Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus für einen wechselnden äusseren Beschleunigungen ausgesetzten Zeit geber, insbesondere eine Kleinuhr wie eine Armbanduhr, mit einer in einem Rahmen gelagerten Unruhwelle und mit einem Oszillator, der mit der Unruhwelle verbunden ist und diese antreibt.
Insbesondere bei quarzgesteuerten Kleinuhren mit einer schwingenden Unruhanordnung ergibt sich zunächst einmal das Problem, a) Schwingungen relativ kleiner Amplitude in geeigneter Weise in eine mechanische Drehbewegung umzusetzen. Darüber hinaus ergibt sich das Problem, b) die Aufgabe auf raumsparende Weise zu lösen, um beispielsweise auch in Armbanduhren üblicher Grösse neben dem Uhrwerk zusätzlich die elektronische Steuerung und eine Batterie unterbringen zu können.
Am weitaus schwierigsten ist jedoch das dritte Problem, c) sicherzustellen. dass auch bei starken Beschleunigungen der Uhr, wie sie beispielsweise bei heftigen Armbewegungen auftreten, die Synchronisation, von besonderen Extremfällen abgesehen, erhalten bleibt.
Insbesondere bei Armbanduhren haben die ständig wach senden Anforderungen an die Ganggenauigkeit bei hohen g-Werten zu enormen Anstrengungen geführt. Dabei wurden vor allem deswegen nur begrenzte Erfolge erzielt, da sich das Gewicht und damit die Trägheit der bewegten Teile des Schaltmechanismus nur bis zu einem gewissen Grade ver kleinern lässt. Anderseits sind die die Ganggenauigkeit be einträchtigenden, äusseren Einflüsse sehr gross. Während Translationsbewegungen und -stösse im allgemeinen nur un bedeutende Gangänderungen ergeben.
erhält man durch Drehbewegungen und Drehstösse in Richtung der Unruh achse beträchtliche Phasensprünge, verbunden mit Gang änderungen und Amplitudenänderungen und u.U. sogar ein Prellen der Unruh mit nachfolgenden Stand- und Gang änderungen. Rasche Drehbewegungen ergeben Amplituden- änderungen, verbunden mit Änderungen der Phase.
Da die Armbewegungen hinsichtlich ihrer Phase gegenüber der Un- ruhschwingung statistisch verteilt sind, mitteln sich deren Einflüsse in erster Näherung aus, doch ergeben sich bei heftigen Armbewegungen (besonders bei häufigem Prellen) Gangänderungen die umso grösser sind, je grösser die Masse der mechanisch bewegten Teile und die Isochronismusfehler sind. Ferner wird die nutzbare Lebensdauer der Uhr wegen des durch das Prellen potenzierten Verschleisses ganz beträcht lich verringert.
In diesem Zusammenhange wird beispielsweise auf die USA-Patentschriften 2 900 021, 3 122 879, 3 143 848 und 3 462 942 verwiesen. Die Unruh kann dabei von einem Quarzoszillator gesteuert werden, dem ein Frequenzteiler nachgeschaltet ist (siehe z. B. Schweizer Patentschrift 526 150). Bei solchen Uhren besitzen die Schwingungen der Unruh nur eine relativ niedrige Amplitude und unter diesen Bedingungen arbeiten die üblichen Schaltmechanismen nicht voll befriedigend.
In der USA-Patentschrift 1 175<B>610</B> aus dem Jahre 1913 wird bereits ein Schaltmechanismus beschrieben, der zwar im Prinzip für eine Zeitmessung geeignet ist, bei dem jedoch keinerlei besondere Massnahmen bezüglich der Ganggenauig keit und der Verschleissfestigkeit getroffen wurden. Die Un- ruhanordnung der USA-Patentschrift mit ihrer Rückstell- feder ist als ein durch den Oszillator gesteuerter elektro mechanischer Wandler anzusehen. dessen eigene Gangge nauigkeit für eine genaue Zeitmessung niemals geeignet wäre.
Ausserdem hat es sich zwischenzeitlich als wesentlich günstiger erwiesen, den Anker auf einer getrennten Achse zu lagern, um eine möglichst geringe Beeinträchtigung der Schwingungs amplitude der Unruhanordnung zu erreichen. In der deut- schen Gebrauchsmusterschrift 1 610 089 wird eine Nebenuhr beschrieben, welche unmittelbar durch Impulse von einer Hauptuhr geschaltet wird und bei welcher der Schwinganker zwischen zwei Endanschlagsstellungen hin- und hergeschaltet wird, welche durch die Schaltstifte einerseits und die Form des Zahngrundes des Schaltrades anderseits bestimmt werden.
Svnchronisationsproblerne, wie sie bei einer quarzgesteuerten Uhr mit einer schwingfähigen Unruhanordnung auftreten können, sind bei der Nebenuhr gemäss der deutschen Ge- brauchsmusterschrift von vornherein ausgeschlossen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltmechanismus der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Toleranzbe reich zuverlässig, aber mit möglichst geringem Raum- und Energiebedarf, apparativem und Festigungsaufwand, vor allem ohne weitere Erhöhung der Trägheit durch zusätzliche Massenkörper begrenzt werden kann.
Der erfindungsgemässe Schaltmechanismus ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltrad vorgesehen ist, das an seinem Umfang eine Anzahl von Zähnen aufweist, dass mit der Unruhwelle eine Schaltklinke mit zwei Armen verbunden ist. von denen jeder einen abstehenden Schaltstift trägt, wo bei die beiden Schaltstifte abwechselnd mit den Zähnen des Schaltrades zur Fortschaltung desselben zusammenwirken und dass die in Radialrichtung gemessene Tiefe der Zähne des Schaltrades um eine Oberschwingstrecke grösser ist, als es für den Betrieb des Zeitgebers ohne äussere Beschleuni gungen notwendig ist,
wobei die Oberschwingstrecke den Toleranzbereich der Schwingungsamplitude nach oben be grenzt und wobei die Schaltstifte bei Aufbrauch der Ober schwingstrecke den Zahngrund berühren.
D', vorliegende Erfindung basiert auf der neuen Erkennt nis. dass bei einem Schaltmechanismus der eingangs genann ten Art anstatt des äusserts nachteiligen Schalthebels ein begrenzter Toleranzbereich für die Schwingungsamplitude vorgesehen werden muss, a) um einerseits die die Schwingungsamplitude beein flussenden Beschleunigungskomponenten bis zu einem ge wissen Grade aufzufangen, damit sie nicht zum Prellen und den noch gravierenderen Sekundärschäden führen können, und b) um die durch dieses Auffangen verursachten Gang fehler über die Schwingungsamplitude als Stellgrösse inner halb desselben Toleranzbereiches wieder auszusteuern,
wo bei gleichzeitig auch alle auf andere Weise entstandenen Gangfehler mitausgesteuert werden können.
Durch diese Massnahme wird die für die Auswirkung einer äusseren Beschleunigung massgebende Trägheit nicht nur nicht erhöht, sondern sogar merklich herabgesetzt, weil ein derart tief eingeschnittenes Schaltrad ein deutlich klei neres Trägheitsmoment hat. Ferner haben dabei Raum- und Energiebedarf, apparativer und Fertigungsaufwand nicht nur ein Mindestmass erreicht, sondern sie sind gleich Null. Die auf die erfindungsgemässe Weise eingeschnittenen Schalt räder sind nämlich zum gleichen Preis herstellbar wie be kannte Schalträder. Die geringere Trägheit führt sekundär zu einer Verringerung des Energiebedarfs und der Lagerbela stung.
Ganz besonders muss aber darauf hingewiesen werden, dass die für ähnliche Zwecke herangezogenen Anschlagmittel und Schalthebel hier überhaupt nicht mehr benötigt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass an einer Seite des Schaltrads ein Sperrad befestigt ist, das mit Sperrzähnen versehen ist, und dass eine an ihrem einen Ende befestigte Sperrfeder vorgesehen ist, deren freies Ende mit den Sperrzähnen des Sperrades zusammenwirkt und ein Rückwärtslaufen des Schaltrades verhindert. Ferner ist es zweckmässig, wenn der Oszillator eine Unruh hat, die eine niedrige Schwingungsamplitude aufweist, und die Unruh als Sekundärantrieb arbeitet und von einem Hochfrequenz- Zeitnormal gesteuert ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Schaltmechanismus und Fig. 2 eine Seitenansicht des Schaltmechanismus der Fig. 1, teilweise im Schnitt.
Der in der Zeichnung dargestellte Schaltmechanismus enthält einen mit niedriger Amplitude schwingenden Oszil- lator 12, wie zum Beispiel eine Unruh, auf der entweder eine Spule oder ein Magnet (nicht dargestellt) befestigt sind. Die Unruh 12 ist auf einer Unruhwelle 13 befestigt, welche an ihrem einen Ende in einem Lager 14 drehbar gelagert ist. Auf der Unruhwelle 13 ist mit Hilfe eines Abstandselementes 17 im Abstand von der Unruh 12 eine Schaltklinke 16 be festigt.
Die Schaltklinke 16 besteht aus einer Schaltklinkenplatte 18 mit zwei Armen 19 und 21, die einen Winkel miteinander einschliessen. An jedem der Arme 19 und 21 ist ein Schalt stift 22 bzw. 23 befestigt, um mit den Zähnen 24 eines Schalt rades 11 zusammenzuwirken.
Die Schaltstifte stehen unter einem rechten Winkel von der Schaltklinkenplatte 18 ab und treiben abwechselnd das Schaltrad 11, während die Unruh welle hin- und herschwingt. Die Schaltstifte 22 und 23 sind in Fig. 1 in ihrer für die nominelle Amplitude geltenden End- stellung dargestellt, d. h. der Schaltstift 22 befindet sich etwa in der Mitte einer radial verlaufenden Zahnflanke eines Zahns 24. Die Bewegung der Unruhwelle 13 wird über die Schaltklinke 16 übertragen, wie dies in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist.
Die in Radialrichtung gemessene Tiefe der Zähne 24 des Schaltrades 1 1 ist um eine Oberschwing- strecke grösser als es für den Betrieb des Zeitgebers ohne äussere Beschleunigungen notwendig ist, wobei die Ober schwingstrecke den Toleranzbereich der Schwingungsampli tude nach oben begrenzt und wobei die Schaltstifte bei Ruf brauch der Überschwingstrecke den Zahngrund berühren, um Amplitudenänderungen infolge plötzlicher Stösse und Be wegungen zu ermöglichen. Die Schaltstifte 22 und 23 be rühren immer dann den Zahngrund 26 der Zähne 24, wenn die Amplitude übermässig gestört wird.
Die Schaltstifte 22 und 23 begrenzen dadurch die Amplitude der Unruh auf einen annehmbaren Wert, was normalerweise die Aufgabe eines Schalthebels wäre.
Das Schaltrad ist auf einer Welle 27 befestigt, deren eines Ende in einem Lager 28 in einer Brücke 29 drehbar gelagert ist, während das andere Ende in einem Lager 31 in einem Frontrahmen 32 drehbar gelagert ist. Ein Sperrad 33 mit einer Anzahl von Sperrzähnen 34 an seinem äusseren Um fang ist auf der Unterseite des Schaltrades 11 fest angebracht. An den Sperrzähnen 34 des Sperrades 33 liegt das eine Ende einer länglichen Sperrfeder 36 an, die eine Rückwärtsdrehung des Schaltrades 11 während dessen Fortschaltung verhindert. Das andere Ende der Sperrfeder 36 ist in einer Halterung 37 gehaltert, die ihrerseits an dem Frontrahmen 32 befestigt ist.
Im Betrieb schwingt die Unruhwelle 13 unter Steuerung durch einen elektrischen oder elektronischen Antrieb (nicht dargestellt). Die Schaltstifte 22 und 23 erfassen abwechselnd die Zähne 24 des Schaltrades 11, wenn die Schaltklinke 16 mit der Unruhwelle 13 schwingt. Der Schaltstift 22 gleitet auf der Oberseite eines Zahnes 24, wodurch das Schaltrad 11 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung bewegt wird. Wenn der Schaltstift 22 ausser Eingriff mit dem Zahn 24 gelangt, gelangt der Schaltstift 23 in Kontakt mit einem Zahn 24 des Schaltrades (vergleiche die gestrichelte Dar stellung).
Die Sperrfeder 36 wirkt mit den Zähnen 34 des Sperrades 33 zusammen, um im Betrieb jede Rückwärts drehung des Schaltrades 11 zu verhindern. Wenn ein Schalthebel benutzt werden müsste, würde der Aufbau unnötig kompliziert, und es ergäben sich Probleme mit der Auslenkung dieser Hebel. Bei der erfindungsgemässen Konstruktion hat dagegen ein Stoss lediglich zur Folge, dass einer der Schaltstifte 22 bzw. 23 bis zum Zahngrund 26 eines der Zähne 24 des Schaltrades ausgelenkt wird. Die Zähne des Schaltrades sind aber um den Betrag Z tiefer einge schnitten, so dass eine gewisse Amplitudenänderung infolge eines Stosses auftreten kann, ehe ein Anschlagen der Schalt stifte erfolgt.
Gerade dieses Problem wird durch vorliegende Erfindung auf einfachste und trotzdem zweckmässigste Weise gelöst, da durch die Überschwingstrecke Z ein erhebliches Überschwin gen der Unruhanordnung gegenüber ihrer normalen Schwin gungsamplitude ermöglicht wird.
Hierdurch wird aber nicht nur eine übermässige mechanische Beanspruchung der Lager und der schwingenden Teile vermieden, wie sie bei ständigem Anschlagen in den beiden Endstellungen der Unruhanordnung auftreten würde, sondern es wird gleichzeitig Energie einge spart. und es wird darüberhinaus das Prellen und Ausser- Tritt-Fallen der Unruhanordnung verhindert, welches die Ganggenauigkeit und nutzbare Lebensdauer beeinträchtigen würde.
Schliesslich wird bei vielen Synchronisationsschal- tungen auch noch der Einfluss der Schwingungsamplitude der Unruhanordnung auf deren Schwingungsfrequenz ausgewertet, was nicht möglich ist, wenn die Unruhanordnung bei einem kurzfristigen Überschwingen durch Anschläge der einen oder anderen Art sofort gestoppt wird.
Der Schaltmechanismus der Fig. 1 und 2 eignet sich be sonders für quarzgesteuerte Uhren, in denen die Unruh mit einer relativ niedrigen Amplitude schwingt. Da diese Uhren extrem genau arbeiten sollen. muss der Schaltmechanismus sehr zuverlässig sein und da.; Auftreten von Fehlern ver hindern. Dies wird dadurch erreicht, dass man eine direkte Kupplung zwischen der Unruhanordnung 10 und dem Schalt rad 11 herbeiführt. Der übliche Schalthebel, der bei niedrigen Schwingungsamplituden der Unruh unwirksam wäre, entfällt somit.