DE2213699C3 - Zeithaltendes Gerät, insbesondere Uhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zeithaltendes Gerät, insbeondere Uhr, mit einem mit hoher Frequenz arbeitenlen Frequenznormal, mit einem diesem nachgeschalteen Frequenzteiler und mit einer auf den Frequenzteiler oleenden Treiberstufe, die in Abhängigkeit von ihr zugeführten Steuerimpulsen Ausgangssignale alternierender Polarität an einen zu einer Pendelbewegung um eine Schaltklinkenwelle antreibbaren Motor liefert, über welchen mittels einer Schaltklinkenanordnung mit mindestens einer Schaltklinke ein Schaltrad fortschaltbar ist und welcher durch ein Blockiersystem blockierbar ist, welches mindestens einen Permanentmagneten und mindestens ein durch die Ausgangsimpulse magnetmerbares Element umfaßt welches relativ zu dem mindestens einen Permanentmagneten zwei definierte Blockierstellungen einnehmen kann.

Ein derartiges Gerät bzw. eine solche Uhr ist bereits aus der FR-PS 15 75 317 bekannt wo zum Fortschalten des Schaltrads eine einzige federnde Schaltklinke verwendet wird, die auf der Schaltklinkenwelle sitzt, wobei zur Sicherung des Schaltrads gegen eine unerwünschte Weiterdrehung eine Rastklinke vorgesehen ist. Diese bekannte Anordnung ist insofern nachteilig als für das Überwinden der Kräfte der federnden Rastklinke ein erheblicher Energiebedarf entsteht welcher insbesondere bei batteriegespeisten Kleinuhren nicht tragbar ist Außerdem ist bei der bekannten Uhr ein vergleichsweise kompliziertes Blockiersystem vorgesehen, welches einen großen Raumbedarf besitzt und dessen feststehenden Teilen die Ausgangssignale der Treiberstufe zugeführt werden, während der Permanentmagnet auf der Schaltklinkenwelle sitzt

Aus der FR-AS 20 12 586 ist ferner eine Uhr bekannt bei der mit einer als Schaltanker ausgebildeten Schaltklinkenanordnung zum Fortschalten eines Schaltrads und zum gleichzeitigen Sichern desselben gegen eine unerwünschte Drehung eine mit den Antriebsimpulsen eines Impulsgebers gespeiste Erregerwicklung verbunden ist, die mit einem System aus Permanentmagneten zusammenwirkt. Es ist ein Nachteil dieses bekannten zeithaltenden Geräts, daß kein Blockiersystem vorgesehen ist welches die Schaltklinkenanordnung nach Abklingen der Steuerimpulse in seiner jeweiligen Lage sichert Bei der bekannten Uhr können somit unter dem Einfluß äußerer Kräfte unerwünschte Schaltvorgänge auftreten, die die Ganggenauigkeit beeinträchtigen.

Schließlich ist es aus der CH-AS 7 056/69 bekannt, für ein zeithaltendes Gerät einen Schrittmotor zu verwenden, welchem Signale alternierender Polarität zugeführt werden, die ihn zu einer Pendelbewegung veranlassen. Der bekannte Schrittmotor umfaßt ein Blokkiersystem, durch das er zwischen den alternierenden Signalen festgelegt wird, wobei das Blockiersystem zwei Magnete aufweist, die mit einem magnetisierbaren Element zusammenwirken, welches auf der Schaltklinkenwelle des bekannten Schrittmotors sitzt und von der Erregerspule umgeben ist Nachteilig an dieser Konstruktion ist es, daß an der Schaltklinkenwelle außerdem Permanentmagnete angeordnet sind, welche das Trägheitsmoment des Ankers des Motors erhöhen und welche mit zwei über ein Joch verbundenen Polschuhen zusammenwirken, so daß sich ein hoher Raumbedarf ergibt Überdies sind bei dem bekannten Schrittmotor zusätzliche federnde Anschläge erforderlich, um ein Überschwingen des Motorankers zu vermeiden.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zeithaltendes Gerät vorzuschlagen, welches bei geringem Energiebedarf und vergleichsweise einfachem Aufbau eine hohe Ganggenauigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird durch ein zeithaltendes Gerät der eingangs beschriebenen Art gelöst weiches gemäß

der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaltklinkenanordnung in an sich bekannter Weise als zweiarmiger Schaltanker mit zwei Schaltanqen ausgebildet ist, die gleichzeitig der Fortschaltung des Schaltrads and der Sicherung desselben gegen eine unerwünschte Drehung dienen, und daß an der Schaltklinkenwelle mindestens eine Rotorspule befestigt ist, innerhalb welcher das magnetisierbar Elemeni angeordnet ist, welches mit zwei Permanentmagneten zusammenwirkt, die in der Ebene der Pendelbewegung des Motors symmetrisch zur Mittelstellung der Rotorspule angeordnet sind.

Es ist ein besonderer Vorteil des zeithaltenden Geräts gemäß der Erfindung, daß es einen geringen Leistungsbedarf hat, so daß auch mit Batterien geringer Kapazität eine große Betriebszeit erreicht wird, was darauf zurückzuführen ist, daß die mechanischen Widerstände bei den einzelnen Fortschaltvorgängen auf ein Minimum reduziert sind und daß gleichzeitig sämtliche Verluste vermieden werden, die dadurch entstehen könnten, daß Teile des magnetischen Blockiersystems infolge eines remanenten Magnetismus mit entsprechendem Energieaufwand erst voneinander gelöst werden müssen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm des Antriebs für ein zeithaltendes Gerät gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm der Impulsfolge für die Rotorspule eines Geräts gemäß der Erfindung,

F i g. 3a bis 3e verschiedene Spulenformen für die Rotorspule,

F i g. 4a und 4b eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Blockiersystems für ein zeithaltendes Gerät gemäß der Erfindung,

F i g. 5a und 5b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Motors für ein zeithaltendes Gerät gemäß der Erfindung.

Betrachtet man die F i g. 1 der Zeichnung, so erkennt man, daß der Antrieb eines erfindungsgemäßen, zeithaltenden Geräts, welches nachstehend der Einfachheit halber nur noch als Uhr bezeichnet werden soll, einen Quarzoszillator IO enthält, welcher an seinem Ausgang

11 ein Signal hoher Frequenz an einen Frequenzteiler

12 liefert. Der Frequenzteiler 12 reduziert die Frequenz des Quarzoszillators derart, daß die Impulsfolgefrequenz an seinen Ausgängen 13 und 14 0,5 oder 1 Hz beträgt Wie F i g. 2 zeigt, ändert eine Treiberstufe 16, deren Eingänge durch die Ausgänge 13 und 14 des Frequenzteilers gebildet werden, nach jedem Impuls auf einem ihrer Eingänge 13 und 14 die Polarität ihres Ausgangssignals auf einer zu einem Motor 18 führenden Ausgangsleitung 17. Der Motor 18 wird somit direkt mit der heruntergeteilten Frequenz des Quarzoszillators betrieben, so daß sich eine äußerst hohe Ganggenauigkeit ergibt, ohne daß damit die Nachteile verbunden wären, die üblicherweise bei quarzgesteuerten Systemen auftreten. Ein wichtiger Nachteil, der bei der erfindungsgemäßen Uhr vermieden wird, ist die Tendenz des mechanischen Vibrators, außer Tritt zu fallen, wenn Bewegungen der Uhr die Schwingungsamplitude beeinflussen.

Der Quarzoszillator 10 enthält in üblicher Weise einen Quarzkristall, der zu Schwingungen in seiner Resonanzfrequenz erregt wird. Die Resonanzfrequenz des Quarzes liegt in Abhängigkeit von dem gewählten Kristall zwischen etwa 8000 Hz und 5 000 000 Hz. Eine Signalfolge dieser Frequenz wird dem Frequenzteiler 12 vom Ausgang 11 des Quarzoszillators 10 zugeführt Der Frequenzteiler 12 ist ein üblicher, mehrstufiger Frequenzteiler, der die Frequenz des seinem Eingang zugeführten Signals herunterteilt und an seinen Ausgängen 13 und 14 Signale mit einer Impulsfolgefrequenz von 1 Hz oder 0,5 Hz liefert

Die Treiberstufe 16 bildet eine Einheit zur Erzeugung einer Impulsfolge wechselnder Polarität, wie sie F i g. 2 zeigt, in der die Länge der Ausgangssignale für den Rotor des Motors 18 mit ti = C bezeichnet ist. Die Polarität des Stromes am Ausgang 17 der Treiberstufe ändert sich nach jedem Impuls auf den Leitungen 13 und 14, so daß es möglich wird, mit dem Ausgangssignal der Treiberstufe einen polarisierten Elektromotor 18 anzutreiben.

Der Motor 18, der in den F i g. 5a und 5b in seinen Einzelheiten dargestellt ist umfaßt einen Rotor 33, der aus einer einzigen Spule oder aus mehreren, symmetrisch angeordneten Einzelspulen bestehen kann. Verschiedene geeignete Spulenanordnungen sind in den F i g. 3a bis 3e dargestellt wobei für die weitere Erläuterung der Erfindung an Hand der F i g. 5a und 5b von einer Spule gemäß F i g. 3d als Rotor 53 ausgegangen werden solL

Aus F i g. 5a und 5b wird deutlich, daß der Mittelteil des Spulensystems bzw. Rotors 33 auf der Welle 34 einer Schaltklinke befestigt ist Der Spulen-Rotor wird kontinuierlich zwischen zwei stationären Systemen von Permanentmagneten 36 und 37 hin- und hergeschaltet. Eine andere — jedoch nicht dargestellte — Möglichkeit bestünde darin, ein einziges Magnetsystem mit einem Shunt zu verwenden. Die Schaltklinkenwelle, welche der Einfachheit halber als Welle 34 bezeichnet ist, trägt ferner einen an ihr befestigten Schaltanker 38 mit Schaltarmen 39 und 41, welche mit den Zähnen 42 eines Schaltrades 43 zusammenwirken. Während der Rotor 33 in Abhängigkeit von den Antriebsimpulsen auf der Leitung 17 hin- und hergeschaltet wird, schaltet der Schaltanker 38 das Schaltrad 43 weiter, welches seinerseits in üblicher Weise mit den Anzeigeeinrichtungen gekoppelt ist Das Schaltrad 43 kann dreißig oder sechzig auf seinen Umfang verteilte Zähne 42 besitzen, was einer Impulsfolgefrequenz von 1 Hz oder 0,5 Hz am Ausgang der Treiberstufe entspricht.

Der Motor 18 wird von den Impulsen bzw. Treiberimpulsen entgegengesetzter Polarität auf der Leitung 17 in der Weise angetrieben, daß sich der Rotor 33 bei allen ersten Impulsen von der Stellung A in die Stellung B dreht Eine Sekunde später drehen dann die jeweils zweiten Impulse den Rotor 33 aus der Stellung B zurück in die Stellung A. Der Motor 18 arbeitet auf diese Weise kontinuierlich mit der Genauigkeit des Quarzoszillators, da die Antriebsimpulse von dem Quarzoszillator über den Frequenzteiler 12 und die Treiberstufe 16 direkt an ihn gelangen.

Wenn sich der Motor 18 nach einem Treiberimpuls 17 in einer Ruhestellung befindet, ist das gesamte Fortschaltsystem blockiert, und zwar mittels mindestens eines magnetisierbaren Elements in Form eines Eisenodtr Ferritkerns 44, welcher an mindestens einem Ende der Spule angeordnet ist, wie dies in den Einzelheiten in F i g. 4a und 4b gezeigt ist Der Ferritkern 44, der in der Spule 33 angeordnet ist, wird zu einem Elektromagnet, wenn ein Treiberimpuls auf der Leitung 17 empfangen wird. Die Polarität dieses Elektromagneten wird von der Stromrichtung des Treiberimpulses auf der Leitung 17 bestimmt.

Der Ferritkern 44 arbeitet mit zwei Permanentma-

gneten 46 und 47 zusammen. Wenn der Ferritkern 44 zunächst von dem Magnet 46 festgehalten wird, verwandelt ein Treiberimpuls auf der Leitung 17 bei der in der Zeichnung angedeuteten Richtung des Stromes I den Ferritkern 44 in einen Elektromagneten, der die gleiche Polarität besitzt wie der den Ferritkern bis dahin festhaltende Permanentmagnet 46. Auf diese Weise wird eine rücktreibende Kraft zwischen dem Ferritkern 44 und dem Permanentmagneten 46 wirksam, die zur Folge hat, daß sich diese beiden Elemente voneinander entfernen. Im Gegensatz zu den bekannten Systemen mit einer Feder- oder einer Magnetblockierung wird also bei der erfindungsgemäßen Uhr nur eine geringe Leistung benötigt, um die Blockierung zu überwinden. Im übrigen arbeitet die erfindungsgemäße Uhr in entsprechender Weise, wenn der Ferritkern 44 zunächst durch den Permanentmagneten 47 festgehalten wird, und zwar dann, wenn ein Treiberimpuls entgegengesetzter Polarität auf der Leitung 17 empfangen wird. Die Bewegungsrichtung ist dann natürlich entgegengesetzt.
In Fällen, in denen eine erfindungsgemäße Uhr einen schweren Stoß empfängt, könnte nun der Rotor aus seiner Stellung herausgeworfen werden, und beispielsweise von der Stellung A in die Stellung B gelangen. Hierdurch wäre es möglich, daß die Uhr einen Zeitvor-

S sprung von einer Sekunde erzielen könnte. Infolge der wechselnden Polarität der Treiberimpulse führt jedoch der nächste Treiberimpuls bei einer erfindungsgemäßen Uhr zu keiner Auslenkung des Rotors 33, so daß die Uhr wieder die genaue Zeit anzeigt Man kann somit sagen, daß der Motor 18 und damit die gesamte Uhr »selbstkorrigierend« arbeiten.

Bei einer erfindungsgemäßen Uhr ist ferner keine Spiralfeder für das elektrische Anschließen des Motors erforderlich. Wenn jedoch eine Spiralfeder benutzt wird, kann sie dazu dienen, potentielle Energie zu speichern und damit den Energieverbrauch weiter abzusenken. Des weiteren sind bei einer erfindungsgemäßen Uhr keine mechanischen Rast-, Blockier- oder Rückstellfedern erforderlich, und eine Uhr gemäß der Erfin dung kann auch ohne weiteres mit einem in Sekunden schritten fortgeschalteten Zeiger versehen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: ^

1. Zeithaltendes Gerät, insbesondere Uhr, mit einem mit hoher Frequenz arbeitenden Frequenznormal, mit einem diesem nachgeschalteten Frequenzteiler und mh einer auf den Frequenzteiler folgenden Treiberstufe, die in Abhängigkeit von ihr «!geführten Steuerimpulsen Ausgangssignale alternierender Polarität an einen zu einer Pendelbewegung um eine Schahklinkenwelle antreibbaren Motor liefert, über welchen mittels einer Schaltklinkenanordnung mit mindestens einer Schaltklinke ein Schaltrad fortschaltbar ist und welcher durch ein Blockiersystem blockierbar ist, welches mindestens einen Permanentmagneten und mindestens ein durch die Ausgangsimpulse magnetisierbarer Element umfaßt welches relativ zu dem mindestens einen Permanentmagneten zwei definierte Blokkierstellungen einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltklinkenanordnung in an sich bekannter Weise als zweiarmiger Schaltanker (38) mit zwei Schaltarmen (39,41) ausgebildet ist, die gleichzeitig der Fortschaltung des Schaltrads (43) und der Sicherung desselben gegen eine unerwünschte Drehung dienen und daß an der Schaltklinkenwelle (34) mindestens eine Rotorspule (33) befestigt ist, innerhalb welcher das magnetisierbare Element (44) angeordnet ist, welches mit zwei Permanentmagneten (46,47) zusammenwirkt, die in der Ebene der Pendelbewegung des Motors symmetrisch zur Mittelstellung der Rotorspule (33) angeordnet sind.

2. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei stationäre Magnetsysteme (36, 37) vorgesehen sind, zwischen denen die Rotorspule (33) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Treiberstufe (16) hin- und herschwingt.

3. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockiersystem zwei Permanentmagnete (46,47) umfaßt.

4. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Spule aus mehreren Spulen (33) besteht, die bezüglich der Schaltklinkenwelle (34) symmetrisch angeordnet sind.

5. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Spiralfeder vorgesehen ist, welche mit dem Motor (18) verbunden ist und der Stromzuführung sowie der Speicherung potentieller Energie dient

6. Zeithaltendes Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor aus mindestens einer von den Ausgangssignalen wech- SS selnder Polarität der Treiberstufe durchflossenen Leiterschleife besteht, welche relativ zu zwei magnetischen Polen entgegengesetzter Polarität beweglich ist

60