Antrieb <B>für ein mit tonfrequenten,</B> trans- latorischen <B>Oszillationen angetriebenes</B> <B>Zeitmessgerät</B> <B>Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit tonfre-</B> quenten, translatorischen <B>Oszillationen angetriebenes</B> <B>Zeitmessgerät.
Hei den Geräten</B> dieserlrt <B>wird der</B> Antrieb <B>üblicherweise durch eine</B> am Oszillator <B>befestigte Klinke</B> <B>gebildet, die ein</B> Klinkenrad <B>antreibt, während eine an</B> <B>einem</B> unbeweglichen Teil des Uhrwerks befestigte<B>Sperr-</B> <B>klinke ein</B> Rückwärtsdrehen des Klinkenrades<B>verhindert.</B> Weil man befürchtet, dass es nicht möglich sein werde,
eine oszillierende Schaltklinke und eine fest angeordne te Sperrklinke mit hinreichender Genauigkeit am .Klinken rad derart anzuordnen, dass die irr ihrer Mittelstellung befindliche Schaltklinke dann in der Mitte zwischen zwei Zahnspitzen steht, wenn das Klinkenrad durch die Sperr <B>klinke</B> festgehalten<B>wird,</B> ist vorgeschlagen<B>worden, statt</B> <B>der</B> Sperrklinke nur eine Bremse zu verwenden, was jedoch <B>den</B> Nachteil hat, dass auch beim Vorwärtsschalten des Klinkenrades Energie vernichtet werden muss.
Zur Behebung
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<B>dieses</B> <SEP> Nachteils <SEP> ist <SEP> vorgeschlagen <SEP> worden, <SEP> die <SEP> Bewegungs energie <SEP> über <SEP> ein <SEP> hin- <SEP> und <SEP> hergehendes <SEP> Reibelement <SEP> auf <SEP> ein
<tb> Reibrad <SEP> zu <SEP> übertragen, <SEP> auf <SEP> dessen <SEP> Welle <SEP> ein <SEP> Klinkenrad
<tb> <B>sitzt,</B> <SEP> das <SEP> durch <SEP> eine <SEP> an <SEP> dein <SEP> unbeweglichen <SEP> Teilen <SEP> des
<tb> <B>Uhrwerks</B> <SEP> gelagerte <SEP> Sperrklinke <SEP> am <SEP> Rückwärtsdrehen <SEP> <B>gehin-</B>
<tb> dert <SEP> ist;
<SEP> bei <SEP> der <SEP> <B>je.--5</B> <SEP> Reib :lerrtentes <SEP> in <SEP> der
<tb> <B>einen</B> <SEP> Bewegungsrichtung <SEP> wird <SEP> das <SEP> Reibrad <SEP> mitgenommen, <SEP> <B>in</B>
<tb> der <SEP> anderen <SEP> Bewegungsrichtung <SEP> wird <SEP> dann <SEP> die <SEP> Mitnahme <SEP> durch
<tb> <B>die</B> <SEP> Sperrklinke <SEP> verhindert.
<tb> Die <SEP> Erfahrung <SEP> hat <SEP> nun@.@zeizt, <SEP> dass <SEP> ii.cch <SEP> bei <SEP> Verwen dung <SEP> eines <SEP> sehr <SEP> fein <SEP> verzahnten <SEP> Schaltrades <SEP> die <SEP> Verwendung
<tb> <B>zweier</B> <SEP> Klinken <SEP> möglich <SEP> ist.
<SEP> Jedoch <SEP> wurde <SEP> des <SEP> weitern <SEP> fest gestellt, <SEP> dass <SEP> eine <SEP> möglichst <SEP> kleine <SEP> Amplitude <SEP> der <SEP> Schalt- <B>klinke</B> erwünscht <B>ist, weil die</B> technischen <B>Schwierigkei-</B> <B>ten mit steigender Amplitude zunehmen, unter anderem des-</B> <B>wegen, weil die</B> Dämpfung <B>mit steigender Amplitude steigt,</B> <B>und weil nur bei sehr kleinen Amplituden die Verwendung</B> magnetostriktiver.Materialien <B>und Kristalle als Klinken-</B> <B>träger möglich ist.</B>
<B>Da sich nun aber die Zahnteilung eines Klinkenrades</B> <B>nicht unter eine bestimmte Grenze verkleinern lässt,</B> <B>mussten andere Möglichkeiten gesucht werden, die eine wei-</B> <B>tere Verkleinerung der</B> Amplitude <B>des Schwingers erlaubten.</B> <B>Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine solche Kon-</B> <B>struktion eines Antriebes für ein mit</B> tonfrequenten, translatorischen <B>Schwingungen angetriebenes</B> Zeitmessge- rät, <B>der dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes Organ mit</B> <B>einer Klinke versehen ist, wobei diese Klinken so angeord-</B> <B>net sind, dass sie sich stets gemeinsam,
aber in bezug auf</B> <B>die</B> Klinkenradverzahnung <B>in entgegengesetzter Richtung be-</B> <B>wegen, und dass auf das Klinkenrad weder eine weitere</B> <B>Klinke noch ein Bremselement einwirkt.</B>
<B>Es sind nun zwar im</B> Grossgerätebau <B>schon Klinkenan-</B> <B>triebe mit zwei festen, kurzen Klinkenhebeln bekannt, die</B> <B>den Zweck erfüllen, mit weiten Hin- und</B> Herbewegungen <B>eines Schwenkankers auf das Klinkenrad einer Pressspindel</B> <B>ein sehr grosses Drehmoment ausüben zu können.
Die Klinken</B> <B>dienen dort der</B> Leistungsübertragung, <B>und sie sind daher</B> <B>am Anker sehr nahe an der Achse</B> angelenkt. <B>Jede Klinke</B> wird dann durch eine zugeordnete Feder an den Zahnkranz gedrückt, wobei die beiden Klinken hintereinander am Um fang des Klinkenrades stehen und abwechselnd dieses in gleicher Richtung antreiben. Ähnlich aufgebaut sind auch Schaltwerke von elektrischen Nebenuhren.
Kleinere Ausführungen von Kraftübertragungsmecha- nismen, die ebenfalls zwei sich stets gemeinsam, aber in Bezug auf die Verzahnung des Klinkenrades in entgegenge setzter Richtung bewegende Klinken aufweisen, sind auch für den Aufzug automatischer Uhren bekannt, wo sie nicht nur dazu dienen, eine starke Untersetzung der Schwungmas- sendrehgeschwindigkeit und eine entsprechende Erhöhung <B>der Drehkraft, sondern auch eine Gleichrichtung der Dreh-</B> bewegung zu bewirken, da sich ja die Schwungmasse in bei den Drehrichtungen drehen, die Aufzugfeder aber natürlich nur in einer Drehrichtung W-spannt werden kann.
Diese an sich bekannten Zweiklinkenantriebe dienen jedoch der Lösung ganz anderer Probleme als dem Antrieb eines Zeitmessgerätes mit tonfrequenten Schwingungen, so dass sie unter ganz anderen Arbeitsbedingungen arbeiten als die beiden Klinken des erfindungsgemässen Antriebes. Infolgedessen konnte nicht vorausgesehen werden, dass sich eine Vorrichtung, die zur Benützung in einem Selbst aufzug vorgeschlagen wurde, sich auch als Bestandteil eines tonfrequenten Antriebes für ein Zeitmessgerät eig nen konnte.
Bekanntlich uient der Selbstaufzug im wesent- <B>lachen der Kraftübertragung, da ja</B> verhältnismässig gros- se <B>Kräfte zu übertragen sind, weil</B> innert <B>kurzer Zeit im</B> <B>Federhaus die Energie für eine längere</B> Zeitpanne, <B>die</B> <B>ohne weiteres das hundertfache betragen kann, gespeichert</B> <B>werden</B> muss, <B>während beim</B> erfindungsgemässen <B>Antrieb</B> <B>dauernd Kräfte zu übertragen sind, die wesentlich kleiner</B> <B>sind, da sie ja nur dazu dienen dürfen,
die durch die mo-</B> <B>mentanen Reibungsverluste vernichtete</B> Bewegungsenergie <B>laufend nachzuliefern, um so die</B> Bewegung <B>der Zeiger auf-</B> <B>recht zu erhalten. Da beim Selbstaufzug die</B> Bewegung <B>den</B> Bewegungen <B>des Trägers entspricht, ist sie unregelmässig,</B> <B>während die Antriebsbewegung beim</B> tonfrequenten <B>Antrieb</B> <B>sehr</B> regelmässig <B>ist und</B> verhältnismässig <B>enge Grenzen der</B> Amplitude <B>nicht überschritten werden dürfen;
ein weiterer</B> <B>Unterschied besteht darin, dass beim Aufzug eine</B> wesent lich<B>unter der Tonfrequenz liegende Frequenz variabler</B> Grösse <B>benützt wird, während beim</B> erfindungsgemässen <B>An-</B> <B>trieb tonfrequente Schwingungen konstanter Frequenz be-</B> <B>nützt werden.
Des weitern üben bekanntlich</B> Trägheitskräfte <B>und Erdschwere auf einen Aufzugsmechanismus keine</B> schäd lichen<B>oder störenden Wirkungen aus, während bei der Aus-</B> <B>gestaltung des tonfrequenten Antriebes speziell darauf ge-</B> <B>achtet werden muss, dass keine</B> Trägheitskräfte <B>auf ihn ein-</B> <B>wirken können;
durch irgendwelche Störungen oder Ungenauig-</B> <B>keiten des Aufzugsmechanismus wird die Zeitangabe der auto-</B> <B>matischen Uhr nicht beeinflusst, da es sich ja nur um eine</B> Energiespeicherung handelt, während <B>beim Antrieb nach der</B> <B>vorliegenden Erfindung eine zählende,</B> resp, <B>zeitmessende</B> <B>Funktion ausgeübt wird, so dass jede Störung oder Unge-</B> nauigkeit eine Fehlfunktion zur Folge hat, woraus sich zusammenfassend <B>ergibt, dass zwischen einem Selbstaufzug</B> <B>und dem vorliegenden Antrieb ein wesentlicher und nicht</B> <B>etwa nur ein gradueller Unterschied besteht.</B>
<B>Um den mit der Erfindung erreichbaren</B> technischen Fortschritt darzulegen, wird nachfolgend anhand der Zeich <B>nung zuerst der Unterschied zwischen dem</B> erfindungsgemäs- sen <B>Antrieb und einem Antrieb mit einer Schaltklinke und</B> <B>einer Sperrklinke beschrieben. Anschliessend wird ein Aus-</B> führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert.
<B>Die</B> Fig. <B>1 zeigt einen gewöhnlichen Klinkenantrieb</B> <B>mit</B> Arbeits- <B>und Sperrklinke,</B> die Fig. 2 die zugehörigen Diagramme, <B>die</B> Fig. <B>3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines er-</B> findungsgemässen <B>Antriebes,</B> die Fig. 4 zeigt im Detail, wie das Klinkenrad <B>durch die Klinken angetrieben wird, wäh-</B> <B>rend</B> die Fig. 5 eine graphische Darstellung der Bereiche <B>wiedergibt, innerhalb welcher die Ampli-</B> <B>tude A als Funktion des Klinkenabstandes</B> <B>B gewählt werden</B> muss,
<B>Die Figur 1 der Zeichnung zeigt einen üblichen</B> <B>Klinkenantrieb mit einem Zahn- oder Klinkenrad 1, einer</B> <B>Sperrklinke 2 und einer Schaltklinke 3. Diese Schalt-</B> <B>klinke ist mittels einer Feder 4 in einem Stift 5 einge-</B> <B>spannt und wird durch die sich mit der Welle 6 drehende</B> Exzenterscheibe <B>7, die in der mit der Klinke 3 fest ver-</B> <B>bundenen Gabel 8 geführt ist, hin- und herbewegt, wodurch</B> <B>sie bei jeder Bewegung nach unten das Zahnrad 1 um einen</B> <B>Zahnschritt Z in der Gegenuhrzeigerrichtung, also der</B> <B>Richtung des Pfeiles 9</B> fortschaltet, <B>während bei der Be-</B> <B>wegung nach oben die Sperrklinke 2 ein Rückdrehen des</B> <B>Schaltrades 1 verhindert.
Die</B> translatorische Oszilla- tionsbewegung <B>der Schaltklinke 3 muss natürlich nicht</B> <B>notwendigerweise durch eine sich drehende, in einer Gabel</B> <B>geführte</B> Exzenterscheibe <B>erzeugt werden. Zu ihrer Erzeu-</B> <B>gung können auch andere Mittel, wie</B> z.B. <B>ein Elektromag-</B> <B>net verwendet werden.
Kennzeichnend für diesen bekannten</B> <B>Antrieb ist das Merkmal, dass der Antrieb des Klinkenra-</B> <B>des im wesentlichen während der einen Hälfte der</B> Schwin- gung <B>der Klinke erfolgt und dass das Klinkenrad während</B> <B>der andern Hälfte der Schwingungsdauer stille steht oder</B> <B>sich etwas</B> zurückdreht,.was <B>sehr gut aus der zugehörigen</B> <B>Figur 2 der Zeichnung ersichtlich ist, in welcher mit 10</B> <B>der Ort der Klinke 3 als Funktion der Zeit t eingezeich-</B> <B>net ist.
Da die Klinke beim gezeichneten Antrieb eine</B> ein-Schwingung<B>ausführt und bei einem andern Antrieb eine</B> sin-Schwingung als vereinfachende Annahme angenommen<B>wer-</B> den darf, lässt sich die Kurve durch die Gleichung <B>x</B> =<B>A o s i n</B> (,,) <B>t</B> <B>0</B> beschreiben. Für A0 gilt die Bedingung JZ = A0 -- z Z Der Abstand zwischen den beiden Klinken im Ruhezu stand sollte (n + J)Z sein, wobei n = o oder eine ganze <B>Zahl ist.
Aus der Kurve 11, deren gestrichelter Teil die</B> Geschwindigkeit v der Klinke und deren ausgezogener Teil die Geschwindigkeit v eines Zahnes des Rades 1 als Funk tion der Zeit t darstellt, ist ersichtlich, dass das Rad jeweilen während ungefähr einer halben Schwingung stille steht und sich während der andern Hälfte der Schwingung zum Teil vorwärts, zum Teil rückwärts dreht. Die Betriebs Sicherheit dieses Klinkenantriebs verlangt ein geringst- mögliches Trägheitsmoment des Zahnrades 1, da die Rück wärtsbewegung des Rades nur dann nicht auftreten würde, <B>wenn</B> beim Stoss während der Abnahme der Geschwindigkeit <B>der Klinke 3, das Rad mit Schwung der Klinke 3 voraus-</B> eilen würde, wobei die Gefahr des Überspringens von Zäh nen auftritt.
Das ist im Betriebszustand kaum gleichblei bend zu verwirklichen, weil bei diesem Vorauseilen ja <B>gleichzeitig die</B> Antrieb- <B>und die Sperrklinke über die</B> <B>Zähne gleiten und dadurch Bremskräfte erzeugen. Bei</B> <B>kleinerem Schwung tritt die rückläufige Bewegung zwangs-</B> <B>läufig auf.</B> <B>Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in wel-</B> chem <B>die beiden Klinken 33 und</B> 34 <B>derart an einem von je</B> <B>zwei aufeinander zu- und voneinander wegschwingenden Ar-</B> <B>men 35a bzw. 35b des oszillierenden Organs 35 befestigt</B> <B>sind, dass ihre Eingriffspunkte am Klinkenrad 36, das</B> <B>auf der Welle 37 sitzt, nicht mehr als</B> 120o <B>voneinander</B> <B>entfernt sind.
Die als oszillierendes Organ dienende</B> <B>Stimmgabel 35 kann</B> z.B. <B>Bestandteil eines</B> Stimmgabelsen- ders <B>sein, dessen Schwingung elektronisch. unterhalten</B> <B>wird.</B> <B>Die Figur 4 zeigt die diesbezüglichen Verhältnisse</B> <B>im Detail: die Zähne des Klinkenrades 38 sind hier mit</B> 38a, <B>38b, 38e, 38d und 38e bezeichnet, die beiden Klinken</B> <B>mit 39 und 40. Ihr Abstand in der Ruhelage beträgt
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</B> <B>wie das</B> z.B. <B>aus der Figur</B> 4a, <B>der Figur</B> 4c <B>und der Fi-</B> <B>gur</B> 4e <B>ersichtlich ist.
Wenn sich die beiden Klinken 39</B> <B>und 40 aus der Ruhelage um die Amplitude
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</B> vonein- ander <B>wegbewegen, so wird das Zahnrad 38 durch die Klinke</B> <B>39 soweit gedreht, dass es die in der Figur</B> 4b <B>darge-</B> <B>stellte Lage</B> einnimmt. <B>Wenn sich</B> dann <B>die Klinken wieder</B> aufeinanderzubewegen, <B>greift die Klinke 40 am Zahn 38d an</B> <B>und dreht das Rad zuerst in die in der</B> Figur 4t <B>darge-</B> stellte Lage und nachher in die in der Figur 4d dargestell te Lage, in welcher die Klinkenelongationen wieder ihren Maximalwert erreicht haben.
Die Klinken entfernen sich nun wieder voneinander, so dass die Klinke 39 am Zahn 38b an greift und das Zahnrad weiterdreht, usw. Wie man aus der Betrachtung dieser Figur 4 sieht, muss der Abstand B zwischen den ruhenden Klinken nicht genau
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betragen, er darf auch grösser oder kleiner sein, er darf die Werte B = (n + a) Z annehmen mit
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Während jedoch für den genauen Klinkenabstand
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die Amplitude A grösser als
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jedoch kleiner als sein
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muss, gilt für einen davon abweichenden Klinkenabstand B = (n + a) Z
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Der diesbezügliche Bereich ist in der Figur 5 als schraffierte Fläche eingezeichnet, wobei die Randwerte nicht eingenommen werden dürfen.
Man sieht also, dass der Bereich, in welchem sich <B>die Amplitude A befinden muss, umso kleiner wird, je</B> <B>mehr sich der Klinkenabstand H vom Wert
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</B><B>ent-</B> <B>fernt und dass es für a</B> =<B>o,</B> d.h. <B>H</B> = n Z, <B>kein A mehr</B> <B>gibt.</B>
<B>Es ist darauf hinzuweisen, dass bei der vorstehen-</B> <B>den Ausführung die mathematischen Darstellungen der</B> <B>Grenzbedingungen für den Fall gelten, dass das Klinken-</B> <B>rad nie der</B> antreibenden <B>Klinke vorauseile und durch die</B> <B>rücklaufenden Klinken nicht zurückgezogen werde.</B>
<B>Praktische Versuche mit dem Klinkenantrieb bestäti-</B> <B>gen vollkommen die Richtigkeit der Überlegungen. Ein</B> <B>breiter</B> Zahnkranz <B>des Zählrades zur Erhöhung seines</B> Trägheitsmoments <B>führt auch zu geringerer. spezifischer</B> <B>Zahnbeanspruchung. Das Zählrad eilt im Betriebszustand</B> <B>nach dem Stoss der Klinke etwas voraus und kommt nicht</B> <B>mehr zum Stillstand. Die Probeläufe mit ein und dersel-</B> ben <B>Ausführung des Klinkenantriebes verliefen befriedi-</B> <B>gend und erstreckten sich über einen Frequenzbereich des</B> <B>Antriebes von 50 bis 1000 Perioden pro Sekunde.
Die dyna-</B> <B>mischen Verhältnisse ergeben einen stabilisierenden in-</B> <B>neren Ausgleich, da sich eine Art Gleichgewichtszustand</B> <B>einstellt.</B>