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Elektromechanischer Antrieb für elektrische Uhren
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Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Antrieb für elektrische
Uhren mit einem für eine Auslenk- und eine Rückstellbewegung beweglich gelagerten
Spulenträger, der mit einer Antriebs spule für die Auslenkbewegung versehen und
dem eine
Rückstellfeder zugeordnet ist, mit einer für eine Auslenk-
und eine Rückstellbewegung beweglich gelagerten und vom Spulenträger angetriebenen
Schaltklinke für die Fortschaltung eines ersten Zahnrads der Uhr, und mit einer
die Schaltklinke in die Verzahnung dieses Zahnrads drängenden Eingriffs feder.
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Es ist schon ein elektromechanischer Antrieb dieser Art bekannt (DT-AS
1 548 066, Fig. 7), bei dem für den drehbar an einer Platine gelagerten Spulenträger
eine Spiralfeder als Rückstellfeder vorgesehen ist, die den Spulenträger zurückschwenkt,
nachdem er durch einen an seine Spule gelegten Stromimpuls entgegen der Wirkung
dieser Spiralfeder ausgelenkt worden ist.
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Die mit dem Sekundenrad als erstem Zahnrad zusammenwirkende Schaltklinke
besteht aus einem gebogenen Blechteil und sie ist drehbar auf einem Träger gelagert,
der seinerseits auf der Platine drehbar gelagert ist. Die Wirkverbindung zwischen
dem Spulen- und dem Schaltklinkenträger wird von einem an den Spulenträger angeformten
Stift und von zwei am Schaltklinkenträger befestigten, eine Gabel bildenden und
den Stift zwischen sich aufnehmenden federnden Armen gebildet. Schliesslich ist
am Schaltklinkenträger eine Feder befestigt, die die Schaltklinke in die Verzahnung
des Sekundenrads drängt. Der Schaltklinkenträger weist einen Ansatz auf, der zwischen
zwei auf der Platine befestigten, justierbaren Anschlägen endet, so dass diese Anschläge
den Schaltweg des Schaltklinkenträgers und damit der Schaltklinke selbst begrenzen.
Gleichzeitig begrenzen sie aber auch die Auslenk- und Rückstellbewegung des Spulenträgers
vermittels des an diesen angeformten Stifts und der beiden vom Schaltklinkenträger
getragenen federnden Arme. Die gesamte Anordnung ist so ausgebildet, dass bei einer
durch einen Stromimpuls bewirkten Auslenkbewegung des Spulenträgers
die
Schaltklinke federnd über die Sperrverzahnung des Sekundenrads hinweggleitet, den
nächsten Zahn hintergreift und dann das Sekundenrad um einen Zahn weiterschaltet,
wenn der Spulenträger unter der Wirkung seiner Rückstellfeder zurückschwingt.
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Um ein Zurückdrehen des Sekundenrads bei der Auslenkung des Spulenträgers
zu vermeiden, ist eine ebenfalls aus einem gebogenen Blechteil bestehende Sperrklinke
vorgesehen, die drehbar auf einem Sperrkiinkenträger gelagert ist und unter dem
Einfluss einer vom Sperrklinkenträger gehaltenen Feder in die Verzahnung des Sekundenrads
eingreift. Bei dem Sperrklinkenträger handelt es sich um einen auf der Platine schwenkbar
gelagerten Hebel, dessen freies Ende mittels einer Justierschraube verschwenkt werden
kann, um die Sperrklinke zu justieren.
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Diese bekannte Konstruktion hat verschiedene Nachteile: zum einen
benötigt sie drei Federn, um den Spulenträger zurückzuschwenken, um diesen einigermassen
elastisch mit dem Schaltklinkenträger zu kuppeln und um schliesslich die Schaltklinke
in die Sekundenradverzahnung eingreifen zu lassen. Ferner wird natürlich Energie
benötigt, um die von der Eingriffsfeder belastete Schaltklinke beim Auslenken des
Spulenträgers über den nächsten zu schaltenden Zahn des Sekundenrads hinwegzuziehen;
dieser Nachteil gewinnt an Bedeutung, wenn man in Betracht zieht, dass der Stromverbrauch
bei einer elektrischen Uhr ein ganz entscheidendes Kriterium darstellt. Schliesslich
ist die Herstellung dieses bekannten elektromechanischen Antriebs auch verhältnismässig
teuer, und zwar nicht nur wegen der Vielzahl der Teile, sondern auch wegen der zahlreichen
Einstellarbeiten, und es sei in diesem Zusammenhang nur an die Justierung der Anschläge
für den Schaltklinkenträger und die
Justierung des Sperrklinkenträgers
erinnert. Auch ist der bekannte elektromechanische Antrieb verhältnismässig laut,
denn der Spulenträger und der verhältnismässig komplizierte Schaltklinkenträger
speichern am Ende der Auslenkbewegung eine beträchtliche kinetische Energie, die
ziemlich schlagartig vernichtet wird, wenn der Schaltklinkenträger gegen den das
Ende seiner Auslenkbewegung definierenden Anschlag anschlägt. Weitere Geräuschquellen
stellen die metallischen Schalt- und Sperrklinken dar. Auch muss die Schaltklinke
bei der bekannten Konstruktion verhältnismässig präzise gelagert sein, legt man
auf einen exakten Schaltweg der Schaltklinke Wert, denn infolge der Einstellung
dieses Schaltwegs über die Anschläge für den Schaltklinkenträger gehen Toleranzen
der Schaltklinkenlagerung unvermeidlich in den Schaltweg ein.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten elektromechanischen
Antrieb der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der insbesondere einen geringeren
Stromverbrauch als der bekannte Antrieb aufweist. Erfindungsgemäss wird zu diesem
Zweck der Antrieb so ausgebildet, dass die Eingriffsfeder der Schaltklinke zu Beginn
der Auslenkbewegung der letzteren durch den Spulenträger unter Ausübung einer Rückstellkraft
auf den letzteren von der Schaltklinke abhebbar ist.
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Dabei soll hierunter nicht nur verstanden werden, dass die Eingriffs
feder rein körperlich von der Schaltklinke abgehoben wird, denn es wäre ja auch
möglich, die Schaltklinke einfach dadurch zu entlasten, dass die von der Eingriffsfeder
auf die Schaltklinke ausgeübte Kraft kompensiert oder überkompensiert wird. Durch
die erfindungsgemässe Massnahme wird erreicht, dass beim Auslenken des Spulenträgers
und damit der Schaltklinke
die letztere kraftlos über den nächsten
zu schaltenden Zahn des ersten Zahnrads hinweggleitet, so dass hier keine Energie
vernichtet wird, denn die in der Eingriffs feder dabei gespeicherte Energie wird
zur Rückstellung des Spulenträgers verwendet, so dass im Falle einer gesonderten
Rückstellfeder für den Spulenträger diese schwächer dimensioniert werden kann.
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Bei der vorstehend geschilderten bekannten Konstruktion wird der Schaltklinkenträger
und damit die Schaltklinke selbst am Ende ihrer Auslenkbewegung durch die separate
Rückstellfeder des Spulenträgers rückgestellt und dadurch das Sekundenrad um einen
Zahn weitergeschaltet. Wird erfindungsgemäss die Schaltklinke beim Auslenken von
ihrer Eingriffsfeder entlastet, so kann die letztere so kräftig dimensioniert werden,
dass die Schaltklinke durch ihre Eingriff sfeder rückgestellt und dabei das erste
Zahnrad der Uhr weitergeschaltet wird.
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Wie bereits erwähnt, wirkt bei der erfindungsgemässen Konstruktion
die Eingriffsfeder auch im Sinne einer Rückstellung des Spulenträgers. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet nun die Eingriffs feder auch die
Rückstellfeder für den Spulenträger, so dass die Spiralfeder der bekannten Konstruktion
entfallen kann.
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Um auch die bei der bekannten Konstruktion von einer Wickelfeder gebildeten
elastischen Arme entfallen lassen zu können, über die der Schaltklinkenträger mit
dem Spulenträger gekoppelt ist, wird bei dem erfindungsgemässen Uhrenantrieb die
Schaltklinke zweckmässigerweise über die als Biegefeder ausgebildete Rückstellfeder
durch den Spulenträger ausgelenkt und/oder rückgestellt. Im einfachsten Fall übernimmt
die Rückstellfeder also
drei Funktionen, indem sie nicht nur den
Spulenträger rückstellt, sondern diesen auch mit der Schaltklinke kuppelt und diese
schliesslich in die Verzahnung des ersten Zahnrads der Uhr drängt.
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Wird die Schaltklinke über die Rückstellfeder betätigt und durch diese
in die Verzahnung des ersten Zahnrads gedrängt, so ist es besonders vorteilhaft,
wenn für die Auslenkung der Schaltklinke ein erster Anschlag und für die Rückstellung
der Schaltklinke ein zweiter Anschlag für die Rückstellfeder vorgesehen ist, wenn
ferner die letztere mit Spiel zwischen den beiden Anschlägen bewegbar ist und wenn
schliesslich der zweite Anschlag bezüglich der Lagerung der Schaltklinke so angeordnet
wird, dass sich bei gegen den zweiten Anschlag anliegender Rückstellfeder eine die
Schaltklinke in die Verzahnung des ersten Zahnrads drängende Kraft bzw. ein entsprechendes
Drehmoment ergibt, denn dann ist die Schaltklinke bereits entlastet, wenn ihre Auslenkung
und damit ihre Relativbewegung gegenüber dem ersten Zahnrad beginnt.
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Eine besonders einfache Gestalt für die Rückstellfeder ergibt sich
dann, wenn die Schaltklinke zwischen der Befestigungsstelle der Rückstellfeder und
dem dieser zugeordneten Anschlag des Spulenträgers angeordnet ist, denn dann kann
die Rückstellfeder als im wesentlichen gerade, aus gezogenem Flachdraht hergestellte
Biegefeder ausgebildet werden, die sich von ihrer Befestigungsstelle an der Schaltklinke
vorbei bis zu dem ihr zugeordneten Anschlag des Spulenträgers erstreckt, an dem
sie enden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Uhrenantriebs
sind unmittelbar mit der Schaltklinke zusammenwirkende Anschläge zur Begrenzung
von deren Auslenk- und Rückstellbewegung vorgesehen, so dass der Weg der Schaltklinke
unmittelbar begrenzt wird, umständliche Justierarbeiten entfallen können und die
bei der Erörterung des bekannten Uhrenantriebs erwähnten Toleranzen keine Rolle
spielen, was vor allem dann wesentlich ist, wenn die Schaltklinke auch bei dem erfindungsgemässen
Uhrenantrieb drehbar auf einem schwenkbaren Träger gelagert wird. In diesem Fall
wird eine weitere Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik dadurch erzielt,
dass man den Schaltklinkenträger auf der Achse des ersten Zahnrads drehbar lagert,
so dass ein besonderer Lagerzapfen entfällt.
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Wenn ein schwenkbarer Schaltklinkenträger vorgesehen wird, ist es
am einfachsten, den ersten Anschlag, der der Auslenkung der Schaltklinke dient,
am Schaltklinkenträger anzuordnen, so dass die Schaltklinke einfach über die Verzahnung
des ersten Zahnrads geschleppt wird Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder der beiliegenden
zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemässen Uhrenantriebs; es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht
auf den Uhrenantrieb nach Entfernung einer Deckplatte, und Fig. 2 einen Schnitt
durch den Uhrenantrieb gemäss der Linie 2-2 in Fig. 1, jedoch mit aufgesetzter Meckplatte.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildeten
und als Ganzes mit 10 bezeichneten Werkträger, an den auf der einen Seite ein Lagerrohr
12 und auf der anderen Seite drei Haltezapfen 14 für eine ebenfalls als Kunststoff-Spritzgussteil
ausgebildete Deckplatte 16 angeformt sind, die entsprechende zylindrische Löcher
besitzt, mit denen sie auf die Haltezapfen 14 des Werkträgers 10 passend aufgeschoben
werden kann. An den letzteren ist mittels zweier Brücken 20 ein kastenförmiger Aufnahmekörper
22 angeformt, an welchen wiederum zwei Auslegerarme 18 angespritzt sind. Dieser
Aufnahmekörper besitzt eine Vierkantöffnung 24, in den ein Permanentmagnet 26 eingesetzt
und dort beispielsweise mittels Klebstoff befestigt ist. Die Auslegerarme besitzen
Nuten 28, in die ein Weicheisenjoch 30 eingesetzt werden kann. An den Aufnahmekörper
22 sind Lagerzapfen 32 angeformt, auf denen ein als Ganzes mit 34 bezeichneter Spulenträger
drehbar gelagert ist. Dieser besteht aus zwei Teilen 34a und 34b, von denen der
eine Zapfen 34b' und der andere entsprechende Bohrungen 34a' aufweist, so dass die
beiden Teile des Spulenträgers nach dem Aufbringen auf die Lagerzapfen 32 zusammengesteckt
und ebenfalls mit Hilfe eines Klebstoffs aneinander befestigt werden können. Schliesslich
ist mittels eines Klebstoffs auf dem Spulenträger 34 eine Spule 36 befestigt, die
den Spulenträger und den Permanentmagneten 26 umgibt. Der letztere ist so polarisiert,
dass sich die Spule 36 und damit der Spulenträger 34 beim Anlegen eines in üblicher
Weise erzeugten Antriebsimpulses gemäss Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn drehen.
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In einer Längsbohrung 40 des Lagerrohrs 12 sowie in einer Bohrung
42 der Deckplatte 16 ist ein Sekundenrad 44 mit seiner an ihm befestigten Achse
46 drehbar gelagert. Dieses Sekundenrad
besteht aus einem Kunststoff,
insbesondere aus dem unter dem Warenzeichen "Delrin" erhältlichen Material, und
es besitzt eine Sperrverzahnung, dessen Zähne mit 48 bezeichnet wurden.
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Ferner ist an das Sekundenrad 44 ein Ritzel 50 angeformt. Mit diesem
kämmt ein Zwischenrad 52, bei dem es sich ebenfalls um ein gleichzeitig eine Achse
54 und ein weiteres Ritzel 56 bildendes Kunststoffteil handelt. Für die Lagerung
der Zwischenradachse sind im Werkträger 10 ein Sackloch 58 und in der Deckplatte
16 eine Lagerbohrung 60 vorgesehen. Mit dem Zwischenradritzel 56 kämmt ein in Fig.
2 strichpunktiert angedeutetes und auf dem Lagerrohr 12 gelagertes Minutenrad 62,
während das Stundenrad der-Uhr nicht mehr dargestellt worden ist.
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Die Sekundenradachse 46 dient der Lagerung eines doppelarmigen Hebels,
der im folgenden als Schaltklinkenträger 66 bezeichnet werden wird. An das gemäss
den Fig. 1 und 2 linke Ende des Schaltklinkenträgers ist ein Lagerzapfen 68 für
eine doppelarmige Schaltklinke 70 angeformt, und ferner ist an den als Kunststoff-Spritzgussteil
ausgebildeten Schaltklinkenträger ein Ansatz 72 angeformt, der in Achsrichtung des
Lagerzapfens 68 einen solchen Abstand von dessen Wurzel aufweist, dass sich zwischen
dem Ansatz 72 und der Schaltklinke 70 eine Rückstellfeder 74 hindurcherstrecken
kann, bei der es sich um eine Biegefeder aus gezogenem Flachdraht handelt, die einseitig
eingespannt ist, und zwar dadurch, dass sie mit ihrem einen, abgewinkelten Ende
74a in einen Schlitz 76 eines Fusses 78 eines der Haltezapfen 14 eingreift und in
diesem durch die Deckplatte 16 und einen an den Werkträger 10 angespritzten Anschlag
80 gesichert ist.
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Die Schaltklinke 70 weist eine schräg verlaufende Stufe 82 auf, gegen
deren gemäss Fig. 1 linkes Ende die Rückstellfeder 74 anliegt; da diese Anlagestelle
gemäss Fig. 1 links des Lagerzapfens 68 liegt, übt die Rückstellfeder 74 auf die
Schaltklinke 70 ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn aus, solang sie an der Stufe
82 der Schaltklinke anliegt. An den Ansatz 72 des Schaltklinkenträgers 66 ist ein
gemäss Fig. 1 nach unten vorspringender Zapfen 84 angeformt, der sich in der in
Fig. 1 gezeichneten Ruhestellung der Teile im Abstand von der Rückstellfeder 74
befindet. Diese kann also mit Spiel zwischen den beiden vom Zapfen 84 und der Stufe
82 gebildeten Anschlägen hin-und herbewegt werden. Auch der Spulenträger 34 besitzt
einen zapfenförmigen Anschlag 86 für das freie Ende der Rückstellfeder 74, mit dem
diese in der in Fig. 1 gezeichneten Ruhestellung gegen die Rückstellfeder anliegt,
und zwar unter der Wirkung zweier hochelastischer Schraubenfedern 88 und 90, die
allerdings so ausgelegt sind, dass sie kein nennenswertes Drehmoment auf den Spulenträger
34 ausüben. Sie dienen praktisch lediglich dem Zweck, die Enden 92 der Spule 36
mit metallischen Anschlusselementen 94 zu verbinden, die im Werktäger 10 befestigt
sind. An diese Anschlusselemente werden die in irgendeiner bekannten Weise erzeugten
Antriebsimpulse angelegt, die dann von dem gezeigten elektromechanischen Wandler
in eine mechanische Bewegung umgesetzt werden.
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Der Schaltweg oder Hub der Schaltklinke 70 wird durch an den Werkträger
10 angespritzte, zapfenförmige Anschläge 96,98 und 100 begrenzt, so dass es weder
auf ein Spiel in der Schaltklinkenlagerung noch auf exakte Schaltwege des Schaltklinkenträgers
66 und des Spulenträgers 34 ankommt.
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Auf einem an den Werkträger 10 angespritzten Lagerzapfen 102 ist eine
Sperrklinke 104 gelagert, die ein Rückdrehen des Sekundenrads 44 verhindern soll
und mittels einer Blattfeder 106 in die Sperrverzahnung des Sekundenrads gedrückt
wird. Diese Blattfeder wird von zwei an den Werkträger 10 angespritzten Lagerböckchen
108 und 110 gegen die Sperrklinke 104 gehalten und am Herausfallen durch die Deckplatte
16 gehindert.
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Schliesslich ist noch zu bemerken, dass sowohl die Schaltklinke 70
als auch die Sperrklinke 104 aus einem weichplastischem Kunststoff bestehen, was
erheblich zur Geräuschverminderung beiträgt.
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Der erfindungsgemässe Uhrenantrieb lässt sich ausserordentlich leicht
montieren, da die beiden Teile des Spulenträgers 34 lediglich zusammen- und dabei
auf den Werkträger 10 aufgesteckt werden müssen und auch die übrigen Teile nur aufzustecken
bzw.
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einzusetzen sind, da die Rückstellfeder 74 die Schaltklinke 70 auf
dem Lagerzapfen 68 sichert und die Rückstellfeder selbst, die Blattfeder 106, die
Sperrklinke 104 sowie das Sekundenrad 44, das Zwischenrad 52, der Schaltklinkenträger
66 und das Weicheisenjoch 30 durch die Deckplatte 16 am Herausfallen gehindert werden.
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Fliesst durch die Spule 36 ein Stromimpuls, so wird der Spulenträger
34 wie erwähnt gemäss Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, wobei er die Rückstellfeder
74 mitnimmt, so dass diese von der Stufe 82 der Schaltklinke 70 abhebt, ehe sie
sich gegen den Zapfen 84 des Schaltklinkenträgers 66 anlegt und dadurch diesen samt
der Schaltklinke 70 mitnimmt, bis die Schaltklinke in der in Fig. 1 strichpunktiert
gezeichneten Stellung
gegen den Anschlag 100 anliegt. Dann wird
der Spulenträger 34 über seinen Anschlag 86 vom freien Ende der Rückstellfeder 74
verhältnismässig weich abgebremst. Rückgestellt werden die Teile ausschliesslich
durch die dann gespannte Rückstellfeder 74, die nach einer geringen Drehung des
Spulenträgers 34 sich wieder gegen die Stufe 82 der Schaltklinke 70 anlegt, diese
in die Verzahnung des Sekundenrads 44 hineindrückt und dann den Spulenträger, die
Schaltklinke 70 und über diese den Schaltklinkenträger 66 in ihre Ausgangspositionen
zurückführt, wobei das Sekundenrad 44 um einen Zahn weitergeschaltet wird. Treten
die an die Spule 36 gelegten Impulse in Sekundenabständen auf und besitzt das Sekundenrad
44 sechzig Zähne, so führt ein auf der Sekundenradachse 46 befestigter Sekundenzeiger
zu einer springenden Sekundenanzeige.
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Um die Fortschaltung des Sekundenrads 44 auf alle Fälle sicherzustellen,
ist der Schaltweg der Schaltklinke 70 etwas grösser als der Zahnabstand des Sekundenrads.
Dieser Schaltweg lässt sich aber über die Anschläge 96,98,100 exakt festlegen, so
dass keine Einstellarbeiten nach der Montage des erfindungsgemässen Uhrenantriebs
erforderlich sind.
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Da der Anschlag 86 des Spulenträgers am Ende der Auslenkbewegung nicht
nur die Rückstellfeder 74 deformiert, sondern an dieser auch entlanggleitet, ergibt
sich ein besonders weiches und geräuschloses Abfangen des Spulenträgers. Beim Zurückschwingen
dämpft die stromlose Spule 36 infolge der durch den Permanentmagneten 26 bewirkten
Induktion die Rückstellbewegung von Spule und Spulenträger bis zu einem gewissen
Grade selbst. Da die Schaltklinke 70 und der Schaltklinkenträger 66 als ausserordentlich
leichtgewichtige Kunststoffteile ausgeführt werden
können, wird
in ihnen beim Auslenken nur sehr wenig kinetische Energie gespeichert, so dass sich
in Verbindung mit der Wahl eines weichplastischen Kunststoffs für die Schaltklinke
hierdurch nur eine geringe Geräuschentwicklung ergibt.
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Zur Sicherung der Schaltklinke auf dem Schaltklinkenträger könnte
die Konstruktion natürlich auch so ausgebildet werden, dass die Rückstellfeder 74
über einem Teil des Schaltklinkenträgers, jedoch unter der Schaltklinke verläuft1
oder man könnte den Schaltklinkenträger einfach die Schaltklinke übergreifen lassen
und die Rückstellfeder unter der Schaltklinke vorbeiführen.
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Ferner wäre es denkbar, dass sich die Blattfeder für die Sperrklinke
an Widerlagern der Deckplatte 16 abstutzt und gegen ein Herausfallen durch den Werkträger
10 gesichert ist.
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Wie bereits erwähnt, sollen die Schraubenfedern 88 und 90 kein nennenswertes
Drehmoment erzeugen, so dass sie an sich durch Verbindungsdrähte ersetzt werden
könnten. Die ständige Wechsel beanspruchung beim Hin- und Herschwingen des Spulenträgers
34 führt jedoch bei einfachen Verbindungsdrähten zur Bruchgefahr.
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Die Sperrklinke 104 dient ausser dem Verhindern eines Rückdrehens
des Sekundenrads 44 auch dem Zweck, das Sekundenrad zu positionieren. Bei der bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemässen Uhrenantriebs beträgt der Schaltweg der Schalt
klinke 70 ungefähr 1,5 Zahnteilungen des Sekundenrads.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass bei dem erfindungsgemässen
Uhrenantrieb.
sämtliche Justierarbeiten an den Federn entfallen können, da weder die Rückstellfeder
74 noch die Blattfeder 106 für die Sperrklinke besonders justiert werden mussen,
sondern als einfachste Biegefedern ausgebildet sein können. Ferner liegt auf der
Hand, dass allein durch eine entsprechende Dimensionierung der Rückstellfeder das
Drehmoment des erfindungsgemässen Uhrenantriebs bestimmt und festgelegt werden kann.
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