DE1053416B - Klinkenantrieb fuer Teile eines zeithaltenden Geraets - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Klinkenantrieb zur Umwandlung der Schwingungen eines mechanischen Schwingers in eine Drehbewegung zum Antrieb von Teilen eines zeithaltenden Geräts, insbesondere des Zeigerwerks einer elektrischen Uhr, mit einem einzigen Klinkenrad und einer einzigen unmittelbar auf das Klinkenrad einwirkenden, vom Schwinger betätigten Schaltklinke und einer auf das Ankerrad mit kraftschlüssiger Bremsung einwirkenden Bremsvorrichtung für zeithaltende elektrische Kleingeräte, insbesondere Armbanduhren.

Es sind Klinkenaintriebe bekannt, die zwei ineinander eingreifende Klinkenräder, und zwei diesen Klinkenrädern zugeordnete Bremsen aufweisen, wobei die Klinkenräder durch einen von einem Elektromagneten beeinflußten Schwinger gesteuert werden. Auch kennt man Klinkenantriebe, die mit einem einzigen Klinkenrad und einer einzigen unmittelbar auf das Klinkenrad einwirkenden, vom Schwinger betätigten Schaltklinke arbeiten, wobei die Bremsvorrichtung aus einer gebogenen, über ein Gelenk beweglichen Bremsfeder besteht, deren eines Ende in das Klinkenrad einfaßt, während das andere Ende am Umfang des Klinkenrades anliegt.

Klinkenantriebe, die zwei Klinkenräder und diesen zugeordnete Bremsen aufweisen, sind verhältnismäßig raumaufwendig, so daß sie in Kleingeräten, wie z. B. Armbanduhren, nicht verwendet werden können. Über ein Gelenk bewegliche Bremsvorrichtungen führen bei Schwingern höherer Frequenz zu mit ziemlich hoher Frequenz schwingenden Gliedern, wodurch die Energieverhältnisse ungünstig werden und innerhalb des Schaltschrittes mit wechselndem Bremsdruck gearbeitet wird. Schwinger höherer Frequenz als die der üblichen Pendel und Unruhen sind aber wegen ihrer auch bei Erschütterungen hohen Frequenzkonetanz gerade bei tragbaren Kleingeräten, z. B. Armbanduhren, vorteilhaft.

Bei einem Gerät der eingangs genannten Gattung wird daher zur Vermeidung dieser Mängel erfmdungsgemäß vorgeschlagen, bei Verwendung eines Schwingers, insbesondere eines Stimmgabelschwingers, mit einer um ein Vielfaches gegenüber der üblichen Frequenz von Unruhen und Pendeln höheren Frequenz, vorzugsweise eines seine Frequenz selbst bestimmenden, elektrisch angetriebenen Schwingers, das Trägheitsmoment des mit einer der hohen Frequenz angepaßten großen Zähnezahl ausgestatteten Klinkenrades so klein wie möglich zu halten und die Bremsvorrichtung mit mindestens einem praktisch geradlinig verlaufenden, ausschließlich, durch gleichbleibenden Bremsdruck sowohl die Rückdrehung des Klinkenrades als auch die Fortschaltung um mehr als einen Zahn verhindernden, ständig bei der Klinkenradschal-Klinkenantrieb
für Teile eines zeithaltenden Geräts

Anmelder:

Bulova Watch Company Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Lesser, Patentanwalt,
München 27, Possartstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 10. Februar 1954

tung in Bremsstellung verbleibenden, vorzugsweise völlig ortsfesten Bremsteil auszubilden. Der Bremsteil kann beispielsweise aus einer in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Zahnrades liegenden Blattfeder bestehen, die sich mit ihrem freien Ende auf der Welle des Zahnrades abstützt und auf dieses einen senkrecht zur Längsachse der Welle gerichteten Druck ausübt. Der Bremsteil kann aber auch aus einer in einer zur Ebene des Zahnrades parallelen Ebene liegenden Blattfeder bestehen, die sich mit ihrem freien Ende auf eine Stirnfläche der Welle des Zahnrades abstützt und auf dieses einen in der Achsrichtung liegenden Druck ausübt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Bremsteil aus einem durch eine Feder gegen eine Fläche des Zahnrades gepreßten Bremskörper bestehen zu lassen. Der Bremsteil kann auch eine lose auf die Welle des Zahnrades gesteckte Ringscheibe aufweisen, die durch eine gegen Drehung gesicherte Feder auf die Fläche des Zahnrades gedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es, die Drehbewegung im Antriebsdrehsinn auf einen Drehwinkel zu begrenzen, der einem einzigen Zahnschritt entspricht, ohne daß die Gefahr eines Rückdrehens besteht, trotzdem der Schwinger mit einer um ein Vielfaches gegenüber der üblichen Frequenz von Unruhen und Pendeln höheren Frequenz schwingt. Es werden also zwei Aufgaben gelöst, nämlich Rückdrehsicherung und Amplitudenbegrenzung der Klinkenradbewegung, ohne daß der Bremsdruck wechselt. Durch die Verwendung einer praktisch geraden Bremsfeder wird die Justierung erleichtert, und es

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werden bessere Betriebsbedingungen erzielt. Praktische dargestellten Beispiel aus einer Blattfeder besteht,

Versuche haben gezeigt, daß bei einer Gestaltung des deren eines Ende an einem sich nicht drehenden

Klinkenantriebs nach der Erfindung kaum Zer- Teil 9 der Uhr durch eine Schraube 10 befestigt ist.

Störungserscheinungen auftreten, während diese bei Ihr anderes Ende stützt sich mit leichtem Druck auf

Verwendung von zwei Klinken und bei so hohen Fre- 5 der zylindrischen Fläche der mit dem Rad 1 fest ver-

quenzen nicht zu vermeiden sind. Es werden dabei bundenen Welle 2 ab. Wie man aus der Fig. 1 ersehen

übrigens meist nicht die Klinken, sondern die feinen kann, liegt die Blattfeder 8 in einer zur Ebene des

Zähne des Klinkenrades zerstört. Es handelt sich hier Zahnrades senkrechten Ebene, so daß der Druck, den

nicht um eine bloße Übertragung der mit ortsfesten ihr freies Ende auf die Welle 2 ausübt, senkrecht zur

Bremsen, aber gekrümmten Blattfedern arbeitenden io Längsachse der Welle gerichtet ist.

bekannten Anordnung auf eine mit nur einem einzigen Da der Klinkenantrieb zum Antrieb eines Uhrwerks

Klinkenrad arbeitende Schaltvorrichtung, sondern um dienen soll, müssen seine verschiedenen Bestandteile

eine Lösung, die erst auf Grund umfangreicher Ver- bestimmten. Bedingungen genügen, damit der ganze

suche, wobei insbesondere auch die Breite des Klinken- Klinkenantrieb mit hinreichender Genauigkeit arbeiten

rades eine Rolle spielt, als besonders vorteilhaft ge- 15 kann,

funden werden konnte. Es ist vor allem notwendig, daß sich das Zahnrad 1

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungs- bei jedem Stoß, den es erhält, nur um einen Drehbeispiele erläutert. Es zeigt winkel dreht, der einem einzigen Zahnschritt ent-

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform, in spricht. Beim Betrachten der Fig. 1 kann man leicht

welcher die Bremsvorrichtung auf die zylindrische 20 ersehen, daß diese Bedingung dann erfüllt ist, wenn

Fläche der Welle des Zahnrades einwirkt, die ganze Verschiebung der Klinke 5 (also ihre dop-

Fig. 2 eine andere Ausführungsform, bei welcher pelte Amplitude) größer ist als die Länge eines Zahn-

die Bremsvorrichtung auf das freie Ende der Welle Schrittes, jedoch kleiner als die doppelte Länge des

des Zahnrades einwirkt, Zahnschrittes. Wenn die Schwingungsamplitude des

Fig. 3 die Ausführungsfo'rrn nach Fig. 2, jedoch von 25 Schwingers 3 mit A, der Zahnschritt des Zahnrades 1

der Seite gesehen, mit p und die ganze Verschiebung der Klinke 2 A be-

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform, bei welcher trägt, so muß gelten
die Bremsvorrichtung unmittelbar auf das Zahnrad

einwirkt, ' p<2A<2p.

Fig. 5 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach 30

Fig. 4, Andererseits besteht der Zweck der auf das Rad 1

Fig. 6 eine andere Ausführungsform, bei welcher einwirkenden Bremsvorrichtuing nicht nur darin, zu

die Bremse ebenfalls auf die Seitenfläche des Zahn- verhindern, daß sich das Zahnradi rückwärts dreht,

rades einwirkt, sondern auch darin, zu verhindern, daß sich dieses

Fig. 7 A, 7 B und 7 C verschiedene Zahnformen der 35 Zahnrad infolge des Trägheitsprinzips mit konstanter

Zähne des Zahnrades und Geschwindigkeit weiterdreht, so daß es bei jedem

Fig. 8 A und 8 B konstruktive Einzelheiten der Stoß, den es erhält, einen Drehwinkel, der mehreren

Schaltklinke. Zahnschritten entspricht, ausführen würde.

In den Figuren sind die einander entsprechenden Wenn die Klinke 5 sich, langsamer verschiebt oder Teile der verschiedenen Ausführungsbeispiele mit 4° wenn sie ganz stillsteht, darf sich das Zahnrad 1 denselben Bezugszeichen versehen. Der in Fig. 1 dar- ebenfalls nicht weiterdrehen. Die auf das Zahnrad 1 gestellte Klinkenantrieb enthält ein als Klinkenrad einwirkende Bremskraft darf also einerseits einen dienendes Zahnrad 1, das auf der Welle 2 befestigt ist. gewissen Wert nicht übersteigen, damit die Bremse Dieses Rad ist das erste Rad des nicht gezeichneten dem mechanischen Schwinger nicht unnötigerweise Uhrwerks. Ein mechanischer, schematisch dargestell- 45 Energie entzieht; sie darf jedoch andererseits ein geter Schwinger 3 kann angenähert geradlinige, in der wisses Minimum nicht unterschreiten, damit die Richtung der Pfeile 4-4' liegende Schwingungen aus- Bremswirkung hinreichend ist, damit sich das Zahnführen. Das eine Ende einer Klinke5, die durch eine rad 1 bei jedem von der Klinke 5 erhaltenen Stoß Blattfeder gebildet wird, ist fest mit dem Schwinger 3 nicht um mehr als einen Zahnschritt dreht,
verbunden und folgt daher seinen Bewegungen. Das 5° Die Grenzen dieser Reibungskräfte lassen sich andere Ende dieser Klinke 5 greift in die Zähne 6 des leicht berechnen: Wenn man zur Vereinfachung anZahnrades 1 ein. Die Klinke ist so ausgebildet, daß nimmt, daß die Schwingungsamplitude der Klinke 5 die Frequenz ihrer Eigenschwingung größer ist als der Länge p des Zahnschrittes entspricht, d. h. daß die Frequenz des mechanischen Schwingers und daß A = p, so gilt für die Verschiebung χ der Klinke 5 die Kraft, die sie bei der Rückwärtsbewegung auf das 55 in jedem Zeitpunkt χ = p sincot, mit ω = 2nf und Zahnrad ausübt, multipliziert mit dem Reibungs- f = Frequenz der Schwingungen des Schwinger 3.
koeffizienten kleiner ist als die Bremskraft, die die Die entsprechende Beschleunigung beträgt
Bremsvorrichtung auf das Rad ausübt. ..

Wenn sich nun die Klinke5 in der Richtung des χ - -ρω smcot,

Pfeiles 4' verschiebt, so übt sie einen Druck auf den 6o ihr Maximum

Zahn 6 des Zahnrades 1 aus, an dem sie ansteht, und - = a ,2

dreht es in der Richtung des Pfeiles 7. ^{max V}

Verschiebt sich die Klinke in der entgegengesetzten Wenn man mit Θ das auf die Drehachse bezogene

Richtung, d. h. in der Richtung des Pfeiles 4, so gleitet Trägheitsmoment des Zahnrades und mit r den Ab-

sie über die Flanke des Zahnes 6, und wegen der Rei- 65 stand des Angriffspunktes der von der Klinke auf das

bung zwischen der Klinke und der Zahnflanke könnte Rad ausgeübten Kraft k von der Drehachse bezeichnet,

das Zahnradi wieder zurückgedreht werden, wenn so kann man schreiben:

nicht Mittel vorhanden wären, um das zu verhindern. '

Diese Rückwärtsbewegung wird nun durch eine & ₌ _^. _ω2 _

Bremsvorrichtung verhindert, die in dem in Fig. 1 70 r²

Die Kraft der Bremsvorrichtung ist geschwindigkeitsunabhängig, es genügt, wenn sie gleich

Die Leistung N, die durch die Bremsvorrichtung vernichtet und durch den Schwinger geliefert werden muß, beträgt

^:f²f

Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß es zur Verringerung der Leistung N zweckmäßig ist, ein Zahnrad 1 mit einem kleinen Trägheitsmoment zu verwenden sowie mit einem möglichst kleinen Zahnschritt, was besonders bei verhältnismäßig großen Frequenzen wichtig ist, wie sie nach älteren Vorschlägen der Patentinhaberin vorteilhaft beim Antrieb von Uhrwerken verwendet werden.

Auch die Klinke 5 muß gewissen Bedingungen genügen: Erstens muß sie eine genügende Steifigkeit besitzen, so daß die Frequenz /₀ ihrer Eigenschwingung größer ist als die Frequenz des Schwingers 3. In der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Klinke 5 besteht diese aus einer Blattfeder mit rechteckigem Querschnitt. Ihre Frequenz beträgt

λ—f

wobei c die Elastizitätskonstante des Federmaterials, b die Dicke der Feder und / die Länge der Feder ist.

Man hat nun die Abmessungen der Feder so zu wählen, daß f_ü^>f ist.

Andererseits muß die Klinke 5 biegsam 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 durch die Bremsvorrichtung auf das Rad ausgeübt wird. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wäre, würde das Rad bei der Rückwärtsbewegung der Klinke 5 ebenfalls zurückgedreht, was natürlich unstatthaft ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine andere Ausführungsform der Bremsvorrichtung, bei welcher sich die Bremsfeder 8 nicht auf die zylindrische Mantelfläche der Welle 2, sondern auf ihre Stirnfläche abstützt. Daher liegt sie hier in einer zum Zahnrad 1 parallelen Ebene.

Bei den beiden vorstehenden Ausführungsbeispielen wirkt die Bremsvorrichtung auf die mit dem Zahnrad verbundene Welle 2 ein. Man kann jedoch die Anordnung auch so treffen, daß die Bremskraft direkt auf das Zahnrad 1 einwirkt. Die Fig. 4 und 5 zeigen ein entsprechendes Beispiel. Hier besitzt die Bremsvorrichtung eine Hülse 11, deren eines Ende an einem nicht drehenden Teil 9 der Uhr befestigt ist und deren anderes, offenes Ende ganz nahe an der Fläche des Zahnrades 1 liegt. In dieser Hülse steckt ein durch eine Schraubenfeder 12 belasteter Bremskörper 13, der aus irgendeinem passenden Material bestehen kann, wobei auch hier darauf zu achten ist, daß die oben beschriebenen Bedingungen für die Bremskräfte erfüllt sind.

Eine weitere Möglichkeit, den Bremsdruck direkt auf das Zahnrad 1 einwirken zu lassen, ist in der Fig. 6 dargestellt. Hier drückt eine einseitig eingespannte Blattfeder 14 mit ihrem freien, gegabelten Ende mit einem leichten Druck eine lose auf der Welle 2 aufliegende Ringscheibe 15, deren Innendurchmesser 2' ein wenig größer als der Außendurchmesser der Welle 2 ist, gegen die Fläche des in der Zeichnung nicht dargestellten Zahnrades 1.

In all den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde davon ausgegangen, daß die Zähne des Zahnrades eine Sägezahnform haben, wie sie in der Fig. 7 A dargestellt ist. Es ist jedoch zu bemerken, daß das Zahnrad des Klinkenantriebes jede beliebige Form haben kann; so können die Zähne z. B. die in der Fig. 7 B dargestellte Form gleichschenkliger Dreiecke oder die in der Fig. 7 C dargestellte Form einer Sinuskurve haben. Diese letztgenannte Zahnform ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Zahnschritt sehr klein ist, weil dann die Anwendung eines solchen Zahnrades besonders einfach und ökonomisch wird.

Ferner wurde bei den genannten Beispielen davon ausgegangen, daß die Klinke 5 durch Druck auf die Zähne 6 des Zahnrades 1 einwirkt. Es läßt sich jedoch ohne weiteres eine Klinke verwenden, die durch Zug eine Kraft überträgt. Eine solche Klinke ist in der Fig. 8 A dargestellt, aus der man sieht, daß die Klinke an ihrem freien Ende einen in die Zähne 6 des Zahnrades eingreifenden Haken 5' aufweist. Wenn sich die Klinke 5 in der Richtung des Pfeiles 4 verschiebt, übt der Halten 5' eine Zugkraft auf den Zahn 6 des Zahnrades aus, an dem er ansteht, so daß sich das Rad 1 drehen muß. Wenn sich die Klinke 5 dann nachher in der Richtung des Pfeiles 4' verschiebt, gleitet der Haken 5' über den Rücken des nächsten Zahnes, so daß er nachher an diesem Zahn ansteht.

Um die Abnutzung der Klinke nach Möglichkeit zu verhindern,, kann man sie mit einem Endstück aus einem harten Werkstoff versehen, z. B. aus gehärtetem Stahl, aus Sintermetall, aus Glas oder aus einem edlen bzw. synthetischen Stein (z. B. Rubin oder Saphir). Sehr gut bewährt hat sich eine Klinke, die aus einer Stahlfeder mit einem an ihrem Ende angesetzten Edelstein besteht. Die Fig. 8 B zeigt ein solches Ausführungsbeispiel, in welchem die Klinke 5 an ihrer Spitze einen Edelstein 16 trägt. Wenn man diesen Stein anders befestigt, kann man eine Klinke nach der Fig. 8 A erhalten, die beim Ziehen eine Kraft auf das Zahnrad ausübt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Klinkenantrieb zur Umwandlung der Schwingungen eines mechanischen Schwingers in eine Drehbewegung zum Antrieb von Teilen eines zeithaltenden Geräts, insbesondere des Zeigerwerks einer elektrischen Uhr, mit einem einzigen Klinkenrad und einer einzigen unmittelbar auf das Klinkenrad einwirkenden, vom Schwinger betätigten Schaltklinke und einer auf das Ankerrad mit kraftschlüssiger Bremsung einwirkenden Bremsvorrichtung für zeithaltende elektrische Kleingeräte, insbesondere Armbanduhren, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Schwingers, insbesondere eines Stimmgabelschwingers, mit einer um ein Vielfaches gegenüber der üblichen Frequenz von Unruhen und Pendeln, höherer Frequenz, vorzugsweise eines seine Frequenz selbst bestimmenden, elektrisch angetriebenen Schwingers (3), das Trägheitsmoment des mit einer der hohen Frequenz angepaßten großen Zähnezahl ausgestatteten Klinkenrades so klein wie möglich gehalten ist und die Bremsvorrichtung mindestens einen praktisch geradlinig verlaufenden, ausschließlich durch gleichbleibenden

Bremsdruck sowohl die Rückdrehung des Klinkenrades als auch die Fortschaltung um mehr als einen Zahn verhindernden, ständig bei der Klinkenradschaltung in Bremsstellung verbleibenden, vorzugsweise völlig ortsfesten Bremsteil aufweist.

2. Klinkenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsteil aus einer in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Klinkenrades liegenden Blattfeder (8) besteht, die sich mit ihrem freien Ende auf der Welle (2) des Klinkenrades (1) abstützt und auf dieses einen senkrecht zur Längsachse der Welle gerichteten Druck ausübt.

3. Klinkenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsteil aus einer in einer zur Ebene des Klinkenrades parallelen Ebene liegenden Blattfeder (8') besteht, die sich mit ihrem freien Ende auf eine Stirnfläche der Welle des Klinkenrades abstützt und auf dieses einen in der Achsrichtung liegenden Druck ausübt.

4. Klinkenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsteil aus einem durch

eine Feder (12) gegen eine Fläche des Klinkenrades (1) gepreßten Bremskörper (13) besteht.

5. Klinkenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsteil eine lose auf die Welle des Klimkenrades gesteckte Ringscheibe (15) aufweist, die durch eine gegen Drehung gesicherte Feder (14) auf die Fläche des Klinkenrades gedrückt wird.

6. Klinkenantrieb nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Klinkenantriebes Sägezahnform haben.

7. Klinkenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Klinkenrades die Form gleichschenkeliger Dreiecke haben.

8. Klinkenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Klinkenrades die Form einer Sinuskurve haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 107 905,
077.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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