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Elektrische Uhr Die Erfindung geht aus von elektrischen Uhren, die
von einem Gleichstrommotor mit Spulenstatorsystem und mit Permanentmagnetrotor aufgezogen
werden.
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Ebenso wie bei der Verwendung von Motoren mit bewickeltem Rotor ist
es auch hier bekannt, den Motor von einer Kontaktsteuervorrichtung in
Ab-
hängigkeit vom Federablauf periodisch einzuschalten und nach Nachspannung
der Triebfeder um einen bestimmten Betrag wieder abzuschalten, ferner, in -üblicher
Weise, zum Stromwenden einen umlaufenden Kommutator zu benutzen und ein übersetzungsgetriebe
von der Rotorwelle zur Triebfeder vorzusehen, jedoch ist hier die Anordnung so getroffen,
daß der praktisch als Schrittschaltmotor arbeitende Motor so lange mehr Schritte
unmittelbar hintereinander macht, bis die Feder um mehrere Windungen wieder nachgespannt
wird.
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Bei derartigen elektrischen Uhren treten unter Umständen Schwierigkeiten
bei der Kommutierung auf. Wenn man nämlich in üblicher Weise die Kornmutierungsvorrichtung,
die auf der Rotorwelle sitzt, so lange arbeiten läßt, bis nach mehreren Schaltschritten
die Feder selbst über ein Hebelsystein den Stromkreis wieder öffnet, wird keine
Rücksicht auf die in diesem Zeitpunkt der »Steuer«-Kontakt-Betätigung gegebene Kommutierungslage
genommen, so daß in dem Kommutator Funkenbildung auftreten kann, ebenso bei jeder
Stromwendung während der aufeinanderfolgenden Schaltschritte. Die Erfindung soll
die Aufgabe lösen, eine stromlose Kommutierung des zu diesem Zweck nicht unmittelbar
auf der Rotorwelle angeordneten Kommutators zu erzielen.
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Dies wird bei einer von einem Gleichstrommotor mit Spulenstator und
mit Permanentmagnetrotor aufgezogenen elektrischen Uhr, deren Motor von einer Kontaktsteuervorrichtung
in Abhängigkeit vom Federablauf periodisch eingeschaltet und nach Aufzug der Triebfeder
um einen bestimmten Betrag wieder abgeschaltet wird, der mit einem Kommutator ausgerüstet
ist und mit einem übersetzungsgetriebe auf der Rotorwelle zur Triebfeder gemäß der
Erfindung dadurch erreicht, daß die Polzahl des Rotors, eine übersetzung ins Langsame
zu der Kornmutatorwelle, die Nachspannperiode der entsprechend bemessenen Triebfeder
und die Kontaktsteuervorrichtung so bemessen und aufeinander abgestimmt sind, daß
nach jedem einzelnen Schaltschritt des Rotors der Aufzug beendet wird, und daß die
Kontakte der vom Federablauf gesteuerten Kontaktvorrichtung den Motorstromkreis
vorher unterbrechen, ehe der Kommutator die Kommutierungslage erreicht hat, in die
er unter Wirkung der lebendigen Kraft und des Statorpolsystems hineintritt.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der vom Federablauf abhängige
Steuerkontakt vorher öffnet, ehe der Kommutator in die Kommutierungslage gelangt.
Es ist dabei vorteilhaft, die Kontakte in an sich, jedoch z. B. von Schwingankermagnetaufzügen
bekannter Weise als Magnetkontakte auszubilden, um den Kontaktdruck zu erhöhen.
Das eine Kontaktteil kann dabei zweckmäßig als drehbares Teil mit der Federkernwelle,
das andere Teil als gleichfalls drehbares Teil mit dem Federende verbunden sein.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit der Zeichnung im folgenden näher erläutert.
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Ab b. 1 zeigt schematisch in schaubildlicher Form die wesentlichen
Teile eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung; Ab b. 2 zeigt ein elektrisches
Schaltbild mit der Polumschaltung im Magnetkreis des elektrischen Motors des Ausführungsbeispiels
nach Ab b. 1, und Ab b. 3 stellt im Schnitt eine vergrößerte seitliche
Ansicht eines topfförmigen Relais für das Beispiel nach Ab b. 1 dar.
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Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, weist ein umlaufender Magnet
1 eine Drehwelle 6 und zwei Magnetpole N und
S auf, ein Stator 2 besitzt eine Magneterregerwicklung 5, die um den
Stator gewickelt ist, und an entgegengesetzten Seiten des umlaufenden Magneten
1 bilden sich am Stator Magnetpole 3 und 4 mit geringem Luftspalt
A bzw. B von diesem Magneten 1 aus. Die Luftspalte können in bezug
auf die Drehwelle 6 asymmetrisch sein; wenn
der Stator magnetisiert
ist, so daß die Magnetpole 3
und 4 den Polen N und
S des Magneten 1 mit der gleichen Polarität gegenüberstehen, wird
der Magnet 1
" CD
in einer bestimmten Richtung angetrieben. In dem dargestellten
Beispiel der Zeichnung läuft der Magnet 1 in Richtung des gezeichneten Pfeiles
um, bis er nach einem Schaltschritt von 180' zum Stillstand gelangt.
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Ein kleines Zahnrad 7, das auf der Drehwelle 6
befestigt
ist, steht im Eingriff mit einem größeren Zahnrad 8, wobei das übersetzungsverhältnis
1 : 2 beträgt, so daß bei jeder halben Umdrehung der Drehwelle
6 eine Drehwelle 14 des Zahnrades 8 eine Viertelumdrehung macht. Am
einen Ende der Welle 14 ist ein Kommutator 9 zur Stromwendung vorgesehen,
der Kontaktsegmente 9a und 9b aufweist, die voneinander isoliert sind und
je etwa 1801 des Umfanges einnehmen, sowie ortsfesten Bürsten
11, 13
und 10, 12 zugeordnet sind. An der anderen Seite der Welle 14
ist das innere Ende einer Spiraltriebfeder 15
angeordnet, und der hinter ihr
gleichfalls auf der Welle 14 fest zugeordnete Tra-Zylinder 16 weist eine
erste Kontaktstelle auf. Ein federnder Kontaktarm 17,
der ein Eisenstück
18 mit einer Silberkontaktstelle 19
trägt, ist zu diesem Zweck auf
dem Zylinder 16 befestigt. Gleichzeitig steht eine Bürste 20 in ständig leitender
Verbindung mit dem Zylinder 16. Ein Stützzylinder 21, der eine zweite Kontaktstelle
trägt, ist auf der Welle 14 frei drehbar koaxial zum Zylinder 16 angeordnet
und kann unter der Wirkung der Triebfeder 15 koaxial zum Zylinder
16 sich drehen; er besitzt Arme 23 und 24. Der Arm 23 ist durch
einen Stift 27 mit dem äußeren Ende. der Spiraltriebfeder 15 verbunäen.
An dem Arm 24 ist ein elastischer Tragbügel 25 befestigt, dessen Ende einen
topfförmigen Kontaktgeber 26 aufweist. Die Stellungen des Kontaktarmes
17 und des Trag "bügels 25 sind in bezug auf ihre Umlaufbahn so gewählt,
daß die Kontaktstelle 19 und der Kontaktgeber 26 periodisch den Kontakt
schließen können.
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Der topfförmige Kontaktgeber 26 weist, wie aus Fig.
3 zu ersehen ist, ein Magnetstück 26a im Innem und ein Kontaktstück
26b am oberen Ende des Magnetstückes 26a auf.
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Eine weitereStromzuführungsbürste22 schleift auf dem Zylinder 21,
und ein Zahnrad 29 ist auf einer Welle 28 des Zylinders 21 angebracht.
Die Antriebsenergie der Triebfeder 15 wird von dem Zahnrad 29
über
die Zahnräder 30 und 31 zum Antrieb des Zeigerwerks und der Uhrwerkshemmung
32 übertragen. Nachdem Ausführungsbeispiel ist das Hemmwerk 32 mit
einem Pendelgewicht 35 ausgestattet, und ein Sekundenzeiger 34 ist auf der
Welle 33 des Zahnrades 30 befestigt.
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Die nicht dargestellten Minuten- und Stundenzeiger werden auf an sich
bekannte Weise angetrieben; da diese antreibenden Teile an sich bekannt sind, wird
darauf verzichtet, sie näher zu erläutern.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindung sgemäßen Einrichtung
näher erläutert. Die Anschlußklemmen P, und P., der elektromagnetischen Wicklung
5 und die Klemmen P, bis P6 und P, so-
wie P, der Bürsten
10 bis 13 und 20 sowie 22 sind an eine Speicherbatterie
36, wie in F i g. 2 dargestellt, angeschlossen. Wenn zu Beginn der
Steuerkontaktmechanismus für den Aufzug der Spiralfeder 15, die voll aufgezogen
is4 unterbrochen ist, so sind der Kontaktarm 17, der Stützbügel
25 und der Magnet 1
in den entsprechenden Stellungen in Ruhe, wie in
der Zeichnung dargestellt.
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Wenn die Feder 15 sich allmählich unter Steuerung der Uhrwerkshemmung
32 abwickelt, wird die Abwickelbewegung über den Stift 27 und den
Arm 23
übertragen und bewirkt, daß mit der Welle 28 auch der Kontakt
'geber 26 in Pfeilrichtung umläuft, bis der Kontaktgeber 26 sich der
Kontaktstelle 19 nähert. Bei dieser Annäherung zieht das Magnetstück 26a
das Eisenstück 18 mit Beschleunigung an, die Kontaktstelle 19 berührt
das Kontaktstück 26b und bekommt vollen Kontaktschluß.
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Wenn z. B. der Kontaktgeber 26 kein Magnetstück 26a aufweisen
würde, dann wäre unter Umständen die Abwickelkraft der Spiraltriebfeder
15, die sich unter Einwirkung des Mechanismus 32 langsam abwickelt,
sehr schwach und der Kontaktdruck des Kontaktgebers 26 auf die Kontaktstelle
19 zu gering-. Darüber hinaus sind vor allem bei kleinen Uhren im allgemeinen
der Kontaktarm 17, der Tragbügel 25
und andere derartige Teile empfindlich
und wenig robust ausgeführt. Beim Schließen der Kontakte würde deshalb ein Kontaktprellen
auftreten. Dabei würde es nicht möglich sein, eine sichere Umkehr der Erregung der
Magneterregerwicklung 5 zu erzielen. Durch Verwenduna des Kontaktgebers
26 mit einem Magnetstück 26a wird dagegen ein sicherer und sofortiger Kontaktschluß
durch Anziehen des Eisenstückes 18 erzielt, wenn der Kontaktgeber
26 sich der Kontaktstelle 19 nähert, und eine sichere Umkehr der Erregung
der Magneterregerwicklung 5 nach dem nächsten Schaltschritt ist dadurch gewährleistet.
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Wenn die Kontaktstelle 19 und der Kontaktgeber 26 Kontaktschluß
wie in der vorbeschriebenen Weise ergeben, fließt ein elektrischer Strom (F i
g. 2) sofort durch den Stromkreis von der positiven (-4-) Klemme der Speicherbatterie.
36 durch die Elemente P., 13,
9a, 11, P4, Pl,
5, P2, P.5, 12, 9b, 10, Pr, P,
19, 26,
P, zur negativen Klemme (-) der Speicherbatterie. Der elektrische
Strom fließt in der Richtung des voll ausgezogenen Pfeiles durch die Wicklung
5 und in den Magnetpolen 3 und 4 werden in entsprechender Weise Magnetpole
n und s aufgebaut. Da die Magnetpole 3 und 4 asymmetrisch ausgebildet sind
und jeder der Magnetpole, n und s auf einer Seite verschoben ist, wird der
Magnet 1 um 1801 in Richtung des Pfeiles gedreht und dann angehalten.
Diese Drehung bewirkt, daß der Kommutatorzylinder 9 infolge der Zahnradübersetzung
7, 8 um 901 gedreht und dann angehalten wird. Die Bürsten
10 und 11 geben Kontakt mit dem Kontaktsegment 9 b, die Bürsten
12 und 13 mit dem Kontaktsegment 9a. Die Drehung des Kommutatorzylinders
9, d. h. die Drehung der Drehwelle 14, bewirkt, daß das innere Ende der Spiraltriebfeder
15 in Richtung der Pfeile verdreht wird. Gleichzeitig wird der Zylinder
16 in Pfeilrichtung gedreht, und die Kontaktstelle 19 wird von dem
Kontaktgeber 26 gelöst und um eine Winkeldrehung von etwa 90" von
ihm getrennt. Vom nächsten Augenblick ab wickelt sich dann die Spiralfeder
15
allmählich auf Grund der Hemmwirkung des Hemmreglers 32 wieder ab.
Dadurch nähert sich auch der Kontaktgeber 26 allmählich der Kontaktstelle
1.9 und berührt diese wie vorher. Gleichzeitig mit dieser Kontaktgabe fließt
elektrischer Strom durch den Stromkreis von der positiven (+) Klemme der Speicherbatterie
36 durch die Elemente P., 13, 9a, 121 P.51 p21 51 p11
p41 111 9b1 101 p61 p71 191 261 p18
zur negativen
(-) Klemme der Speicherbatterie, wobei ein elektrischer Strom in der durch
die gestrichelten Linien angezeigten Richtung fließt und eine Umkehr der Magnetpole
3 und 4 in die entgegengesetzte Polarität bewirkt. Der Magnet 1 steht
nun in der um 180' verdrehten Lage, dreht sich um 180' in der gleichen
Richtung wie zuvor und hält dann wieder an. Entsprechend erfolgt wieder ein Nachspannen
der Spiralfeder 15, die Drehung der Kontaktstelle 19 um
90' und die Annäherung bzw. Kontaktgabe des Kontaktgebers 26 in derselben
Weise, wie oben beschrieben.
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Die Auf- und Abwicklung der Spiralfeder in der vorbeschriebenen Weise
wird stetig wiederholt, die sich daraus ergebende Drehung wird durch die Uhrwerkshemmung
gesteuert, und der Sekundenzeiger 34 sowie der Minuten- und der Stundenzeiger werden
angetrieben.
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Zu Beginn des Anlaufes der elektrischen Uhr, oder falls Energie ausfällt,
kann die Spiralfeder 15, die vollkommen abgewickelt ist, das System nicht
zum Anlaufen bringen. Durch Anordnung eines Griffes 6 a
auf der Drehwelle
6 des Magneten 1 des elektrischen Motors und durch Aufwickeln der
Feder mit Hilfe dieses Griffes 6a kann das System zum Anlaufen gebracht werden.
Der Griff 6a kann ebenfalls auf der Welle 14 angebracht sein.
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Da das Entspannen der Spiraltriebsfeder allein durch die Uhrwerkshemmung
gesteuert wird, unabhängig von den Änderungen der Antriebsenergie von der Motorseite
her, z. B. durch Reibung, wird der Uhrwerkshemmung stets ein konstantes Drehmoment
aufgegeben und damit ein exakter Uhrenantrieb erhalten.