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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Begrenzung der mechanischen Leistung,
die von einer schwingenden Masse lieferbar ist, die sich in einem
Gehäuse
dreht und an einem beweglichen Halteelement exzentrisch angebracht
ist, um einen Energiegenerator anzutreiben, der ein Instrument in
einem kleinen Volumen betätigt.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
eine derartige Vorrichtung, die in einer Armbanduhr angeordnet ist,
um ein mechanisches Uhrwerk aufzuziehen oder um eine elektronische
Schaltung zu speisen. Ebenso kann die Erfindung eine elektronische
Einheit betreffen, die Empfangs- und/oder Sendemitteln für elektromagnetische
Signale zugeordnet ist.
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Es sind Begrenzungsvorrichtungen
bekannt, die der oben angegebenen allgemeinen Definition entsprechen,
wobei diese Vorrichtungen entweder in Uhren mit automatischem Aufzug
oder in elektronischen Uhren montiert sind.
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Bezüglich der Uhren mit automatischem
Aufzug kann das Dokument CH-A-281 490 erwähnt werden. In diesem Dokument
umfasst das Uhrwerk eine schwingende Aufziehmasse, die von einem
dünnen elastischen
Arm unterstützt
ist, der dazu bestimmt ist, die axialen Stöße, der die Masse unterliegen
kann, zu dämpfen.
Dieser Arm ist fest mit einem Ritzel verbunden, das mit einem gezahnten
Kreissektor in Eingriff ist. Dieser Letztere trägt eine Hemmung, die mit einem
Sperrrad des Federgehäuses
zusammenwirkt. Zwei Dämpfungsfedern
begrenzen die Schwingungen der Masse. Der elastische Arm ist nicht
geradlinig, sondern verläuft
zickzackförmig,
um so die radialen Stöße zu dämpfen, der
die Masse unterliegt. In diesem Dokument wird in keiner Weise nahegelegt, dass
die Masse mit dem Gehäuse
in Berührung
gelangt, indem sie sich bewegt, um diese zu bremsen, falls die von
ihr entwickelte mechanische Leistung jene übersteigt, die im Normalbetrieb
der Uhr geliefert werden.
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Für
eine mechanische Uhr kann außerdem das
Dokument CH-A-331 275 erwähnt
werden. In dieser Uhr mit automatischem Aufzug weist die schwingende
Masse Anschläge
auf, die in dieser Letzteren eingestellt sind. Die Anschläge weisen
wenigstens einen abgerundeten Teil auf, der in Bezug auf die Oberfläche der
Masse vorsteht, so dass im Fall von plötzlichen Stößen, die in Richtung der Drehachse
der Masse orientiert sind, diese Masse nicht mit dem Gehäuse in Berührung gelangt,
das vom Boden des Uhrengehäuses
und von der Oberseite der Platine gebildet ist. In dieser Konstruktion
wird jedoch keinerlei Maßnahme
ergriffen, um die von der Masse im Fall von radialen Stößen entwickelte
mechanische Leistung zu begrenzen.
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Anhand dieser zwei oben genannten
Dokumente wird festgestellt, dass die verwendeten Stoßverhinderungsvorrichtungen
vor allem das Ziel haben, einen Bruch der Welle, die die schwingende Masse
unterstützt,
zu verhindern.
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Bezüglich der elektronischen Uhren
kann das Dokument EP-A-0 326 312 erwähnt werden. Dieses Dokument
beschreibt eine Vorrichtung zum Antreiben eines Stromerzeugers,
der einen Kondensator mit sehr hoher Kapazität mit einer elektrischen Spannung
versorgt. Hierzu umfasst die Vorrichtung eine schwingende Masse,
die mit dem Stromerzeuger mechanisch gekoppelt ist, um seinen Rotor
anzutreiben. Um diesen Mechanismus vor jeder Kraft zu schützen, die
auf die Zähne
des Gangwerks im Fall eines Stoßes
ausgeübt
wird, und um somit den Bruch dieser Zähne zu vermeiden, ist eine
reibschlüssige Übertragung
zwischen der schwingenden Masse und dem Rotor des Stromerzeugers
vorgesehen. In der vorgeschlagenen Konstruktion ist zwischen die schwingende
Masse und den Rotor ein bewegliches Zwischenelement eingefügt. Die
Masse überträgt ihre
Bewegung an ein Ritzel des beweglichen Zwischenelements, wobei dieses
Letztere ein eingestelltes Rad aufweist, das mit der Welle des beweglichen Elements
in reibschlüssigem
Eingriff ist und mit einem Ritzel des Rotors des Stromerzeugers
in Eingriff ist. Die Reibung wird in der Weise berechnet, dass das
Rad an der Welle rutscht, wenn auf die Masse ein Stoß ausgeübt wird
oder wenn, falls dies bevorzugt wird, das auf den Rotor ausgeübte Drehmoment
einen annehmbaren Wert übersteigt.
Auf diese Weise wird jeder Bruch des Mechanismus vermieden. Es wird
jedoch angemerkt, dass bei der Herstellung in Großserie eine
Reibung mit konstantem Wert nur schwer sicherzustellen ist und somit
zeitaufwändige Einstellungen
erfordert.
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Das Dokument CH 335 604 beschreibt
ein System zum Bremsen und Anhalten einer schwingenden Masse einer
mechanischen Uhr mit automatischem Aufzug, wenn die Antriebsfeder
vollständig gespannt
ist, und somit zum Vermeiden eines unnötigen Verschleißes des
Aufzugmechanismus. Dieses System umfasst einen Schlitten, der durch
einen nockenförmigen
Teil eines mit dem Federgehäuse
verbundenen Rades betätigt
wird, wobei ein Ende des Rades durch einen elastischen, gekrümmten Arm
gebildet ist, der in einem sphärischen
Kopf endet, der einen Bremsbelag bildet. Wenn die Antriebsfeder vollständig gespannt
ist, reibt dieser Belag an einer inneren Bremsoberfläche der
schwingenden Masse, die eine bestimmte Anzahl von Aussparungen aufweist,
wobei der Bremsbelag in einer von ihnen in Eingriff gelangt, um
die schwingende Masse unbeweglich zu machen, wenn sie ausreichend
gebremst worden ist. Dieses Dokument schlägt nicht vor, die von der schwingenden
Masse gelieferte mechanische Leistung zu begrenzen, wenn sie radialen
oder axialen Stößen unterliegt,
erst Recht schlägt
sie keinen Abstützweg
vor, der einen Teil des Uhrengehäuses
bildet, mit dem diese Masse in Berührung gelangen kann, um zum
Zeitpunkt dieser Stöße gebremst zu
werden.
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Das Dokument
DE 10 70 554 beschreibt ein System
für die
Montage einer schwingenden Masse an einer Mittelwelle einer Uhr
mit automatischem Aufzug, das eine Feder in Form einer Haarnadel
umfasst, deren "geschlossenes
Ende" an der Masse starr
befestigt ist und deren "offene
Enden" in halbkreisförmigen Teilen
enden, die in eine Nut der Mittelachse eindringen, um sie teilweise
zu umgeben. Der Durchmesser der Öffnung
der schwingenden Masse für
den Durchgang der Mittelwelle ist so bemessen, dass eine Reibungskopplung
zwischen der schwingenden Masse und der Mittelwelle erhalten wird.
Wie in dem oben erwähnten
Dokument CH 281 490 ist die Absorption oder Dämpfung von Stößen durch
Mittel für
die Aufhängung
der schwingenden Masse sichergestellt.
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Um die Unzulänglichkeiten oder Nachteile
zu vermeiden, die sich aus den genannten Dokumenten ergeben, ist
die vorliegende Erfindung dadurch ausgezeichnet, dass das Gehäuse einen
Abstützweg aufweist,
der einen Teil des Uhrengehäuses
bildet, das das Instrument aufweist, wobei dieser Abstützweg in
einem geringen Abstand von dem Weg angeordnet ist, der von der schwingenden
Masse durchlaufen wird, und dass die schwingende Masse an dem beweglichen
Halteelement in der Weise elastisch angebracht ist, dass sie den
Abstützweg
berührt und
die Masse gebremst wird, wenn diese eine mechanische Leistung liefert,
die jene, die im Normalbetrieb des Instruments geliefert wird, wesentlich übersteigt.
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Die Erfindung wird im Folgenden genauer
mit Hilfe der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der Zeichnungen
erläutert,
die sie beispielhaft veranschaulichen und worin:
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1 ein
Schnitt im Gehäuse
des Instruments ist, der die schwingende Masse zeigt, die mit einer
Form eines Abstützwegs
zusammenwirkt,
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2 eine
perspektivische Ansicht der schwingenden Masse ist, die an einem
beweglichen Halteelement gemäß der Erfindung
angebracht ist,
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3 eine
perspektivische Ansicht des beweglichen Halteelements von 1 ohne schwingende Masse
ist und
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4 ein
Schnitt in dem Gehäuse
des Instruments ist, der die schwingende Masse zeigt, die mit einer
anderen Form eines Abstützwegs
zusammenwirkt.
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Die Vorrichtung zur Begrenzung der
Leistung gemäß der Erfindung
ist in 1 im Schnitt
gezeigt. In dieser Figur ist ein Uhrengehäuse gezeigt, das ein Gehäusemittelteil 15,
einen gezahnten Boden 17 und ein Uhrenglas 23 umfasst.
Dieses Gehäuse
umschließt
ein Uhrwerk 20, über
dem ein Zifferblatt 22 angebracht ist. Es sei angemerkt,
dass sich an der Stelle des Uhrwerks 20 eine elektronische
Einheit befinden könnte,
die beispielsweise einem Personensuchsystem dient, das Pager genannt
wird. Es sei außerdem
angemerkt, dass diese Einheit mit einem Uhrwerk kombiniert sein
könnte,
wie dies in dem Dokument EP-A-0 569 868 beschrieben ist.
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1 zeigt
eine schwingende Masse 1, die sich in einem durch das Uhrengehäuse gebildeten Gehäuse dreht,
wobei diese Masse an einem beweglichen Halteelement 4 exzentrisch
angebracht ist (siehe auch 2).
Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, treibt das bewegliche Halteelement 4 einen
Energiegenerator an, der ein Instrument mit kleinem Volumen betätigen kann,
das ein Zeitmessgerät
oder ein Pager oder eine Kombination von beiden, wie weiter oben
angegeben wurde, sein kann.
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Der Energiegenerator kann eine in
einem Federgehäuse
angebrachte Feder sein, wie dies bei Uhren mit automatischem Aufzug
wohlbekannt ist. In diesem Fall kann die mechanische Verbindung,
die zwischen der oszillierenden Masse und dem Federgehäuse vorhanden
ist, beispielsweise so verwirklicht sein, wie es in dem Dokument
CH-A-143 763 beschrieben ist.
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Der Energiegenerator kann ein Stromerzeuger
sein, der eine elektrische Spannung erzeugt, wie dies beispielsweise
in dem Dokument EP-B-0 547 083 beschrieben ist, bei dem die mechanische
Verbindung zwischen der Masse und dem Stromerzeuger erläutert ist.
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Wenn nun wieder zu 1 und zu dem eigentlichen Merkmal der
vorliegenden Erfindung zurückgekehrt
wird, wird deutlich, dass das durch das Uhrengehäuse gebildete Gehäuse einen
Abstützweg 2 umfasst,
der in geringem Abstand von dem Weg angeordnet ist, der von der
schwingenden Masse 1 durchlaufen wird. Da die schwingende
Masse 1 an dem beweglichen Halteelement 4 elastisch
angebracht ist, wie dies später
im Einzelnen erläutert
wird, kann diese Masse mit dem Abstützweg 2 in Berührung gelangen
und durch den Abstützweg
gebremst werden, wenn sie eine mechanische Leistung liefert, die
jene, die im Normalbetrieb des Instruments geliefert werden, wesentlich übersteigt.
Somit ist die mechanische Leistung, die von der schwingenden Masse
geliefert werden kann, auf einen Wert beschränkt, oberhalb dessen der Mechanismus
entweder durch einen Bruch der die Masse unterstützenden Welle oder durch einen
Bruch der Zähne
des Übertragungsräderwerks
unweigerlich zerstört
würde,
wie dies in der Einleitung dieser Beschreibung erwähnt worden
ist.
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Eine von mehreren Möglichkeiten
für die elastische
Anbringung der schwingenden Masse 1 an dem beweglichen
Element 4 ist in den 2 und 3 gezeigt. Hier ist das bewegliche
Halteelement 4 ein Ring 5, in dessen äußerem Umfang
zwei gegenüberliegende
Arme 6 und 7 ausgespart oder ausgeschnitten sind.
Am Anfang 9 der Arme 6 und 7 ist ein
Zapfen 8 angeordnet, an dem die Masse 1 schwenken kann.
Andererseits wird die Masse 1 durch Zapfen 10 und 11 an
ihrem Ort festgehalten, wobei der Zapfen 10 am Ende 12 des
Arms 6 angeordnet ist und der Zapfen 11 am Ende 13 des
Arms 7 angeordnet ist. Schließlich ist in dem Haltering 5 ein
(nicht gezeigtes) Rad angeordnet, das in bekannter Weise mit dem Mechanismus
in Eingriff ist, der den Energiegenerator antreibt, unabhängig davon,
ob es sich um eine Aufzugfeder eines Federgehäuses oder um einen Stromerzeuger,
der eine elektrische Spannung erzeugt, handelt.
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Die schwingende Masse 1 ist
aus einem schweren Material, beispielsweise aus Gusseisen, hergestellt.
Der Haltering 5 kann ebenso wie die Arme 6 und 7,
die an ihn angrenzen, aus Kunststoff hergestellt sein. Die Zapfen 8, 10 und 11 können einteilig
mit dem Ring 5 hergestellt sein. Wenn sie aus Kunststoff
hergestellt sind, ist klar, dass es dann, wenn die Masse 1 einmal
auf dem Ring 5 angeordnet ist, ausreicht, das Ende der
Zapfen 10 und 11 zu erhitzen, um die Masse 1 an
dem Ring 5 anzunieten. Im Fall von radialen Stößen, die
in Richtung der Ebene des Instrumentengehäuses ausgeübt werden und die schwingende
Masse 1 dazu bringen, eine mechanische Leistung zu entwickeln,
die jene, die im Normalbetrieb des Instruments geliefert werden,
wesentlich übersteigt,
schwenkt die Masse 1 um den Zapfen 8 (2). Falls zu diesem Zeitpunkt
die Verlagerung des Rings 5 in Richtung des Pfeils G1 erfolgt,
nähert sich
das Ende 30 der Masse 1 dem Zentrum des Rings 5 in
Richtung des Pfeils A1 an, während
sich das Ende 31 der Masse 1 vom Zentrum des Rings 5 in
Richtung des Pfeils B1 entfernt. Da sich der Weg, der vom Umfang
der schwingenden Masse 1 durchlaufen wird, in einem geringen Abstand
von dem Abstützweg 2 befindet
(siehe die 1 und 4), der einen Teil des Uhrengehäuses bildet,
gelangt die Zone 32 des Endes 31 der Masse 1 mit
dem Abstützweg 2 in
Berührung,
wodurch die Masse 1 gebremst wird. Falls die Verlagerung
des Rings 5 in Richtung des Pfeils G2 erfolgt, nähert sich
das Ende 31 der Masse 1 in analoger Weise dem
Zentrum des Rings in Richtung des Pfeils B2 an, ebenso entfernt
sich das Ende 30 hiervon in Richtung des Pfeils A2, wobei
nun die Zone 33 des Endes 30 der Masse 1 mit
dem Abstützweg 2 in
Berührung
gelangt, um die Masse zu bremsen.
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Die Weise der mechanischen Anbringung der
Masse 1 am Haltering 5 ist nicht auf die in den 2 und 3 gezeigte Ausführung eingeschränkt. Es könnte beispielsweise
am Ring 5 nur der Schwenkzapfen 8 vorgesehen sein,
außerdem
könnten
die Arme 6 und 7 jeweils durch eine Feder ersetzt
sein, die im Ring verankert ist und sich in radialer Richtung am
Ende 30 bzw. 31 der Masse 1 abstützt. Unabhängig von
der gewählten
Konstruktion wird die Federkonstante des Arms oder der Feder so
gewählt,
dass die Bremsung der Masse erfolgt, sobald die von der schwingenden
Masse gelieferte mechanische Leistung jene übersteigt, die im Normalbetrieb
geliefert werden, und daher eine bestimmte Grenze übersteigt.
Als Grenzwert kann eine Massenbeschleunigung von 500 g erwähnt werden.
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Bisher war von einer tangentialen
Bremsung die Rede, d. h. von einer solchen, die auf die Masse tangential
zu ihrer Umfangsfläche
wirkt, falls radiale Stöße ausgeübt werden.
Diese Bremsung verhindert vor allem den Bruch der Zähne des
(nicht gezeigten) Rades, das an dem Haltering 5 angebracht
ist, wenn dieses Rad einen elektrischen Generator antreibt. Damit
dieser Generator an seinen Anschlüssen eine ausreichende Spannung
erzeugt, muss zwischen dem Massenrad und dem Generator ein Zahnungsverhältnis von
etwa 100 vorhanden sein. Wie im Fall eines Stoßes kann davon ausgegangen
werden, dass der Rotor des Generators blockiert ist, ebenso wie
das bewegliche Zwischenelement, das zwischen den Generator und das
Massenrad eingefügt
ist (siehe das Dokument EP A-0 326 312, das weiter oben erwähnt wurde,
wobei die Beanspruchung auf die Zähne eines der beweglichen Elemente
der kinematischen Kette wegen der Trägheit, die der Rotor des Generators
besitzt, sehr hoch wird, wobei diese Zähne brechen, falls keine Vorkehrungen
getroffen sind, um die von der Masse entwickelte Leistung zu begrenzen.
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Um die tangentiale Bremsung, von
der oben die Rede war, zu ermöglichen,
ist erwähnt
worden, dass sich der von der Masse durchlaufene Weg im geringen
Abstand vom Abstützweg
befinden müsste, der
einen Teil des Instrumentengehäuses
bildet, wobei die am Haltering elastisch angebrachte Masse mit dem
Abstützring
in Berührung
gelangt, wenn die Stöße einen
bestimmten Grenzwert übersteigen.
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Der Abstützweg, der einen Teil des Instrumentengehäuses bildet,
kann auf verschiedene Weisen ausgeführt sein. Eine erste Weise
ist in 1 gezeigt. Hier
umfasst der Abstützweg 2 einen
ersten Abstützring 14,
der einen Teil des Gehäusemittelteils 15 bildet,
den das Gehäuse 5 aufweist,
und einen zweiten Ring 16, der einen Teil des Bodens 17 dieses Gehäuses bildet.
Es ist deutlich, dass zwischen diesen zwei Ringen ein Raum 18 vorhanden
ist, in dem sich ein zackenförmiger
Wulst 19 drehen kann, der an dem äußeren Rand der Masse 1 angeordnet
ist. Beiderseits des Wulstes 19 umfasst die Masse 1 eine erste
gekrümmte
Zone 40, die mit dem ersten Abstützring 14 in Berührung gelangen
kann, und eine zweite gekrümmte
Zone 41, die mit dem zweiten Abstützring 16 in Berührung gelangen
kann, um die oben genannte Bremswirkung zu gewährleisten. Der zackenförmige Wulst 19,
der zwischen die zwei Ringe eingefügt ist, hat den Zweck, das
Spiel zu begrenzen, das die Masse bei axialen Stößen, d. h. bei Stößen in Richtung
der Welle, um die sich die Masse dreht, annehmen könnte, wobei
diese Stöße zum Bruch
der Welle führen
können,
die die Masse trägt, falls
diese Begrenzung nicht vorhanden wäre.
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1 zeigt
außerdem,
dass der erste Ring 14 auch als Aufschiebekreis für das Uhrwerk 20,
das das Instrument aufweist, verwendet werden kann.
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Eine zweite Möglichkeit der Verwirklichung des
Abstützwegs 2 ist
in 4 gezeigt. Dieser
Abstützweg
weist die Form einer Schelle 25 auf, in der die Masse 1 schwingen
kann. In dieser Konstruktion weist die Masse 1 den Wulst
nicht auf, außerdem
ist ihre äußere Kante
geradlinig. Bei radialen Stößen gelangt
dieser Rand mit dem Boden der Schelle 25 in Berührung, um
die Masse zu bremsen. Die Flügel 42 und 43 der
Schelle 25 haben den Zweck, das Spiel zu begrenzen, das
die Masse 1 bei axialen Stößen annehmen könnte, wie
dies weiter oben erläutert
worden ist. Es sei angemerkt, dass zur Erleichterung der Montage
der Masse in der Schelle der Flügel 43 nachträglich mit
der Schelle verbunden werden kann oder einen Teil des Bodens des
Gehäuses
bilden kann.