DE2715059A1

DE2715059A1 - Drehspulsystem zur intermittierenden fortschaltung des raederwerks einer kleinuhr

Info

Publication number: DE2715059A1
Application number: DE19772715059
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-07
Filing date: 1977-04-04
Publication date: 1977-10-20
Also published as: FR2347714A1; JPS52123665A

Description

Gerhard VOSSELER Basel

Drehspulsystem zur intermittierenden Fortschaltung des Raderwerks einer Kleinuhr

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehspulsystem zur intermittierenden Fortschaltung des Raderwerks einer Kleinuhr, mit einer durch einen elektrischen Impulsgeber periodisch erregbaren Drehspule, die um eine senkrecht zur Spulenachse liegende, wenigstens nahe rungs weise durch den Spulenschwerpunkt gehende Drehachse innerhalb eines begrenzten Winkele schwenkbar gelagert ist, mit einem feststehenden Dauermagneten und mit wenigstens einer mit der Drehspule bewegten Schaltklinke.

Ein solches, als elektromechanischer Wandler für eine Kleinuhr, insbesondere eine Quarzuhr, dienendes Drehspulsystem ist bereits

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bekannt und so aufgebaut, dass die unter der Wirkung einer Rückholfeder stehende Spule bei Gegenwart eines Stromimpulses eine Folge von mehreren Dauermagnetpolen mit abwechselnder Polarität überstreicht und dabei durch zwei mit ihr bewegte und in ein Schaltrad eingreifende Klinken die schrittweise Drehung dieses Schaltrades bewirkt. Dazu ist es erforderlich, dass jeder antreibende Stromimpuls aus einem Impulszug besteht, der eine der Anzahl der von der Spule wahrend einer Auslenkung überstrichenen Dauermagnetpole entsprechende Zahl von unmittelbar aufeinanderfolgenden Einzelimpulsen abwechselnder Polarität aufweist. Dieser Im puls zug ist beispielsweise aus den bekannten, je Sekunde von einem Quarzteiler gelieferten Antriebsimpulsen abzuleiten. Damit sich die Spule möglichst in einem engen Spalt bewegt, sind bei diesem bekannten Drehspulsystem auf beiden Seiten längs der Bewegungsbahn der Spule noch Weicheisenjoche vorgesehen.

Dieses bekannte Drehspulsystem, durch welches, verglichen mit konventionellen Anordnungen, bei gleicher elektrischer Leistung eine höhere Induktionswirkung erzielt werden soll, ist jedoch verhaltnismassig kompliziert aufgebaut, da es einerseits spezielle Dauermagnete mit mehreren abwechselnden Polen auf beiden Seiten und andererseits, zur Verringerung der Streuung, zusatzlich Weicheisenjoche erfordert. Dadurch werden die Herstellungskosten

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und der Raumbedarf erhöht; ausserdem ist die Montage erschwert. Ferner müssen die von einem üblichen Impulsgeber, also insbesondere die von einer quarzgesteuerten integrierten Schaltung bzw. einem Quarzteiler, gelieferten Impulse einer besonderen Impulsformung unterworfen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehspulsystem der eingangs beschriebenen Art mit erhöhter Induktionsvi rkung zu schaffen, das ausserordentlich einfach, robust und raumsparend aufgebaut ist, nur geringe Herstellungskosten erfordert und bei minimalem Energieverbrauch einenvergleichsweise grossen Auslenkwinkel der Drehspule ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Drehspulsystem erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule in Richtung der Spulenachse mindestens ungefähr so lang wie ihre grösste Querabmessung ist und der Dauermagnet ein die Drehspule mit Spiel durchsetzender, zweipoliger Stabmagnet ist, dessen Langsachse in der Mittellage der Drehspule im wesentlichen mit der Spulenachse zusammenfallt und welcher quer zur Langsachse magnetisiert und so orientiert ist, dass seine Magnetisierungsrichtung wenigstens nahe rungsweise parallel zur Schwingungsebene der Drehspule verlauft.

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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine derartige einfache Anordnung mit einem in Querrichtung magnetisierten Stabmagneten, beispielsweise einem Samarium-Cobalt-Magneten, ohne besondere, den magnetischen Schluss fördernde Weicheisenjoche vorsehen zu müssen, bei sehr geringem Energieverbrauch ein erstaunlich grosses Drehmoment bei einem ebenfalls sehr grossen Gesamtauslenkwinkel der Drehspule von beispielsweise ungefähr 40 liefert.

Vorzugsweise können die Drehspule und der Stabmagnet im Querschnitt rechteckförmig sein und mit ihren Breitseiten parallel zur Schwingungeebene der Drehspule liegen, so dass sich die Pole des Stabmagneten auf seinen gegenüberliegenden schmalen Längsseiten befinden. Eine besondere vorteilhafte Aueführungsform des Drehspuls ystem β nach der Erfindung kann so aufgebaut sein, dass auf den Aussenflächen der gegenüberliegenden Breitseiten der Drehspule zwei Drehzapfen durch Kleben befestigt sind und einer dieser Drehzapfen die im wesentlichen einfach rechteckförmig geformte Schaltklinke trägt, und dass die Spulendrehachse in der den beiden Teilkreisen zweier miteinander kämmender Zahnrader gemeinsamen Tangentialebene liegt, derart, dass bei einer Speisung der Drehspule mit einer bipolaren Impulsfolge, also mit einer Folge aus Impulsen abwechselnder Polarität, die Drehspule mit der Schaltklinke hin- und herschwenkt und dabei die Schaltklinke abwechselnd das eine und das andere Zahnrad

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schrittweise fortbewegt. Da beide Zahnrader miteinander kämmen, wird jeweils auch das nicht direkt mit der Schaltklinke zusammenwirkende Zahnrad fortgeschaltet. Wenn die Zahnrader jeweils dreissig Zahne aufweisen und bei jedem Klinkeneingriff um eine halbe Zahnteilung bewegt werden und wenn ferner die Drehspule jede Sekunde mit einem Antriebsimpuls beaufschlagt wird, dann führen die Zahnrader eine volle Umdrehung je Minute aus, so dass eines der Zahnrader oder aber ein weiteres, mit einem dieser Zahnrader kämmendes Zahnrad gleicher Z ahne zahl das Sekundenrad der Uhr darstellen kann.

Um die Drehepule wahrend der Impulspausen in definierter Weise in ihren ausgelenkten Lagen festzuhalten, können vorzugsweise auf den Aussenflächen der Drehepule, die zweckmassigerweise als selbsttragende Spule ausgebildet ist, kleine Weicheisenteile in Knopfform vorgesehen sein, welche mit dem Dauermagneten im Spuleninneren derart zusammenwirken, dass die Drehspule in der einen oder anderen auegelenkten Stellung durch magnetische Anziehung gehalten wird. Dadurch lasst sich auf einfache Weise und insbesondere ohne die Verwendung von Rückholfedern erreichen, dass die Drehspule und damit das mechanische Antriebssystem gegenüber ausseren mechanischen Stössen sehr unempfindlich ist und daher auf derartige Störungen praktisch nicht anspricht.

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Die Erfindurg wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Drehspulsystem nach

der Erfindung mit der Drehspule in einer ausgelenkten Lage,

Fig. 2 einen parallel zur Zeichenebene nach Fig. 1

durch die Spulenachse verlaufenden Schnitt des Drehspulsystems nach Fig. 1 mit der Drehspule in ihrer Mittellage und

Fig. 3 eine Vorderansicht des Drehspulsystems in

Richtung des Pfeils III nach Fig. 2 mit der Drehepule in ihrer Mittellage, in vergrössertcsm Massstab.

Bei dem auf den Zeichnungen dargestellten Drehspulsystem ist eine im Querschnitt rechteckförmige Drehspule 5, deren Lange etwas grosser als ihre Breitseite ist, zwischen einer Werkplatte 1 und einer Brücke 2 um die senkrecht zur Spulenachse orientierte Drehachse 6 mittels zweier Zapfen 6a und 6b schwenkbar gelagert. Die Brücke 2 ist, wie insbesondere in Fig. 3 zu sehen, mittels eines hinter der Drehspule 5 angeordneten Abstande Stücks 3 und mittels der Füsse 3a und 3b durch Schrauben 4 an der Werkplatte 1 befestigt.

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Ein feststehender zweipoliger Dauermagnet 7 in Form eines im Querschnitt rechteckförmigen Stabmagneten, dessen Länge grosser als die axiale Spulenlange ist, durchsetzt mit Spiel die Drehspule 5, wobei in der Mittellage der Drehspule nach den Fig. 2 und 3 die Langsachse des Stabmagneten 7 im wesentlichen mit der Spulenachse zusammenfallt. Das rückwärtige Ende des Stabmagneten 7 ist in einer der Form dieses Magneten angepassten Ausnehmung 3c des Abstandsstücks 3 fest eingeklemmt oder auf andere Weise befestigt. Der Stabmagnet 7 ist in Querrichtung magnetisiert und relativ zur Drehspule 5 derart angeordnet, dass sich seine beiden Pole N und S, wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet, auf seinen beiderseits der Längsachse gegenüberliegenden Schmalseiten befinden, die also senkrecht zur Schwingungeebene der Drehspule 5 orientiert sind. Mit anderen Worten verlauft die Magnetisierungsrichtung des Stabmagneten 7 parallel zur Schwingungsebene der Drehspule 5 und, in deren Mittellage, senkrecht zur Spulenachse.

Die beiden Drehzapfen 6a und 6b sind im Zentrum der beiden gegenüberliegenden ausseren Breitseiten der Drehspule 5, vorzugsweise einfach durch Kleben, befestigt, so dass die Drehachse 6 der Drehspule 5, die vorzugsweise selbsttragend ausgebildet ist, im wesentlichen durch den Spulenschwerpunkt geht. Der nach Fig. 3 obere Drehzapfen 6a durchsetzt eine Lageröffnung der Brücke 2, und

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auf seinem auf der Oberseite der Brücke 2 herausragenden Ende ist eine Schaltklinke 8 befestigt, welche nach Fig. 1 die Form eines geradlinigen, im wesentlichen rechteckförmigen Fingers hat. Die Drehachse 6 der Spule und damit der die Schaltklinke 8 tragende Drehzapfen 6a liegt in der den beiden Teilkreisen zweier miteinander kämmender Zahnrader 9 und 10 gemeinsamen Tangentialebene. Diese auf der Brücke 2 drehbar gelagerten Zahnrader 9 und 10 sowie die mit diesen zusammenwirkende Schaltklinke 8 sind derart angeordnet, dass die Schaltklinke 8 beim Hin- und Herschwingen der Drehspule im Sinne des Doppelpfeils nach Fig. 1 abwechselnd das eine und das andere Zahnrad 9 bzw. 10 intermittierend fortschaltet. Da beide Zahnrader 9 und 10 miteinander kämmen, wird jeweils auch das nicht direkt mit der Schaltklinke zusammenwirkende Zahnrad angetrieben· und daher drehen sich beide Zahnrader jeweils im Sinne der Pfeile nach Fig. 1. Die Anordnung ist ferner so getroffen, dass bei jedem Klinkeneingriff beide Zahnrader 9 und 10 um eine halbe Zahnteilung weite rge β ehaltet werden, indem die eine oder andere vordere Seitenkante der rechteckförmigen Schaltklinke 8 gegen die Flanke eines Zahnes des einen oder anderen Zahnrades 9 bzw. drückt und dieses um einen entsprechenden Winkel bewegt.

Um ein Hin- und Herschwenken der Drehspule 5 im Sinne des Doppelpfeils nach Fig. 1 zu erreichen, besteht die von einem nicht dargestellten, batteriegespeisten elektronischen Impulsgeber erzeugte

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Impulsfolge aus diskreten Impulsen mit abwechselnder Polarität, wobei die Form der Impulse dieser bipolaren Impulsfolge vorzugsweise rechteckförmig ist.¹ Dadurch wird erreicht, dass beim Auftreten eines Erregungsimpulses mit der einen Polarität die Drehspule 5 nach der einen Seite und beim Auftreten des folgenden Impulses mit der anderen Polarität nach der anderen Seite ausgelenkt wird usw. . An den ausseren Schmalseiten der Drehspule 5 befestigte, vorzugsweise angeklebte Weicheisenteile 11 und 12 in Knopfform, welche nach den Figuren in der Nahe des vorderen Spulenendes angebracht sind, wirken mit dem Stabmagneten 7 derart zusammen, dass die Drehspule 5 in den Pausen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebsimpulsen durch magnetische Anziehung des einen bzw. anderen Weicheisenteile 11 baw. 12 in der betreffenden ausgelenkten Lage gehalten wird, in welcher sich die Schaltklinke 8 im Eingriff mit einem der beiden Zahnrader 9 oder 10 befindet. Auf diese Weise wird eine unkontrollierte Bewegung der Zahnrader, insbesondere unter der Wirkung auseerer Stflsee, vermieden und eine definierte, stabile Lage der Drehspule 5 in ihren beiden ausgelenkten Endlagen gewährleistet.

Vorzugsweise liefert der Impulsgeber, bei dem es sich insbesondere um eine durch einen Quarz gesteuerte integrierte Schaltung bzw. um einen Quarzteiler handeln kann» wie üblich jede Sekunde einen An-

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triebsimpuls, und die Zahnrader 9 und 10 haben je dreissig Zahne. Dann führen die beiden Zahnrader 9 und 10 bei einer vorstehend erläuterten Fortschaltung um jeweils eine halbe Zahnteilung eine volle Umdrehung innerhalb einer Minute aus, so dass eines der beiden Zahnrader 9 und 10 direkt als Sekundenrad der Uhr verwendbar ist. Natürlich kann auch noch ein drittes, mit einem der Zahnrader 9 oder 10 kämmendes Zahnrad mit der gleichen Zahnezahl als Sekundenrad vorgesehen sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können die wesentlichen Teile ungefähr folgende Abmessungen haben:

Die axiale Länge der Drehepule 5 beträgt 4,8 mm, die Aussenab- mesaungen de· Spulenquer schnitt β betragen 4, 2 mal 2, 2 mm und die innere lichte Weite hat Abmessungen von 2,9 mal 0, 9 mm. Der Stabmagnet 7, bei dem es sich vorzugsweise um einen Samarium Cobalt-Magneten handelt, hat eine Lange von 8mm und einen Querschnitt von 1, 5 mal 0, 5 mm. Die Schaltklinke 8 ist ungefähr 0, 5 mm lang und 0,2 mm breit. Die beiden Zahnrader 9 und 10 haben einen Durchmesser von jeweils 3,5 mm und weisen jeweils dreissig Zahne auf. Die Drehspule 5 ist aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,015 mm gewickelt und hat einen Widerstand von 2 Kilo-Ohm. Die Impulsfolgefrequenz des Impulsgebers betragt 1 Hz, wobei im wesentlichen rechteckförmige Impulse abwechselnder Polarität

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einander folgen und die Impulsbreite jeweils etwa 20 ms betragt; die Spannung je Impuls kann etwa 1, 35 V betragen. Der Stromverbrauch liegt in der Grössenordnung von einigen Mikroampere. Der Schwenkwinkel der Drehspule 5, gerechnet von ihrer Mittellage aus, liegt bei jeweils etwa 20 .

Das Drehspulsystem nach der Erfindung zeichnet sich durch einen einfachen und kompakten Aufbau aus, arbeitet mit einfachen und preiswerten Spulen und Dauermagneten, so dass der Herstellungspreis nur einen Bruchteil des Preises vergleichbarer bekannter Drehspulsysteme ausmacht, benotigt keine äusseren Weicheisenjoche und, bei Speisung der Drehspule mit einer bipolaren Impulsfolge, auch keine Rückstellfeder und kann daher ausserdem sehr raumsparend ausgebildet werden. Der gute Wirkungsgrad und das erzielbare hohe Drehmoment bei einem grossen Auslenkwinkel der Drehspule, welcher insbesondere von der Mittellage aus nach beiden Seiten je 15 bis 30 betragen kann, sind offensichtlich im wesentlichen auf die beschriebene Ausbildung und Anordnung von Dauermagnet und Spule zurückzuführen, wobei Streuverluste weitgehend dadurch vermieden werden, dass die axiale Lange der Drehspule wenigstens ungefähr so gross wie ihre grösste Querabmessung, also im betrachteten Beispiel wie ihre Breitseite, gewählt wird. Besonders gute Ergebnisse lieferten eine Rechteckspule, deren Breitseite 1,5 bis 3 mal so lang wie ihre Schmalseite war, und ein Stabmagnet mit ahnlichem Seitenverhältnis des Querschnitte.

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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschrankt, sondern lasst innerhalb der Erfindungsidee mannigfache Varianten zu. So kann . gegebenenfalls die Anordnung von Schaltklinke und Raderwerk anders als beschrieben ausgebildet sein, wobei auch Antriebsimpulse nur einer Polarität verwendbar sind, so dass die Drehspule unter der Wirkung der Antriebsimpulse jeweils immer nur nach der einen Seite ausgelenkt wird, wahrend die Rückbewegung unter der Wirkung bekannter Rückstellmittel, beispielsweise einer Feder, stattfindet.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1> Drehspulsystem zur intermittierenden Fortschaltung des Räderwerks einer Kleinuhr , mit einer durch einen elektrischen Impulsgeber periodisch erregbaren Drehspule, die um eine senkrecht zur Spulenachse liegende, wenigstens näherungsweise durch den Spulenschwerpunkt gehende Drehachse innerhalb eines begrenzten Winkels schwenkbar gelagert ist, mit einem feststehenden Dauermagneten und mit wenigstens einer mit der Drehspule bewegten Schaltklinke, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule (5) in Richtung der Spulenachse mindestens ungefähr so lang wie ihre grösste Querabmessung ist und der Dauermagnet ein die Drehspule (5) mit Spiel durchsetzender, zweipoliger Stabmagnet (7) ist, dessen Längsachse in der Mittellage der Drehspule (5) im wesentlichen mit der Spulenachse zusammenfällt und welcher quer zur Längsachse magnetisiert und so orientiert ist, dass seine Magnetisierungsrichtung wenigstens näherungsweise parallel zur Schwingungsebene der Drehspule verläuft.

Z. Drehspulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule (5) und der Stabmagnet (7) im Querschnitt rechteckförmig sind, mit ihren Breitseiten parallel zur Schwingungsebene der Drehspule liegen und sich daher die Pole des Stabmagneten auf seinen gegenüberliegenden schmalen Längsseiten befinden.

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3. Drehspulsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Breitseiten ungefähr 1,5 bis 3 mal so gross wie die Schmalseiten der rechteckförmigen Querschnitte sind.

4. Drehspulsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule (5) mit einer Folge von Antriebsimpulsen abwechselnder Polarität gespeist wird.

5. Drehspulsystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass auf gegenüberl iegenden Aussenflächen der Drehspule (5) zwei Drehzapfen (6a, 6b), vorzugsweise durch Kleben, befestigt sind und einer der Drehzapfen (6a) eine Schaltklinke (8) trägt.

6. Drehspulsystem nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulendrehachse und damit der die Schaltklinke (8) tragende Drehzapfen (6a) in der den beiden Teilkreisen zweier miteinander kämmender Zahnräder (9,10) gemeinsamen Tangentialebene liegt und die Schaltklinke (8) bei jeder Hin- und Herschwenkung abwechselnd mit dem einen und dem anderen der beiden Zahnräder (9,10) zusammenwirkt.

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7. Drehspulsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklinke (8) in Form eines im wesentlichen rechteckförmigen geraden Fingers ausgebildet ist .

8. Drehspulsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derart getroffen ist, dass jedes der Zahnräder (9,10) jeweils um eine halbe Zahnteilung fortgeschaltet wird.

9. Drehspulsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Zahnräder (9,10) dreissig Zähne aufweist.

10. Drehspulsystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass auf den den Polen des Dauermagneten (7) benachbarten Aussenflächen der Drehspule (5) auf wenigstens einer Seite der senkrecht zur Spulenschwingungsebene liegenden Mittellinie dieser Aussenflächen jeweils mindestens ein Weicheisenteil (11,12) befestigt ist.

11. Drehspulsystem nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der mögliche Schwenkwinkel der Drehspule (5)

von ihrer Mittellage aus nach beiden Seiten jeweils 15 bis 30 betragt.

12. Drehepulsystem nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule (5) selbsttragend ist.

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