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Elektrische Uhrenanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
elektrische Uhrenanlagen und betrifft des näheren eine Anlage mit elektrisch betriebenen
Nebenuhren und einem motorisch angetriebenen Stromstoßgeber zur serienweisen Abgabe
von Berichtigungsstromstößen an die Nebenuhren. Derartige Anlagen werden in Schiffe
eingebaut, und sie wer den in der Weise bedient, daß sämtliche Nebenuhren im Schiff
z. B. zu gewissen, den Passagieren bekannten Tageszeiten oder bei Ankunft in einem
Hafen der jeweiligen Ortszeit angeglichen werden.
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Zweck der Erfindung ist nun, eine Uhrenanlage dieser Art zu schaffen,
bei der folgende Bedingungen erfüllt sind: Berichtigung der \Tebenuhren um Beträge
von mehreren Stunden (Grobberichtigung) müssen sich schnell durchführen lassen;
es muß eine z. B. minutenweise Feinberichtigung der Nebenuhr möglich sein. Anzustreben
ist ferner, daß die Anlage möglichst wenig bewegliche Teile enthält und ein geringes
Gewicht hat, insbesondere die Nebenuhren, damit die Anlage auch in Luftschiffe eingebaut
werden kann. Bei sehr schnell berichtigenden Anlagen müssen besondere Sicherungseinrichtungen
gegen Fehlschalten der Schaltmechanismen in der Hauptuhr und den Nebenuhren getroffen
werden.
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Eine UhrenanIage, ,die diesen Forderungen entspricht, ist gemäß der
Erfindung allgemein dadurch gekennzeichnet. daß eine Handumschaltvorrichtung vorgesehen
ist, mittels der folgende Schaltvorgänge vollzogen werden können: i. Der aus einem
Schwinganker nebst Elektromagneten, einer Rückholfeder und einem Kippschalter bestehende
Stromstoßgeber gibt Aufzugsimpulse an die Hauptuhr zwecks Aufladung der Gangreserve.
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Der Stromstoßgeber gibt Stromstoßserien an die Nebenuhren zwecks Grobberichtigung.
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3. Die Erregerwicklungen der Nebenuhrschaltmagnete erhalten durch
Schließen des Handschalters Dauerstrom (Anhalten) bzw. werden durch abwechselndes
Schließen und Öffnen absatzweise «-eitergeschaltet (Vorrücken).
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Weitere Erfindungsmerkmale betreffen die Anordnung einer Wirbelstrombremse
zur Verzögerung der Schaltbewegungen des Schrittschaltwerkes in Abhängigkeit von
der Netzspannung und die besondere Ausbildung
der Nebenuhrschaltwerke
nach Art einer Ankerhemmung bei Pendeluhren, um Schaltfehler durch Überspringen
mehrerer Schaltzähne zu vermeiden.
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Uhrenanlagen mit elektrisch betriebenen Nebenuhren und einem motorisch
angetriebenen Stromstoßgebet zur serienweisen Abgabe von Berichtigungsstromstößen
an die -Nebenuhren sind bekannt. Der Stromstoßgebet konnte in diesem bekannten Fälle
nur etwa 6o Stöße je Minute abgeben, was zu wenig ist, wenn auch das Rückwärtsstellen
der Uhr durch überholendes Vorwärtsstellen ausgeführt werden soll. Auch diente der
bekannte Stromstoßgebet nicht zugleich zur Abgabe der Aufzugsstromstöße an die Hauptuhr.
Nachteilig an ihm war ferner, daß der gleiche Kontakt zum Betrieb der Nebenuhren
und deren Berichtigung benutzt wurde, was die Gefahr hoher Abnutzung und schwieriger
Auswechselbarkeit einschließt. Stromstoßgebet bestehend aus einem Schwinganker,
einem Elektromagneten, einer Rückholfeder und einem mit dem Schwinganker zusammenwirkenden
Kippschalter sind an sich bekannt als elektromagnetische Uhrenaufzüge, beispielsweise
bei elektrischen Batterieuhren für Kraftfahrzeuge. Wesentlich und überraschend an
der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung eines solchen Aggregates als schnell
laufender Stromstoßgebet. Es können mit Sicherheit rund 36o Stromstöße je Minute
gegeben werden, was auch für Berichtigungen im Luftschiffbetrieb völlig ausreicht.
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Die Uhrenanlage gemäß der Erfindung zeichnet sich durch Einfachheit
des Aufbaues und der Bedienung, vor allem aber durch ihr geringes Gewicht aus. was
auch zu ihrer Anwendung für Luftschiffe geführt hat.
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Auf der Zeichnung ist zur Erläuterung der Schaltplan einer Uhrenanlage
gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Die Anlage ist wie folgt aufgebaut: Es ist eine Hauptuhr a vorgesehen.
Sie ist mit einem mechanischen Uhrwerk ausgestattet, das elektrisch aufgezogen wird
und eine sog. Gangreserve besitzt, d. h. jede Aufzugsschaltbewegung zieht die Triebfeder
um etwas mehr auf, als diese -zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltbewegungen
sich entspannen kann. Gegen Überziehen ist eine Schutzeinrichtung getroffen, z.
B. ist als Uhrtriebfeder eine sog. Schleppfeder eingebaut, das ist eine Feder, deren
äußeres Ende nichtstarr mit dem Federhaus verbunden ist, sondern an diesem nach
Erreichung eines bestimmten Spannungsgrades gleitet und es nur durch Reibung mitnimmt.
Uhren mit elektrischem Aufzug und Gangreserve sind an sich bekannt, und diese Einzeilieiten
sind deshalb auf der Zeichnung nicht dargestellt. Gezeichnet ist lediglich schematisch
der Aufzugsmagnet a1 und der Kontakt a=. Die Wirkungsweise dieser Teile wird unten
näher erläutert. Hier ist zu sagen, daß der Kontakt a= bei normalem Gang zur Abgabe
der Steuerimpulse an die Nebenuhren h und zugleich an die Erregerwicklung as des
Aufzugsmagneten a1 dient.
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Die Nebenuhren b enthalten ein elektromagnetisch betätigtes Schaltwerk.
jedoch ist nicht, wie sonst üblich, ein polarisierter Anker vorgesehen. Vielmehr
wird von einem unter der Einwirkung einer Rückholfeder stehenden schwingenden Magneten
Gebrauch gemacht, der mit dem Schaltrad der Uhr so zusammenwirkt, wie der Anker
einer Pendeluhrliemmung mit dem Steigrad, d. h. in jeder Ankerstellung besteht Eingriff
in das Schaltrad. Eine derartige Ausbildung des Nebenuhrfortschaltwerkes ist insbesondere
deshalb vorteilhaft, weil der vom Fortschaltmagneten b1 schlagartig abgegebene Impuls
radial gerichtet ist und von der Schaltradwelle aufgenommen wird. Infolge dieses
Umstandes und der Tatsache, daß in jeder Stellung Eingriff zwischen Fortschahmagneten
und Schaltrad (vergleichbar dem Anker und Steigrad einer Hemmung) besteht, ist einem
Überspringen einzelner Zähne auch bei schnellstem Fortschalten während der Berichtigung
der Nebenuhren um Beträge von mehreren Stunden wirksam vorgebeugt. In der Ruhestellung.
d. h. bis zum nächsten Schaltstoß, steht der Fortschaltanker b1 jeder Nebenuhr unter
der Spannung seiner Rückholfeder in vollem Eingriff mit dem Schaltrad und verhindert
dadurch unbeabsichtigte Zeigerbewegung.
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Das Schrittschaltwerk c besteht aus einem U-förmig gebogenen Elektromagneten
cl mit Erregerwicklung c2, einem Schwinganker c3. der über den Schaltstift c4 mit
dem Kippschalter c5 -zusammenarbeitet. Der Kippschalter besitzt einen stromleitenden
Arm cl und einen nichtleitenden Arm c'. Die Rückholfeder c' zieht den Schwinganker
von den Polen de, Elektromagneten cl weg. Die Wirkungsweise des Schrittschaltwerkes,
die unten in der Zusammenwirkung mit den übrigen Aggregaten der Uhrenanlage näher
beschrieben wird, ist kurz folgende: In der gezeichneten Stellung fließt der Netzstrom
von der Klemme P zum Punkt D am Schwinganker über den stromleitenden Schaltstift
c4, den stromleitenden Arm cl des Kippschalters c' zum Punkt S, von dort durch die
Erregerwicklung c°- über den Schalterkontakt 7 zum Netzpunkt N zurück. Dabei wird
der Schwinganker c' angezogen und dreht sich entgegen dem Uhrzeiger. Bei dieser
Bewegung wird der gabelförmige Kippschalter cs vom Schaltstift c4 in Uhrzeigerrichtung
mitgenommen und kippt nach einiger Zeit über, wodurch der Strom in der Erregerwickiung
c=
unterbrochen und der Schwinganker von der Rückholfeder ce in die gezeichnete Stellung
zurückgeholt wird. Da bei dieser Bewegung der Kippschalter wieder in die Kontaktstellung
überkippt, wird die Erregerspule c2 von neuem erregt, zieht den Schwinganker 63
.an, und das Spiel wiederholt sich.
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Um zu gewährleisten, daß sich die Schaltschritte des Schaltwerkes
c nicht zu rasch für die Schaltwerke der Nebenuhren vollziehen, ist eine Wirbelstrombremse
d vorgesehen. Sie ist folgendermaßen aufgebaut. Der Schwinganker c3 treibt über
eine Übersetzung ins Schnelle n1, d2 die Bremsscheibe d3 (Foucaultsehe Scheibe)
aus Aluminium an. Als Bremsmagnet ist der Elektromagnet d4 mit der Erregerspule
d5 vorgesehen. Die Anwendung eines Elektromagneten als Bremsmagnet erfolgt absichtlich.
Zwar könnte an sich als solcher auch ein permanenter Magnet dienen. Wie sich aus
der weiteren Beschreibung zeigen wird, sind die Erregerwicklungen c2 und d5 des
Schrittschaltmagneten cl bzw. des Bremsmagneten d4 parallel geschaltet. Infolgedessen
entspricht die Bremswirkung jeweils der Kraft am Schwinganker, d. h. ist diese bei
frischer Batterie groß, so ist auch die Bremsung eine starke und umgekehrt bei schwacher
Batterie.
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Die Bedienung der Uhrenanlage etcfolgt vermittels eines zusammen mit
der Hauptuhr in der Zentrale angeordneten Handschalters, der in seiner Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen e bezeichnet ist. Dieser kann in vier verschiedene Stellungen
gebracht werden, nämlich i. Hauptuhraufzug, 2. Normaler Betrieb, 3. Nebenuhr-r-Minute
und -.. N ebenuhr Schnell. Der Stromverlauf und die Arbeitsweise der Anlage soll
nunmehr für diese vier verschiedenen Schaltstellungen einzeln beschrieben werden.
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i. Aufzug der Hauptuhr Vor Antritt der Fahrt muß, um die Anlage in
Betrieb nehmen zu können, das mechanische Uhrwerk der Hauptuhr aufgezogen werden.
Da der Aufzug, wie oben erwähnt, auf elektrischem Wege erfolgt, müssen dem Aufzugsmagneten
a1 Stromimpulse in ähnlicher Weise, nur rascher zugeführt werden, wie es das Uhrwerk
bei normalem Betrieb durch Schließen und Öffnen des Kontaktes a2 selbst besorgt.
Der Handschalter a wird also auf Hauptuhraufzug eingestellt. Es. werden dadurch
die Kontakte q. und 7 geschlossen, und der Stromverlauf ist folgender: Vom Netz
fließt der Strom zum Klemmleistenpunkt P, Punkt D am Schwinganker c3, zum Schaltstift
c4, durch den Kontaktarm cl des Kippschalters c5 zum Punkt S, von da zur Erregerwicklung
c2 des Elektromagneten cl und .über Kontakt 7 und Klemmleistenpunkt 1T zurück ins
Netz. - Sobald in der beschriebenen Weise ein Strom fließt, wird der Schwinganker
vom Elektromagneten angezogen, unterbricht nach Drehung um einen gewissen Winkelbetrag
den Strom am Kippschalter, wird von der Rückholfeder cl in die Kontaktstellung zurückbewegt,
erneut angezogen usw. Zur Erregerspule parallel liegt die Erregerwicklung a3 des
Aufzugsmagneten a1 in der Hauptuhr. Der Strom fließt vom Punkt S am Kippschalter
über Kontakt 4. und Kleminleistenpunkt A zum Punkt A in der Hauptuhr, über die Erregerwicklung
a3 des Aufzugsmagneten zum Netzpunkt X an. der Klemmleiste.
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Das Arbeiten des Sehrittschaltwerkes, c hat also zur Folge, daß dein
Aufzugsmagneten a1 der Hauptuhr fortlaufend Aufzugsimpulse erteilt werden. Man braucht
das Schrittschaltwerk nicht bis zum vollen und auch nicht ohne weiteres feststellbaren
Aufzug der Hauptuhrtriebfeder arbeiten zu lassen. Es genügen einige Impulse, so
daß die Uhr laufen kann. Denn von da ab wird bei jedem von der Hauptuhr nunmehr
selbst gesteuerten Aufzug; der Gangreserve ein Teil der Aufzugsarbeit zugeführt.
- Zwischen den Klemmen A und K fließt während des Hauptuhraufzuges
kein Strom; die Nebenuhren i) erhalten also keine Schaltimpulse.
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z. Normaler Betrieb Jetzt sind die Kontakte 3 und 5 geschlossen. Der
Strom fließt vom Netz über den Klemmleistenpunkt P, den Kontakt 3, Klemmleistenpunkt
K zum Kontakt a.= in der Hauptuhr, der von deren mechanischem Uhrwerk in regelmäßigen
Zeitabständen geschlossen und wieder geöffnet wird, von da zum Klemmleistenpunkt
A, zum Kontakt 5, zum Klemmleistenpunkt ' B, zu den Schaltmagneten b1 der parallel
geschalteten Nebenuhren b und zurück zum -Netzpunkt N an der Klemmleiste. Durch
jedes Schließen und Wiederöffnen des Kontakts a2 in der Hauptuhr erhalten also die
Nebenuhren einen Fortschaltimpuls. Dieser kann z. B. in :Minutenabstand gegeben
werden.
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Vom Kontakt a.' in der Hauptuhr a zweigt ein Stromkreis ab, in dem
die Erregerwicklung a3 des Aufzugsmagneten a1 liegt und der zum Netzpunkt N führt.
Wenn über den Kontakt a2 Strom zu den Nebenuhren fließt, fließt er auch über die
zu den Nebenuhren parallel geschaltete Erregerwicklung a3 des Aufzugsmagneten. Das
Fortschalten der Nebenuhren und der Aufzug der Hauptuhr erfolgen also bei normalem
Betrieb stets gleichzeitig. - Das Schrittschaltwerk c ist während des normalen Betriebes
der Uhrenanlage völlig abgeschaltet.
3. Schalten der Nebenuhren
um i Minute (Feinberichtigung) Es kann während des Betriebes der Uhrenanlage der
Fall eintreten, daß eine Zeitberichtigung von einigen wenigen Minuten vorgenommen
werden muß, gegebenenfalls kann auch im Anschluß an eine Zeitberichtigung um einen
Betrag von mehreren Stunden (Grobberichtigung) noch eine Feinberichtigung um beispielsweise
-I- i oder a Minuten erforderlich werden. Es muß die Möglichkeit bestehen, diese
Feinberichtigung nach vor- und rückwärts ausführen zu können. Hierzu wird der Handschalter
so eingestellt, daß der Kontakt 6 geschlossen ist. Der Stromverlauf ist dann folgender:
Vom Netz fließt der Strom über den Punkt P an der Klemmleiste zum Punkt D am Schwinganker.
weiter zum Punkt S' am Kippschalter, zum Kontakt 6 am Handschalter, zum Klemnileistenpunkt
B, zu den Nebenuhrschaltmagneten b1 und zurück zum .;\Tetzpunkt X.
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Es erhellt, daß die N ebenuhrschaltmagneten unter Dauerstrom stehen,
solange der Handschalter in der Stellung Tebenuhri-Minute (d. h. bei geschlossenem
Kontakt 6) sich befindet. Die Fortschaltanker in den Nebenuhren haben also dann
erst den ersten Schritt des Doppelschrittes vollzogen, den sie beim Fortschalten
der Nebenuhren um i Minute ausführen. 'Um diesen zu vollenden, wird der Handschalter
in die Stellung Normaler Betrieb zurückgeführt. Die Nebenuhrspeiseleitung wird dadurch
(bis zum nächsten Stromstoß von der Hauptuhr) stromlos, und die Fortschaltmagnete
bl können unter der Wirkung der Rückholfedern in ihre Ruhestellung zurückkehren
und dadurch die Zeiger den zweiten Schritt des i-Minuten-Sprunges vollziehen.
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Das i-NEnuten-Rückwärtsschalten erfolgt in der Weise, daß inan.den
Handschalter in der Stellung Nebenulir-i-Minute stehen läßt, die Nebenuhren mit
anderen Worten durch Dauerstromgabe anhält, bis Übereinstimmung mit der von Hand
rückwärts geschalteten Hauptuhr eingetreten ist. Zu beachten ist dabei, daß mit
dem Umlegen des Handschalters e in die Stellung NTebenuhr-i-Minute_und das spätere
Zurückführen in die Stellung NTortnaler Betrieb die Abgabe eines Vorwärts-Schaltimpulses
an die Nebenuhren verknüpft ist.
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4.. Schnellvorwärtsschalten der ",Tebetittliren (Grobberichtigung)
Berichtigungen der Nebenuhren um Beträge von mehreren Stunden müssen schnell vollzogen
werden können. Hierzu wird der Handschalter e in die Stellung Nebenuhren Schnell
gebracht. Dadurch werden die Kontakte 6 und 7 geschlossen, und der Stromver-Iauf
ist jetzt folgender: Der Netzstrom fließt vom Klemmleistenpunkt P über den
Punkt D
am Schwinganker c3, den Schaltstift c4, den Kbntaktarm c°, den Punkt
S, die Erregerwicklungen c=, den Kontakt j zurück zum Netzpunkt N. Dieser Strom
läßt das Schrittschalt-,verk c in der oben beschriebenen Weise rhythmische Schaltbewegungen
ausführen. Parallel mit der Erregerwicklung c= des Elektromagneten cl liegt die
Erregerwicklung d' des Bremselektromagneten d'. Der Netzstrom fließt also vom Punkt
S über die Wicklung d5 zum Punkt R und zurück zum Netzpunkt 1T. Da der Schwinganker
c3 die Bremsscheibe d3 antreibt, wird seine Schaltbewegung durch die Wirbelstrombrelnse
d nach Maßgabe der jeweiligen Netzspannung abgebremst.
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Vom Punkt S zweigt ein Stromkreis ab, der über den Kontakt 6, und
den Klemmleistenpunkt B zu den Schaltmagneten b1 der \Tebenuliren und von dort zurück
zum Netzpunkt X führt. Die Erregerwicklung cz des Fortschaltelektromagneten
cl und die Nebenuhren b liegen somit parallel zueinander hinter dem Schrittschaltwerk
c am Netz, und jede Hin- und Herschwingung des Ankers c9 schaltet die Nebenuhren
gemeinsam uni i Minute weiter. Dieses Weiterschalten geht, wie gefordert, sehr schnell
vor sich. Bei einer ausgeführten Anlage lassen sich Zeitberichtigungen im Betrag
von mehreren Stunden in weniger als einer Minute durchführen.
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Während des Vorganges der Grobberichtigung ist die Hauptuhr abgeschaltet.
- Der Vergleich des soeben erläuterten Schaltschemas für das schnelle Fortschalten
der Nebenuhren mit dein Schaltschema für den Aufzug der Hauptuhr zeigt, daß sich
beide völlig gleichen, abgesehen von dem Unterschied, daß im einen Falle die Hauptuhr,
im anderen Falle die Nebenuhren vom Schrittschaltwerk beeinflußt werden.