DE2212323A1 - Schrittschaltmotor fuer den antrieb eines transportablen, zeithaltenden geraetes - Google Patents

Description

DO.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIPL.-PHV3. DR. DIPI nfft

HÖQER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAEG

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Timex Corporation Waterbury, Connecticut, USA

Schrittschaltmotor für den Antrieb eines transportablen, zeithaltenden Gerätes

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch betätigbaren Schrittschaltmotor für den Antrieb eines transportablen, zeithaltenden Gerätes, insbesondere einer Kleinuhr, wie einer Armbanduhr, mit einem drehbaren, elektrodynamisch bewegbaren Antriebsglied, das mindestens mittelbar über einen Anker in ein Schaltrad eingreift und dieses schrittweise weiterbewegt.

Solche Schrittschaltmotore werden meist in quarz- oder stimmgabelgesteuerten, zeithaltenden Geräten eingesetzt, bei denen zur Knergieeinsparung kein durch einen Kraftspeicher unmittelbar angetriebenes Ankerrad vorgesehen ist.

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Ein Schrittschaltmotor der eingangs genannten Art ist aus dem "Jahrbuch der deutschen Gesellschaft für Chronometrie", Band 22, 1971, Seiten 6 7 bis 8o, bekannt. Dort ist das Antriebsglied als langgestreckte, scheibenförmige Spule ausgebildet, welche in dem Magnetfeld einer achtpoligen PermanentmagnetanOrdnung durch impulsförmige, elektrische Erregung zwischen zwei Endlagen verschwenkbar ist. Der in das Schaltrad eingreifende Anker ist fest mit der Spule verbunden und wird durch eine als Stromzuführung zu der Spule dienende Spirale stets in eine der Endlagen zurückgezogen.

Diese Anordnung kann zwar als Ganzes ausgewuchtet und somit im wesentlichen unempfindlich gegen translatorische Beschleunigungen gemacht werden, hat aber den Nachteil, dass rotatorische Beschleunigungen oberhalb eines konstruktiv vorgegebenen Wertes, wie sie bei Drehbewegungen des zeithaltenden Gerätes, bei Armbanduhren also vor allem beim Schlenkern eines die Uhr tragenden Armes, häufig vorkommen, ein ungewolltes Weiterbewegen des Schaltrades bewirken können, was sich zu bedeutenden Anzeigefehlern aufsummieren kann, insbesondere, wenn der Träger beispielsweise einer Armbanduhr sehr temperamentvoll ist oder viel zu gehen hat.

Der Erfindung liegt nun demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch betätigbaren Schrittschaltmotor dex¹ eingangs genannten Art zu schaffen, der mit geringem zusätzlichem Aufwand weitgehend gegen Drehbeschleunigungen kompensiert ist und somit eine höhere Ganggenauigkeit des zeithaltenden Gerätes gewährleistet.

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Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Antriebsglied und der Anker getrennte, um parallele Achsen drehbare Teile sind, mechanische Übertragungsteile aufweisen, mit deren Hilfe das Antriebsglied und der Anker formschlüssig gegenläufig bewegbar sind, und in Bezug auf jeweils eine ihrer Drehachsen zumindest zeitweise effektiv gleiche Trägheitsmomente haben.

Diese Anordnung hat den Vorteil,; dass einem durch nicht zu vermeidende Unwuchten und stets vorhandene Reibungskräfte auf das Antriebsglied übertragenen Drehimpuls ein im wesentlichen gleich grosser Drehimpuls entgegenwirkt und diesen in seiner störenden Wirkung aufhebt. Hinsichtlich der einzuhaltenden fertigungsgenauigkeiten ist vorteilhaft, dass nicht mehr mit den Toleranzen selbst, sondern nur noch mit deren Differenzen zu rechnen ist.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Äntriebsglied einen Hebel auf, der an einem Ende einen Stift trägt, welcher mit Spiel in einen Schlitz des Ankers eingreift. Wenn hierbei das Antriebsglied und der Anker zwischen zwei Endlagen verschwenkbar sind, haben vorteilhafterweise das Antriebsglied und der Anker in den beiden Endlagen gleiche Trägheitsmomente. Dabei ist es durchaus zulässig, wenn die beiden Trägheitsmomente zwischen den Endlagen geringfügig voneinander abweichen, denn zumindest aus Gründen der Energieeinsparung wird ohnehin dafür gesorgt werden, dass sich das Antriebsglied und somit auch der Anker den weitaus grössten Teil einer Periode in einer der Endlagen befinden.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das An-

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triebsglied einen Hebel auf, der an einem Ende eine Verzahnung trägt, welche in eine entsprechende Verzahnung des Ankers eingreift. Dies ist zwar fertigungstechnisch schwieriger zu verwirklichen, hat aber den Vorteil, dass die beiden Trägheitsmomente - verworfen auf eine der Drehachsen - ständig gleich gross sind.

Die Sicherheit gegen unbeabsichtigte Bewegungen des Schaltrades kann bei einem Schrittschaltmotor, bei welchem das Antriebsglied als langgestreckte, scheibenförmige, vor oder zwischen einer flachen Permanentmagnetanordnung zwischen zwei Endlagen verschwenkbare Spule ausgebildet ist, nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung noch dadurch weiter erhöht werden, dass die Spule und/oder der Anker ein Weicheisenteil aufweist, das so ausgebildet ist, dass es in den Endlagen stärker von der Permanentmagnetanordnung angezogen wird als zwischen diesen Endlagen.

Zum Betrieb einer solchen Anordnung sind elektrische Impulse abwechselnder Polarität erforderlich. Dies hat de.n weiteren Vorteil, dass ein gelegentlich auftretendes, unbeabsichtigtes Weiterbewegen des Schaltrades innerhalb einer Periode ohne Einfluss auf die Ganggenauigkeit des Gerätes bleibt, da der nächste Impuls das Schaltrad ohnehin in diese Stellung gebracht hätte.

Der Schrittschaltmotor kann jedoch auch mit Impulsen gleicher Polarität betrieben werden. Hierzu ist -nach einer anderen Auo-

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gestaltung der Erfindung das Weicheisenteil derart unsymmetrisch angeordnet, dass es in einer Endlage stärker angezogen wird als in der anderen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Schrittschal tmotors nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Permanentmagnetanordnung des Schrittschaltmotors nach Fig. 1 und

Fig. U einen Ausschnitt einer Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schrittschaltmotors nach der Erfindung.

In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schrittschaltmotors nach der Erfindung dargestellt. Er enthält als Antriebsglied eine langgestreckte, scheibenförmige Spule Io, die so gewickelt ist, dass sie bei ihrer Erregung ein Magnetfeld erzeugt, das in Fig, 1 senkrecht zur Zeichenebene steht. Die Spule Io wirkt mit einer ' Permanentmagnetanordnung 12 zusammen, welche vier Permanentmagnete 14, Iß, 18

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und 2o aufweist. Diese Permanentmagneten befinden sich auf Trägerplatten 22 und 24, auf denen sie beispielsweise durch Verkleben befestigt sind.

Die Spule Io ist körperlos gewickelt und mit einem zentral angeordneten Befestigungsteil 26 auf einer Welle 2 8 angeordnet, um welche sie in zwei Gestellplatten 3o und 32 zwischen zwei Endlagen schwenkbar gelagert ist.

Die Spule Io kann über eine Anschlussklemme 34, eine Spirale und eine Leitung 38 einerseits und über eine Anschlussklemme 4o, eine Spirale 42 und eine Leitung 44 andererseits impulsmässig elektrisch erregt werden. Dabei ist die Spirale 36 mit einem Isolierstück 46 und die Spirale 42 mit einem Klemmstück 48 auf der Welle 2 8 befestigt, an die auch die Leitung 44 angeschlossen ist.

Wie ersichtlich, nimmt bei einer Erregung der Spule Io durch

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einen Strom gemäss Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn/die in Fig. 1 gezeigte Lage an. Wird die Spule Io jedoch durch einen Strom im Uhrzeigersinn erregt, so kehrt sich ihr Magnetfeld um und sie dreht sich in die in Fig. 1 nicht dargestellte, andere Endlage .

Der Schrittschaltmotor nach der Erfindung enthält weiterhin ein Schaltrad 5o, in welches Ankerstifte 52 und 54 eingreifen und das Schaltrad 5o schrittweise weiterbewegen. Das Schaltrad So kann als Sekundenrad einer Uhr dienen und über weitere, hier nicht dargestellte Räder die übrigen Zeiger der Uhr betätigen,

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Die Ankerstifte 5 2 und 54 sind nun nicht unmittelbar mechanisch mit der Spule Io verbunden, sondern befinden sich auf einem Anker 56, der mit einer Welle in zwei Gestellplatten 6o und 62 gegenläufig zu der Spule Io drehbar gelagert ist. Die Achsen der beiden Wellen 2 8 und 58 sind dabei vorteilhafterweise parallel.

Als Übertragungsteil zwischen der Spule Io und dem Anker 56 dient in dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ein Hebel 6U₉ der an der Spule Io oder deren Befestigungsteil 26 befestigt ist, und ein Schlitz 66, der sich etwa zentrisch in dem Anker 56 befindet und auf dessen Welle 58 zu erstreckt. In dem Schlitz 66 gleitet mit Spiel ein Stift 68, der an einem Ende des Hebels 64 angeordnet ist. Das aus dem Hebel 64 und dem Schlitz 66 bestehende Übertragungsteil bewirkt nun zusammen mit dem Stift 68, dass sich die Spule Io und der Anker 56 stets gegenläufig drehen.

Das Obertragungsteil kann nach einem anderen, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auch aus einem mit der Spule Io verbundenen Hebel 7o sowie einer Verzahnung 72 in oder an dem Anker 56 bestehen, weichletztere mit einer Verzahnung 74 an einem Ende des Hebels 7o zusammenwirkt. Auch hier stellt das aus dem Hebel 7o und der Verzahnung 72 bestehende Übertragungsteil im Zusammenwirken mit der Verzahnung.74 ständig sicher, dass sich die Spule Io und der Anker 56 gegenläufig drehen.

Die effektiven Trägheitsmomente der Spule Io und des Ankers 56,

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d.h. die Trägheitsmomente dieser Teile einschliesslich derjenigen aller etwa mit ihnen verbundenen Bauelemente, sind nun so gewählt, dass sie,bezogen auf eine der Achsen der Wellen 2 8 oder 58,gleich sind. Da bei einem solchen Verwerfen von Trägheitsmomenten von einer Achse auf eine gemeinsame Bezugsachse das Übersetzungsverhältnis mit in die Rechnung eingeht - es wird hier durch die Lage des Stiftes 68 bezüglich der Wellen 2 8 und 58 bzw. durch das durch die Verzahnungen 72 und Tk gebildete Räderpaar bestimmt -, besteht die Möglichkeit, je nach dem zur Verfügung stehenden Platz bzw. dem für den Anker 56 vorgesehenen Material das Trägheitsmoment der Spule Io (einschliesslich desjenigen des Befestigungsteiles 26 und des Hebels 64) durch einen mehr oder minder umfangreichen Anker 56 zu kompensieren. Die Winkel, um die sich die Spule Io und der Anker 56 drehen, hängen ebenfalls von dem Obersetzungsverhältnis der beiden sich drehenden Massen ab, naturgemäss in umgekehrtem Verhältnis.

In der Anordnung nach Fig. 1 ändert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen der Spule Io und dem Anker 56 bei deren Drehung geringfügig. Diese Änderung kann in der Praxis vernachlässigt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, die Anordnung so zu dimensionieren, dass die Gleichheit der Trägheitsmomente in dem geschilderten Sinne gerade in den beiden Endlagen auftritt. Da die Spule Io aus energetischen Gründen nur impulsmässig erregt wird und sich somit zusammen mit dem Anker 56 nur in einem Brüchteil einer Periode bewegt (zum Beispiel in 5 von loo msek), und sich sonst in einer der beiden Endlagen befindet (zum Beispiel für 95 rasek), kann durch diese Massnahme eine praktisch

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ausreichende Kompensation der beiden sich drehenden Massen erreicht werden. Im Bedarfsfall kann die Kompensation mit der Anordnung nach Fig. 4 auch theoretisch vollkommen durchgeführt werden, da sich ja das Übersetzungsverhältnis eines Räderpaares bei dessen Drehung nicht ändert.

Die Sicherheit des Schrittschaltmotores nach der Erfindung gegen ein unbeabsichtigtes Bewegen der Spule Io wird in dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel noch durch zwei Weicheisenteile 76 und 78 erhöht, die so mit der Spule Io oder deren Hebel 64 verbunden sind, dass sie von der Permanentmagnetanordnung 12 in den Endlagen stärker angezogen werden als zwischen diesen. Da auch der Anker 56 bei seiner Verdrehung in die Nähe der Permanentmagnetanordnung 12 gelangt, können auch an diesem Weicheisenteile 8o und 82 vorgesehen werden, wie in Fig, I strichpunktiert angedeutet ist.

Um bei der bisher beschriebenen Anordnung das Schaltrad 5o jeweils nur um eine Zahnteilung weiterzuschalten, muss die Spule Io hierzu abwechselnd mit Impulsen positiver und negativer Polarität erregt werden. Es können jedoch auch die Weicheisenteile 78 bzw. 82 weggelassen und die Spule Io mit Impulsen nur einer Polarität erregt werden.

Zum leichteren Einführen der Spule 10 und der mit dieser verbundenen Bauelemente in die Permanentmagnetanordnung 12 weisen die Trägerplatten 22 und 24 eine Ausnehmung 84 auf, die zweckmässigerweise etwas schräg angeordnet ist.

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Claims (5)

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   Patentansprüche;

   Elektrisch betätigbarer Schrittschaltmotor für den Antrieb eines transportablen, zeithaltenden Gerätes, insbesondere einer Meinuhr, wie einer Armbanduhr, mit einem drehbaren, elektrodynamisch, bewegbaren Antriebsglied, das mindestens mittelbar über einen Anker in ein Schaltrad eingreift und dieses schrittweise weiterbewegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied und der Anker getrennte, um parallele Achsen drehbare Teile sind, mechanische Obertragungsteile aufweisen» mit deren Hilfe das Antriebsglied und der Anker formschlüssig gegenläufig bewegbar sind, und in Bezug auf jeweils eine ihrer Drehachsen zumindest zeitweise effektiv gleiche Trägheitsmomente haben.
2. 2. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied einen Hebel aufweist, der an einem Ende einen Stift trägt, welcher mit Spiel in einen Schlitz des Ankers eingreift.
3. 3. Schrittschaltmotor nach Anspruch 2, bei welchem das Antriebs-

   - 1.1-

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   glied und der Anker zwischen zwei Endlagen verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied und der Anker in den beiden Endlagen gleiche Trägheitsmomente haben.

   U, Schrittschaltmotor nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied einen Hebel aufweist, der an einem Ende eine Verzahnung trägt, welche in eine entsprechende Verzahnung des Ankers eingreift (Fig.
4. 4).
5. 5. Schrittschaltmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Antriebsglied als langgestreckte, scheibenförmige, vor oder zwischen einer flachen Permanentinagnetanordnung zwischen zwei Endlagen verschwenkbare Spule ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule und/oder der Anker ein Weicheisenteil aufweist, das so ausgebildet ist, dass es in den Endlagen stärker von der Permanentmagnetanordnung angezogen wird als zwischen diesen Endlagen.

   6, Schrittschaltmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Weicheisenteil derart unsymmetrisch angeordnet ist, dass es in einer Endlage stärker angezogen wird als in der anderen.

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