DE3007176A1 - Getriebe zur uebertragung von drehmomenten in einer einzigen richtung - Google Patents

Description

35.366

SocietB Suisse pour 1'Industrie Horlogere Management Services SA

63, Rue Centrale,

CH-2500 BIENNE (Kanton Bern, Schweiz)

Getriebe zur Übertragung von Drehmomenten in einer einzigen Richtung

030037/0713

3007Ί76

Räderwerke für elektronische Uhren mit Schrittschaltmotor müssen so konstruiert sein, daß jedes führende Ritzel in der Lage ist, das geführte Ritzel, mit dem es in Eingriff steht, in beiden Drehrichtungen anzutreiben, daß die Verzahnungen aber in mindestens einer Getriebestufe, wenn ein störendes Drehmoment von dem geführten Ritzel auf das führende übertragen wird, blockiert sind und dieses Drehmoment nicht auf den Motor übertragen wird.

Diese Forderung rührt daher, daß bei kleinen elektronischen Uhren, beispielsweise bei Damenuhren, die Unbalanz des Minutenzeigers ein Drehmoment ausüben kann, das, wenn es über die Antriebsräder ι

für die Zeiger auf die Motoriuelle übertragen wird, diese in unge- j luollter Weise drehen kann. Da es nicht möglich ist, die Über- ! tragung eines solchen Drehmoments mit Hilfe einer Bremse zu wer- ; hindern, die auf das Minutenrad oder ein anderes Element des Räderwerks einwirkt, weil ein derartiges Organ den Motor über seine Leistungsgrenze hinaus beanspruchen würde, hat man versucht, Getriebe "zur Übertragung von Drehmomenten in einer einzigen Richtung", dh Getriebe zu entwickeln, die blockiert werden, wenn das geführte Ritzel auf das führende Ritzel einzuwirken sucht. Derartige Getriebe sind beispielsweise in der schweizerischen Patent-: schrift 599 485 beschrieben. Sie weisen sowohl auf dem führenden ' Ritzel als auch auf dem geführten Ritzel Zähne auf, die in unterschiedlicher Höhe stehen, wodurch eine Konstruktion entsteht, die

Platz in Anspruch nimmt und deren Ausführung kompliziert ist. j Eine Anordnung, die ebenfalls ein Getriebe zur Übertragung won Drehmomenten in einer einzigen Richtung aufweist, ist im Rahmen einer Antriebsmechanik für ein Kalenderwerk in der schweizerischen; Patentschrift 321 237 beschrieben. Die Zähne sind dort durch Regelflächen begrenzt, deren Erzeugende parallel zu den Achsen der ^: Drehteile verlaufen, aber diese Zähne sind asymmetrisch, so daß ' die Herstellung der Verzahnung nicht durch Abwälzfräsen erfolgen : kann. Die Fertigung dieser Getriebe erfordert daher ebenfalls · kostspielige Arbeitsgänge. |

030037/0713

Jf.

Es ist ferner bekannt, daß Malteserkreuzgetriebe und deren verschiedene Abwandlungen den Antrieb eines geführten Ritzels mit intermittierendem Vorschub ermöglichen. Während des Zeitraums, in dem der Zahn des führenden Ritzels nicht in Eingriff mit der Verzahnung des geführten Ritzels steht, ist dieses gegenüber jeder Drehbewegung blockiert. Von der Tatsache abgesehen, daß ein Malteserkreuzgetriebe für den Antrieb eines geführten Ritzels von einem sich schrittweise weiterdrehenden führenden Ritzel aus nicht geeignet ist, meist das Malteserkreuzgetriebe ebenfalls komplizierte Formen auf, deren Herstellung auf dem Wege des Abwälzfräsens ausgeschlossen ist.

In Getrieben für Winden sind seit langem Zahnprofile bekannt, die bei einer Rücklaufbewegung selbsttätig sperren können. So beschreibt beispielsweise das deutsche Patent 5583 ein Getriebe dieser Art, bei dem die beiden miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen zylindrische Scheitelflächen aufweisen. Dedoch ist dieses Getriebe so aufgebaut, daß in bestimmten Positionen des führenden Ritzels eine Drehmomentumkehr zunächst eine Drehung der beiden Ritzel über ein verhältnismäßig großes Bogenstück hinweg hervorruft, bevor die Sperrung eintritt. Derartige Vorgänge sind natürlich nicht zulässig, wenn es sich darum handelt, die Wirkungen der Unbalanz des Minutenzeigers in dem Räderwerk einer Quarzarmbanduhr mit Schrittschaltmotor aufzufangen.

In der Deutschen Patentanmeldung 26 04 741 ist ein Getriebe vorgeschlagen, das in ein Uhrwerk eingebaut werden kann und bei dem die Zähne des führenden Ritzels als Spitzzähne ausgeführt sind, wobei die Verzahnungen so ausgebildet sind, daß das Getriebe in bestimmten gegenseitigen Stellungen blockiert wird, wenn auf das geführte Ritzel ein Drehmoment einwirkt, dessen Richtung der Rich-

■■ tung desjenigen Drehmoments entgegengesetzt ist, das von dem führenden Ritzel übertragen wird. Da aber das führende Ritzel mit

' Spitzzähnen ausgestattet ist, läßt sich die Sperrung des Getrie- : bes nicht mit Sicherheit gewährleisten, vor allem wenn in Groß- ! serie produziert werden soll.

030037/0713

In der deutschen Patentanmeldung 27 09 348 ist ebenfalls ein Räderwerk für eine elektronische Uhr beschrieben, das so aufgebaut ist, daß bei bestimmten Positionen des führenden Ritzels einer seiner Zähne ein Anschlagselement bildet, das das geführte Ritzel festhalten kann, tuenn auf das letztere ein entgegengesetztes Drehmoment ausgeübt wird. Auch in diesem Falle könnte der Rücklauf, je nach der Position der Verzahnungen im Augenblick der Drehmomentumkehr, einen verhältnismäßig hohen Betrag erreichen.· >

Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebe zur Übertragung von Drehmomenten in einer einzigen Richtung, insbesondere für den An- I trieb eines Räderwerks in einem Präzisionsmechanismus won einem Schrittschaltmotor aus, mit einem schrittweise sich drehenden führenden Ritzel und einem in Eingriff mit dem führenden Ritzel stehenden geführten Ritzel, wobei beide Ritzel mit einer Verzahnung > von gleichen und gleichabständigen Zähnen ausgestattet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Getriebe dieser Art: zu entwickeln, das für den Antrieb des Räderwerks einer elektronischen Uhr von einem führenden, auf der Welle eines Schrittschaltmotors festgekeilten Ritzel aus geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Getriebe soll die besondere Eigenschaft haben, daß, wenn ein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment auf das " geführte Ritzel einwirkt, die Winkelbewegung, die dieses Ritzel vor dem Eintreten des Blockierens ausführt, nur eine geringe Weite hat. Außerdem soll das Getriebe für den Einbau in Uhrwerke mit kleinen Abmessungen geeignet sein und eine einfach geformte Verzahnung mit symmetrischen, durch Abwälzfräsen zu schneidenden Zähnen aufweisen. :

Das erfindungsgemäße Getriebe ist dazu dadurch gekennzeichnet, daßi die Zähne der beiden Verzahnungen symmetrisch sind, daß die Tei- ' lung des führenden Ritzels das Einfache bis Zweifache der Teilung des geführten Ritzels beträgt, und daß der Eingriffsbogen der Zäh-_; ne des führenden Ritzels in die Zähne des geführten Ritzels ein · Bogenstück aufweist, das frei durchlaufen wird und das geführte ^! Ritzel nicht antreibt, sowie ein Antriebsbogenstück, längs dessen j der eingreifende Zahn das geführte Ritzel um einen Schritt seiner

"Ö~3TÖ'377 0 713

Verzahnung fortschreiten läßt, wobei die Zähne so gestaltet sind, daß in jeder Stillstandsposition des führenden Ritzels zwei seiner Zähne des geführte Ritzel daran hindern, sich unter dem Einfluß eines störenden Drehmoments zu beu/egen.

Nachstehend soll an einem Beispiel eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes an Hand der Zeichnung beschrieben u/erden, die folgendes darstellt:

Fig.1: eine Teildraufsicht in großem Maßstab, die das führende Ritzel in einer seiner Stillstandspositionen wiedergibt;

Fig.2: eine der Fig.1 vergleichbare Ansicht der Relativstellungen des führenden und des geführten Ritzels während der Drehung des führenden Ritzels aus einer seiner Stillstandspositionen in die nächste;

Fig.3: in kleinerem Maßstab eine perspektivische Teilansicht, die bestimmte Elemente einer Armbanduhr zeigt, bei der ein Getriebe nach Fig.1 verwendet wird.

Das gezeichnete Getriebe meist ein führendes Ritzel 1 mit vier Zähnen 2 auf j das Ritzel ist auf die Welle 3 eines Schrittschaltmotors in einem Quarzuhrwerk mit kleinen Zeigern aufgekeilt, beispielsweise in einer Damenarmbanduhr. Das führende Ritzel 1 treibt ein Ritzel 4, beispielsweise ein Zwischenrad oder ein Sekundenrad an. Die Art der Drehung des geführten Ritzels 4 ist zeichnerisch nicht wiedergegeben, weil das zum Verständnis der Erfindung nicht wichtig ist. Das Ritzel 4 besitzt eine Verzahnung mit im vorliegenden Beispiel achtzehn Zähnen 5.

In Fig.1 ist das führende Ritzel 1 in einer seiner vier Stillstandspositionen wiedergegeben. Der Schrittscnaltmotor dreht sich nämlich in jeder Sekunde um einen Viertelkreis und bleibt nach jedem Schritt in einer Stellung stehen, wie sie in Fig.1 gezeichnet ist. In Fig.1 ist eine theoretische Stellung des geführten Ritzels gezeichnet: die Mittelstellung zwischen den Extrempositionen, die es einnehmen kann, wenn bei in der Figur gezeichneter Stillstandsposition des führenden Ritzels die beiden Zähne 5, die jeweils einem der Zähne 2a und 2b gegenüberstehen, sich bis zu den Punkten weiterbewegen, an dem sie die letzteren berühren. Die beiden Zähne 2a und 2b bestimmen das mögliche Spiel des Ritzels 4.

0300 3T/ 0 7 1 3

Die Zähne 2 u/eisen jeweils zwei Flanken 6 und 7 auf, die die üblichen Profile besitzen, beispielsweise Zykloiden- oder Kreisevol- j ventenprofile. Der Scheitel 8 jedes Zahnes stellt einen Abschnitt i einer zum Ritzel koaxialen Zylinderfläche dar, deren Radius gleich : dem Radius des Zahnkopfkreises der Verzahnung ist. Die Breite der ι Zähne 2, dh der in der Höhe des Teilkreises gemessene Abstand ziui- ' sehen den Flanken 6 und 7, ist weniger groß als der ebenfalls auf j dem Teilkreis gemessene Abstand zwischen den einander gegenüber- | liegenden Flanken von zwei benachbarten Zähnen. '.

Dasselbe gilt für die Zähne 5. Die Flanken 9 und 10 der Zähne 5 ! besitzen übliches Profil, aber zum Unterschied von den Flanken 6 j und 7 der Zähne 2 treffen sie auf dem Zahnkopfkreis des Ritzels 4 > aufeinander und bilden eine Kante 11. Bei den Zähnen 5 handelt es \ sich also um Spitzzähne. Ihre Breite ist ebenfalls geringer als [ der auf dem Teilkreis gemessene Abstand zwischen den gegenüberlie- j genden Flanken zweier benachbarter Zähne. j

Es ist festzuhalten, daß die Teilung der Verzahnung 2 zwischen dem " Einfachen und dem Zweifachen der Teilung der Verzahnung 5 liegt. j Andererseits sind die Formen der Verzahnung so bestimmt, daß, wenn ; das Ritzel 1 sich in der in Fig.1 gezeichneten Position befindet, ^; das Ritzel 4 mit geringem Spiel blockiert ist. Zwei benachbarte
Zähne 2a und 2b des Ritzels 1 blockieren das Ritzel 4 mit ihrer
Scheitelfläche 8, unabhängig von der Richtung, in der das Ritzel 4 : sich zu drehen sucht. In der einen Richtung legt sich die Flanke 9i •eines Zahnes 5 gegen die Scheitelfläche 8 eines Zahnes 2a, wie in ; Fig.1 gestrichelt eingezeichnet ist. Dieser Zahn 5 übt dadurch ;

ι auf das Ritzel eine Radialkraft aus, die zum Blockieren führt. In ■ der anderen Richtung legt sich die Flanke 1L) eines anderen, dem !· ^:Zahn 2b benachbarten Zahnes 5 auf die Scheitelfläche 8 des letztgenannten Zahnes. Weil die Zähne symmetrisch sind, weil die Scheitelflächen 8 koaxial zu dem Ritzel 1 v/erlaufen, und weil die Posi- ! tion des Ritzels 1 auf seiner Welle 3 so gewählt ist, daß beim An- ■ halten des Motors die Zähne symmetrisch zu der durch die Achsen I der Ritzel 1 und 4 definierten Ebene stehen, gelten für beide j Richtungen die gleichen Blockierungsoedingungen. Da außerdem die
Flanken y und 1U der Zähne 5 konvex gebogene Flächen bspw in Zy- ι

"03 003 770 7 T3

kloiden- oder Kreisevolventenform haben, stützen sie sich linienhaft auf einer der Flächen 8 ab und bewirken die Blockierung unabhängig von dar Lage dieser Abstützlinie.

Fig.2 zeigt die Eingriffsverhältnisse der Ritzels 1 am Ritzel 4 bei der Drehung des führenden Ritzels. Man erkennt die relative Lage der beiden Ritzel, wenn,mährend das Ritzel 4 sich mit einem seiner Zähne 5 an dem Zahn 2b des Ritzels 1 abötützt, das letztere in Richtung des Pfeils 12 angetrieben u/ird. Die Flanke 6 des Zahnes 2a berührt die Flanke 10 des Zahnes 5, der sich in seiner Bahn befindet. Derjenige Zahn 5, der dem Zahn 2b gegenübersteht, wird stets das Getriebe blockieren, wenn das Ritzel 4 einen Antrieb im Uhrzeigersinn erführe, während eine unbehinderte Drehbewegung möglich ist, wenn das Ritzel 4 von dem Ritzel 1 in Richtung gegen den Uhrzeiger geführt wird.

In Fig.1 war zu erkennen, daß die Drehung des Ritzels 1 in Richtung des Pfeils 12 aus der Stellung heraus, die es in Fig,1 einnimmt, unabhängig von der Einstellung des Ritzels 4 inna^halb des Bereichs des möglichen Spiels,ein Bogenstück umfaßt, in dam es frei drehbar ist und keinen der Zähne 5 berührt. Nur wenn das Ritzel eine Position einnimmt, die ungefähr derjenigen nach Fig.2 entspricht, berührt es diesen Zahn, und man stellt fest, daß das Ritzel 1 von diesem Punkte aus ein Bogenstück durchmißt, bei dessen Durchlaufen es das Ritzel 4 um einen Zahnschritt weiterbeiuegt. Während dieser Drehung gelangt der Zahn 2c in die Position des Zahns 2a in Fig.1, so daß beim Vorwärtsschreiten des Ritzels 1 um einen Schritt auch das Ritzel 4 um einen Schritt vorwärtsbewegt sein wird.

Solange im übrigen sich das Ritzel 1 in der Position nach Fig.1 oder in einer der möglichen vergleichbaren Positionen befindet, hält es das Ritzel 4 blockiert.

Fig.3 zeigt den Aufbau bestimmter Einzelteile einer Armbanduhr, die mit dem obenbeschriebenen Getriebe ausgestattet ist. Das Ritzel 1 ist danach auf die Welle 3 gekeilt. Diese Welle ist der Rotor eines Schrittschaltmotors 13, der auf der Werkplatte 14 des Uhrwerks angebracht ist. Der Motor empfängt periodisch, bei-

0 3003Y/0713

/fO

spislsujeise alle 10 Sekunden, einen Impuls, durch den der Rotor des Motors um einen Viertelkreis u/eitergedreht wird. In jeder Stillstandsposition des Rortos stänen die Zähne des Ritzels 1 symmetrisch zu der von den Achsen der Wellen 3 und 15 aufgespannten Ebene; auf der Welle 15 ist das geführte Ritzel 4 angebracht, von dem in Fig.3 ebenfalls ein Teilstück zu sehen ist. Das Ritzel 4 stellt beispielsweise ein Zuiischenrad dar. Es besitzt eine zu der ersten koaxial liegende zu/eite Verzahnung mit nur geringer Zähnezahl. Diese zuleite Verzahnung treibt ihrerseits mit möglichst geringem Spiel ein Rad an, auf dessen Rohr ein Minutenzeiger befestigt ist.

Als Motor 13 kann ein umsteuerbarer Motor verwendet werden, dh ein Motor, dessen Drehrichtung mit ganz einfachen Mitteln umgekehrt werden kann, beispielsweise indem die Polarität der von dem Motor empfangenen Impulse umgekehrt u/ird.

Das obenbeschriebene Getriebe kann somit, unabhängig von der Drehrichtung des Motors, ein Drehmoment von dem führenden Ritzel auf das geführte Ritzel übertragen, und das Räderwerk blockiert selbsttätig, wenn eine Drehmomentumkehr eintritt, dh wenn das Drehmoment von dem geführten Ritzel auf das geführte Ritzel einwirkt, während der Motor in der Stillstandsposition angehalten ist.

Wie oben erwähnt, läßt sich ein derartiges Getriebe an vielen Stellen bei elektronischen Uhren einsetzen, insbesondere bei Uhren mit Schrittschaltmotor geringer Leistung und kleiner Abmessungen.

Das Profil der Verzahnung läßt sich, wenn man von einer normalen Verzahnung mit willkürlich gewähltem Modul und Profil ausgeht, beispielsweise herstellen, indem man einen von zwei Zähnen am führenden Ritzel wegläßt, indem man die Zähne dieses Ritzels verbreitert, um Scheitelflächen zu gewinnen, die die Blockierung bewirken, und indem man die Zahl der Zähne des geführten Ritzels beispielsweise um ein Viertel vermindert, um ihren Abstand zu vergrößern.

030037/0713

3007Ί76

Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, treibt jeder Zahn des führenden Ritzels einen Zahn des geführten Ritzels an und läßt dieses um einen l/erzahnungsschritt vorschreiten. Das Übersetzungsverhältnis stimmt somit mit dem Verhältnis der Zähnezahl überein. Jedoch erfolgt der Antrieb nicht kontinuierlich, und das geführte Ritzel wird selbst dann intermittierend weitergedreht, wenn das führende Rad sich kontinuierlich dreht.

Geht man von einem Getriebe mit normalem Profil aus, so hängt die Wahl der abgeänderten Teilung für die geführte Verzahnung und der abgeänderten Verzahnung für die Zähne der führenden Verzahnung von den Profilen und den gewählten Durchmesserverhältnissen ab.

Bei der beschriebenen Verzahnung berühren die Zähne des führenden Ritzels die Zähne des geführten Ritzels an einem Punkte, der um eine halbe Zahnbreite vor der die Mittelpunkte verbindenden Linie liegt, uias eine günstige Eingriffslinie darstellt. Bei jedem Schritt treibt das führende Ritzel das geführte Ritzel, bis der Zahn, der die Verzahnung führt, sich in der Position des Zahnes 2b in Fig.1 befindet. Die Profile können so aufgestellt werden, daß das Verzahnungsspiel bis auf die bei Uhru/erksgetrieben üblichen Werte verringert ist.

030037/0713

Claims (6)

1. -S-

   Patentansprüche

   MJ Getriebe zur Übertragung von Drehmomenten in einer einzigen Richtung für den Antrieb eines Räderwerks in einem Präzisionsmechanismus von einem Schrittschaltmotor aus, mit einem schrittweise sich drehenden führenden Ritzel und einem in Eingriff mit dem führenden Ritzel stehenden geführten Ritzel, wobei beide Ritzel mit einer Verzahnung von gleichen und gleichabständigen Zähnen ausgestattet sind,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der beiden Verzahnungen symmetrisch sind, daß die Teilung des führenden Ritzels das Einfache bis Zweifache der Teilung des geführten Ritzels beträgt, und daß der Eingriffsbogen der Zähne des führenden Ritzels in die Zähne des geführten Ritzels ein Bogenstück aufweist, das frei durchlaufen wird und das geführte Ritzel nicht antreibt, fiuiie ein Antriebsbogenstück, längs dessen der eingreifende Zahn das geführte Ritzel um einen Schritt seiner Verzahnung fortschreiten läßt, wobei die Zähne so gestaltet sind, daß in jeder Stillstandsposition des führenden Ritzels zwei seiner Zähne das geführte Ritzel daran hindern, sich unter dem Einfluß eines störenden Drehmoments zu beuisgen.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geführte Ritzel Zähne besitzt, die als Spitzzähne ausgebildet sind, während das führende Ritzel Zähne mit Scheitelflächen in Gestalt von zu dem Ritzel koaxialen Zylinderflächen besitzt und die Zahnprofile beider Verzahnungen als normale Zykloiden- oder Kreisevolventenprofile ausgeführt sind.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stillstandspositionen des führenden Ritzels die Scheitelflächen der beiden das geführte Ritzel blockierenden Zähne sich in der Bahn befinden, die von den Flanken der Zähne des geführten Ritzels durchlaufen wird, und so gerichtet sind, daß sie Anschlagflächen für das genannte geführte Ritzel bilden.

   030037/0713
4. 4. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- ; net, daß das führende Ritzel weniger Zähne hat als das geführte

   Ritzel.
5. 5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- ^: durch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zuiei aufeinander- . folgenden Zähnen, gemessen auf dem Teilkreis jeder der beiden Ver-< zahnungen, größer ist als die Breite eines Zahnes. \
6. 6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, um den das führende Ritzel I sich bei jedem Schaltschritt des Motors meiterdreht, ein ganz- ι zahliges Vielfaches des Teilungsu/inkels seiner Verzahnung ist. ;

   030037/0713