betätigten, auf das Schaltrad im Sinne einer Vorwärtsdrehung desselben mechanisch einwirkenden Antriebseinrichtung mit einem elektromagnetisch betätigten Anker, der über ein Antriebselement das Schaltrad betätigt, und mit einem auf dieses einwirkenden, seine Rückdrehung vermeidenden Halteelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (116; 214; 234) und das Halteelement (IM; 220; 240) ohne Zahnwirkung mit den: Schaltrad (90) zusammenarbeiten und daß eine Sperreinrichtung, bestehend aus einem mit dem Schaltrad (90) verbundenen gezahnten Sperrad (106) und einer dem Anker (28) zugeordneten Sperrklinke (80), die nur in der Ruhestellung des Ankers (28) zur Arretierung des Schaltrades (90) mit den Zähnen (148) des Sperrades (106) in Eingriff steht, vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete (36; 38) vorgesehen sind, deren Anziehungskraft den Anker (28) in Ruhestellung bzw. bei Auslenkung aus derselben in einer zweiten Stellung festhält, in der sich der Anker (28) in einem mechanisch gespannten Zustand befindet, daß das elektromagnetische Mittel bei Zuführung eines Stromimpulses zwecks Freisetzung des Ankers (28) eine der Anziehungskraft der Permanentmagneten entgegenwirkende Kraft erzeugt, daß der Anker (28) auf Elementen in einer Ebene schwenkbar abgestützt ist, die senkrecnt zur Antriebswelle (100) des Schaltrades (90) verläuft, und daß er unter Einwirkung der elektromagnetischen Kraft sich aus der Ruhestellung in die zweite Stellung bewegt und danach bei gleichzeitiger Fortschaltung des Sperradto (106) durch Wirkung des a;n Anker (28) befestigten Antriebselements (116) um einen Schritt in die Ruhestellung zurückzukehren vermag (F i g. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (116) durch eine die Antriebswelle (100) des Schaltrades (90) koaxial umgebende und mit dem Anker (28) verbundene erste Schraubenfeder (116) und die Halteeinrichtung (114) durch eine zur ersten Schraubenfeder (116) axial im Abstand angeordnete, die Antriebswelle (100) koaxial umgebende und an einem Tragelement (130) in bezug auf die Antriebswelle (100) drehfest angeordnete zweite Schraubenfeder (114) gebildet werden, wobei bei Bewegung des Ankers (28) aus seiner Ruhestellung die erste Schraubenfeder (116) bei gleichzeitiger Verhinderung einer Drehung der Antriebswelle (100) durch Umspannen der letzteren durch die zweite Schraubenfeder (114) entspannt ist, während bei Rückbewegung des Ankers (28) in seine Ruhestellung die zweite Schraubenfeder (114) bei gleichzeitiger Vorwärtsdrehung der Antriebswelle (100) durch Wirkung der die letztere nun umspannenden ersten Schraubenfeder (116) entspannt ist (Fig. 2 bis 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aniriebselement und das Halteelement durch am Anker (28) bzw. am Tragelement (130) vorgesehene bürstenförmige Elemente (214; 234 bzw. 220; 240) gebilde! werden, die mit einem rippenförmige Elemente (216) aufweisenden, an der Antriebswelle (100) koaxial befestigten Kupplungselement (204; 230) zusammenarbeiten (F i g. 5 bzw. S).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement durch eine auf einer seiner kreisförmigen Oberflächen (206) radial angeordnete die rippenförmigen Elemente (216) aufweisende Kupplungsscheibe (204) gebildet wird, daß die bürstenförmigen Elemente (214 und 220) die Ebenen der rippenförmigen, Elemente (216) schneiden und schräg so angeordnet sind, daß bei Betätigung des Ankers (28) durch Eingreifen der freien Enden der am Anker (28) angeordneten bürstenförmigen Elemente (214) in die rippenförmigen Elemente (216) eine Vorwärtsdrehung der Kupplungsscheibe (204) und damit des Schaltrades (90) um einen Schritt bewirkt wird und daß die Drehung im entgegengesetzten Drehsinn durch Eingreifen, der r.m Tragelement (130) befestigten bürstenförmigen Elemente (220) in die rippenförmigen Elemente (216) verhindert wird (F i g. 5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement durch einen an der Antriebswelle (100) koaxial befestigten Zylinder (230) gebildet wird und daß die am Anker (28) sowie am Tragelement (130) angeordneten bürstenförmigen Elemente (234 und 240) mit den am Zylindermantel in Achsrichtung angeordneten rippenförmigen Elementen (216) in Eingriff stehen (F i g. 8).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Anker (28) angeordneten bürstenförmigen Elemente (214) mit der die rippenförmigen Elemente (216) aufweisenden Oberfläche (206) der Kupplungsscheibe (204) einen Winkel von ungefähr 20° bis 45° bilden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bürstenförmigen Elemente (214, 234, 220, 240) aus Naturfasern, synthetischen Fasern oder Metalldrähten bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kupplungselements (204; 230) drahtgitterartig ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bürstenförmigen Elemente (214, 234; 220, 240) an dem Kupplungselement (204; 230) und die rippenförmigen Elemente (216) am Anker (28) und am Tragelement (130) vorgesehen sind.