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Elektromagnetisches Drehankerlaufwerk, insbesondere für Nebenuhren
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Laufwerke mit polarisiertem Drehanker,
welche praktisch insbesondere für den Betrieb von elektrischen Nebenuhren Bedeutung
haben, wobei der Drehanker über ein Getriebe mit großer Selbsthemmung auf die Triebwelle
wirkt. Die Erfindung bezweckt, die Leistungsaufnahme solcher Laufwerke wesentlich
herabzusetzen.
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Von dem polarisierten Anker her besteht bei diesen Laufwerken über
die Polschuhe des Stators ein bestimmter magnetischer Dauerfluß, der im Zusammenwirken
mit dem durch die Fortschaltimpulse im Stator erzeugten und von dessen Polschuhen
über den Anker geleiteten Impulserregerfluß die schrittweise Weiterschaltung des
Ankers bewirkt. Der magnetische Dauerfluß hat bei Neben-Uhrwerken unter anderem
auch vielfach die Aufgabe, den Anker nach Abklingen des Impulserregerflusses an
die neu erreichte Grundstellung zu fesseln, was bei Nebenuhren für die genaue und
ruhige Einstellung der Zeiger sehr wichtig ist. Ferner bestimmt der magnetische
Dauerfluß in seinem Verhältnis zum Impulserregerfluß aber auch die Steuerempfindlichkeit.
Auch steht das erzielbare Drehmoment im Verhältnis zum magnetischen Dauerfluß. Bei
Beginn eines neuen Schaltschrittes wirkt der Dauerfluß der Richtkraft des Impulserregerflusses
entgegen, da der Dauerfluß den Anker in seiner alten Grundstellung festhalten will.
Erst wenn die durch den Impulserregerfluß erzeugte Richtkraft diese Fesselungskraft
des Dauerflusses überwiegt, beginnt der Anker sich zu
drehen mit
dem Erfolg, daß sehr schnell - infolge der Lageänderung des Ankers - der Dauerfluß
abnimmt und sich darüber hinaus dem Impulserregerfluß gleichrichtet, die Fortschaltung
also unterstützt. Die Impulserregerleistung, also die in die Steuerleitungen, z.
B. in die Nebenuhrenschleife zu gebende elektrische Leistung, ist somit wesentlich
durch die Stärke der Ankerpolarisierung bzw. den davon abhängigen magnetischen Dauerfluß
bestimmt: je größer also zum Zweck einer exakten Zeigerschaltung der Dauerfluß
in der Grundstellung gemacht wird, desto größere Leistung ist erforderlich.
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Die Erfindung bezweckt, diese Anlaufleistung, nach welcher die Impulserregung
bisher zu bemessen war, wesentlich herabzusetzen, indem die in der Grundstellung
des Ankers durch den polarisierten Anker ausgeübte Richtkraft durch eine Gegenkraft
kompensiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß an einem Ansatz oder an einer
Kurbel des Drehankers angreifende Federn mit ihrem anderen Ende ortsfest, z. B.
an dem Stator des elektromagnetischen Laufwerks, befestigt sind.
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Natürlich muß Vorsorge getroffen werden, daß der Anker in den Impulspausen,
also nach jeder Fortschaltung, in seinen Grundstellungen schwingungsfrei festgehalten
(verblockt) wird. Dies kann jedoch in bekannter Weise leicht dadurch erreicht werden,
daß der Anker über ein Getriebe mit großer Selbsthemmung auf die Triebwelle wirkt.
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Es sei noch erwähnt, daß bei elektromagnetischen Drehankerlaufwerken
die Fesselung des polarisierten Drehankers an eine nach jedem Drehschritt einzunehmende
Sollstellung bereits bekanntgeworden ist. Dabei soll der Anker jedoch mittels einer
Sperrung der Nockenscheibe in der Nachbarschaft der wirksamen Feldpole fixiert werden,
damit beim nächsten Fortschaltimpuls der Anker eine günstige Ausgangslage für die
gewählte Fortschaltrichtung besitzt, also mit Sicherheit in die gewünschte Richtung
weitergedreht wird. Der erfindungsgemäß angestrebte Ausgleich der die Fortschaltung
zunächst hemmenden Fesselungskraft, welche der polarisierte magnetische Dauerfluß
auf den Anker ausübt, wird dort also weder angestrebt noch erzielt.
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Die Erfindung sei an einem in Fig. i der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem in Fig. 2 angegebenen Drehmomentendiagramm
erläutert.
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In der schematischen Darstellung bedeutet 8 den Anker des Laufwerks,
welcher dauermagnetisiert ist und beispielsweise aus hochwertigem Magnetmaterial
besteht und mit den schematisch angedeuteten Polschuhen 9, und 9b des Stators
mit der darauf angeordneten Impulserregerwicklung 1o zusammenwirkt. Der magnetische
Dauerfluß ist von links nach rechts fließend über die beiden Ankerluftspalte und
die Polschuhe 9, und 9b des Stators geschlossen. Er bewirkt normalerweise
die Fesselung des Ankers 8 an seine dargestellte Grundstellung.
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Auf der Welle 8" des Ankers ist jedoch erfindungsgemäß ein Kurbelarm
i i so befestigt, daß er gegenüber der Mittellinie a-a des Ankers um einen bestimmten
Winkel in der durch den Pfeil r2 veranschaulichten Laufrichtung des Ankers versetzt
steht. An dem Kurbelzapfen ist frei drehbar eine Lasche 13 gelagert mit zwei Ösen,
in welche zwei Schraubenfedern 14 eingehängt sind, welche an den ortsfesten Punkten
15 des Stators angreifen. Da letztere auf der Linie a-a liegen, erzeugen die Federn
ein Drehmoment entgegen dem Haltemoment (Sperrmoment), das der magnetische Dauerfluß
auf den Anker ausübt. Bei entsprechender Versetzung der Kurbel i 1 und Bemessung
der Federn 14. läßt 'sich ein völliger Ausgleich des genannten Sperrmomentes erzielen.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß demzufolge der Impulserregerfluß, der durch
die in die Erregerwicklung io geleiteten Steuerimpulse erzeugt wird, verhältnismäßig
klein gehalten werden kann, denn es braucht zu Beginn des Fortschaltimpulses kein
Gegenmoment überwunden zu werden. Auch die Drehrichtung des Ankers im Sinne des
Pfeiles 12 ist durch die Vorspannkraft der Federn 1,4 eindeutig vorbestimmt.
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Die erzielbare Verbesserung des Drehmomentenverlaufes ist aus Fig.
2 erkennbar, in welcher die Drehmomente in Abhängigkeit von dem insgesamt 18o° betragenden
Drehsprung des Ankers angegeben sind. Die Kurve a zeigt beispielsweise den Drehmomentenverlaüf
des Drehankers für den Fall, daß die durch den magnetischen Dauerfluß bewirkte Ankerfesselung
nicht ausgeglichen ist, also in der bisher üblichen Ausführung eine von dem magnetischen
D:auerfluß herrührendes Sperrmoment gemäß Kurve c vorhanden ist. Dieses Sperrmoment
muß von dem elektrisch zu erzeugenden Drehmoment zunächst überwunden werden, weshalb
die Kurve a erst bei einem bestimmten Drehmomentenwert beginnt.
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Die Kurve b zeigt den Verlauf der Drehmomente, wie sie etwa bei Vorsehung
der Anordnung gemäß Fig. i aufzubringen sind. Hierbei ist in der Grundstellung das
von dem magnetischen Dauerfluß herrührende Drehmoment des Ankers durch das Moment
ausgewogen, welches die dann in der Stellung der Fig. i befindlichen Federn auf
den Anker ausüben. Die Kurve b beginnt also beim Drehmoment Null. Das elektrisch
erzeugte Moment muß dann in der Folgezeit zwar die Federn 14 spannen und entspannen,
aber die dabei aufzubringende Leistung wird praktisch voll wiedergewonnen, so daß
sie über den gesamten Bereich von 18o°-von der geringen Formänderungsarbeit abgesehen
- Null ist. Wirkt der Anker 8 über ein selbstsperrendes Getriebe auf die Uhrwerkswelle,
so hat ein solches Getriebe in dieser Antriebsrichtung bekanntlich einen verhältnismäßig
guten Wirkungsgrad, während es für die Gegenrichtung praktisch selbstsperrend ist.
Das Sperrmoment für rückläufige Drehung, welches gemäß Kurve d verläuft und in den
Grundstellungen des Ankers sehr groß ist, braucht also bei der durch den Impulserregerfluß
bewirkten Fortschaltung des Ankers nicht überwunden zu werden. Insgesamt kommt man
also mit einer wesentlich geringeren Fort-
Schaltleistung aus (Fläche
zwischen Kurve b und Abszissenachse).