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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung eines Zahnrads
auf einer Steuerstange, insbesondere eines Zahnrads, das dazu bestimmt
ist, eine beliebige Funktion zu steuern, vor allem einen Datumswechsel,
auf einem Uhrenteil und insbesondere bei einer Armbanduhr.
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Es
ist bekannt, eine Korrektur des auf einem Uhrenzifferblatt angezeigten
Datums durchzuführen, wenn
der vorangehende Monat 28, 29 oder 30 Tage umfasst, so dass das
Datum 1 des neuen Monats angezeigt wird. Im allgemeinen erfolgt
diese Korrektur durch Ziehen an der Krone der Aufzugwelle, um ein Zahnrad
an die besagte Aufzugwelle zu kuppeln, um durch darauf folgendes
Drehen der Krone des Aufzugs diese Rotationsbewegung auf das Zahnrad
zu übertragen,
das seinerseits die Rotationsbewegung der Scheibe zum Anzeigen des
Datums steuert, so dass das gewünschte
Datum angezeigt wird.
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Die
bekannten Vorrichtungen, die diesen Vorgang erlauben, sind im allgemeinen
relativ kompliziert konzipiert, da sie vor allem eine oder mehrere bewegliche
Zugvorrichtungen benötigen,
die von einer oder mehreren Federn in Position gehalten werden.
Diese Vorrichtungen müssen
bedürfen
im allgemeinen einer speziellen Einstel lung, sind deswegen kostspielig
und beanspruchen im übrigen
einen erheblichen Platz im Uhrwerk.
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Eine
andere bekannte Vorrichtung ist in der
US 2002/0167866 beschrieben. Der
größte Nachteil dieser
Vorrichtung besteht darin, dass das Zahnrad, wenn der Benutzer den
Vorgang ausüben
möchte,
zu dem der Einsatz des besagten Zahnrads notwendig ist, nicht winklig
in seine Kupplungsstellung geführt wird.
Aus diesem Grund muss der Benutzer die korrekte Eingriffsstellung
des Zahnrads suchen, indem er auf die Aufzugwelle leichte Winkelbewegungen ausübt. Siehe
ebenfalls die Druckschrift
JP 5-232252 .
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demzufolge darin, eine
Vorrichtung zur Kupplung eines Zahnrads auf einer Stange bzw. Welle
vorzuschlagen, die in Bezug zu anderen bekannten Vorrichtungen verbessert
ist, das heißt,
die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweist.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur
Kupplung eines Zahnrads auf einer Stange bzw. Welle vorzuschlagen,
die einfach in der Herstellung, kostengünstig und absolut zuverlässig im
Gebrauch ist sowie nur wenige bewegliche Teile und ein Minimum an
Platz benötigt.
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Zu
diesem Zweck wird eine wie im unabhängigen Anspruch beschriebene
Kupplungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei besondere Ausführungsvarianten
und -formen in den abhängigen
Ansprüchen beschrieben
werden.
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Eine
besondere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
die weitere Vorteile als oben erwähnt aufweist, wird im Folgenden
detaillierter be schrieben, wobei diese Beschreibung im Zusammenhang
mit der Zeichnung in der Anlage zu betrachten ist, die Figuren enthält, von
denen:
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die 1 eine
Seitenansicht einer Aufzugwelle ist, die Bestandteil einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung
ist,
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die 2 ein
Schnitt entlang der Linie II-II der vorangehenden Figur ist,
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die 3 eine
Vorderansicht eines Zahnrads ist, das Bestandteil einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung
ist,
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die 4 ein
Schnitt entlang der Linie IV-IV von 3 ist,
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die 5 ein
Schnitt entlang der Linie V-V von 3 ist,
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die 6 eine
Ansicht der Baugruppe Welle-Zahnrad in entkuppeltem Zustand ist,
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die 7 eine
Ansicht derselben Baugruppe in gekuppeltem Zustand ist.
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Die
Stange bzw. Aufzugwelle 1 von 1 ist ein
längliches
Bauteil, das im wesentlichen ein zylindrisches Entkupplungslager 10 umfasst,
das einen kreisförmigen
Querschnitt mit einem Durchmesser D und einer Länge L aufweist sowie einen
Kupplungsblock 11, der auf einem Lager 12 befestigt
ist, das dem Entkupplungslager 10 folgt. Der Kupplungsblock 11 hat
hier die allgemeine Form eines Parallelepipeds mit einer quadratischen
Basis, wobei die Abmessung A der Seite des Quadrats dem hier oben definierten
Wert D entspricht, wie insbesondere auf der 2 zu sehen
ist. Die Höhe
H des Parallelepipeds entspricht vorzugsweise der oben erwähnten Länge L oder
ist kleiner. Der zum Entkupplungslager 10 zeigende Abschnitt
des Kupplungsblocks 11 ist derart geschnitten, dass er
zwei schräge
symmetrische Flächen 110 und 111 aufweist,
die als Führungsflächen dienen,
wie man später
sehen wird und die zwischen sich einen Winkel mit einem Scheitel α bilden,
wobei die den beiden Flächen 110 und 111 gemeinsame
Kante gemäß einer
Diagonalen des Kupplungsblocks gezogen ist. Der Kupplungsblock 11 grenzt
vorzugsweise direkt an das Entkupplungslager 10, wobei
die Kante, die die zwei schrägen
Flächen 110 und 111 trennt,
mit der Vorderseite des Entkupplungslagers in Berührung ist.
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Die
Aufzugwelle 1 kann weiterhin zwei andere Lager gemäß anderer
Funktionen, die ihr zugewiesen sind, umfassen, wie zum Beispiel
Steuerungen von Zugvorrichtungen oder andere. Hier ist die Aufzugwelle
zu illustrativen Zwecken mit einem Federlager 13 ausgestattet,
das von zwei Widerlagern 14 und 15 begrenzt wird,
deren Zweck weiter unten beschrieben werden wird. Am Ende der Aufzugwelle 1 ist
wie üblich
eine Aufzugkrone 16 befestigt, die aus dem Gehäuse, das
auf der Figur nicht dargestellt ist, herausragt. Andere Komponenten
wie die die Aufzugwelle tragenden Lager sind auf den Figuren nicht dargestellt.
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Das
Zahnrad 2, das auf der 3 in Vorderansicht
und gemäß zwei Schnitten
auf den 4 und 5 zu sehen
ist, umfasst im wesentlichen einen Zahnradkranz 20, dessen
zentraler Abschnitt von einem pyramidenförmigen Lager 21 verlängert wird. Die
Mitte des Zahnradkranzes 20 sowie das Lager 21 weisen
eine Öffnung 22 auf,
die einen quadratischen Querschnitt hat und dessen Kanten eine Länge A+ aufweisen, die etwas länger ist als die Länge A der Kante des
Quadrats, das den Querschnitt des Kupplungsblocks 11 bildet,
bzw. des Durchmessers D des Entkupplungslagers 10. Das
pyramidenförmige
Lager 21 weist einen quadratischen Querschnitt auf, wobei
die Basis der Pyramide gegen die Seite des Zahnradkranzes 20 angeordnet
ist, wobei die Kanten des besagten quadratischen Querschnitts mit
dem Kanten des Quadrats der Öffnung 22 einen
Winkel von 45° bilden.
Der Schnittpunkt der Seiten der Pyramide mit dem quadratischen Querschnitt
und der peripheren Flächen
der Öffnung 22 bildet
gegenüberliegende
schräge
Flächen 210 und 211,
wie auf den 4 und 5 zu sehen
ist, die zwischen sich einen Winkel α aufweisen. Dieser Winkel α ist vorzugsweise
gleich dem zuvor beschriebenen. Die gegenüberliegenden schrägen Flächen 210 und 211 dienen als
Abstützflächen, wie
später
beschrieben werden wird.
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Die
axiale Länge
B des Zahnrads 2 – siehe 4 – entspricht
vorzugsweise der Höhe
H des Kupplungsblocks 11.
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Die
Funktion der Vorrichtung ist auf den 6 und 7 beschrieben.
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Auf
der 6 ist zu sehen, dass das Zahnrad 2 auf
dem zylindrischen Entkupplungslager 10 der Stange 1 angeordnet
ist. Da die Kante der Öffnung 22 des
Zahnrads 2 einen Wert A+ hat, der
nur etwas größer als
der Durchmesser D des Lagers 10 ist, wird das Zahnrad 2 von
diesem Lager 10 sowie von der Stange 1 entkoppelt,
wobei diese zwei Elemente unabhängig
voneinander schwenkbar sind. Damit kann die Stange 1 in
der auf dieser Figur dargestellten Stellung beispielsweise durch
eine an sich bekannte Mechanik, die auf der Figur nicht dargestellt
ist, die Bewegung der Zeiger des Uhrenteils steuern, ohne das Zahnrad 2 zu
betätigen.
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Weiterhin
ist zu erkennen, dass das Zahnrad 2 in einer relativ zum
Gehäuse
starren Axialstellung von schematisch dargestellten Anschlägen 25 gehalten
wird.
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Auf
der 7 ist zu erkennen, dass die Stange 1 durch
Betätigung
des Aufzugs 16 in Pfeilrichtung um eine Länge C herausgezogen
wurde. Da das Zahnrad 2 von den Anschlägen 25 axial gehalten wird,
hat es sich nicht verschoben, sondern die Stange 1 hat
sich in der Öffnung 22 des
Zahnrads 2 bewegt. Dafür
kann das Zahnrad unter Berücksichtigung
der relativen Abmessungen der Öffnung 22 und des
Lagers 10 zunächst
auf dem zylindrischen Lager 10 gleiten. Danach berührt eine
der schrägen
Abstützflächen 210 oder 211 des
Lagers 21 des Zahnrads 2 eine der zwei schrägen symmetrischen
Führungsflächen 110 oder 111 des
Kupplungsblocks 11. Die auf die Stange 1 ausgeübte Zugbewegung
führt dazu,
dass das Zahnrad 2 gleitend von einer der Abstützflächen 210 oder 211 gegen
die Führungsfläche 110 oder 111 schwenkt,
gegen die sie anschlägt,
so dass sich die quadratische Form der Öffnung 22 des Zahnrads 2 an
der quadratischen Form der Basis des Kupplungsblocks 11 ausrichtet.
Diese Bewegung ist abgeschlossen, wenn das Zahnrad 2 vollständig auf dem
Kupplungsblock 11 positioniert und die quadratische Öffnung 22 vollständig auf
den Seiten der quadratischen Basis des Kupplungsblocks angreift. Durch
Ausüben
einer Rotationsbewegung auf die Krone 16 wird das Zahnrad 2 durch
das Zusammenwirken der quadratischen Öffnung 22 mit der
quadratischen Basis des Kupplungsblocks 11 in Rotation versetzt.
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Die
Axialbewegung der Stange 1 wird in betrachteten Beispiel
durch den am Gehäuse
befestigten Anschlag 17 und die zwei Lager 14 und 15 begrenzt.
Die Länge
des Federlagers 13 ist demzufolge festgelegt, damit das
Zahnrad entweder auf dem Entkupplungslager 10 oder auf
dem Kupplungsblock 11 positionierbar ist. Im betrachteten
Beispiel, so wie auf 6 zu sehen, ist die Länge L – 1 – des zylindrischen
Lagers etwas länger
als die Dicke B 4 – des Zahnrads 2,
um zu vermeiden, dass die Kanten, die die Abstützflächen 210 und 211 des
Zahnrads 2 begrenzen, die Kanten, die die Führungsflächen 110 und 111 des
Kupplungsblocks 11 begrenzen, zur Unzeit berühren.
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In
dem hier betrachteten Beispiel besitzt die Aufzugwelle 1 zwei
Arbeitspositionen, die auf den 6 und 7 dargestellt
sind. Allerdings wäre auch
eine Aufzugwelle mit mehr als zwei Arbeitspositionen denkbar, wobei
jede Position eine besondere Funktion bestimmt und die letzte Arbeitsposition
auf das Zahnrad wirkt, wie zuvor beschrieben. Dafür muss lediglich
ein Entkupplungslager 10 zur Verfügung stehen, das ausreichend
lang ist, um das Zahnrad gemäß mehrerer
aufeinanderfolgender Positionen in den entkuppelten Zustand zu positionieren.
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Die
Kupplung des Zahnrads 2 auf der Stange 1 ist hier
oben durch Ziehen an der Aufzugkrone beschrieben. Eine ähnliche
Funktion könnte
durch eine umgekehrte Anordnung des Entkupplungslagers 10 in
Bezug zum Kupplungsblock 11 und Drücken auf die Aufzugkrone zwecks
Kupplung des Zahnrads auf der Welle realisiert werden.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst
der Kupplungsblock 11 zwei symmetrische schräge Führungs flächen 110 und 111;
eine ähnliche Funktion
der Vorrichtung könnte
auch mit einem Kupplungsblock erreicht werden, der vier symmetrische
schräge
Führungsflächen umfasst,
wobei sich jedes Flächenpaar
an den Seiten einer Diagonale des Kupplungsblocks befindet.
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Weiterhin
wurde die Vorrichtung mit einem Kupplungsblock mit quadratischer
Basis beschrieben, die mit einem Zahnrad mit einer quadratischen Öffnung zusammenwirkt.
Eine äquivalente
Vorrichtung könnte
auch mit einem Kupplungsblock gebildet werden, der eine Basis in
Form eines beliebigen Polygons aufweist und mit einem Zahnrad zusammenwirkt,
das mit einer ähnlich
geformten Öffnung
ausgestattet ist, die in eine entsprechendes pyramidenförmiges Lager
eingearbeitet ist. Bei einer regelmäßigen polygonalen Form kann
die Kupplung zwischen Zahnrad und Welle gemäß einer Vielzahl von relativen
Winkelpositionen erfolgen, wobei die Kupplung zwischen dem Zahnrad
und der Welle bei einer unregelmäßigen polygonalen
Form nur gemäß einer
einzigen Winkelposition erfolgen kann. Diese letzte Möglichkeit
kann für
bestimmte besondere Anwendungen vorteilhaft sein.
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Die
Stange bzw. Welle 1 wurde hier oben als einen Kupplungsblock 11 tragend
beschrieben, der separat hergestellt und auf dem Lager 12 der
Welle befestigt wurde, wobei man auch von einem vollständigen Element,
bestehend aus Welle und Kupplungsblock, ausgehen könnte, das
in einem einzigen Teil zum Beispiel durch Spritzgießen hergestellt
wird.