Elektrische Uhr mit selbstgesteuertem periodischem elektrischem Antrieb der Unruh
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung einer elektrischen Uhr mit selbstgesteuertem periodischem elektrischem Antrieb der Unruh von welcher der Zeigerwerkantrieb mit weicher Kraftabgabe abgeleitet wird.
Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere für Wand- und Tischuhren geeignet.
Es ist ein Klinkenantrieb zum Antrieb des Zeigerwerks einer elektrischen Uhr bekannt, bei welchem ein mechanischer Schwinger, der eine angenähert geradlinige Schwingungsbewegung ausführt und insbesondere als Stimmgabelschwinger ausgebildet ist, eine Klinke trägt, die in die Zähne eines Klinkenrades eingreift und dieses bei jeder zweiten Halbschwingung um einen Zahn fortschaltet. Für die Bemessung der als Blattfeder ausgebildeten Klinke müssen bei der bekannten Einrichtung gewisse Bedingungen eingehalten werden:
Es muss die Blattfeder eine genügende Steifigkeit besitzen, so dass die Frequenz ihrer Eigenschwingung grösser ist als die Frequenz des Schwingers.
Anderseits muss die Klinke bliegsam genug sein, damit das Produkt aus der durch sie bei ihrer Rückwärtsbewegung auf den Zahn ausgeübten Kraft und dem Reibungskoeffizienten zwischen ihr und dem Zahn kleiner ist als die Bremskraft, die auf das Schaltrad ausgeübt wird. Auch die Amplitude des Schwingers muss in bestimmten engen Grenzen gehalten werden, da anderenfalls die Klinke das Schaltrad verlassen würde.
Es sind auch Uhrwerke bekannt, bei welchen ein Unruh-Schwinger das Ende des einen Armes eines zweiarmigen Schwinghebels mitnimmt, der in erheblichem Abstand von der Unruhachse um eine Achse hin und her gehend gelagert ist und an seinem zweiten, kürzeren Arm eine Klinke trägt. Diese Klinke greift in die Zahlnung eines Schaltrades ein, welches das Zleigerwerk antreibt und seinerseits auf einer weiteren Achse drehbar gelagert ist. Auch bei dieser Bauart kann der Schwinghebel nur eine sehr kleine Schwenkbewegung ausführen, um zu vermeid-n, dass die Klinke bei ihrcr Schaltbewegung das Schaltrad verlässt.
Bei der durch die Erfindung geschaffenen elektri schein Uhr sind diese Mängel dadurch vermieden, dass die Unruh auf einem durch ihre Achse hindurchgeführ ten, gespannten Stahldraht gelagert und an einer bifilar gewickelten, als Richtkraftfeder dienenden Doppelwendelfeder aufgehängt ist und dass auf dem Stahldraht ausserdem ein das Zeigerwerk antreibendes Schaltrad gelagert ist, welches von einer am Unruhsystem angebrachten Schaltklinke während der ganzen Dauer jeder zweiten Halbschwingung fortschaltbar ist.
Abgesehen davon, dass bei dieser Bauart die Schaltklinke während der ganzen Dauer jeder zweiten Halbschwingung mit dem Schaltrad in Eingriff steht und somit ein grol3er Schaltweg ausgeführt wird, liegt ein weiterer Vorteil darin, dass die Schaltklinke zwangläufig konzentrisch zum Schaltrad bewegt wird, so dass ein genauer Eingriff von Schaltklinke und Zahnung des Schaltrades gewährleistet ist. Dadurch, dass Unruh und Schaltrad auf dem gleichen Stahldraht gelagert sind, wird schliesslich eine Ersparnis an Raumbedarf und baulichem Aufwand erzielt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ansicht einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Unruh,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht im Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1,
Fig. 3 eine Transistorschaltung für Steuer- und Antriebsspule,
Fig. 4 die Diagramme der lin der Steuerspule induzierten Spannung und des in der Antriebsspule flie ssenden Stromes in Abhängigkeit vom Schwingungswinkel.
In der Zeichnung bezeichnet 1 einen als Unruh für eine Tisch- oder Wanduhr dienenden Schwinger, dessen Achse 12, wie bekannt, auf einem Stahldraht gelagert und an einer als Richtkraftfizder dienenden bifilar gewickelten Doppelwendelfeder 2 aufgehängt ist.
Mit 3 und 3 1 sind ortsfeste Lagerteile des Uhrwerks bezeichnet, an welchen die Enden des Stahldrahtes sowie das obere Ende der Feder 2 befestigt sind.
Der durch die Gewichte 13, 14 gewichtsmässig aus baiancierte Unruh-Schwinger trägt an einem Zapfen 15 eine Schaltklinke 4, die z. B. aus einer Bronze-Blattfeder bestehen kann und mit ihrem freien Ende in die Schaltzähne eins Schaltrades 5 eingreift, welches in der koaxialen Verlängerung zur Unruhachse 12 drehbar gelagert ist. Bci dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stahldraht, auf welchem die Achse 1 2 gelagert ist, durch die hohle Achse 51 des Schaltrades 5 bis zu dem unteren Lagerteil 31 hindurchgeführt.
Die Achse 5 1 des Schaltrades 5 trägt eine Schneckc, welche mit einem das (nicht dargestellte) Zeigerwerk antreibenden Schneckenrad 6 kämmt.
Am anderen Ende trägt die Unruh 1 zwei parallele Stabmagnete 7, 71, die sich an einer nduzierten Spule 8 und einer antreibenden Spule 9 vorbeibewegen.
Die zugehörige Transistorschaltung ist in Fig. 3 der Zeichnung wiedergegeben. Die Spulen 8, 9 sitzen auf einem aus nichtmagnetisicrbarem Material bestehenden Träger 10.
Das Schaltrad 5 besitzt 36 Zähne und der Schwingungswinkel w der Unruh beträgt etwa 10 , wobei er 20 Halbschwingungen pro Sekunde ausführt. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, dass bei jeder Halbschwingung, die der Unruh-Schwinger gemäss Fig. 2 im Uhrzeigersinne ausführt, das Schaltrad 5 um einen Zahn fortgeschaltet wird. Bei der entgegengesetzten Halbschwingung bleibt das Schaltrad 5 stehen; um dicsen Stillstand zu gewährleisten, ist eine magnetische Rastvorrichtung vorgesehen, welche aus dem in Fig. 2 dargestellten Magnet 11 besteht, der auf die Schalt zähnc des aus magnetisch weichem Stahl gefertigten Schaltrades 5 eine Rastwirkung ausübt. Selbstverständlich könnte an Stelle der magnetischen Rastvorrichtung auch eine mechanisch wirkende Rast, z. B. eine Rastfeder, vorgesehen werden.
Fig. 2 zeigt die Unruh in der Mittellage, wobei gestrichelt die Lage der Magnete 7 bzw. 71 angegeben ist, welche diese bei vollem Ausschlag in der einen oder anderen Richtung einnchmen. Wie ersichtlich, ist die Amplitude jeder Halbschwingung nicht grösser als die Spulenbreite der Spulen 8, 9.
Fig. 3 zeigt die Transistorschaltung für Steuer- und Antriebsspule sowie Fig. 4 die Diagramme der in der Steuerspule induzierten Spannung und des in der An tricbsspule fliessenden Stromes in Abhängigkeit vom Schwingungswinkel. Aus dem Diagramm i für den Strom in der Antriebsspule ist ersichtlich, dass sich je weils im Nulldurchgang der Unruh in der Antriebsspule ein zweihöckriger Antriebsimpuls ausbildet, was sich ohnc weiteres aus der verhältnismässig kleinen Schwingungsamplitude der Unruh erklärt.
Electric clock with self-controlled periodic electric drive of the balance wheel
The invention relates to the design of an electric clock with self-controlled periodic electric drive of the balance wheel from which the pointer mechanism drive is derived with a soft power output.
The application of the invention is particularly suitable for wall and table clocks.
A ratchet drive for driving the pointer mechanism of an electric watch is known, in which a mechanical oscillator, which executes an approximately rectilinear oscillation movement and is designed in particular as a tuning fork oscillator, carries a pawl that engages the teeth of a ratchet wheel and changes it at every second half oscillation advances a tooth. For the dimensioning of the latch designed as a leaf spring, certain conditions must be met with the known device:
The leaf spring must have sufficient rigidity so that the frequency of its natural oscillation is greater than the frequency of the oscillator.
On the other hand, the pawl must be flexible enough that the product of the force exerted by it on the tooth during its backward movement and the coefficient of friction between it and the tooth is less than the braking force exerted on the ratchet wheel. The amplitude of the oscillator must also be kept within certain narrow limits, since otherwise the pawl would leave the ratchet wheel.
There are also clockworks known in which a balance-wheel oscillator takes the end of one arm of a two-armed rocker arm with it, which is supported to move back and forth around an axis at a considerable distance from the balance axis and has a pawl on its second, shorter arm. This pawl engages in the payment of a ratchet wheel, which drives the Zleigerwerk and is in turn rotatably mounted on another axis. With this type of construction, too, the rocker arm can only perform a very small pivoting movement in order to prevent the pawl from leaving the ratchet wheel during its switching movement.
In the electric clock created by the invention, these deficiencies are avoided by the fact that the balance wheel is mounted on a tensioned steel wire passed through its axis and is suspended from a bifilar-wound double helical spring serving as a directional force spring, and that the steel wire also has a pointer mechanism driving ratchet wheel is mounted, which can be indexed by a pawl attached to the balance system for the entire duration of every second half oscillation.
Apart from the fact that with this type of construction the pawl is in engagement with the ratchet wheel for the entire duration of every second half-oscillation and thus a large shift travel is carried out, another advantage is that the pawl is inevitably moved concentrically to the ratchet wheel, so that a more precise Engagement of the pawl and teeth of the ratchet wheel is guaranteed. The fact that the balance and ratchet wheel are mounted on the same steel wire ultimately results in a saving in terms of space requirements and structural effort.
Further details and advantages of the invention emerge from the description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. In the drawing show:
1 is a schematic view of a balance wheel designed according to the invention,
FIG. 2 shows a plan view corresponding to FIG. 1 in section along the line 11-11 of FIG. 1,
3 shows a transistor circuit for the control and drive coil,
4 shows the diagrams of the voltage induced in the control coil and of the current flowing in the drive coil as a function of the oscillation angle.
In the drawing, 1 denotes an oscillator serving as a balance wheel for a table or wall clock, the axis 12 of which, as is known, is mounted on a steel wire and is suspended from a bifilar-wound double helical spring 2 serving as a straightening force force.
With 3 and 3 1 fixed bearing parts of the clockwork are referred to, to which the ends of the steel wire and the upper end of the spring 2 are attached.
The balanced by the weights 13, 14 weight-wise balance-wheel oscillator carries a pawl 4 on a pin 15, which z. B. can consist of a bronze leaf spring and engages with its free end in the shift teeth of a ratchet wheel 5, which is rotatably mounted in the coaxial extension to the balance axis 12. In the illustrated embodiment, the steel wire on which the axle 1 2 is mounted is passed through the hollow axle 51 of the ratchet wheel 5 as far as the lower bearing part 31.
The axis 5 1 of the ratchet 5 carries a worm which meshes with a worm wheel 6 that drives the pointer mechanism (not shown).
At the other end, the balance wheel 1 has two parallel bar magnets 7, 71, which move past an induced coil 8 and a driving coil 9.
The associated transistor circuit is shown in Fig. 3 of the drawing. The coils 8, 9 are seated on a carrier 10 made of a non-magnetic material.
The ratchet wheel 5 has 36 teeth and the oscillation angle w of the balance is about 10, whereby it executes 20 half oscillations per second. The dimensions are chosen in such a way that for each half-oscillation that the balance-wheel oscillator executes clockwise according to FIG. 2, the ratchet wheel 5 is advanced by one tooth. At the opposite half oscillation, the ratchet 5 stops; To ensure this standstill, a magnetic latching device is provided which consists of the magnet 11 shown in FIG. 2, which exerts a latching effect on the switching teeth of the switching wheel 5 made of magnetically soft steel. Of course, instead of the magnetic latching device, a mechanically acting latch, e.g. B. a detent spring can be provided.
Fig. 2 shows the balance wheel in the central position, the position of the magnets 7 and 71 being indicated by dashed lines, which they occupy with full deflection in one direction or the other. As can be seen, the amplitude of each half-wave is not greater than the coil width of the coils 8, 9.
Fig. 3 shows the transistor circuit for the control and drive coil and Fig. 4 shows the diagrams of the voltage induced in the control coil and the current flowing in the tricbsspule as a function of the oscillation angle. It can be seen from diagram i for the current in the drive coil that a two-humped drive pulse is formed in the drive coil when the balance wheel crosses zero, which is explained by the relatively small oscillation amplitude of the balance wheel.