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Selbständige elektrische Uhr Es sind elektrische Uhren mit elektromagnetisch
gespannter Antriebsfeder bekannt. Um von Spannungsschwankungen des Lichtnetzes unabhängig
zu sein, verwendet man vielfach Trockenbatterien zur Speisung des Elektromagnets.
Diese bekannten Uhren weisen aber mehrere, mindestens drei Antriebswellen auf, was
wegen der Lagerbeanspruchung das Auftreten von Reibungskräften zur Folge hat, die
einen größeren, für eine kleine Trockenbatterie nicht tragbaren Stromverbrauch bedingen.
Dadurch sinkt die Spannung der Batterie in kurzer Zeit, was wiederum auf die Genauigkeit
der Uhr einwirkt, da bei ihnen meistens auch der Zeitgeber durch die Batteriespannung
gesteuert wird. Auch sind diese Uhren wegen ihres komplizierten Aufbaues mechanisch
störanfällig. Diese Nachteile will die Erfindung durch einen möglichst einfachen
Aufbau, insbesondere dadurch vermeiden, daß nur eine oder höchstens zwei Antriebswellen
vorgesehen werden.
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Es sind nichtselbständige elektrische Uhren mit nur einer oder zwei
Antriebswellen bekannt. Bei diesen erfolgt aber die Stromzuführung und Zeitangabe
von außen. Von einer Hauptuhr werden der Nebenuhr elektrische Impulse zugeführt,
die einen Elektromagnet erregen, der vermittels eines Sperrades die Zeiger antreibt.
Hierzu sind nur zwei Wellen notwendig. Die Uhr gemäß der Erfindung gehört jedoch
zur Gattung der selbständigen elektrischen Uhren, bei denen die Zeitangabe in der
Uhr selbst, z. B. durch eine Unruh, bewirkt wird. Diese aber weisen mehr als zwei
Antriebswellen auf.
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Gemäß der Erfindung werden bei einer selbständigen
Uhr
mit elektromagnetisch gespannter Antriebsfeder entweder nur eine oder höchstens
zwei Antriebswellen angeordnet. Erfolgt der Antrieb durch zwei Wellen, so trägt
die eine ein mittels des Elektromagnets und der Antriebsfeder angetriebenes Sperrad,
den Sekundenzeiger und einen Antriebsstift und die zweite Welle ein Antriebsrad,
den Minutenzeiger und dieAntriebsräder für den Stundenzeiger. Bei nur einer Antriebswelle
trägt diese das mittels des Elektromagnets und der Antriebsfeder angetriebene Sperrad,
den Minutenzeiger und die Antriebsräder für den Stundenzeiger. Der Sekundenzeiger
ist hier fortgefallen. Als Zeitgeber wird gemäß weiterer Erfindung ein Torsionspendel
verwendet, das zwischen zwei von außen kommende Stöße aufnehmenden Federn ausgespannt
ist. Der Antriebshebel der Torsionsfeder kann hierbei gleichzeitig als elektrischer
Schalter für den Elektromagnet ausgebildet sein, oder es kann auch ein besonderer
Antriebshebel auf der Torsionsfeder befestigt sein, der von einer frei schwingenden,
durch den Elektromagnet gespannten Antriebsfeder angestoßen wird. Da Staubteilchen
die notwendige gute Kontaktgabe verhindern können, wird gemäß weiterer Verbesserung
der Erfindung zwischen der Kontaktspitze und der Einspannstelle auf der Torsionsfeder
ein elastisches Zwischenglied angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß beim Auftreffen
der Edelmetallspitze auf den feststehenden Kontakt erstere um ein kleines Stück
auf diesem bewegt wird und dadurch eine Selbstreinigung dieses Kontaktes erfolgt.
Dieses elastische Zwischenglied dient bei bestimmter Elastizität und Länge auch
zum Ausgleich des Gangfehlers bei verschiedenen Temperaturen. Hierzu kann man gemäß
weiterer Verbesserung der Erfindung auch Bimetallstreifen verwenden, durch welche
eine oder auch beide Federn zum Halten des Torsionsfadens der Unruh ersetzt werden.
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An die Stelle der Torsionsunruh kann nach weiterer Ausgestaltung der
Erfindung ein elektrischer Schwingungskreis als Zeitgeber treten. Hierbei dient
die Spule des Elektromagnets auch als Spule des Schwingungskreises, der über einen
selbsttätigen elektrischen Schalter, z. B. einen gesteuerten Detektor, angestoßen
wird. Ferner kann der Zeitgeber auch aus einem Widerstand und mit ihm in Reihe geschalteten
Kondensator bestehen, der über den Widerstand von einer Spannungsquelle aufgeladen
und über eine Zündstrecke und die Spule des Elektromagnets entladen wird. Schließlich
besteht die Erfindung noch darin, daß die Unruh erst nach einer bestimmten Anzahl
von Schwingungen durch ein Zeitglied, wie z. B. eine den Abfall eines Relais verzögernde
Einrichtung, angetrieben wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Abb. i bis 6 beschrieben und erläutert.
Es zeigt :11>l. t die .Anordnung von Elektromagnet, Antriebsrad und Unruh bei einer
Uhr mit zwei Antriebswellen, Abb. 2 die Anordnung der verschiedenen Räder und Zeiger
bei einer Uhr mit zwei Antriebswellen, Abb. 3 die Anordnung einer besonderen Antriebsvorrichtung
für die Unruh, .Ahb. 4 die Anordnung der mechanischen und elektrischen Glieder bei
einer Uhr mit nur einer Antriebswelle, Abb. 5 die Anordnung eines elastischen Zwischengliedes
an dem auf der Torsionsfeder angebrachten elektrischen Kontakt, Abb.6 das Schaltschema
eines rein elektrischen Zeitgebers mit einem elektrischen Schwingungskreis als Zeitgeber,
Abb. 7 das Schaltschema eines elektrischen Zeitgebers mit einer KippschNvingungsanordnung
als Zeitgeber.
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Auf der gleichzeitig als Zifferblatt 14 (vgl. Abb. i bis 3) ausgebildeten
Grundplatte sitzt der Magnet i mit seinem Anker 2, mit dessen Hebelarm 211 er über
die Sperrklinke 4 auf das durch die Feder 5 gesicherte Sperrad 6 einwirkt, wenn
der Hebelarm von der Spiralfeder 3 nach unten gezogen wird. Auf der Antriebswelle
15 dieses Sperrades sitzen der Sekundenzeiger 1511 und der :@ntriebsstift 16. Dieser
wirkt auf das Zahnrad 17 ein, das auf der zweiten :Antriel)swelle 18 sitzt. Diese
Welle trägt außerdem den Minutenzeiger 21 und die Zahnräder 19, 22 und 23 zum Antrieb
des Stundenzeigers 2o. DasRad22steht im Eingriff mit dem Wechselrad i9. Zwischen
den beiden Federn 12a und 126 ist die Torsionsfeder 9 elastisch eingespannt. Sie
trägt in der Mitte die in ihrem Schwerpunkt aufgehängte Unruh io. In der Nähe der
einen Haltefeder für den Torsionsdraht ist auf diesem der kleine Kontakthebel 7
so angebracht, daß er den Gegenkontakt 8 auf einem Isolierstück des Ankerhebels
211 zeitweilig berühren kann. Fließt durch den Elektromagnet i ein von der Batterie
i i gelieferter Strom, so wird der Anker 2 angezogen und die Feder 3 gespannt. Die
Sperrklinke 4 des Ankers gleitet an dem Sperrad 6 um einen Zahn aufwärts. Der Kontakthebel
7, der beim Einschalten auf dem Gegenkontakt 8 des Ankerhebels 211 auflag, wird
nun von diesem ein wenig gehoben, wodurch die Torsionsfeder 9 gespannt und die Unruh
zu Schwingungen angestoßen wird. Damit wird der Kontakthebel ? vom Gegenkontakt
8 abgehoben und der Stromkreis, der bisher über die Batterie i i, Feder 126, Torsionsfaden
9, Kontakthebel 7 und den Gegenkontakt 8 verlief, unterbrochen. Der Anker des Magnets
wird durch die Rückstellfeder 3 in die Ruhestellung gebracht und das Sperrad 6 um
eine Zahnbreite bewegt. Nach einer Doppelschwingung der Unruh io wird der Kontakthebel
7 wieder den Gegenkontakt 8 berühren und sich der beschriebene Vorgang wiederholen.
Nach einer Umdrehung der Welle 15 des Sekundenzeigers wird der Stift 16 das große
Zahnrad 17 auf der Minutenwelle 18 um einen Zahn fortbewegen. Über die Zahnräder
i9, 22, 23 wird in der üblichen Weise der Stundenzeiger 2o angetrieben. Die Haltefeder
24 sorgt für genaue Einrasterung des Zahnrades 17 nach jedem Antrieb durch den Stift
16.
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Die Zeit, die der Anker braucht, um vom Moment der Stromunterbrechung
in die Ruhelage
überzugehen, ist abhängig von der Masse des Ankers,
der Spannung der Rückstellfeder 3, den elektrischen Eigenschaften der Spule des
Elektromagnets und der Kraft, die nötig ist um das Sperrrad 6 fortzubewegen. DieZeit
des Anzuges des Elektromagnets ist in bestimmten Grenzen abhängig von der Batteriespannung.
Diese ist veränderlich, ebenso wie die Gegenkraft des Sperrades 6, die abhängig
ist von der mehr oder weniger großen Reibung Gier beweglichen Teile der Uhr. Um
diese Nachteile zu vermeiden, wird im Gegensatz zur eben beschriebenen Ausführung
ein besonderer Antriel>shelx l 27 auf der Torsionsfeder 9 in der Nähe der Feder
12a angebracht (Abb. 3 und 4). Der Gegenkontakt 8 zum Kontakthebel 7 wird fest an
der Haltefeder i26 befestigt. Hierdurch wird erreicht, daß die Zeit der Kontaktgabe
stets genau gleich ist und nur von der Schwingungszahl der Unruh abhängt. Der Antriebshebel
27 für die Torsionsfeder 9 wird von der stets konstanten Kraft der gespannten Feder
26 angetrieben, die nach jeden Ankeranzug durch die Rückstellfeder 3 gespannt wird.
Der Antriebshebel 27 muß die Antriebsfeder 26 bereits verlassen haben, wenn der
:Anker die Feder wieder zurückbewegt. Wegen der Kupplung des Antriebshebels 27 mit
dem Kontakthebel 7 Tiber die Torsionsfeder 9 ist dies nur durch eine Verzögerungseinrichtung
zu erreichen, z. B. durch eine Abfallverzögerung des Elektromagnets i durch Parallelschalten
eines Kondensators zur Spulenwicklung oder durch eine rein mechanische Verziigeruiig.
Sie ist in folgender Weise aufgebaut. I?in langer Hebel 25 sitzt fest auf dem Anker
2 und verhindert das Entspannen der Antriebsfeder 26. Erst wenn der Anker sich bereits
um ein Stück bewegt hat und die Zugfeder 28 völlig entspannt ist, löst der Hebel
25 aus, und die Blattfeder 26 mit (lern aufliegenden Antriebshebel 27 kann sich
nun völlig frei entspannen. Auf diese Weise wird ein genau gleichförmiger Gang der
Unruh und damit eine große Ganggenauigkeit erreicht.
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In der Abb. 4 ist die Anordnung der eben beschriebenen Einrichtung
bei einer Uhr mit nur einer Antriebswelle dargestellt. Sie besteht im wesentlichen
wieder aus dem Elektromagnet i, dem .Anker 2 mit dem Hebel 25, dem Sperrad 17, das
auf der Welle des Minutenzeigers sitzt, und der Unruh to auf der Torsionsfeder 9.
An dem Hebelarm 2a des Ankers ist die Feder 3o befestigt, die außerdem mit dem einarmigen
Hebel 29 verbunden ist, der seinerseits mit der Luftbremse 31 und dem Kontakt 32
zusammen arbeitet. Auf der Torsionsfeder 9 sitzen der Antriebshebel 27 und der Kontakthebel
7.
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Wird der Anker bei Stromschluß durch die Magnetspule angezogen, so
wird die Feder 30 gespannt und der Kontakt 32 unterbrochen. Geht der Anker
nunmehr in Ruhestellung, so wird sich die Feder 30, weil sie über den Hebel 29 mit
der Luftbremse 3 t verbunden ist, langsam entspannen. Die Luftbremse wird so eingeregelt,
daß nach ungefähr i Minute der Kontakt 32 wieder geschlossen wird. Doch erst wenn
der Kontakthebel 7 den Stromkreis über die Spule des Elektromagnets i schließt,
wird der Anker 2 angezogen, der Hebel 25 die Antriebsfeder 26 freigeben und der
Antriebshebel 27 die Unruh in Schwingungen versetzen. Dies macht genau 6o Doppelschwingungen
in der Minute mit langsam kleiner werdender Amplitude. Unterbricht der Kontakt 32
den Stromkreis wieder, so bringt die Feder 3 den Anker 2 wieder in die Ruhelage,
und die Feder 28 zieht die Blattfeder 26 so weit zurück, daß der Hebel
25 diese wieder festhält. Das Sperrad 17 auf der Minutenzeigerwelle wird
durch den Anker um einen Zahn fortbewegt. Das Luftpolster beginnt nun langsam wieder
zu arbeiten. Durch die eben beschriebene Anordnung der verzögernden Luftbremse wird
erreicht, daß die Unruh erst nach einer bestimmten Anzahl von Schwingungen wieder
angetrieben wird. Bei dieser Anordnung sind Reibungsverluste weitgehend ausgeschaltet,
da es überhaupt nur eine einzige umlaufende Welle gibt. Da der Magnet während jeder
Minute nur für Bruchteile einer Sekunde eingeschaltet wird, ist der Stromverbrauch
auch sehr gering. Die eben beschriebene Anordnung kann dadurch geändert werden,
daß der Kontakt 32 ersetzt wird durch einen zusätzlichen Hebel, der den Kontakt
8 trägt. Die Luftbremse 31 wird dann so eingeregelt, daß nach i Minute der Kontakt
8 mit dem Kontakthebel 7 zur Einwirkung kommen kann.
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Die Kontaktgabe der Kontaktanordnung 7, 8 ist dadurch gewährleistet,
daß eine Edelmetallspitze unter einem bestimmten Druck auf den Gegenkontakt 8, ein
Edelmetallplättchen, gedrückt wird. Es kann aber vorkommen, das Staubteilchen einen
guten Kontakt verhindern. Deshalb wird der Kontakt so ausgeführt, daß ein elastisches
Zwischenglied 34 (Abb. 5) die Edelmetallspitze 35 mit der Einspannstelle 33 auf
der Torsionsfeder 9 verbindet. Dadurch wird erreicht, daß beim Auftreffen der Edelmetallspitze
auf den feststehenden Kontakt erstere um ein kleines Stück auf diesem bewegt wird
und dadurch eine Selbstreinigung dieses Kontaktes erfolgt.
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Dieses Zwischenglied dient gleichzeitig zum Ausgleich der Gangfehler,
die bei Temperaturänderungen auftreten. Für den Temperaturgang ist in erster Linie
die Torsionsfeder.maßgebend. Sie wird mit ansteigender Temperatur länger, was eine
Vergrößerung der Schwingdauer zur Folge hat. Die Uhr geht langsamer. Dadurch, daß
bei Verlängerung der Torsionsfeder die Federspannung geringer wird, wird die Amplitude
der Unruhschw-ingung vergrößert, und der Kontakthebel 7 verweilt für einen längeren
Zeitabschnitt auf dem Gegenkontakt 8 und wirkt damit verkürzend auf die Torsionsfadenlänge.
Wenn diese Zeit jeweilig gleich ist derjenigen, die bei einer bestimmten Temperatur
durch Verlängerung der Feder erhalten wird, so ist vollkommener Temperaturausgleich
erreicht. Hierzu ist es notwendig, dem elastischen Zwischenglied 34 eine bestimmte
Länge zu geben und Material bestimmten Elastizitätskoeffizientens zu wählen. Der
Gangfehler kann aber auch durch
einen Bimetallstreifen ausgeglichen
werden, der an die Stelle einer oder beider Haltefedern i2° und 12b gesetzt wird.
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Eine Feinregulierung des Ganges kann durch Änderung des Federdruckes
einer der beiden Haltefedern mittels der Schraube 13 (Abb. i) erzielt werden. Da
nur eine feste isolierte Durchführung zur Batterie nach außen erforderlich ist,
kann hier eine gute Kapselung der Uhr nach außen in einfacher Weise vorgenommen
werden. Es kann daher das Innere der Uhr mit einem indifferenten Gas gefüllt oder
es kann sogar luftverdünnt werden, wodurch die Laufeigenschaften der Uhr weiterhin
günstig beeinflußt werden.
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An die Stelle der Torsionsunruh kann auch ein rein elektrischer Zeitgeber
verwendet werden, z. B. ein elektrischer Schwingungskreis. Hierzu wird zu der Spule
36 (Abb. 6) des Elektromagnets i ein Kondensator 37 geschaltet, und es werden den
L- und C -Werten dieses Kreises solche Werte gegeben, .daß die Schwingungsdauer
gerade i Sekunde beträgt. Der Kreis wird von der Batterie 4o über den selbsttätigen
Schalter 38 angestoßen, z. B. eine Elektronenröhre, deren Steuergitter über eine
Spule 39 geschaltet ist, die in Gegenphase an die Spule 36 gekoppelt ist. Die Zeitgebung
kann auch durch eine Kippschaltung bewirkt werden, wie sie in Abb. 7 dargestellt
ist. Sie besteht aus einem Widerstand 41 und dem in Reihe mit ihm liegenden Kondensator
37. Dieser wird von der Spannungsquelle 4o über den Widerstand 41 aufgeladen und
über die Zündstrecke 42 und die Spule 36 des Elektromagnets entladen. Dadurch werden
Kippschwingungen erzeugt, die entsprechend den Daten der einzelnen Schaltelemente
die Spule 36 zum Ansprechen bringen, so daß der Anker 2 des Elektromagnets genau
jede Minute bzw. jede Sekunde angezogen und das Sperrad 6 bzw. 17 um einen Zahn
fortbewegt wird.