DE3308936C1 - Kugellaufuhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugellaufuhr mit einer geneigten Kugellaufbahn für eine Metallkugel mit einer Energieeinspeiseeinrichtung, welche die Metallkugel nach jedem Lauf wieder auf Ausgangs-Starthöhe bringt, sowie mit einem angetriebenen, die Kugelläufe zählenden Zeitanzeigewerk.

Kugellaufuhren der eingangs genannten Art zählen zu den mechanischen Schmuck- oder Kunstuhren. Sie wurden bereits im Mittelalter erfunden, und zwar lange bevor die Pendelgesetze erkannt und für Uhren angewendet wurden. Sie gerieten später in Vergessenheit und wurden erst von William Congrave wieder entdeckt, der im Jahr 1808 ein Patent auf die Konstruktion seiner Kugellaufuhr erhielt.

Jede Uhr, bis hin zur heutigen modernen Quarzuhr, benötigt ein möglichst konstantes Zeitnormal, dessen periodische Aktivitäten gezählt werden und zur Anzeige gebracht werden. Da periodisch ablaufende Vorgänge eines solchen Zeitnormales stets bis auf viele Bruchstellen hinter dem Komma konstante Zeit benötigen, besteht die Möglichkeit, Uhren mit sehr hoher Präzision zu bauen. Bei der modernen Quarzuhr bildet die konstante Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen

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Quarzes das Zeitnormal. Bei anderen älteren mechani- Käuferkreis zugänglich gemacht werden.

sehen Uhren werden mechano-physikalische Prozesse Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die ein-

als Zeitnormal verwendet. gangs genannte Kugellaufuhr erfindungsgemäß da-

Bei allen diesen physikalischen Prozessen wird eine durch, daß die Kugellaufbahn symmetrisch zum Lot ausMasse in ständigem Wechsel beschleunigt, zum Still- 5 gebildet ist und aus zwei beiderseits eines Tiefstpunktes stand gebracht, erneut in umgekehrter Bewegungsrich- ansteigenden Teilstrecken besteht, deren hochliegende tung beschleunigt usw. Dabei wird die hohe Konstanz Enden Kugellaufrichtungs-Umkehrpunkte sind, daß auf der Umwandlung von potentieller Energie oder Energie der Länge der Kugellaufbahn wenigstens ein mechanider Lage in kinetische Energie und umgekehrt zum be- scher, elektromechanischer oder elektronischer Sensor stimmenden Faktor für die Ganggenauigkeit der Uhren. io zur zählenden Erfassung des Kugellaufes vorgesehen Bei Pendeluhren definiert die Pendellänge den Rhyth- ist, daß der Sensor mit dem Zeitanzeigewerk zu dessen mus der hin- und hergehenden Bewegungen und die am Steuerung mittel- oder unmittelbar verbunden ist, und unteren Ende des Pendels befindliche Masse wird im daß wenigstens eine Teilstrecke der Kugellaufbahn eine abfallenden Teil der Bewegungsbahn beschleunigt — Energieeinspeiseeinrichtung in Form eines gesteuert potentielle Energie wird in kinetische umgewandelt und 15 ein- und ausschaltbaren, unmittelbar oder mittelbar auf anschließend findet der umgekehrte Prozeß statt, näm- die Kugel wirkenden Elektromagneten ausgebildet ist lieh im ansteigenden Teil der Bewegungsbahn wird wie- und daß die Kugel aus Eisen oder Stahl besteht,
der kinetische Energie in potentielle umgewandelt usw. Die Erfindung schafft für Kugellaufuhren ein völlig Die bei diesen Vorgängen eintretenden mechanischen neuartiges Prinzip. Die bisher bei diesem Uhrentyp Verluste durch Luftreibung, Lagerreibung usw. werden 20 nicht mögliche Rückverwandlung kinetischer Energie bei Pendeluhren durch den Anker über eine Art Klin- der Kugel in Energie der Lage oder in potentielle Enerkengetriebe bei jedem Pendelhub in das System einge- gie derart, daß nur ein bestimmter Teilbetrag aufgrund bracht, d. h. ausgeglichen. Andere bekannte mechani- mechanischer Verluste zu ergänzen ist_r wird erstmals sehe Uhren benutzen rotierende Massen, die ihre kineti- verwirklicht, indem die Kugellaufbahn symmetrisch sehe Energie in Federn einspeisen, dort potentielle 25 zum Lot, d. h. zur Erdnormalen, von einem Tiefstpunkt Energie erzeugen bis Bewegungs- oder Drehrichtungs- aus beidseitig ansteigend verlaufend ausgebildet wird, umkehr erfolgt und aus der potentiellen Energie der Aufgrund dieser Ausbildung läuft die Kugel eine erste Feder wieder kinetische Energie in Form einer Drehbe- Teilstrecke in Richtung Tiefstpunkt, verwandelt Energie wegung der Unruh o. dgl. erfolgt. Auch bei diesen Syste- der Lage in kinetische Energie, überschreitet den Tiefstmen wird der durch mechanische Reibung und Luftwi- 30 punkt mit reiner kinetischer Energie und rollt dann in derstand erzeugte Verlust an mechanischer Energie den ansteigenden Schenkel des zweiten Teilstückes, woüber geeignete Anker oder Klinkentriebe bei jedem bei ihre kinetische Energie wieder in Energie der Lage Schwingungshub in das System wieder eingespeist. zurückverwandelt wird. Es bedarf lediglich einer geeig-

Obwohl die Uhren mit Unruhen die wohl größte Ver- neten Einspeiseeinrichtung, um dafür zu sorgen, daß die

breitung gefunden haben, läßt sich ihre Ganggenauig- 35 durch Laufreibung und Luftreibung entstehenden Ver-

keit nicht über bestimmte Grenzen hinaus erhöhen, weil luste ausgeglichen werden, d. h., um zu erreichen, daß

keine Möglichkeit besteht, temperaturbedingte Verän- die Kugel während ihres ansteigenden Laufes bis zum

derungen der Lagerreibung, der Federungseigenschaf- definierten Endpunkt der Kugellaufbahn gelangt. Vom

ten usw. sowie verschleißbedingtes Lagerspiel, Abnut- Endpunkt aus kehrt die Kugel ihre Laufrichtung um und

zu ng der Klinkentriebwerke oder Anker usw. Fehler 40 wiederholt ihren Lauf. Ein geeigneter Sensor zählt die

einbringen. Ähnliches gilt bei den Pendeluhren, obwohl Anzahl der Kugelläufe und steuert auf diese Weise ein

bei diesen durch sog. Kompensationspendel tempera- angetriebenes Zeitanzeigewerk. Da die Laufzeit von der

turbedingte Längenänderungen und damit Änderungen Gravitationskonstante abhängig ist sowie von der

der Schwingungszeit der Pendel korrigiert wurden. Bahnform der Kugellaufbahn bestimmt wird, auch von

Die eingangs bereits erwähnte Kugellaufuhr von WiI- 45 der Masse der Kugel abhängig ist, ergibt sich ein zuver-

liam Congreve benützt als Zeitnormal die Laufzeit, die lässiges Zeitnormal, welches für eine hohe Ganggenau-

eine Kugel benötigt, um eine bestimmte Bahn hinabzu- igkeit geeignet ist.

rollen. Die Laufbahn wurde auf einer schiefen Platte Die Ergänzung der Verlustenergie läßt sich erfinausgebildet und ein sinnreicher Mechanismus sorgte da- dungsgemäß auf ganz einfache Weise dadurch vornehfür, daß nach Eintreffen der Kugel am unteren Ende der 50 men, daß man eine Stahlkugel verwendet und diese auf Platte ein Kippen erfolgte, derart, daß die Kugel ihre elektromagnetischem Wege bis zum Endpunkt der je-Bahn zurückrollen konnte usw. Uhren dieser Art sind in weiligen Teilstrecke der Kugellaufbahn bringt. Die EinMuseen zu finden, erregen dort großes Interesse und wirkung der elektromagnetischen Energieeinspeisung werden auch heute noch für Liebhaber gebaut. kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen.

Es leuchtet ein, daß der mechanische Aufwand, der für 55 In sehr grober Verallgemeinerung könnte man die

das Kippen der Platte bei der Uhr nach Congreve erfor- erfindungsgemäß ausgebildete Kugellaufuhr als eine

derlich ist, sehr groß sein muß, und daß gerade die Zeit Variante der Pendeluhr betrachten, weil eine Masse

des Kippvorgangs eine auf die Ganggenauigkeit einwir- längs einer bogenförmigen, symmetrisch zum Erdnop-

kende Fehlergröße ist, die dazu führt, daß die Gangge- mal verlaufenden Bahn hin- und hergehend bewegt wird

nauigkeit der Kugellaufuhren bisher begrenzt blieb. 60 und weil während jedes derartigen bogenförmigen We-

Ganz abgesehen davon sind die Kugellaufuhren nach ges der Masse eine Energieeinspeisung zur Ergänzung

William Congreve sehr schwer herzustellen. der Energieverluste erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be- Dieser Vergleich ist insofern richtig, wenn ausschließkannten Kugellaufuhren dahingehend zu verbessern, lieh von einer kreisbogenförmigen Kugellaufbahn oder daß auf umständliche mechanische Einrichtungen sowie 65 kreissektorförmigen Kugellaufbahn ausgegangen wird auf umständliche mechanische Fertigung verzichtet (Anspruch 2). Eine solche Bahn würde aber die Vielseiwerden kann und die Ganggenauigkeit erhöht wird. tigkeit der erzielbaren Effekte, welche sich durch den Hierdurch soll diese Art von Uhren einem größeren Erfindungsgedanken beim Bau von Kugellaufuhren er-

geben, erheblich einschränken. Abweichend von den bekannten Möglichkeiten einer Pendeluhr kann die Kugellaufbahn nämlich nach Anspruch 3 als Ellipsenausschnitt, parabolisch oder auch hyperbolisch ausgebildet werden oder gemäß Anspruch 4 aus zwei geradlinigen, im Tiefstpunkt bogenförmig verbundenen Teilstrecken bestehen. Voraussetzung für die Funktion der Erfindung ist lediglich, daß die beiden Teilstrecken bei durch den Tiefstpunkt verlaufendem Lot vom Tiefstpunkt aus beidseitig symmetrisch ansteigend verlaufen. Je nach gewählter Form der Kugellaufbahn ergeben sich für den Kugellauf, insbesondere für den optisch äußerst interessanten Wechsel von Geschwindigkeit und Stillstand, Möglichkeiten vielseitiger variabler Gestaltungen. Diese ermöglichen es, viele interessante Formen von Kugellaufuhren zu bauen.

Im einfachsten Fall bestehen die Kugellaufbahnen aus zwei entsprechend gefertigten Schienen oder Stäben — z. B. auch kreisrunden, elastisch federnden Federstählen — welche die gewünschte Form der Kugellaufbahn definieren. Da Kugellaufuhren einerseits exakt lotrecht aufgestellt werden müssen, andererseits aber gravitationsabhängig arbeiten und infolgedessen in größeren Höhen, im Gebirge, mit anderem Zeitnormal gehen als etwa in der Tiefebene, sind Korrekturen notwendig. Solche Korrekturen können in einfacher Weise gemäß Anspruch 5 dadurch verwirklicht werden, daß die Form der Bahnen aufgrund der elastisch federnden Stäbe vermindert wird oder daß geeignete Gelenkverbindungen zwischen den Schienen für eine Abflachung oder Erhöhung der Teilstrecke ausgenützt werden.

Gemäß Anspruch 6 besteht eine sehr einfache Möglichkeit der Korrektur darin, daß die Schienen oder Stäbe im mittleren Bereich festgehalten und an ihren Enden durch Stellschrauben in begrenztem Umfange in unterschiedliche Abstände zueinander bewegt werden. Werden die Enden der Stäbe oder Schienen voneinander weg bewegt, so taucht die Kugel tiefer zwischen die Berührungselemente ein und es ergibt sich eine im Prinzip flachere bogenförmige Bahn und die Kugel läuft langsamer, wird die Bahn dagegen gekrümmter ausgebildet, indem die Enden der Schienen oder Stäbe aneinander heran bewegt werden, so verkürzt sich das Zeitnormal.

Es ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sinnvoll, wenn beide Enden der Kugellaufbahn, d. h. also jede Teilstrecke, in der Nähe ihres Endes einen Sensor aufweist.

Bei einer vorteilhaften Verwirklichung ist der Sensor aus zwei einander gegenüberstehenden Kontaktstücken gefertigt, die elektrisch isoliert in die Schienen oder Stäbe eingebaut sind, wobei die Kugel bei Berührung der Kontaktstücke als Schaltstück eine elektrisch leitende Verbindung nach Art eines elektrischen Schalters darstellt. Dieses Öffnen oder Schließen eines Kontaktes bzw. Schalters, welches durch das Passieren der Kugel an den Kontaktstücken erfolgt, stellt ein einfaches Mittel dar, die Anzahl der Kugelläufe zu zählen.

Diese Art der Ausbildung eines Sensors unterliegt aber keiner Beschränkung, denn nach Anspruchs kann der Sensor als elektronenoptische Fotozelle oder als Lichtschranke ausgebildet sein, während Anspruch 10 vorschlägt, daß auch elektronische Feldmeßköpfe vorgesehen werden können, bei denen die durch die Kugel bewirkte Änderung einer elektromagnetischen Feldgröße, insbesondere Induktivität oder magnetischer Fluß, erfaßt und als Zählimpuls verwendet wird.

Zum vorteilhaften Lauf der erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellaufuhr ist es nach Anspruch 11 sinnvoll, wenn der Sensor mit einem elektronischen Schalt- und Steuerkreis verbunden ist, welcher den am Ende der Teilstrecke angeordneten Elektromagneten der Energieeinspeiseeinrichtung aktiviert und den Sensor solange blockiert, bis die Kugel nach der Laufrichtungsumkehr den Sensor erneut passiert hat.

Man könnte diese Maßnahme elektronisch umgehen, indem man einen elektronischen Schalt- und Steuerkreis schafft, der im Sinne eines Flip-Flop arbeitet und beim Hinweg der Kugel in Ein- und beim Rückweg der Kugel in Ausstellung springt. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird der Sensor für die Zeit, die vergeht, bis die Kugel den Endpunkt der Teilstrecke oder Kugellaufbahn erreicht hat und auf ihrem Rückweg den Sensor passiert, für eine erneute Aktivierung blockiert.

Eine besonders interessante und sinnvolle Art der Energieeinspeisung schildert Anspruch 12. Bei ihr ist vorgesehen, daß zwischen Sensor und Elektromagnet ein weiteres Kontaktstückpaar elektrisch isoliert in die Schienen oder Stäbe eingebaut und durch die Kugel leitend verbindbar ist, daß das weitere Kontaktstückpaar mit einem weiteren elektronischen Schalt- und Steuerkreis zur Desaktivierung des Elektromagneten verbunden ist. Es kann elektronisch dafür gesorgt werden, daß der Sensor mit seinem Schalt- und Steuerkreis den weiteren elektronischen Schalt- und Steuerkreis für die Aktivierung und Desaktivierung des Elektrofnagneten driggert. Da eine Stahlkugel verwendet wird und sich diese Kugel zumindest bis in die Nähe des am Endpunkt der Kugellaufbahn vorgesehenen Elektromagneten bewegt, wird sie vom Elektromagneten bis an den Endpunkt herangezogen, so daß der Energieverlust durch die mechanischen Reibungs- und Luftreibungsverluste ergänzt wird. Der Pol des Elektromagneten kann mit einer entsprechenden Schutzschicht aus Gummi, Kunststoff, Messing o. dgl. überzogen sein, um ein Kleben der Metallkugel bzw. Stahlkugel zu unterbinden und daraus resultierende Zeitfehler auszuschalten.

Es ist sinnvoll, die Erregung des Elektromagneten den Bedürfnissen anzupassen. Hierzu sieht Anspruch 13 vor, daß die Erregung über Potentiometer regelbar ist. Die Erregung sollte stets gerade so groß sein, daß die Kugel unter allen Umständen gerade vom Magneten in ihre Endlage gezogen werden kann. Jede stärkere Erregung ist überflüssig und unerwünscht.

Abweichend von dieser geschilderten Lösung kann erfindungsgemäß aber auch im Hinblick auf die künstlerischen Eigenschaften der Kugellaufuhr auf völlig andere Weise vorgegangen werden. Anstelle der Elektromagneten können Plunger, d. h. elektromagnetisch betätigte Stößel, die Kugel mit neuem Energievorrat versorgen, oder es können auch im Verlauf der Kugellaufbahn angeordnete elektromagnetisch arbeitende Einrichtungen eine gesteuerte Energieeinspeisung bewirken.

Nach Anspruch 14 ist das Zeitanzeigewerk in an sich bekannter Weise als mechanisches Räderwerk mit Stunden-, Minuten- und ggfs. Sekundenrad ausgebildet und hat einen als elektromechanischen Schrittschalter oder elektrischen Schrittmotor ausgebildeten, vom elektronischen Schalt- und Steuerkreis schaltbaren Antrieb. Je nach gewünschter Konstruktion kann jedes der zwei oder drei Räder auf getrennten Zifferblättern Stunden und Minuten bzw. Sekunden anzeigen oder es kann auch die koaxiale Zeigeranzeige gewählt werden.

Abweichend davon kann nach Anspruch 15 das bei Quarzuhren an sich bekannte Zeitanzeigewerk verwen-

det werden, welches als elektronisches Analogwerk ausgebildet ist und dann von den elektronischen Schalt- und Steuerkreisen zu steuern wäre.

Einen möglicherweise für Käufer recht interessanten Kontrast zwischen antiker Mechanik — definiert durch den Kugellauf und die Kugellaufbahn — und ultramoderner elektronischer Technik läßt sich bei einer Ausbildung nach Anspruch 16 schaffen, wenn nämlich das Zeitanzeigewerk als elektronische Digitalanzeigeeinrichtung ausgebildet ist und von den elektronischen Schalt- und Steuerkreisen steuerbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellaufuhr und deren Wirkprinzip ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 — ein Funktionsschema mit den elektronischen Einrichtungen,

F i g. 2 — das Ende eines Teilstückes der Kugellaufbahn in schematisierter Darstellung und den Verlauf der daraus resultierenden, bei dem Kugellauf entstehenden elektronischen Signale,

F i g. 3 — einen Schnitt durch die Kugellaufbahn im Bereich ihres Endes mit Schnitt durch den Sensor,

Fig.4 — eine Frontansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellaufuhr,

Fig.5 — eine im Maßstab vergrößerte Teilansicht des als Räderwerk ausgebildeten Zeitanzeigewerkes der Uhr gem. F i g. 4,

F i g. 6 — eine Schnittansicht der Uhr gem. F i g. 4,

F i g. 7 — eine Teil-Schnittansicht eines Endes der Uhr gem. F i g. 4 mit Einzelheiten der Gestaltung,

F i g. 8 — eine Schnittansicht eines Pfeilers der Uhr gem. F i g. 4,

F i g. 9 — zwei Schnittansichten durch die Kugellaufbahn mit unterschiedlicher Laufbahnkrümmung, verwirklicht durch Verstellung der Laufschienen,

Fig. 10 — eine Schemaansicht, welche die Wirkung der Laufbahnverstellung physikalisch erläutert.

Die Figuren zeigen ein Bild und ein Funktionsschema der erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellaufuhr.

F i g. 1 zeigt ein Arbeitsprinzip. Eine Stahlkugel 1 läuft auf einer im Beispiel kreissektorförmig ausgebildeten Kugellaufbahn 2, welche einen Tiefstpunkt 3 aufweist, von dem sich zwei symmetrisch zum Lot verlaufende ansteigende Teilstrecken 4 aus nach oben erstrekken. Die Teilstrecken 4 enden in hochliegenden Endpunkten 5, welche zugleich Laufrichtungs-Umkehrpunkte der Kugel 1 sind.

Die Stahlkugel 1 gewinnt bei ihrem Lauf, der durch Pfeil angegeben ist, aus Energie der Lage kinetische Energie, durchläuft den Tiefstpunkt 3 und steigt an der zweiten Teilstrecke wieder nach oben, wobei sich ihre kinetische Energie in Lageenergie oder potentielle Energie umwandelt. Im Beispiel handelt es sich um eine kreissektorförmige Kugellaufbahn 2.

Abhängig von den Reibungsverlusten während des Laufes der Stahlkugel 1 erreicht die Stahlkugel auf den hochliegenden Enden der Teilstrecken 4 Schaltkontaktstücke 6, welche elektrisch isoliert in die Laufbahn 2 eingebaut sind und wirkt bei deren Passieren als Schaltstück, indem sie die beiden einander auf den Laufbahnen gegenüberliegenden Schaltkontaktstücke 6 elektrisch leitend verbindet. Durch diese Schaltung wird ein elektronischer Schalt- und Steuerkreis 7 in Betrieb gesetzt - gedriggert.

Durch den Schalt- und Steuerkreis 7 wird ein weiterer Schalt- und Steuerkreis 8 erregt und in Betrieb genommen, welcher seinerseits Magnetspulen, d. h. Elektromagneten 9, aktiviert, die jeweils an den Endpunkten der Teilstrecken 4, unmittelbar an den Laufrichtungs-Umkehrpunkten 5, vorgesehen sind. Die Stahlkugel 1 erreicht auf ihrer ansteigenden Bahn über eine der Teilstrecken 4 jeweils zumindest die Schaltkontaktstücke 6, löst damit die Aktivierung des jeweiligen Elektromagneten aus und wird durch dessen Magnetfeld sicher bis zum Laufrichtungsumkehrpunkt 5 hochgezogen. Beim Erreichen des Laufrichtungs-Umkehrpunktes 5 gelangt die Kugel 1 in weitere elektrisch isoliert in die Laufbahn 2 eingebaute Schaltkontaktstücke 10, welche auf die weiteren elektronischen Schalt- und Steuerkreise 8 derart einwirken, daß die Erregung der Elektromagneten 9 bzw. des jeweiligen Elektromagneten 9 unterbrochen wird. Die Kugel kann daraufhin Schwerkraft folgend, abwärts rollen, bis sie in der nächsten Teilstrecke 4 wieder in den Bereich der Schaltkontaktstücke 6 gelangt, dort den anderen Elektromagneten 9 aktiviert und auf diese Weise zuverlässig bis in den Laufrichtungs-Umkehrpunkt 5 gezogen wird. Im vorliegenden Fall stellen die Elektromagneten 9 Energieeinspeiseeinrichtungen dar.

Die elektronischen Schalt- und Steuerkreise 7 bzw. 8 sind mit einem elektrisch angetriebenen Zeitanzeigewerk 11 verbunden, das im Beispiel gem. Fig. 1 auf einem Zifferblatt die jeweilige Zeit anzeigt, welche durch Zählen der Impulse beim Passieren der Schaltkontaktstücke 6 bzw. 10 gezählt wird. Ein weiterer Stromversorgungskreis 12 sorgt dafür, daß die elektronischen Kreise 7 und 8, das Laufwerk bzw. der Antriebsteil des Zeitanzeigewerkes 11, aber auch die Elektromagneten 9 mit konstanter Spannung versorgt werden.

In eine der Zuleitungen zum Elektromagneten 9 ist ein Schalter 13 eingebaut, der von Hand geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Dieser betreffende Elektromagnet definiert das Startende zum Inbetriebnehmen der Kugellaufuhr, denn durch Öffnen des Schalters 13 kann die Kugel 1 an den Kugellaufrichtungs-Umkehrpunkt 5 von Hand eingelegt und freigegeben werden, durch Schließen des Schalters 13 funktioniert die Uhr dann selbsttätig wieder. Das Öffnen des Schalters 13 verhindert, daß die Kugel beim Einlegen den Elektromagneten 9 fixiert, erregt oder die Schaltkreise 7 und 8 fehlsteuert.

Die F i g. 2 erläutert die Einzelheiten im Bereich des Kugellaufrichtungs-Umkehrpunktes 5 in Verbindung mit den elektronischen Signalen. In der ansteigenden Laufrichtung passiert die Kugel 1 die Schaltkontaktstücke 6 und löst den unter a aufgezeichneten Schaltimpuls aus. Dieser Schaltimpuls hat im elektronischen Schalt- und Steuerkreis 7 eine Driggerung zur Folge, welche den unter b angegebenen Spannungszustand hervorruft. Es ist zu erkennen, daß dieser Spannungszustand anhält, d. h., daß, solange, wie dieser Spannungszustand anhält, eine erneute Driggerung des Schaltkreises 7 nicht möglich ist. Der Schaltkreis 7 erregt, wie schon erläutert, den elektronischen Schalt- und Steuerkreis 8, und führt zu dem unter c angegebenen Spannungsimpuls, welcher die Erregung des Elektromagneten 9 bewirkt. Die Kugel 1 wird bis an den Laufrichtungs-Umkehrpunkt 5 nach oben gezogen, berührt dabei die Schaltkontaktstücke 10 und löst den unter d angegebenen Schaltimpuls aus. Im Verlaufe ihrer Richtungsumkehr passiert die Kugel immer noch bzw. erneut die Schaltkontaktstücke 10. Der Impuls gemäß d dauert an und wird schließlich beim Umkehr der Laufrichtung gemäß F i g. e beendet. Beim Passieren der Schaltkontaktstücke 6 wird zwar ein elektrischer Impuls gem. / er-

zeugt, dieser hat jedoch auf den elektronischen Schalt- und Steuerkreis 7 keinen Einfluß, weil dieser immer noch gedriggert ist. g zeigt, daß diese Driggerung anhält, bis die Kugel 1 den Bereich der Schaltkontaktstücke 6 mit Sicherheit verlaufen hat. h zeigt den Zustand, den die elektronischen Schalt- und Steuerkreise an einem Ende des Teilstückes 4 der Kugellaufbahn 2 einnehmen, wenn sie auf dem Rückweg zum Tiefstpunkt 3 die Schaltkontaktstücke 6 passiert hat.

Ein Beispiel für die Verwirklichung der Kugellaufbahn 2 ist in F i g. 3 wiedergegeben. Zwei angespitzte und mit den hochliegenden Spitzen einander zugekehrte Schienen 14 sind in parallelem Abstand voneinander angeordnet. Die Schaltkontaktstücke können an den Innenseiten, wie dargestellt, elektrisch isoliert eingebaut und über zwischen den Schienen 14 verlaufende Leitungen 15 mit den Schalt- und Steuerkreisen 7 bzw. 8 verbunden werden.

F i g. 4 zeigt eine Frontansicht einer möglichen Verwirklichung der Uhr. Auf einem Podest 16, welches zwei Pfeiler 17 trägt, ist im Basisbereich die Kugellaufbahn 2 angebracht und über Traversen 18, die sich von Pfeiler 17 zu Pfeiler 17 erstrecken, ist mittig das Zeitanzeigewerk 11 verwirklicht als Räderwerk ausgebildet. Die Pfeiler 17 tragen jeweils ein Lot 19, mit dessen Hilfe eine exakte waagerechte Ausrichtung der Uhr ermöglicht wird.

Fig.5 zeigt das Zeitanzeigewerk 11 der Uhr gem. F i g. 4. Dieses als Räderwerk ausgebildete Zeitanzeigewerk 11 weist ein Stundenrad 20, ein Zwischenrad 21, ein Minutenrad 22 sowie ein weiteres Zwischenrad 23 und ein Sekundenrad 24 auf, weitere Zwischenräder dienen zur Verbindung mit einem elektrischen Schrittschaltmotor 25 oder einer ähnlichen elektrischen Einrichtung. Dieser Motor wird durch die Impulse der elekironischen Schalt- und Steuerkreise 8 bzw. 7 betätigt, wobei die Schaltkontaktstücke 6 als Sensoren zur Zählung der Kugelläufe dienen.

In der Seitenansicht gemäß F i g. 6 ist zu erkennen, daß der Pfeiler 17 im hinteren Bereich eine Zierkugel 26 trägt, die zur Höhennivellierung oder Einstellung in die waagerechte dient, während der vordere Bereich des Pfeilers eine Zierkugel 27 trägt, deren Funktion in F i g. 7 erläutert ist. Die Kugel 27 dient nämlich dazu, ein Potentiometer 28 zu verstellen, mit dessen Hilfe der Elektromotor 9 einstellbar ist. F i g. 8 zeigt einen Schnitt durch einen Pfeiler und läßt Einzelheiten der Höheneinstellung bzw. -nivellierung erkennen. Über die Kugel 26 wird nämlich ein Bolzen 29 verdreht, der über Gewinde 30 einen Standfuß 31 hebt und senkt und damit die Höheneinstellung bewirkt.

F i g. 9 läßt eine Regulierungsmöglichkeit der Kugellaufuhr erkennen. Aus den Pendeluhr-Gesetzen ist bekannt, daß ein kleinerer Krümmungsradius eine höhere Pendelfrequenz und ein längerer Krümmungsradius eine niedrigere Pendelfrequenz hervorruft. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellaufuhr - können die beiden Schienen 14, welche die Kugellaufbahn bilden, mit Hilfe einer Stellschraube 32 entweder aufeinander zu — rechte Seite der F i g. 9 — oder voneinander weg eo — linke Seite der F i g. 9 — bewegt werden. Sind die Schienen 14 weit voneinander entfernt, taucht die Stahlkugel 1 tiefer zwischen die Schienen ein, sind sie nahe beieinander, wie in der rechten Hälfte der F i g. 9 gezeigt ist, so läuft sie vergleichsweise höher. Eine Möglichkeit der Verstellung, die notwendig wird, wenn die Uhr in unterschiedlichen geostatischen Höhenlagen betrieben wird und die aber auch aus anderen gegebenen Ursachen sinnvoll sein kann, besteht darin, die Stellschraube 32 bei in festem gegenseitigen Abstand gehaltenen Enden der Schienen im Bereich des Tiefstpunktes 3 ausschließlich in der Mitte anzubringen. Die Alternativlösung ist die, daß die Stellschrauben zur Abstandsveränderung der Schienen 14 in den Pfeilern 17 untergebracht werden.

Befindet sich eine einzige Stellschraube in der Mitte, also im Tiefstpunktbereich 3, dann bedeutet ein gegenseitiges Entfernen der Schienen 14, daß die Kugellaufbahn 2 stärker gekrümmt wird, d. h., die Kugellaufzeit wird kürzer; wird dagegen, in der. rechten Hälfte der F i g. 9 dargestellt, ein Gegeneinanderziehen der Schienen 14 vorgenommen, so flacht sich die Bogenform der Kugellaufbahn ab — die Laufzeit wird geringer.

Umgekehrt sind die Verhältnisse dann, wenn die Stellschrauben 32 am Ende der Teilstrecken 4 vorgesehen werden. In diesem Fall flacht sich die Kugellaufbahn 2 ab, wenn die Schienen 14 weiter voneinander entfernt werden und die Laufzeit wird infolgedessen größer. Sie wird hingegen kürzer und die Bahn wird gekrümmter, wenn die Stellschrauben an den Enden der Teilstrecken 5 gegeneinander bewegt werden.

Die physikalischen Zusammenhänge sind aus der Fig. 10 zu ersehen. Der theoretische Mittelpunkt M oder Krümmungsmittelpunkt der Kugellaufbahn bleibt im Prinzip konstant. Im Ausgangszustand hat die Kugellaufbahn 2 die Form, die in der Fig. 10 in durchgehenden Linien wiedergegeben ist. Zu dieser Laufbahn gehört der Krümmungsradius R. Werden die Schienen 14 nun durch Manipulation der Stellschraube an den Enden oder im Tiefstpunkt 3 abstandsverändert, derart, daß sich die in Fig. 10 gestrichelt wiedergegebene stärker gekrümmte Kugellaufbahn 2a mit dem Krümmungsradius Ra ergibt, dann hat diese Laufbahn einen kleineren Krümmungsradius Ra, was somit eine Beschleunigung des Kügellaufes zur Folge hat.

Aus optischen Gründen kann es interessant sein, die Kugellaufuhr aus edlen Werkstoffen zu fertigen oder sie als geheimnisvolles Werk durchsichtig zu gestalten, wobei insbesondere durch geeignete Werkstoffauswahl eine Kaschierung der Kontaktstücke 6 und 10 erfolgen kann, so daß für den Betrachter nicht erkennbar ist, auf welche Weise die Uhr funktioniert.

Es wurde somit ein völlig neues Prinzip einer Kugellaufuhr geschaffen, welches mechanisch absolut einfach ist, welches eine sehr hohe Ganggenauigkeit und vielseitige Regulierungsmöglichkeit bietet und welches infolgedessen einen breiten Käufermarkt finden wird.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Kugellaufuhr mit einer geneigten Kugellaufbahn für eine Metallkugel, mit einer Energieeinspeiseeinrichtung, welche die Metallkugel nach jedem Lauf wieder auf Ausgangs-Starthöhe bringt, sowie mit einem angetriebenen, die Kugelläufe zählenden Zeitanzeigewerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahn (2) symmetrisch zum Lot ausgebildet ist und aus zwei beiderseits eines Tiefstpunktes (3) ansteigenden Teilstrecken (4) besteht, deren hochliegende Enden Kugellaufrichtungs-LJnikehrpunkte (5) sind, daß auf der Länge der Kugellaufbahn (2) wenigstens ein mechanischer, elektromechanischer oder elektronischer Sensor (6) zur zählenden Erfassung des Kugellaufes vorgesehen ist, daß der Sensor mit dem Zeitanzeigewerk (11) zu dessen Steuerung mittel- oder unmittelbar verbunden ist, und daß wenigstens eine Teilstrecke (4) der Kugellaufbahn (2) eine Energieeinspeiseeinrichtung (9) in Form eines gesteuert ein- und ausschaltbaren, unmittelbar oder mittelbar auf die Kugel (1) wirkenden Elektromagneten (9) ausgebildet ist und daß die Kugel (1) aus Eisen oder Stahl besteht.

2. Kugellauf uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahn (2) kreissektorförmig ausgebildet ist.

3. Kugellaufuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahn (2) als Ellipsenausschnitt oder parabolisch oder hyperbolisch ausgebildet ist.

4. Kugellauf uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahn (2) aus zwei geradlinigen, im Tiefstpunkt (3) bogenförmig verbundenen Teilstrecken besteht.

5. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahn (2) aus wenigstens zwei Schienen (14) oder Stäben besteht, die im Tiefstpunkt (3) gelenkig verbunden oder elastisch federnd ausgebildet sind, um den Krümmungsradius (R, Ra) bzw. -winkel der Kugellaufbahn (2) zu verstellen.

6. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R, Ra) der Kugellaufbahn (2) durch Verändern des gegenseitigen Abstandes der Schienen (14) oder Stäbe verstellbar ist.

7. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilstrecke (4) der Kugellaufbahn (2) in Nähe ihres Endes einen Sensor (6) aufweist.

8. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus zwei einander gegenüberstehenden Kontaktstücken (6) besteht, die elektrisch isoliert in die Schienen (14) oder Stäbe eingebaut sind, und daß die Kugel (1) bei Berührung der Kontaktstücke (6) als Schaltstück eine elektrisch leitende Verbindung nach Art eines elektrischen Schalters darstellt.

9. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) als elektronenoptische Fotozelle oder als Lichtschranke ausgebildet ist.

10. Kugellauf uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) als elektronischer Feldmeßkopf ausgebildet ist, der die

durch die Kugel bewirkte Änderung einer elektromagnetischen Feldgröße erfaßt.

11. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (6) mit einem elektronischen Schalt- und Steuerkreis (7) verbunden ist, welcher den am Ende der Teilstrecke (4) angeordneten Elektromagneten (9) der Energieeinspeiseeinrichtung aktiviert und den Sensor (6) solange blockiert, bis die Kugel (1) nach der Laufrichtungsumkehr den Sensor (6) erneut passiert hat.

12. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sensor (6) und Elektromagnet (9) ein weiteres Kontaktstückpaar (10) elektrisch isoliert in die Schienen (14) oder Stäbe eingebaut und durch die Kugel (1) leitend verbindbar ist, daß das weitere Kontaktstückpaar (10) mit einem weiteren elektronischen Schalt- und Steuerkreis (8) zur Desaktivierung des Elektromagneten (9) verbunden ist.

13. Kugellauf uhr nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Elektromagneten (9) mittels Potentiometer (28) regelbar ist.

14. Kugellauf uhr nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitanzeigewerk (11) als mechanisches Räderwerk mit Stunden-, Minuten- und ggfs. Sekundenrad (20, 22, 24) ausgebildet ist und einen als elektromechanischen oder elektrischen Schrittmotor (25) ausgebildeten, von den elektronischen Schalt- und Steuerkreisen (7, 8) schaltbaren Antrieb aufweist.

15. Kugellaufuhr nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitanzeigewerk (11) als elektronisches Analogwerk ausgebildet und von den elektronischen Schalt- und Steuerkreisen (7,8) steuerbar ist.

16. Kugellauf uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitanzeigewerk (11) als elektronische Digitalanzeigeeinrichtung ausgebildet und von den elektronischen Schalt- und Steuerkreisen (7,8) steuerbar ist.