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Vorrichtung zur Erzielung eines selbsttätigen Anlaufes von elektrisch
aufgezogenen Uhren mit Unruhe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung
eines selbsttätigen Anlaufes von elektrisch aufgezogenen Uhren mit Unruhe, und zwar
besonders für praktisch gangreservelose Uhren, deren Triebfeder durch einen Elektromagnet
mit schwingend bewegtem Anker schon nach einigen wenigen Ankerhüben, beispielsweise
nach drei bis fünf Ankerschwingungen, voll aufgeladen ist. Bei solchen Uhren ist
die Kraft der Triebfeder überaus klein, als Aufzugsmagnet kann deshalb ein kleines
Schwachstromrelais verwendet werden, die sonst üblichen Übersetzungsräder zwischen
Federhaus und Unruhe fallen fort, so daß die ganze Uhr nebst Aufzugsvorrichtung
nur sehr wenig Platz beansprucht und bequem in Zähler und andere Tarifapparate eingebaut
werden kann. Da die Kraft der Triebfeder sehr klein ist und die Feder nur sehr wenig
Energie in sich aufspeichern kann, wird sie in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen,
z. B. alle Minuten, immer wieder durch den Elektromagnet nachgespannt. Beim Ausfall,
der den Elektromagnet erregenden Spannung kommt die Uhr in kurzer Zeit zum Stillstand.
Tritt nun die Spannung wieder auf, so wird schon nach einem oder zwei Ankerhüben
die Uhr wieder in Gang gesetzt. Bei derartigen Uhren besteht die Gefahr, daß sie
nicht von selbst anlaufen und daß beim Auslauf nach dem Ausfall der Spannung die
Schneiden der Paletten auf das stillstehende Steigrad schlagen und Schaden leiden.
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Die Erfindung beseitigt diese Gefahr. Erfindungsgemäß ist in das Uhrengetriebe
vorzugsweise unmittelbar vor dem Steigrad oder dem die Steigradwelle antreibenden
Getriebeteil eine Kupplungsfeder von bestimmter Weichheit und bestimmtem Aufwindevermögen
eingeschaltet. Die Weichheit und das Aufwindevermögen der Feder sind erfindungsgemäß
dadurch bestimmt, daß die Zeit, die die Aufzugsvorrichtung benötigt, um die Kupplungsfeder
von der für den Anwurf der Unruhe erforderlichen Minimalkraft bis zu der zur Erzeugung
der Betriebsamplitude erforderlichen Normalkraft aufzuladen, größer, insbesondere
vielfach größer ist als die Zeit, die das Anwerfen der Unruhe auf den für den Durchgang
der - Steigradzähne nötigen Minimalausschlag (sogenannter Hebewinkel) erfordert.
Dabei ist unter Federkraft, also der Minimal- und der Normalkraft, die entsprechend
dem Übersetzungsverhältnis reduzierte, am Steigrad wirksame Kraft zu verstehen.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Anstieg der
Federkraft
so langsam vor sich geht, daß innerhalb der Anwurfszeit, also während des ersten
Ausschwingens der Unruhe, die Federkraft sich möglichst in der Nähe der Minimalkraft
hält.
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Berücksichtigt man, daß bei derartigen gangreservelosen Uhren die
Uhr durch den schwingenden Anker des Elektromagnets absatzweise aufgezogen wird,
so ergibt sich aus dem oben Gesagten die Lehre, die Federcharakteristik und den
bei einer Ankerschwingung zurückgelegten Aufzugsweg derart aufeinander abzustimmen,
daß bei dem ersten Ankerhub die Feder noch nicht oder gerade bis zur Minimalkraft
aufgeladen wird und Ankerhübe, die die Feder erheblich über die Minimalkraft aufladen,
erst erfolgen, nachdem die Unruhe angeworfen ist.
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Die oben angegebene Abstimmung der Kupplungsfeder, des Aufzugsweges
und der Dämpfung für den Magnetanker ergibt ein ganz langsames Anwachsen der auf
das Steigrad wirkenden Kraft. Diese Kraft hält sich einige Augenblicke in der Nähe
der Minimalgrenze, so daß die Unruhe reichlich Zeit hat, anzusohwingen. Bei bekannten
Uhren, bei denen wegen der Anwendung verhältnismäßig steifer Federn, wegen der Reibung
im Übersetzungsgetriebe, wegen der Zahnluft und anderem; die auf das Steigrad wirkende
Kraft plötzlich in der Größenordnung der Normalkraft auftritt, kann leicht die Kraft,
mit der der Steigradzahn gegen die Palette gepreßt wird., so groß ausfallen, daß
sich beide Teile miteinander verklemmen, die Uhr also nicht anläuft.
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Die Schwungmasse, Feder und Dämpfung der Unruhe und die Charakteristik
der Kupplungsfeder werden ferner derartig aufeinander abgestimmt, daß beim Auslaufen
des Uhrwerkes unter Berücksichtigung der Getriebereibung der Steigradantrieb mindestens
so lange oder noch länger andauert, als bis die Amplitude der Unruhe auf den Hebewinkel
abgeklungen ist, daß insbesondere der Steigradantrieb nach seinem Absinken unter
die Minimalkraftgrenze noch für einige Unruheschwingungen nahezu in der Größe der
Minimalkraft erhalten bleibt.
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Bei dieser Abstimmung haben die Schwingungen der Unruhe genügend Zeit,
bis zum Hebewinkel abzuklingen, ohne daß vorher das Steigrad stehenbleibt. Bei bekannten
Uhren läßt wegen der Steifheit der Triebfeder, wegen der Getriebereibung usw. die
Antriebskraft für das Steigrad derart plötzlich nach, daß das Steigrad stillsteht,
bevor die Unruheschwingung unter dem Hebewinkel abgeklungen ist, es schlagen dann
die Palettenschneiden gegen die Steigradzähne, so daß also entweder die Schneiden
oder die Zähne beschädigt werden.
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Die Erfindung soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Diagramme
näher erläutert werden. Fig. 1 stellt in Abhängigkeit von der Zeit die Verhältnisse
bei der Ingangsetzung, Fig.2 beim Auslauf dar.
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Als Ordinaten sind jeweils die an dem Steigrad wirkenden Kräfte der
Kupplungsfeder und die Amplituden der Unruhe aufgetragen. Die Parallele zur Abszissenachse
mit dem Abstand P entspricht der für das Anwerfen der Unruhe erforderlichen Minimalkraft,
die Parallele mit dem Abstand P der zur Erzeugung der Betriebsamplitude erforderlichen
Normalkraft. Die Parallele mit dem Abstand a entspricht dem sogenannten Hebewinkel
für die Unruhe, die Parallele mit dem Abstand A dem Ausschlag der Unruhe während
des Normalbetriebes der Uhr.
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Wie die treppenartige Kurve 1, 2 (Fig. 1) zeigt, wird die Feder nach
dem Anschluß des Elektromagnets an die Spannung absatzweise aufgezogen. Der erste
Absatz liegt unterhalb der Minimalgrenze P, der zweite Absatz etwas oberhalb dieser
Grenze. Erst nach zwei weiteren Absätzen wird die Normalkraft P bei Punkt 2 erreicht.
Die Kurve 1, 2 geht bei dem Punkt 3 durch die Grenze für die Minimalkraft p hindurch;
die Unruhe wird infolgedessen angeworfen (Kurve U), und zwar zunächst bis auf den
Minimalausschlag (Hebewinkel a), der notwendig ist, damit der erste Steigradzahn
unter der Palettenschneide vorbeiwandern kann.
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Wie das Diagramm der Fig. i zeigt, ist die Zeit T zwischen den Punkten
3 und 2, also die Zeit, die erforderlich ist, um die Feder von der Minimalkraft
p bis zur Normalkraft P aufzuladen, ungefähr sechsfach größer als die Zeit z, die
zum Anwerfen der Unruhe erforderlich ist. Während des Anwerfvorganges hält sich
sogar die Federkraft durchweg in der Größenordnung der Minimalkraft p. Die Unruhe
wird also mit absoluter Sicherheit angeworfen. Von Punkt 2 ab beginnt der normale
Lauf der Uhr, die Federspannung läßt dabei jeweils langsam bis zu einem Punkt q.
nach, hierauf führt der Anker des Elektromagnets einen Hub aus und spannt die Feder
wieder bis zu dem Punkt 5 usf. Die Kurve 1o, 2o gibt die Verhältnisse wieder, die
auftreten, wenn die Kupplungsfeder zu steif ist oder wenn aus sonstigen Gründen,
z. B. wegen Getriebereibung, Zahnluft usw., die auf das Steigrad wirkende Kraft
plötzlich in der Größenordnung der Normallwaft P auftritt. Hier besteht die Gefahr,
daß sich Steigrad und Palette festklemmen, die Uhr also nicht anläuft.
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In Fig. 2 nimmt die Federkraft nach der Kurve 6, 7, & dauernd
ab, sie ist schon vorher erheblich zurückgegangen, weil die Uhr entweder abgeschaltet
oder die Spannung für den Aufzugsmagnet ausgeblieben ist. Die Unruhenamplitude (Kurve
U) klingt allmählich bis auf den Hebewinkel a bei Punkt 8o ab. Die Federkraft.
.ist
-einige - Schwingungen 'vorher,-- bei Punkt-7,' unter die Grenze der Minimalkraft
P abgesunken, hält sich aber noch bis. zum Punkt 8 in der Größenordnung dieser Kraft.
Die Unruhe hat also genügend Zeit, bis auf den Hebewinkel abzuklingen, ohne daß
vorher das Steigrad .zum Stillstand kommt.
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Durch die Kurven 11, 12 bzw. 13, 14 sind die Verhältnisse für zu rasch
nachlassende Federspannung angedeutet;.hier kommt das Steigrad vorzeitig, bei Punkt
14 bzw i2, zum Stillstand, bevor die Amplitude der Unruhe auf den.Hebewinkel a abgeklungen
ist.
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Eine praktische Ausführungsform des Uhrwerkes ist in Fig. 3 dargestellt.
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Das ganze Getriebe ist zwischen den Platinen 15 und 16 gelagert, die
durch die Säulen 17, 18 zusammengehalten werden. i9 ist die Unruhe mit der Feder
21, 22 die Ankergabel, 23 der Anker, 24 das Steigrad, das durch das Ritzel 25 von
dem Treibrad 26 unter Zwischenschaltung der weichen Kupplungsfeder 27 angetrieben
wird. Dieses Rad sitzt fest auf der Achse 28; die mittels des Ritzels 29 beispielsweise
ein Nockenrad 3o zur Entkupplung eines Tarifwerkes antreibt.
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Auf der Welle 28 sitzen lose die Nabe 31 mit den Sperrädern 32, 33
und die Nabe 34 mit der Klinke 35 und dem Kegelrad 36. Das Sperrad 32 ist durch
die Schraubenfeder 37 mit dem Treibrad 26 verbunden. In das Sperrad 32 greift die
Feder 38 ein.
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Das Kegelrad 36 ist mittels des Zahnsegments 39 mit dem Anker 4o des
Aufzugsmagnets 41 gekuppelt. Die Achse 42 dieses Magnets steht senkrecht zur Zeichenebene.
Der Magnet ist durch den Bügel 43 an der Platine 16 befestigt. 'An dem Lappen 44
dieses Bügels ist die Platine 45 befestigt, in der bei 46 die Ankerachse gelagert
ist. Eiire ähnliche Platine auf der rückwärtigen Seite des Bügels 43 bildet das
andere Lager. Die Ankerachse 46 liegt zur Magnetachse 42 parallel, so daß also der
Anker senkrecht zur Magnetachse schwingt. Er wird durch die Abreißfeder 47 von dem
Magnet abgezogen. Sein Hub wird einerseits durch den Anschlag 48 an der Platine
45, andererseits durch die Haltekraft des Magnets 4i begrenzt.
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Die Wicklung des Aufzugsmagnets 41 ist mit der Wicklung des Haltemagnets
49, dem Schalter 5o und dem Widerstand 51 in Reihe geschaltet. 52 ist der feststehende,
53 der bewegliche Kontakt des Schalters. Beide Kontakte sind an Federn befestigt,
die in dem Isolierstück 54 eingebettet sind. Die Federn suchen den Schalter in der
geöffneten Stellung zu halten. Das Isolierstück 54 ist an der Platine 16 befestigt.
An der Feder des beweglichen Kontaktes 53 ist der Anker 55 des Haltemagnets 49 angebracht.
Diese Feder wird an dem aufgenieteten Isolierstückchen 56 durch die Gabel 57, 58-
des Ankers gesteuert.- Die Stromzufuhr erfolgt bei 59 -und 6o. ' Der Aufzug arbeitet
-beispielsweise während des normalen Ganges folgendermaßen Sind die Federn 27 und
37 bis zu Punkt 4 (Fig. i) entspannt, so wird der Anker 4o durch die Feder 47 an
den Anschlag 48 herangezogen. Der . Zinken 58 drückt dann den Kontakt 53 gegen den
Kontakt 52 und schließt dabei den Stromkreis der Magnete. In diesem Augenblick zieht
der Aufzugsmagnet 41 den Anker 40 an und dreht ihn im Uhrzeigersinn. Der Anker holt
aus und dreht dadurch die Hülse 34, deren Klinke 35 über die Zähne des Sperrades
33 hin--weggleitet. Unterdessen hat der Haltemagnet 49 den Anker 55 entgegen der
Kraft der Kontaktfedern festgehalten und eine Öffnung des Schalters verhindert.
Kurz vor Beendigung des Ausholens reißt der Zinken 57 den Anker 55 vom Haltemagnet
ab und öffnet dadurch den Schalter. Damit wird der Haltemagnet und der Aufzugsmagnet
stromlos.
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Unter dem Einfiuß der Feder 47 wird der Anker 4o nunmehr entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn gedreht. Er findet dabei in den Federn 27 und 37 einen Widerstand,
denn bei dieser Bewegung des Ankers, dem Arbeitshub, stemmt sich die Klinke 35 der
Hülse 34 gegen die Zähne des Sperrades 33. Eine Drehung dieses Rades kann nur unter
gleichzeitiger Spannung der Federn 37 und 27 stattfinden. Beim Spannen der Feder
gleiten die Zähne des Sperrrades 32 an der Feder 38 vorbei.
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Nach einem gewissen Durchzug des Ankers 40 haben sich die Federn 37
und 27 so stark gespannt, daß sie der Zugkraft der Feder 47 das Gleichgewicht halten.
Der Anker 4o bewegt sich dann nur noch mit einer Geschwindigkeit, die der Ablaufgeschwindigkeit
des Treibrades 26 entspricht. Schließlich bringt sein Zinken 58 wieder die Schalterkontakte
in Berührung, worauf sich der ganze Vorgang wiederholt. -