DE2216992A1

DE2216992A1 - Elektromechanischer wandler fuer uhren

Info

Publication number: DE2216992A1
Application number: DE2216992A
Authority: DE
Inventors: Walter Schlicht
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1972-04-08
Filing date: 1972-04-08
Publication date: 1973-10-11
Also published as: US3844104A; CH577193B5; CH501673A4; GB1423740A; JPS49101064A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH W. Schlicht '3

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Mo/kn

6. April 19.72

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Elektromechanischer Wandler für Uhren

Die Entwicklung von monolithisch integrierten binären Frequenz-. teilern für quarzgesteuerte Uhren brachte es mit sich, daß der Uhrenhersteller vom Prinzip der Unruhuhr abgehen kann und sich einfacher Schrittschaltwerke zum Antrieb des Zeigerwerks bedienen kann. Aufgrund der Tatsache, daß die Ganggenauigkeit solcher Uhren

ausschließlich von der Stabilität der Schwingfrequenz des Quarzes abhängig ist, müssen solche Schrittschaltwerke lediglich die Ausgangsimpulse niederer Frequenz der Frequenzteiler' in eine mechanische Bewegung umsetzen.

Diese Schrittschaltwerke arbeiten im allgemeinen nach dem elektrodynamischen Prinzip/ d.h. eine in einem permanenten Magnetfeld über Rückstellfedern angeordnete Drehspule wird bei Stromfluß in der Spule um einen bestimmten. Winkel gegen die Federkräfte ausgelenkt und kehrt nach Abschalten des Stromes wieder in ihre Ausgangslage zurück.

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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 102 815 is't ein elektromechanischer Wandler für eine Uhr bekannt, der nach diesem Prinzip arbeitet. Die Anordnung ist so gewählt, daß die auf einen Kern gewickelte Drehspule in ihrer mechanischen; Resonanz erregt wird und über einen Exzenter ein planverzahntes Steigrad weiterschaltet.

Die auf einen Kern gewickelte Drehspule weist bei der bekannten Anordnung eine Länge auf, die wesentlich größer ist als der Durchmesser der Spule, wodurch ein geringes Trägheitsmoment erreicht wird. Aufgrund der Tatsache jedoch, daß die mechanische Resonanzfrequenz des Drehspulsystems auf die untersetzte Frequenz der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers abgestimmt sein muß, sind die Abmessungen der bekannten Drehspule sehr genau einzuhalten und daher besonders kritisch. Das Resonanzprinzip bei der bekannten Anordnung macht es auch erforderlich, daß die Drehspule um mindestens 180 ausgelenkt wird. Ferner bedingt das bei der bekannten Anordnung zur Anwendung gelangende Resonanzprinzip eine Schwingfrequenz der Drehspule in der Größenordnung von einigen zehn Hertz, so daß zwischen Steigrad und Sekundenrad eine mechanische Untersetzung erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft jedoch einen elektromechanischen Wandler für Uhren, insbesondere Quarz-Armbanduhren, zur Weiterschaltung des Sekundenrades mittels der Drehbewegung einer·von einem Stromimpuls durchflossenen und im Luftspalt eines Permanent magnetsystems mit jochartigem Rückschluß schwingfähig über Rückstellfedern angeordneten. Drehspule mit im Vergleich zu ihrer Länge kleinem Durchmesser.

Obwohl die Anordnung nach der genannten Offenlegungsschrift aufgrund des verwendeten Resonanzprinzips gegen von außen einwirkende Stöße relativ unempfindlich sein soll, können bei Armbanduhren kräftige Armbewegungen den Exzenterantrieb des Steig-

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rades derart beeinflussen, daß es zu unregelmäßigen Zahnfortschaltungen kommt. Ferner sind bei der Fertigung der Drehspule und der Spiralfedern sehr enge Toleranzen einzuhalten, da.Ungenauigkeiten im Gewicht und in den Abmessungen der Spule und der Federn ihre Resonanzfrequenz stark beeinflussen. Schließlich ist zur laufenden schrittweisen Beschleunigung des Steigrades der bekannten Anordnung verhältnismäßig viel Energie erforderlich.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden und einen elektromechanischen Wandler für Uhren anzugeben, der demzufolge hinsichtlich der verwendeten Drehspule keine einzuhaltenden Toleranzen erfordert, der ferner auf Stoß und Drehbeschleunigungen nicht anspricht und bei dem die Beschleunigungsverluste des Steigrades vernachlässigbar sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Drehspule als Luftspule ohne Spulenkern ausgebildet ist, daß am einen Ende der Spulenachse eine Schaltklinke angeordnet ist, daß die Schaltklinke in einen der Zähne des Sekundenrades mit an sich bekannter Planverzahnung eingreift, dessen Welle die über die Schaltklinke hinaus verlängert gedachte Spulenachse senkrecht schneidet, daß am jochartigen Rückschluß eine in einen der Zähne des Sekundenrades eingreifende Sperrklinke angeordnet ist und daß -die Schaltklinke und die Verzahnung des Sekundenrades derart ausgebildet sind, daß das Sekundenrad während der Rückstellung der Drehspule um einen einzigen Zahn weitergeschaltet wird.

Ein Ausführungsbeispiel und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Ausführungsbeispiei des elektromechanischen Wandlers nach der Erfindung,

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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des elektromechanischen Wandlers nach Fig. 1,

Fig. 2a zeigt in Vergrößerung einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit vorteilhaften Ausgestaltungen und

Fig. 3 zeigt in Grund-, Auf- und Seitenriß ein bei der Herstellung der Spule des elektromechanischen Wandlers verwendbares Werkzeug.

Der in Fig. 1 perspektivisch gezeigte elektromechanische Wandler nach der Erfindung ist mit seinen sämtlichen Teilen auf der Grundplatte 4 aufgebaut, die aus Isoliermaterial oder Metall bestehen kann. Auf der Grundplatte 4 sind die beiden Magnetpole 1 angeordnet, die zusammen mit dem jochartigen Rückschluß 6 das Permanentmagnetsystem zur Erzeugung eines radialen Magnetfeldes innerhalb des von den Magnetpolen N, S gebildeten Luftspaltes bilden.

Im Luftspalt zwischen den Magnetpolen N, S ist die Drehspule 2 mit ihrer Längsachse derart angeordnet, daß diese parallel zur Ebene der Grundplatte 4 verläuft. Hierzu dient das Zapfenlager 5, das je nach erforderlicher mechanischer Güte des.elektromechani-

sehen Wandlers mit einem Stein bestückt sein kann. Das zweite zur Lagerung der Drehspule 2 benötigte Zapfenlager befindet sich im oberen Querteil des jochartigen Rückschlusses 6.

Die Drehspule 2 trägt an! ihrem oberen und an ihrem unteren Ende je eine Spiralfeder 3,' über die der zur Auslenkung der Spule benötigte Stromimpuls zugeführt wird. Die Spiralfedern 3 sind am aus Isoliermaterial bestehenden und auf der Grundplatte 4 befestigten Spiralhalter 16 mittels des ebenfalls aus Isoliermaterial bestehenden Spiralklemmstücks 15 befestigt.

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Oberhalb des Querteils des jochartigen Rückschlusses 6 ist auf der Grundplatte 4 die Lagerbrücke 9 für das Sekundenrad 8 befestigt, dessen Welle 17 senkrecht zur Grundplatte 4 verläuft. Das Sekundenrad 8 weist eine an sich in anderem Zusammenhang bekannte Planverzahnung auf. In erfindungsgemäßer Weise ist die Welle 17 des Sekundenrades 8 derart angeordnet, daß sie die über das eine Ende hinaus verlängert gedachte Spulenachse 14 senkrecht schneidet.

Auf dem zum Sekundenrad 8 weisenden Ende der Spulenachse 14 ist zentral der Schaltklinkenträger 7 befestigt..Dieser trägt an seinem einen Ende die Schaltklinke 10. Unterhalb von seinen beiden Enden sind die beiden Anschlagstifte 13 auf der Grundplatte 4 befestigt, so daß die Drehbewegung der Drehspule 14 von ca.

durch das Anschlagen des Schaltklinkenträgers 7 gegen die Anschlagstifte 13 begrenzt wird. Auf dem in Fig. 1 rechts liegenden Schenkel des jochartigen Rückschlusses 6 ist die Sperrklinke mittels des Klemmstücks 12 J^efestigt»

Die Schaltklinke 10 und die Verzahnung des Sekundenrades 8 sind derart ausgebildet, daß das Sekundenrad in erfindungsgemäßer Weise während der Rückstellung der Drehspule um einen einzigen Zahn weitergeschaltet wird. Hierzu kann in Ausgestaltung der

Erfindung der Klinkenanschlag 18 vorgesehen werden, auf dessen eine Endfläche die Schaltklinke aufläuft und der· auf dem in Fig. 1 links liegenden Schenkel des jochartigen Rückschlusses β mittels des Klemmstückes 19 befestigt ist.

Die Drehspule 2, die nach der Erfindung"ohne Spulenkern gewickelt ist, wird durch die Spiralfedern 3 in der gezeigten Lage als Ruhelage gehalten, was im übrigen aus Fig. 2 ebenfalls ersichtlich ist. Dort zeigt die gestrichelt gezeichnete Lage des Klinkenträgers 7 den Zustand.nach Auslenkung der Drehspule durch einen Stromimpuls. Durch die Auslenkung der'Drehspule wird der Klinken-

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träger 7 bis zum Anschlag mit dem in Fig. 2 rechts liegenden Anschlagstift ausgelenkt, so daß die Schaltklinke 10 in den rechts neben dem ursprünglichen Zahn liegenden Zahn des Sekundenrades 8 springt. Nach Beendigung des Stromflusses in der Drehspule 2 wird diese durch die Spiralfedern in ihre Ruhelage zurückgedreht, wodurch das Sekundenrad 8 um einen Zahn im Uhrzeigersinn gedreht wird, während zugleich die Sperrklinke 11 in einen neuen Zahn springt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Fortschaltung während des Zurückdrehens der Drehspule in ihre Ausgangslage, die vom energetischen Standpunkt aus zwar mit der entgegengesetzten Ausbildung durch Weiterschaltung während des Auslenkens der Drehspule gleichwertig ist, wird jedoch erreicht, daß die Drehspule durch einen kurzen Stromimpuls ausgelenkt wird und während der im Vergleich hierzu langen Ruhephase zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromimpulsen somit genügend Zeit zur Weiterschaltung verbleibt. Hierbei kann die Dauer des Stromimpulses im Sinne der Betriebssicherheit so bemessen werden, daß der Klinkenträger schon vor Beendigung des Stromimpulses den Anschlag 13 erreicht und während eines Teils des Stromimpulses dort anliegt.

Die Fig. 2a zeigt in vergrößertem Maßstab eine Weiterbildung der Erfindung. Hierbei tragen die als Federn 10b/ 11b ausbildbaren Klinken 10, 11 die Steine 10a, 11a. Der Stein 10a der Schaltklinke 10 ist dabei an seinem in Eingriff rn.it den Zähnen des Sekundenrades 8 stehenden Ende keilartig ausgebildet und auf der Feder 10b so befestigt, daß die verlängert gedachte Feder diejenige Kante des Steins 10a schneidet, die entlang der Schnittlinie von Stirnflanke und Rückflanke eines Zahnes des Sekundenrades 8 zu liegen kommt. Hierbei wird als Stirnflanke eines Zahnes diejenige Flanke bezeichnet, auf die die Schaltklinke während des Weiterschaltens stößt.

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In Ausgestaltung der Erfindung kommt der Stein 10a der Schaltklinke in Ruhestellung der Drehspule 2 auf eine entsprechend ausgebildete Endfläche des Klinkenanschlags 18 flächenhaft zu liegen, während die obere Deckfläche des Steins 10a in dieser Ruhestellung die Fläche der Rückflanke des jeweiligen Zahnes des Sekundenrades 8 flächenhaft berührt. Grundfläche und Deckfläche des Steins 10a der Schaltklinke 10 bilden miteinander einen Winkel von vorzugsweise 15° bis 18 , während die Fläche der Stirnflanke und die Fläche der Rückflanke der Zähne des Sekundenrades 8 vorzugsweise senkrecht aufeinander stehen.

Durch die eben geschilderte Ausbildung des Steins 10a der Schaltklinke 10 wird ein über eine Zahnteilung hinausgehendes Weiterdrehen des Sekundenrades garantiert verhindert, da die Rückflanke des mit dem Stein 10a gerade in Eingriff stehenden Zahnes bei Weiterdrehung durch den Schwung der Drehung oder durch von außen einwirkende Beschleunigung den Stein senkrecht nach unten drücken müßte, welche Bewegung jedoch durch das Anliegen des Steins 10a an der Endfläche des Klinkenanschlags 18 verhindert wird. Ein Verdrehen des Sekundenrades in der entgegengesetzten Richtung wird durch die Sperrklinke 11 verhindert, so daß das Sekundenrad 8 nach jedem Fortschaltschritt in seiner Lage unverrückbar orientiert bleibt.

Die eben geschilderte Verhinderung des Weiterdrehens des Sekundenrades läßt sich auch ohne Zuhilfenahme eines Steins verwirklichen. Hierzu muß dann der Klinkenanschlag 18 so verlängert werden, daß die Feder der Schaltklinke in Ruhestellung der Drehspule 2 auf dessen Endfläche aufliegt.

Aufgrund der Tatsache, daß der erfindungsgemäße elektromechanische Wandler von dem aus der eingangs genannten Offenlegungssphrift bekannten Resonanzprinzip bewußt abweicht, kann eine viel einfacher zu fertigende Drehspule verwendet werden, deren Abmessun-

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gen bezüglich der Fortschaltsicherheit und -zuverlässigkeit unkritisch sind. Nach der Erfindung ist daher eine Luftspule ohne Spulenkern vorgesehen.

Eine solche Spule läßt sich nach der in Fig. 3 gezeigten Weise einfach herstellen. Hierzu dient das U-förmige Wickelwerkzeug 21, das aus elastischem Material hergestellt ist und dessen Enden zusammendrückbar sind. Jedes Ende des U-förmigen Wickelwerkzeugs 21 weist eine Ausnehmung 20 auf_r in der und in die hinein die Spule gewickelt wird. Nach Aufbringen der erforderlichen Windungszahl werden die einzelnen Windungen durch Aufsprühen eines Lackes oder Eintauchen in einen Lack gegeneinander verfestigt. Nach Erhärten des Lackes werden die Enden des U-förmigen Wickelwerkzeugs zusammengedrückt und die Spule abgezogen.

Da der erfindungsgemäße elektromechanisch^ Wandler mit relativ kurzen Stromimpulsen betrieben werden kann, kann die Drehspule wesentlich niederohmiger gewickelt werden als die Spule bei der Resonanzanordnung nach der eingangs erwähnten Offenlegungsschrift, so daß auch übliche Drahtstärken verwendet werden können. Der in der Spule fließende Strom ist dann zwar momentan stärker als bei der bekannten Anordnung; da er jedoch nur während eines Bruchteils einer Sekunde fließt, liegt der gesamte Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Anordnung um etwa ein Viertel niedriger als der der bekannten Anordnung. Diese'Energieersparnis kann zum Betrieb von Frequenzteilerstufen ausgenutzt werden, die die Frequenz von einigen zehn Hertz der bekannten Anordnung auf die Frequenz von ein Hertz weiter untersetzen.

7 Patentansprüche

3 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

, 1./ Elektromechanischen Wandler für Uhren, insbesondere Quarz- ^"^ Armbanduhren, zur Weiterschaltung des Sekundenrades mittels der Drehbewegung einer von einem Stromimpuls- durchflossenen und im Luftspalt eines Permanentmagnet sy stems mit jochartigem Rückschluß schwingfähig über Rückstellfedern angeordneten Drehspule mit im Vergleich zu ihrer Länge kleinem Durchmesser, dadurch gekennzeichnet,, daß die Drehspule (2) als Luftspule ohne Spulenkern ausgebildet ist, daß am einen Ende der Spulenachse (14) eine Schaltklinke (10) angeordnet ist, daß die Schaltklinke in einen der Zähne des Selsundenrades (8) mit an sich bekannter Planverzahnung eingreift, dessen Welle (17) die über die Schaltklinke hinaus verlängert gedachte Spulenachse (14) senkrecht schneidet, daß am einen Schenkel des jochartigen Rückschlusses (6} eine in einen der Zähne des Sekundenrades (8) eingreifende Sperrklinke (11) angeordnet ist und daß die Schaltklinke und die Verzahnung des Sekundenrades derart ausgebildet sind, daß das Sekundenrad während der Rückstellung der Drehspule um einen einzigen Zahn weitergeschaltet wird.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltklinke (10) und Sperrklinke (11) als Federn (10b, lib) ausgebildet sind und daß die Schaltklinke am einen Ende eines Klinkenträgers (7) befestigt ist, der zentral auf der Spulenachse (14) sitzt und der an beiden Enden gegen je einen auf der Grundplatte (4) befestigten Anschlagstift (13) anschlagen kann.
3,- Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet■, daß die Bewegung der Schaltklinke (10) durch einen Klinkenanschlag (18) begrenzt ist, der am anderen Schenkel des jochartigen Rückschlusses (6) festgeklemmt ist.

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4. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sperrklinke (11) und Schaltklinke (10) am nichteingeklemmten Ende mit je einem Stein (lla, 10a) bestückt sind. .
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltklinkenstein (10a) derart auf der Schaltklinke (10) befestigt ist, daß die gedachte gerade Verlängerung der Feder (10b) der Schaltklinke diejenige Kante des Steins schneidet, die entlang der Schnittlinie von Stirnflanke und Rückflanke eines Zahnes des Sekundenrades (8) zu liegen kommt.
6. Wandler nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltklinkenstein ClOa) am vorderen Ende dadurch keilförmig ausgebildet ist, daß seine auf eine entsprechende Endfläche des Klinkenanschlags C18) flächenhaft auflaufende Grundfläche und seine die Fläche der Rückflanke der Schaltradzähne flächenhaft berührende Deckfläche sich unter einem Winkel von 15° bis 18° schneiden.
7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflanke und die Rückflanke der Zähne des Sekundenrades (8) einen Winkel von 90°-bilden.

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